第八章主族金属元素

1、无机化学高职高专化学教材编写组 编（第四版）第八章 主族金属元素“十二五”职业教育国家规划教材第一节 碱金属和碱土金属第二节 铝第三节 锡 铅第四节 砷 锑 铋学习指南习 题 本节重点：本节重点：v1.了解碱金属和碱土金属的基本性质。v2.掌握碱金属和碱土金属的氧化物与氢氧化物的性质及主要用途。v3.掌握碱金属与碱土金属盐类的各项性质。v4.金属铝、铝的氧化物、铝的氢氧化物及其铝盐的性质。v5.锡和铅单质及其重要化合物的性质。 v6.砷锑铋单质及其重要化合物性质变化规律。本节难点：本节难点：v1.碱金属和碱土金属性质的递变规律。v2.碱金属和碱土金属盐类的溶解性与其他性质的变化规律。v3.铝的

2、亲氧性和它的单质及其化合物的两性。v4.二价锡的还原性和水解性。v5.二氧化铅的氧化性。v6.硫化物的难溶性和特定的颜色。一、碱金属元素概述一、碱金属元素概述 碱金属： 锂、钠、钾、铷、铯、钫。钫具有放射性它们氧化物的水溶液显碱性。 碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为ns1和ns2，这两族元素构成了周期系s区元素。它们容易失去外层s电子，故化学性质活泼。大多数金属可形成离子型化合物，但在某些情况下仍显一定程度的共价性。其中锂和铍由于原子半径相当小，电离能相对地高于其他同族元素，形成共价键的倾向比较显著。第一节第一节 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属 碱金属的制备 碱金属是银白色柔软的、

3、易熔轻金属。在同周期元素中电离能最低，很易失去电子，表现出强烈的金属性。它们与氧、硫、卤素以及其他非金属都能剧烈反应，并能从许多金属化合物中置换出金属。因此，由于碱金属的性质很活泼，所以一般都用电解它们的熔融化合物的方法制取。钠和钾主要用电解熔融的氯化物制取。 碱金属的焰色反应 在火焰中加热，各具特征的焰色，可以用来鉴定碱金属。 金属钠和钾 性质： 钠和钾质软似蜡，易用小刀切开。新切断面呈银白色光泽，但在空气中迅速变暗。钠与水剧烈作用，生成NaOH和H 2，易引起燃烧和爆炸，需贮存在煤油或石蜡油中,钾比钠更活泼，制备、贮存和使用时应更加小心。 用途： 钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂； 强传

4、热性原子能工业中作核反应堆的导热剂； 钠、钾制备过氧化物氢化物及有机合成的原料； 制备：工业上制取钠：电解廉价的熔融NaCl ； 工业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从ACL中置换出钾，经分级蒸馏(800880)得到金属钾。 金属钾因价格昂贵(约为钠的10倍)，而限制了它的应用，其生产规模也小得多。碱金属的氢化物 白色固体，属于离子晶体，其中的氢以H离子的形式存在。 碱金属氢化物受热时又能分解出H2气而游离出碱金属，其中只有LiH比较稳定，分解温度850，高于其熔点(650)。它们在潮湿空气中能自动着火 。碱金属的氧化物和氢氧化物1.钠、钾的氧化物 碱金属在充足的空气中燃烧时，所得产物并不相同

5、。锂氧化锂Li2O钠过氧化钠Na2O2钾、铷、铯超氧化物KO2、RbO2、CsO2过氧化钠(Na2O2)： Na2O2是淡黄色粉末或粒状物，在空气中由于表面生成了一层NaOH和Na2CO3而逐渐变成黄白色。有吸潮性，能侵蚀皮肤和粘膜。若遇棉花、碳或有机物，却易引起燃烧或爆炸，在工业上列为强氧化剂，需要妥善贮运和使用。Na2O2的制备和性质制备: 2Na+O2Na2燃烧性质:点击观看动画演示 Na2O2和CO2的特色反应 2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2 这种既能吸收CO2，又能提供O2的双重作用，尤其适用于防毒面具、高空飞行和潜水作业等。 超氧化钾 金属钾在充足的空气中燃烧

