重要金属元素-碱土金属（无机化学课件）

碱土金属˝无机化学碱土金属碱土金属单质的物理化学性质部分碱土金属的制备与应用碱土金属的化合物碱金属几种重要的盐碱土金属指的是元素周期表上第2族（ⅡA族）的六个金属元素。碱土金属(除铍外)都是银白色的，比较软的金属，密度比较小。碱土金属原子的氧化数为+2，碱金属原子失去电子变为离子时，最外层一般是8个电子，但铍离子最外层只有2个电子。碱土金属具有很好的延展性，可以制成许多合金。BeMgCaSrBaRa

由于钙、锶、钡的氧化物既难溶于水又难熔融，类似于粘土的主要成分Al2O3的性质，且又呈碱性，所以称为碱土金属。碱土金属的单质为银白色(铍为灰色)固体，容易同空气中的氧气和水蒸气作用，在表面形成氧化物和碳酸盐，失去光泽而变暗。它们的原子有两个价电子，形成的金属键较强，熔、沸点较相应的碱金属要高。单质的还原性随着核电荷数的递增而增强。

铍：单质为灰色，是最轻的碱土金属元素，铍在地壳中含量为0.001%，主要矿物有绿柱石、硅铍石和金绿宝石。镁：银白色的金属，镁存在于菱镁矿MgCO3、白云石CaMg(CO3)2、光卤石KCl·MgCl2·H2O中，海水中也含镁盐，可以由电解熔融的氯化镁或光卤石制得。钙：银白色金属，质软，钙在地壳中的含量仅次于氧、铝、硅、铁，居第五位，主要矿物有石灰石、大理石、石膏、磷灰石等。锶：银白色软金属，锶是碱土金属中丰度最小的元素。主要的矿物有天青石和碳酸锶矿。可由电解熔融的氯化锶而制得。

钡：银白色，燃烧时发黄绿色火焰，是碱土金属中最活泼的元素，钡在地壳中的含量为0.05%，主要矿物有重晶石和毒重石。碱土金属单质的物理化学性质性质铍镁钙锶钡原子序数412203856相对原子质量9.0124.3140.0887.62137.33价层电子构型2S23S24S25S26S2原子半径/pm111.3160197.3215.1217.3离子半径/pm356699112134第一电离能/(KJ·mol-1)905742593552564第二电离能/(KJ·mol-1)1768146011521070971第三电离能/(KJ·mol-1)149397658494243513575电负性1.571.3110.950.89密度/(g/cm-3)1.851.741.552.543.5熔点/K155192211121042993沸点/K32431363175716571913硬度

21.51.8

碱土金属的性质

铍:

由于铍的表面形成保护性氧化层，故在空气中即使红热时也很稳定。不溶于冷水，微溶于热水，可溶于稀盐酸，稀硫酸和氢氧化钾溶液而放出氢，表现出两性。

Be+2HCl=BeCl2+H2↑Be+2KOH=K2BeO2+H2↑

Be原子的价电子层结构为2S2，铍由于原子半径和离子半径特别小，电负性又相对较高，所以铍形成共价键的倾向比较显著，不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质：（1）氢氧化铍是两性的，而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。（2）铍由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用，而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易与水反应。（3）铍盐强烈地水解生成四面体型的离子，Be-O键很强，这就削弱了O-H键，因此水合铍离子有失去质子的倾向，因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素（镁除外）的盐均没有水解作用（4）铍的氧化物和卤化物都具有明显的共价性；镁：

1）在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化物薄膜，使空气很难与它反应。

2）镁能和醇、水反应生成氢气

;3）镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火;4）镁由于能和N2和O2反应，所以镁在空气中燃烧时，会同时生成Mg3N2和MgO;5）镁也可以和卤素发生强烈反应；

