无机化学第八章主族金属元素(一)碱金属和碱土金属课件

1、第一节 化学元素的自然资源第二节 碱金属第三节 碱土金属学习指南习 题 习题参考答案第一节 化学元素的自然资源学习指南习 题 本章重点：1. 钠和钾单质、化合物的性质、制备和用途。2. 碱土金属单质、化合物的一些重要性质。本章难点：1. 过氧化钠的性质。本章重点：第一节 化学元素的自然资源 地壳中元素的分布和存在类型 就整个地球而言，地壳所占质量虽不大，但所含元素却丰富多彩，有金属、非金属以及稀有气体共达90余种。元素在地壳中的相对含量称为丰度，通常以质量分数或原子分数表示。元素的相对含量差别很大，其中99%以上为氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾等10种元素，其余80多种不到1%。在前10种元素中又

2、以氧居首位，几乎占地壳质量的一半。第一节 化学元素的自然资源 就整个地球存在类型 元素在地壳中的存在形式比较复杂，只有少数能以单质存在，如稀有气体，O2，N2，S，C，Au，Pt等，其余均为化合物。化合物主要有氧化物(包括含氧酸盐)和硫化物两大类。地质学上称前者为亲石元素，后者为亲硫元素。 点击观看动画演示存在类型 点击观看动画演示元素资源的存在形式和提取、利用 1. 化学矿物 一类为金属矿物，如用来提取金、银、铜、铁、钨、钼等金属的矿物； 另一类为非金属矿物，如硫铁矿、自然硫、硼砂、石墨、岩盐、芒硝等，化工原料多属这一类。 从化学矿物提取金属元素：矿物富集溶解沉淀溶剂萃取离子交换电解还原或用

3、C，CO，H2，活泼金属还原金属单质元素资源的存在形式和提取、利用 富集电解还原或用C，CO， 2.天然含盐水 天然含盐水包括海水、盐湖水、地下卤水和气井水等。 采用有效的富集和特殊的提取无机盐。 地球表面的大气层是游离N2、O2 和稀有气体的大本营，可通过液态空气分馏制取它们的单质。 .大气 地球表面的大气层是游离钠，氧气和稀有气体的大本营，可通过液态空气分馏制取它们的单质。 2.天然含盐水 4.农副产品 某些农副产品也可以用来提取无机物，虽然产量不多，但可以因地制宜，综合利用。例如： 从向日葵壳、棉子壳、桐子壳、甜菜制酒后的酒糟、洗羊毛的废水中提取钾盐；从海带中提取碘；从兽骨中提取磷酸氢钙

4、等。 4.农副产品 5.工业废料 工业生产中排出的废水、废气和废渣(称“三废”)，是污染环境的根源，但含有大量的可用之物。如果与三废治理相结合，可以化害为利，变废为宝。例如： 用硫酸厂的含SO2废气制NH4HSO，用电镀厂的含Cr()废水制Cr()盐，用水泥厂的窑灰制钾盐等。 5.工业废料第二节 碱金属 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。 属于A族元素原子的价电子层构型为：ns1在周期表中属于：s区元素。第二节 碱金属 碱金属的通性 是银白色的柔软、易熔轻金属在同周期元素中电离能最低，很易失去，表现出强烈的金属性。它们与氧、硫、卤素以及其他

5、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。 碱金属的焰色反应 在火焰中加热，各具特征的焰色用来鉴定 。 碱金属的通性 锂的特殊性 熔点、沸点远高于同族其他金属。Li+Li的电极电势是同族中最低的，含结晶水的锂盐多于其他碱金属盐。对角线规则 锂和镁有许多相似之处。锂和镁在过量的氧气中燃烧，不形成过氧化物，只生成正常氧化物Li2O和MgO。LiOH和Mg(OH)2是中强碱，在水中的溶解度不大，受热时分解为Li2O和MgO。锂、镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐等都难溶于水；Li2CO3，MgCO3受热分解并放出CO2； 这种在周期表中某一元素的性质和它右下方的另一元素相似的现象，称为对角线规则

6、。 如 Li和Mg；Be和Al；B和Si 之间锂电池 质量轻、体积小、寿命长，被用于心脏起搏器 锂的特殊性 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。点击观看动画演示 金属钠和钾 点击观看动画演示 用途： 钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂； 强传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

7、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。 用途： 金属钾因价格昂贵(约为钠的10倍)，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 。碱金属的氢化物 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。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)： Na2O

8、2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。碱金属的氧化物和氢氧化物Na2O2的制备和性质制备: 2 Na+O2Na2燃烧性质:点击观看动画演示Na2O2的制备和性质燃烧性质: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时，生成超氧化钾KO2 。 Na2O2和C

9、O2的特色反应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。2.钠、钾的氢氧化物氢氧化钠(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 氢氧化钠(NaOH)： 又称烧碱、火碱、苛性碱 。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，

10、维持NaCl的浓度2.阳膜既能允许阳离子通过，粗盐中的Ca 2+，Mg 2+，Fe 3+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。 制备：制备烧碱的新工艺离子膜法。说明：无机化学第八章主族金属元素(一)碱金属和碱土金属课件问题： 实验室盛放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。问题：钠盐和钾盐2.

11、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 。2.几种重要的钠盐和钾盐氨碱法制取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

12、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 CaCl2+ 2NH3+2 H2O氨碱法制取Na2CO3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碳酸氢钠(NaHCO3)蒸馒头碳酸钾(K2CO3)3草木灰第三节 碱土金属碱土

13、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第三节 碱土金属碱土金属和碱金属性质比较 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

14、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，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。镁制轻合金(与铝或钛)，作飞机和航天器的结构材料。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

15、增 。碱土金属的氧化物和氢氧化物氢氧化物1.氧化镁(MgO) 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 2.氧化钙和氢氧化钙 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。 氢氧化钙碱土金属的盐类1.碱土金属盐类的通性2.由碱土金属矿制取相应的盐镁

16、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。碱土金属的盐类2.由碱土金属矿制取相应的盐 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 2Fe 3+ +3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 +3Ca 2+ Mg 2+ +Ca(OH)2 Mg(OH)2 +Ca 2+ 氯化钙(CaCl2)CaCl2有无水物和二水合物 无水CaCl2有强吸水性，用于O2,N2,CO2,HCl,H2S等气体以及醛、酮、醚等有机试剂

17、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 ）。 无水CaCl2有强吸水性，用于O2,N2,C(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

18、性、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。(2) 锶盐 硫酸钙 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+CO2+H2O 硝酸锶是制造红色烟火及信号弹的主要原料。例如：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、