6、时，生成超氧化钾KO2。2.钠、钾的氢氧化物 碱金属的氢氧化物都是白色固体，容易吸潮和吸收CO2。除LiOH外，在水中都有较大溶解度，溶解时放出大量热。碱金属的氢氧化物碱性： LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOH和KOH在性质、用途和制备方面都相似，但KOH价贵，因此用途不如NaOH广泛。氢氧化钠(NaOH)： 又称烧碱、火碱、苛性碱 。制备：工业上电解饱和的食盐水制备烧碱隔膜法。 隔膜电解槽 制备：制备烧碱的新工艺离子膜法。原理：同隔膜法。说明：1.在电解过程中，阳极室的NaCl浓度逐渐下降，应不断补充浓盐水，维持NaCl的浓度2.阳膜既能允许阳离子通过，粗盐中的Ca2+，Mg2

7、+，Fe3+等杂质也能进入阴极室，而生成氢氧化物沉淀，不仅会影响NaOH的质量，也妨碍电解作用的顺利进行，所以事先必须对食盐进行精制。 问题：问题： 实验室盛放碱的瓶子为什么不能用玻璃塞？钠盐和钾盐1.钠盐和钾盐的比较 钾盐的溶解度比钠盐小； 钠盐和钾盐有吸潮性，钠盐吸潮尤为显著； 钾盐比较昂贵。例如： 配制火药用KNO3，而不宜用吸潮性强的NaNO3；分析化学用的基准试剂K2Cr2O7，也不能用Na2Cr2O7代替。2.几种重要的钠盐和钾盐氯化钠(NaCl) 食盐，卤水曝晒得到固体食盐后再使用。工业NaCl的精制通常采用重结晶法。 碳酸钠(NaCO3) 碳酸钠有无水物和一水、七水、十水结晶水

8、合物，常见工业品不含结晶水，为白色粉末，又称纯碱、碱面或苏打。 Na2CO3在饱和状态(质量分数约为20%)能强烈水解，使pH达到12 。氨碱法制取Na2CO3氨碱法（又称苏尔维法），生产时先向饱和食盐水中通入氨气至饱和，在通入CO2，生成的NH4HCO3立即与NaCl发生复反解反应，析出溶解度较小的NaHCO3：NH3+CO3+H2ONH4HCO3NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl滤出NaHCO3，经焙烧分解即得Na2CO3：2NaHCO3Na2CO3+ CO2+ H2O母液中含有大量NH4Cl，加入石灰水按下式置换出NH3，再返回循环使用：2NH4Cl+Ca（OH）2 CaC

9、l2+ 2NH3+2H2O碳酸氢钠(NaHCO3) 又称小苏打、重碳酸钠或焙碱，加热至65便分解失去CO2，是食品工业的膨化剂 。蒸馒头碳酸钾(K2CO3) 又称钾碱，易溶于水，主要用于制硬质玻璃和氰化钾(KCN)。制备：路布兰法 3草木灰法植物的籽壳(如向日葵子壳)焚烧浸取蒸发结晶K2CO3二、碱土金属二、碱土金属碱土金属元素概述 碱土金属：铍、镁、钙、锶、钡和镭。镭是放射性 元素其中钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难溶的Al2O3等之间，所以称为碱土金属。 碱土金属在自然界的存在相当丰富，用途也相当广泛。铍的主要矿物为绿柱石。镁在自然界的丰度居第八位，略次于