6）镁也能直接与硫化合。

1.与非金属单质的反应：

2Mg+O2====2MgO

3Mg+N2====Mg3N2

Mg+Cl2====MgCl2

2.与水的反应：

Mg+2H2O====Mg(OH)2+H2↑点燃点燃点燃3.与酸的反应：

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑

4.与氧化物的反应：

2Mg+CO2==2MgO+C

*注：该反应在氧气充足时一般不发生或发生后又有C+O2=CO2（点燃），所以在反应后不见有黑色固体生成。

△1）溶于酸，常温下与水发生剧烈反应，生成氢氧化钙（石灰）、氢气，氢氧化钙微溶于水。

Ca+2H2O====Ca(OH)2+H2↑2）在空气在其表面会形成一层氧化物和氮化物薄膜，以防止继续受到腐蚀。

N2+3Ca=Ca3N2Ca+O2=2CaO3）跟氟、氯、溴、碘等化合生成相应卤化物，跟氢气在400℃催化剂作用下生成氢化钙

Ca+X2=CaX2Ca+H2===CaH2钙：400℃催化剂锶：锶的化学性质活泼，加热到熔点（769℃）时即燃烧，呈红色火焰，生成氧化锶（SrO）；在加压条件下跟氧气化合生成过氧化锶（SrO2），跟卤素、硫、硒等容易化合；加热时跟氮化合生成氮化锶（Sr3N2）；加热时跟氢化合生成氢化锶（SrH2）；跟盐酸、稀硫酸剧烈反应放出氢气。常温下跟水反应生成氢氧化锶和氢气。锶在空气中会转黄色。

2Sr+O2=2SrO继续氧化：SrO+O2=SrO2

Sr+H2O=Sr(OH)2+H2↑钡：钡与氧气发生反应，生成氧化钡（BaO），它在600℃继续与氧气作用，可生成过氧化钡（BaO2）。在高于800℃时，过氧化钡又分解为氧化钡，并放出氧气。在室温下，钡与水剧烈反应，生成强碱氢氧化钡，放出氢气Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2↑2Ba+O2=2BaOBaO+O2=BaO2

BaO2=BaO+O2(>800℃)Ba+2HCl=BaCl2+H2↑

钡与卤素在室温下即可发生反应，生成卤化物。在高温下，钡与氢作用，生成氢化钡；与氮作用，生成氮化钡；与碳作用，生成碳化钡。金属钡的还原性很强，可以还原大多数金属的氧化物、卤化物和硫化物，得到相应的金属。Ba+H2=BaH2

4Ba+3N2=2Ba2N3Ba+X2=BaX2碱土金属的制取及应用铍的制取（1）电解无水熔融的铍盐，如氯化铍

BeCl2

＝=

Be＋Cl2

（2）用金属镁还原氟化铍Mg＋BeF2＝Be＋MgF2铍的用途：

在所有的金属中，铍透过X射线的能力最强，有金属玻璃之称；铍比常用的铝和钛都轻，强度是钢的四倍，铍的吸热能力强，机械性能稳定，是优秀的宇航材料。

铍还可以用于核反应堆做中子减速剂和反射剂

(通电)(熔融)工业制法工业上利用电解熔融氯化镁或在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁，前者叫做熔盐电解法，。熔融电解MgCl2（l）=Mg(s)+Cl2(g)↑海水中提取氯化镁可以从海水中提取

MgCl2·6H2O(s)=MgCl2(s)+6H2O(l)

MgCl2（l）====Mg(s)+Cl2(g)↑

应用：

镁是航空工业的重要材料，镁合金用于制造飞机机身、发动机零件等；镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，可广泛用在地下铁制管道、石油管道、储罐、海上设施；镁的制取和应用熔融电解钙的制取:

先由石灰石与盐酸反应得到氯化钙

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

电解氯化钙得到钙与副产品氯气

CaCl2==Ca+Cl2↑

钙在人体中的作用：

钙与钾、钠等离子保持一定比例，使神经、肌肉保持正常的反应；钙可以调节心脏搏动，保持心脏连续交替地收缩和舒张；钙能维持肌肉的收缩和神经冲动的传递；钙能刺激血小板，促使伤口上的血液凝结；在机体中，有许多种酶需要钙的激活，才能显示其活性。（通电）锶的制取：工业用电解熔融的氯化锶制取锶：

SrCl2===Sr+Cl2↑元素用途用于制造合金、光电管，以及分析化学、烟火等。锶由于其很强的吸收X射线辐射功能和独特的物理化学性能，还广泛应用于电子、化工、冶金、军工、轻工、医药和光学等各个领域。电解熔融钡

