无机化学课件：碱和碱土金属

1、第10章 碱金属和碱土金属 10.1 碱和碱土金属的性质10.2 碱和碱土金属的氧化物本章目录10.3 碱和碱土金属的氢氧化物10.4 碱和碱土金属的盐类0IIAIAIIBIVBIIIBVBVIBVIIBVIIIIBVIIAIIIAIVAVAVIAH氢He氦Li锂Be铍B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖Na钠Mg镁Al铝Si硅P磷S硫Cl氯Ar氩K钾Ca钙Sc钪Ti钛V钒Cr铬Mn锰Fe铁Co钴Ni镍Cu铜Zn锌Ga镓Ge锗As砷Se硒Br溴Kr氪Rb铷Sr锶Y钇Zr锆Nb铌Mo钼Tc锝Ru钌Rh铑Pd钯Ag银Cd镉In铟Sn锡Sb锑Te碲I碘Xe氙Cs铯Ba钡Lu镥Hf铪Ta钽W钨Re铼Os锇 Ir

2、铱Pt铂Au金Hg汞Tl铊Pb铅Bi铋Po钋At砹Rn氡Fr钫Ra镭Lr铹RfDbSgBhHsMtUun*Uun*Uun*镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱锕系Ac锕Th钍Pa镤U铀Np镎Pu钚Am镅Cm锔Bk锫Cf锎Es锿Fm镄Md钔No锘族周期1234567p区s区d区f区s区最外电子层结构ns1ns2从 IA 族到 IIA 族元素周期表IA族和IIA族元素的价电子层结构和氧化态元素锂钠钾銣铯钫铍镁钙锶钡镭符号LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa序号3111937558741220385688电子结构2s13s14s15s16

3、s17s12s23s24s25s26s27s2主要氧化态+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+2一、价电子层结构和氧化态10.1 碱和碱土金属的性质价电子层结构是ns1，ns2 ;碱金属(Alkali Metal)元素主要表现1氧化态；碱土金属(Alkali Soil Metal)元素主要表现2氧化态。结论二、原子半径和离子半径碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径元素LiNaKRbCs原子半径/pm152186227248265离子半径/pm76102138152167元素BeMgCaSrBa原子半径/pm111160197215217离子半径/pm4572100118136 两族

4、元素的原子有较大的原子半径，从上到下，原子半径增大； 离子半径小于原子半径； 锂和铍在各相应族中有特别小的原子半径和离子半径，且为2电子构型，极化力特别强，因此它们的化合物具有明显的共价性。结论三、形成化合物的成键特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、Be2+主要形成共价型化合物大多数元素形成离子型化合物四、单质的性质1. 物理性质碱金属和碱土金属的物理性质金属LiNaKRbCs密度/(gmL-1)0.5340.9680.891.5321.879硬度(金刚石10)0.60.40.50.30.2熔点/180.5497.8263.3839.3128.44沸点/1341881.

5、4759691668.2金属BeMgCaSrBa密度/(gmL-1)1.8481.7381.552.643.51硬度(金刚石10)-2.01.51.8-熔点/1287651842757727沸点/24671100148413661845 密度小，硬度低； 碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。结论碱土金属由于核外有2个有效成键电子，金属键强度大，熔沸点及硬度均较碱金属高。碱土金属物理性质的变化不是那么有规律，是由于碱土金属晶格类型不是完全相同的缘故，碱金属皆为体心立方，如Be、Mg：六方；Ca、Sr：面心立方；Ba：体心立方。碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形成离子型化合物。2. 化学性质（

6、1）固态碱金属和碱土金属的电离能和电负性元素LiNaKRbCs电离能I1/(kJmoL-1)电离能I2/(kJmoL-1)526.417295502.044591425.023088409.222675381.902436电负性0.980.930.820.820.79元素BeMgCaSrBa电离能I1/(kJmoL-1)电离能I2/(kJmoL-1)电离能I3/(kJmoL-1)905.63176814939743.9414607658596.111524942555.710704351508.99713575电负性1.571.311.000.950.89碱金属和碱土金属的电离能和电负性是化学