10、钠、钾。海水中含镁量达0.13%，陆地上含镁矿石主要有白云石、菱镁矿和光卤石。钙、锶、钡多以难溶的碳酸盐或硫酸盐存在，如方解石、天青石、重晶石等。A族元素 属于s区 价电子构型：ns2碱土金属和碱金属性质比较 镁制轻合金(与铝或钛)，作飞机和航天器的结构材料。钙在冶金工业中用作还原剂，钙与铅的合金可做轴承材料，钙还可作有机溶剂的脱水剂。钡在真空管的生产中用作脱气剂。制作各种传感器的敏感元件。铍是优良的宇航材料；铍铜合金的弹性、硬度和抗腐性特别好，被用作手表游丝、高速轴承和海底电缆。铍透过X射线的能力居金属之首，常用来做X射线管的窗口材料；铍能提供大量中子，是不可多得的中子源，又是反应堆的减速剂

11、，因此被称为原子能工业之宝。值得注意的是：铍及其化合物都有毒性，能伤害肺、肝、肾和骨骼，使用时必须有严密的安全措施。碱土金属的氧化物和氢氧化物氢氧化物 都是白色固体；溶解度比较小；热稳定性也比较低；碱性在同族中也都是由上而下依次递增 。1.氧化镁(MgO) 2.氧化钙和氢氧化钙氧化钙(CaO) 又名石灰、生石灰，由自然界的石灰石、方解石、大理石等矿物煅烧而得： CaCO3 CaO+CO2 石灰遇水剧烈反应，放出大量的热并生成熟石灰或消石灰。 2CaO+H2O 2CaO(OH)2 氢氧化钙 俗称熟石灰或消石灰，它是一种强碱，溶解度很小且随温度升高而下降，通常配成石灰乳使用。Ca(OH) 2除作建

12、筑材料外，还用于制造漂白粉，在硬水软化、制药、橡胶和石油工业中亦有广泛应用。 碱土金属的盐类1.碱土金属盐类的通性2.由碱土金属矿制取相应的盐镁盐和钙盐 利用它们碳酸盐受热分解为氧化物，然后与酸反应；或者使矿石直接与酸反应，皆可得到相应的盐。 氯化钙(CaCl2) 实验室用石灰石与盐酸反应制备，所含的铁离子，锰离子等杂质，可加入石灰乳以沉淀除去： CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2OCaCl2有无水物和二水合物 2Fe3+ +3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 +3Ca2+ Mg2+ +Ca(OH)2 Mg(OH)2 +Ca2+ 无水CaCl2有强吸水性，用于O2,N2,CO2,H

13、Cl,H2S等气体以及醛、酮、醚等有机试剂的干燥。但是它能与氨、乙醇形成加合物CaCl28NH3, CaCl24C2H5OH因此不能干燥这些物质。 CaCl2H2O可用作制冷剂，用它和冰混合，可获得-55低温，如果用来融化公路上的积雪，效果比NaCl更好（食盐-冰只能达到-21 ）。(2) 锶盐 天青石(含SrSO65%85%)是生产锶盐的主要原料。因为SrSO4既不溶于水，也不为一般的酸所分解，所以工业上首先将它转化为可溶于强酸的SrCO，然后再制备其他锶盐。硫酸钙 CaSO42H2O:生石膏，部分脱水后成熟石膏或烧石膏。-型半水硫酸钙： - CaSO412H2O建筑石膏白色粉末，有吸潮性、

14、与水的混合浆体可固结、强度大、制作高强度石膏构件，石膏板，铸造模型。 -型半水硫酸钙： - CaSO412H2O熟石膏、烧石膏，石膏塑像，雕塑模型，医用外科绷带，制粉笔。 硝酸锶是制造红色烟火及信号弹的主要原料。(3) 钡盐 BaSO4 重晶石的主要成分，工业上通常将重晶石与碳一起焙烧，使之还原为BaS，再与盐酸反应生成BCl2: BaSO4 +2C BaS+2CO2 BaS+2HClBaCl2+H2S BaSO4具有强烈的阻止X射线的功能，在医疗中用作“钢餐造影”。例如：硝酸锶的制备 SrSO4(S)+Na2CO3SrSO3(S)+Na2SO4 SrCO3+2HNO3Sr (NO3)2+CO