钡的制备：（1）用电解熔融钡盐的方法（2）在1000～1200℃，用金属铝还原氧化钡，可制得金属钡，再用真空蒸馏法提纯。

用途：

金属钡用作消气剂，除去真空管和显像管中的痕量气体，还是轴承合金的组分。碱土金属的化合物（一）氢化物碱土金属中的镁、钙、锶、钡在氢气流中加热，就可以生成相对应的离子型氢化物，例如：

Ca+H2====CaH2碱土金属的离子型氢化物热稳定性有较大的差异，BaH2具有较高的熔点（1200℃），但是它们都与水发生剧烈的水解反应而放出氢气：

MH2+H2O==M(OH)2+H2423K～573K(二)氧化物碱土金属的氧化物都是难溶于水的白色粉末，由于碱土金属带电荷多离子半径小，所以碱土金属的氧化物有较大的晶格能，熔点高，硬度大。BeO几乎不与水反应，MgO与水缓慢反应生成相应的碱，CaO,SrO,BaO与水都能发生剧烈的反应生成相应的碱，并放出大量的热。阴离子直接形成间接形成正常氧化物O2-Be,Mg,Ca,Sr,BaBe,Mg,Ca,Sr,Ba过氧化物O22-BaMg,Ca,Sr,Ba超氧化物O2-Ca,Sr,BaBeO，MgO由于熔点高可做耐高温材料。常温下CaO可以与水发生反应：

CaO+H2O=Ca(OH)2利用该反应不仅可以生产建筑中常用的熟石灰，还用来除去乙醇中少量的水；此外，CaO在高温条件下可与酸性氧化物反应，例如：CaO+SiO2=CaSiO3所以CaO又可用于工业炼钢中除去脉石、磷化物等杂质过氧化物

过氧化物是含有过氧根[-O-O-]2-的化合物，除铍外，碱土金属在一定条件下都能形成过氧化物。

钙、锶、钡的氧化物与过氧化氢作用，可得到相应的过氧化物：

MO+H2O2+7H2O=MO2·8H2O钙、锶、钡燃烧可生成过氧化物

M+O2==MO2

在碱土金属的过氧化物中BaO2较为重要，BaO2与稀酸反应可生成H2O2，实验室常用此反应制备H2O2：

H2SO4+BaO2=BaSO4+H2O2点燃（三）氢氧化物碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体，它们在空气中容易吸水而潮解。碱土金属的氢氧化物溶解度较小，其中Be(OH)2和Mg(OH)2是难溶的氢氧化物。氢氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2溶解度/(mol/L)8*10-62.1*10-42.3*10-26.6*10-20.12碱土金属的氢氧化物的溶解度之所以呈现这样的规律，这是由于随着金属半径的增大，阴阳离子间的作用里逐渐减小，容易为水分子解离。Be(OH)2两性氢氧化物Mg(OH)2中强碱Ca(OH)2强碱Sr(OH)2强碱Ba(OH)2强碱

碱土金属的氢氧化物的碱性取决于金属阳离子的离子势，R----O----H的解离方式可以用来解释碱土金属的氢氧化物的碱性强弱。

碱土金属的盐碱土金属离子带2个正电荷，其离子半径比相应的碱金属离子半径小，所以它们极化能力较强。但同族元素随着离子半径增大，键的离子性增强所以碱土金属的氯化物的熔点由Be到Ba依次增高：其中BeCl2的熔点明显的低，这是由于Be2+半径小，电荷多，极化能力强，所以它与卤素离子（除F-）形成的化合物均为共价化合物。碱土金属的盐比相应的碱金属盐溶解度小。碱土金属的硫酸盐、铬酸盐的溶解度差别较大，例如离子半径小的Be2+与大阴离子硫酸根、铬酸根形成的盐易溶，而离子半径较大的Ba2+相应的盐则难溶。BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔点/℃415714775874962离子化合物的溶解度