7、活泼性很强的金属元素；两个族中从上到下，元素的第一电离能和电负性依次降低；表面上看碱土金属失去2个电子形成二价正离子似乎很困难，实际上生成化合物时所释放的晶格能足以补偿失去第二个电子时所需吸收的能量，但失去第三个电子就困难了。结论碱金属和碱土金属的标准电极电势（2）水溶液金属LiNaKRbCs /V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027金属BeMgCaSrBa /V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906标准电极电势值都很小，单质金属都是强的还原剂；从上到下， 减小，还原性增强； 小表现出反常性。最活泼的金属是锂。结论补充： 焰色反应 (Flame R

8、eaction) 在分析化学上，这两族元素的金属单质或它们在高温下能挥发而不分解的化合物有一个重要性质，即在高温火焰中燃烧时产生有特征颜色的火焰，可用于这些元素的定性和定量分析，这个性质与这些原子的价电子容易激发有关。碱金属和碱土金属的火焰颜色元素BeMgCaSrBa火焰颜色极明亮眩目的光焰橙红深红绿波长/nm714.9687.8553.5元素LiNaKRbCs火焰颜色深红黄紫红紫蓝波长/nm670.8589.2766.5780.0455.5五、碱金属和碱土金属的重要化学反应碱金属单质的化学反应MPO2+CO2O2SN2H2H2OX2M3PM2CO3MOH+H2MHM2SMX（X=卤素）M3N

9、 (M=Li)M2O (M=Li)M2O2 (M=Na)MO2 (M=K,Rb,Cs)碱土金属单质的化学反应MNaOHNH3水蒸气H2X2M3N2 (M=Mg)Be(OH)42- +H2MH2MO+H2(M=Be,Mg)MO2 (M=Ba),MOMX2M(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)N2H2OO2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H2两族元素形成的化合物在性质上的异同主要是离子型的化合物；氧化物水合物一般是强碱；碱和盐多是强电解质；同强酸形成的盐基本不水解。 IA族元素的碱和盐大多是易溶于水的；而IIA元素的碱和盐一般有较低的溶解度。相似性差异性通常条件下碱金属碱土金属氧的存在

10、形式氧化物M2O MOO2-过氧化物M2O2 MO2(M=Ca Sr Ba), O22-超氧化物MO2 (M=K,Rb,Cs)MO4(M=Ca Sr Ba)O2-臭氧化物MO3 (M=K,Rb,Cs）O3-碱金属、碱土金属的氧化物10.2 碱和碱土金属的氧化物有趣的现象 体积较大的超氧阴离子和臭氧阴离子更容易被体积较大的正离子稳定。在空气中燃烧碱金属所得产物不同：LiLi2ONaNa2O2K、Rb、CsKO2、RbO2、CsO2离子间的匹配具有如下选择性：半径较小的阳离子趋向和半径较小的阴离子结合；半径较大的阳离子趋向和半径较大的阴离子结合；半径小的阳离子趋向和价数高的阴离子结合。1. 正常氧

11、化物 制备 碱金属2Na+Na2O22Na2O10K+2KNO36K2O+N2间接方法制备2M+O2 2MOMCO3 MO+CO2碱土金属2M(NO3)22MO+4NO2+O2性质碱金属、碱土金属氧化物的物理性质物理性质物质Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白白淡黄亮黄橙红熔点/17001275350400490物质BeOMgOCaOSrOBaO颜色白白白白白熔点/25302852261424301918热稳定性总趋势: 从 Li Cs, 从 Be Ba 逐渐降低结论碱土金属的氧化物（除BeO）都是NaCl晶格的离子型化合物，由于正负离子都是带有两个电荷，M-O距离又较小，所以MO具有

12、较大的晶格能。原因化学性质（与水反应）M2O + H2O 2MOHMO + H2O M(OH)2（M=Ca、Sr、Ba）2. 过氧化物 (Peroxide) O2分子结合两个电子，形成过氧离子O22-，或共价的过氧链OO：构成离子型过氧化物（如Na2O2、BaO2 ），或共价型过氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。 2-结构O的氧化数为-12Na + O2 Na2O2 制备（Na2O2）性质一：碱性介质中是强氧化剂。 性质性质二：氧气发生剂。性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。性质一：碱性介质中是强氧化剂。Na2O2常用作氧化分解矿石的溶剂性