15、2+H2O硬水软化和纯水制备 硬水 天然水中溶有较多的钙盐、镁盐时称为硬水。暂时硬水 若以钙、镁的酸式碳酸盐存在，称为暂时硬水，煮沸就能分解而沉淀出来：永久硬水 若为钙、镁的硫酸盐或氯化物，不能靠加热的方法除去，这种水称为永久硬水。水的质量指标硬度 我国规定的硬度标准是：1L水中含的钙盐、镁盐折合成CaO和MgO的总量相当于10 mg CaO(将MgO也换算成CaO)时，其硬度为1。硬水软化和纯水制备 去离子水去离子水 同时使用阴阳离子交换树脂净化的水成为去离子水。(3) (3) 电渗析法电渗析法工作原理同生产氢氧化钠的离子膜法工作原理同生产氢氧化钠的离子膜法电电渗渗析析器器从从水水中中脱脱盐

16、盐 N和P典型的非金属元素，As半(准)金属，Sb和Bi为金属元素。AA，同周期元素原子金属性渐弱，非金属性渐强(稀有气体除外)，故F为最强的非金属元素。同族元素自上而下，金属性逐渐增强，非金属性渐弱；其最高正氧化值均等于价层电子数。一、一、p p区元素概述区元素概述 第二节第二节 铝铝 二、二、 铝铝 金属铝 1.铝的性质 纯铝是银白色的轻金属，无毒，富有延展性，具有很高的导电、传热性和抗腐蚀性，无磁性，不发生火花放电。 在金属中，铝的导电、传热能力仅次于银和铜，延性仅次于金。铝及其合金能被铸、辗、挤、锻、拉或用机床加工，易于制成筒、管、棒、线、板或箔。 铝的典型化学性质 缺电子性、亲氧性和

17、两性。 1.氧化铝和氢氧化铝 氧化铝为白色无定形粉末，它是离子晶体，熔点高，硬度大。根据制备方法不同，又有多种变体，常见的有-Al2O3和-Al2O3 。三、铝的常见化合物2.氢氧化铝氢氧化铝的性质Al(OH)3在不同pH的碱性溶液中的溶解度是不同的 铝盐 1.铝的卤化物无水AlCl3 400时，氯化铝以双聚分子Al2Cl6 存在800时双聚分子才完全分解为单分子。氯原子氯原子铝原子铝原子AlClAlCl3 3二聚分子构型二聚分子构型制备：三氯化铝双聚分子的结构水合三氯化铝(AlCl36H2O) 无色结晶，工业级AlCl36H2O呈淡黄色，吸湿性强，易潮解同时水解。 用作精密铸造的硬化剂、净化

18、水的凝聚剂以及木材防腐及医药等方面。2.硫酸铝和矾硫酸铝Al2(SO4)3 无水硫酸铝为白色粉末，从饱和溶液中析出的白色针状结晶为Al2(SO4)318H2O。受热时会逐渐失去结晶水，至250失去全部结晶水。约600时即分解成Al2O3。易溶于水，水解呈碱性。 锡、铅的单质锡、铅的单质 锡锡 锡是银白色金属，质软，熔点低。富有展性。银光闪闪的锡箔，曾经是优良的包装材料。锡在空气中不易被氧化，能长期保持其光泽。食品工业的罐头盒多由它（马口铁：镀锡铁）制耐腐蚀，价格便宜，又无毒。第三节第三节 锡锡 铅铅锡的主要用途： 大量用于制造合金：焊锡、保险丝等低熔点合金；铅字： Pb，Sb，Sn的合金；青铜

19、：Cu，Sn合金。锡的化学性质 锡是A族元素，价层电子结构分别为5s25p2，能形成+2，+4两种氧化值的化合物。锡属于中等活泼金属，与卤素、硫等非金属可以直接化合 。 铅铅是很软的重金属，用手指甲就能在铅上刻痕。新切开的断面很亮，但不久就会钝化变暗生成一层致密的碱式碳酸铅；铅能挡住 X 射线和核裂变射线。主要用途：主要用途： 制作铅玻璃、铅围裙和放射源容器等防护用品；在化学工业中常用铅作反应器的衬里；铅大量用于制造合金：焊锡、保险丝；铅字：Pb，Sb，Sn合金组成；青铜：Cu，Sn合金；蓄电池的极板：Pb，Sb合金等。值得注意值得注意！ 铅及铅的化合物都是有毒物质，并且进入人体后不易排出而导

20、致积累性中毒，所以食具、水管等不可用铅制造。铅的化学性质 Pb为A族元素，价层电子结构分别为6s26p2，能形成+2，+4两种氧化值的化合物。铅属于中等活泼金属，与卤素、硫等非金属可以直接化合。 锡、铅的化合物 1.概述(1) 锡、铅氧化物及其水合物的酸碱性例如：Sn(OH)2溶于酸、碱的反应： Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O Sn(OH)2+2NaOHNa2Sn(OH)4 或 Sn(OH)2+2NaOH Na2SnO2+2H2O (2) 锡、铅化合物的氧化还原性 Sn() 是典型的还原剂，在碱性介质中的还原性更强，因此用于鉴定Sn 2+，Hg 2+和Bi()。点击观看Sn()的

21、还原性PbPb()() 是强氧化剂，在酸性溶液中使用，效果显著。它能把Mn()氧化成Mn()；点击观看Pb（IV）的氧化性 砷、锑、铋的单质砷、锑、铋的单质 As，Sb，Bi，其原子的次外层都有18个电子，在性质上彼此更为相似，有砷分族之称。 As，Sb，Bi都是亲硫元素，在自然界主要以硫化物矿存在。如雄黄(As4S4)、雌黄(As2S3)、辉锑矿Sb2S3)、辉铋矿(Bi2S3)等。我国锑的蕴藏量居世界第一位。 As，Sb，Bi与A族元素生成的金属间化合物，如砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟(InAs)等都是优良的半导体材料。第四节第四节 砷砷 锑锑 铋铋 As，Sb，Bi的化

22、学性质不太活泼，但与卤素中的氯能直接作用。在常见无机酸中只有HNO3和它们有显著的化学反应。但是，所得产物各不相同 ：3 As+5HNO3+2H2O3H3AsO4+5NO6Sb+10HNO3+3xH2O 3Sb2O5xH2O +10NO +5H2OBi+6HNO3 Bi(NO3)3+3NO2 + 3H2O砷、锑、铋的化合物砷、锑、铋的化合物 1.概述(1) 砷、锑、铋的氧化物和氢氧化物的酸碱性 As，Sb，Bi都有氧化值为+3和+5的两个系列氧化物。 As()和Sb()的氧化物和氢氧化物都是两性物质，而Bi2O3和Bi(OH)3却只表现出碱性，它们只溶于酸而不与碱作用。 As()，Sb()，B

23、i()的氧化物和氢氧化物都是两性偏酸的化合物。(2) 砷、锑、铋化合物的氧化还原性 +5氧化值化合物的氧化性按As，Sb，Bi的顺序递增As、Sb、Bi化合物性质递变规律 (3) 硫化物的难溶性和酸碱性 硫化物的难溶 +3，+5氧化值M2S3和M2S5硫化物Bi()不能生成Bi2S5，均难溶于6 molL-1 HCl中。且有颜色。主要应用在医药、橡胶、颜料、火柴及焰火等工业。卤化物酸碱性 As，Sb的硫化物亦表现出两性 。例如： As2S3+3Na2S2Na3AsS3（硫代亚砷酸钠） As2S5+3Na2S2Na3AsS5 （硫代砷酸钠）2.砷的化合物 砷的化合物多数有毒，常见的砷化物有As2O3和Na3As