13、质二：氧气发生剂。易吸潮，呈强碱性Na2O2常用作漂白剂和氧气发生剂性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。Na2O2广泛用于防毒面具，高空飞行和潜水艇里，吸收人们放出的CO2，并供给O2性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。3. 超氧化物 (Hyperoxide)O2分子结合一个电子，形成超氧离子O2 O2分子O2-离子 -K+KO2 结构在O2离子中，O的氧化数为 ，如KO2性质一：强氧化剂。(M=K,Rb,Cs)性质二：CO2吸收剂和氧气发生剂。 性质1. 碱性递变规律 （1）现象LiOH中强碱Be(OH)2两性NaOH强碱Mg(OH)2中强碱KOH强碱Ca(OH)2强碱RbOH强碱Sr(

14、OH)2强碱CsOH强碱Ba(OH)2强碱碱性增强氢氧化物的碱性10.2 碱和碱土金属的氢氧化物（2）规律除Be(OH)2为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；同族：从上到下，碱性增强。拓展三个规律I. 同周期（如第三周期） ：从左到右，酸性增强，碱性减弱II. 同族（如VA） ：酸性增强，碱性减弱从下到上III. 同一元素不同氧化态（如氯元素） :高氧化态的氧化物和水合物酸性增强（3）解释 ROH理论R在水中有两种解离方式ROH R+ + OH-碱式电离ROH RO- + H+酸式电离值大，有利于酸式电离；值小，有利于碱式电离。判断氢氧化物

15、酸碱性的经验公式：Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2R2+(nm)0.0350.0660.0990.1120.1347.65.54.54.23.9酸碱性两性中强碱强碱强碱强碱离子势可用来衡量热分解温度，离子势越大，阳离子的反极化作用越强，分解温度越低。酸碱性， 越大，酸性越强。溶解度，阴阳离子半径相差不大时，离子势越大，越难溶。2. 溶解度变化规律（1）现象碱金属氢氧化物溶解度S/(molL-1)碱土金属氢氧化物溶解度S/(molL-1)LiOH13Be(OH)2810-6NaOH109Mg(OH)2510-4KOH112Ca(OH)21.810-2RbOH

16、177Sr(OH)26.710-2CsOH330Ba(OH)2210-1S增大氢氧化物在水中的溶解度对于离子化合物，离子势越大（电荷高半径小），则形成的盐的晶格能越大，可同时，与极性水分子之间的引力也大，所以当离子势增大时，究竟是晶格能增加多还是离子水合能增加多，就要看阴阳离子大小匹配情况。阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大；（水合作用占优势）阴、阳离子半径相近的离子化合物在水中溶解度较小。（晶格能大小占优势）这种规律也可叫做相差溶解规律。巴索洛经验规则：适用性很广的一条溶解度规律如 LiF 与 CsI，前者是小与小配，后者是大与大配，难溶于水。而 LiI 与 CsF，阴阳离

17、子半径相差甚远，大小不匹配，故能溶于水。碱金属氟化物、碘化物在水中的溶解度（molL-1)Li+Na+K+Rb+Cs+F-0.11.115.912.524.2I-12.211.88.67.22.8阳离子阴离子又如Be2+(45pm)Ba2+(136pm)本别与SO42-（230pm）生成可溶的BeSO4和难溶的BaSO4。前者大小不匹配，故可溶于水。1. 现象大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的若干锂盐：LiF、Li2CO3、Li3PO4 Na + 、 K + 、Rb + 、Cs + 、NH4+同某些较大阴离子的盐：KClO4、氯铂酸盐K2PtCl410.4 碱和碱土金属的盐类

18、大多数碱土金属盐难溶于水，仅少数易溶于水碳酸盐、磷酸盐、草酸盐难溶于水氯化物、硝酸盐易溶于水 阳离子阴离子Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+SO42-易溶易溶0.2040.0150.00024CrO42-易溶易溶2.30.120.00035碱土金属盐在水中的溶解度(g/100gH2O)2. 离子型盐类溶解度的一般规律（1）负离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如 I- (220pm) 、CrO42- (240pm) 、SO42- (230pm)半径较大，它们的盐的溶解度从锂到铯、从铍到钡的顺序基本减小。（2）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如F-(133pm)、OH- (140pm)的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。补充：元素的相关性 对角相关性(Correlativity of Elements)对角相关性即对角线规则，Diagonal Rule）三对元素在周期表中处对角线的位置，相应的两元素及化合物的性质有许多近似之处，这种相似性