离子化合物的溶解度由离子化合物的晶格能和离子的水合能两方面决定;离子化合物的晶格能越小水合能越大则越容易溶解。离子半径的减小都有利于晶格能和水合能的增大，当r-≈r+时，有利于晶格能增大。当阴离子半径较阳离子半径大时，随着阳离子半径的减小水和能改变较大，而晶格能改变较小，则盐的溶解度增大。例如I-半径较大，溶解度顺序有：LiI>NaI>KI>RbI>CsI

当阴离子半径与阳离子半径相近时，当阳离子半径减小时，晶格能增大，则盐的溶解度减小。例如，F-、OH-半径较小，室温下有如下溶解顺序：LiF<NaF<KF<RbF<CsF碱土金属盐的热稳定性碱土金属盐的热稳定性比碱金属的差，但常温下也都是稳定的。碱土金属的碳酸盐硫酸盐等的稳定性都是随着金属离子半径增大而增强，表现为它们的分解温度依次升高。Be盐的稳定性特别差常见碱土金属盐类的分解温度/℃碱土金属的碳酸盐的热稳定性规律可通过离子极化解释硝酸盐碳酸盐硫酸盐Be约100﹤100550～600Mg约1295401124Ca﹥561900﹥1450Sr﹥75012901580Ba﹥5921360﹥1580碱土金属几种重要的盐CaCl2·6H2O在加热脱水的过程中会发生微量的水解，所以无水氯化钙中常含有少量的氧化钙。无水氯化钙具有吸水性，是一种重要的干燥剂。CaF2俗称萤石，是制取HF和F2的重要原料。萤石具有能降低难熔物质的熔点，促进流动，使渣和很好分离，因此，它作为被广泛应用于冶炼及生产、化铁工艺和冶炼CaCl2CaF2CaSO4·2H2O

俗称生石膏，加热至393K左右时，部分脱水形成熟石膏2CaSO4·H2O，该过程不可逆。熟石膏应用于制模型、塑像、粉笔和石膏绷带等。石膏还用于水泥的生产。MgSO4·7H2O俗称泻盐，微溶于醇，不溶于乙酸和丙酮，用作媒染剂、泻盐，也用于造纸、纺织、肥皂、陶瓷和油漆工业。MgSO4·7H2OCaSO4·2H2OBaSO4俗称重晶石，可用作白色涂料；硫酸钡也是唯一无毒的钡盐，用于X光透视时用的钡餐。任何可溶性钡盐都有毒性。课程小结本节重点碱土金属单质的物理化学性质部分碱土金属的制备与应用碱土金属的化合物碱金属几种重要的盐拓展练习1、

镁条在空气中燃烧后，其生成物中可能含有的物质是（C）A．MgCO3

、MgO、Mg3N2

B．B．Mg(OH)2

、MgO、MgCO3

C．MgO、Mg3N2

、CD．Mg3N2

、C、MgCO32、物质的量为0．10mol的镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧(产物不含碳酸镁)，反应后容器内固体物质的质量不可能为(D)A．3．2gB．4．0gC．4．2gD．4．6g镁元素及其单质˝无机化学导入神州十号01镁元素（Mg）目录CONTENTS02镁的物理性质03镁的化学性质04镁的存在05镁的用途镁元素（Mg）01一、镁元素（Mg）镁的物理性质02镁是______色金属，有___________，密度较____，硬度较___，质地_____，熔点较低，是热和电的良导体。银白金属光泽小小柔软二、镁的物理性质镁的化学性质031.镁与非金属单质反应光亮的镁条在空气中点燃现象结论剧烈燃烧，发出耀眼的白光，伴有白烟，生成白色固体。

2Mg+O22MgO

三、镁的化学性质三、镁的化学性质1.镁与非金属单质反应光亮的镁条在空气中点燃插入动画（待制作）三、镁的化学性质1.镁与非金属单质反应光亮的镁条在氮气中点燃现象结论剧烈燃烧，发出耀眼的白光，伴有白烟，生成白色固体。3Mg＋N2Mg3N2三、镁的化学性质2.镁与氧化物反应现象结论剧烈燃烧，发出耀眼的白光，伴有白烟，生成白色固体，在瓶的内壁有黑色的固体生成2Mg+CO2

2MgO+C三、镁的化学性质3.镁与热水反应将镁条投入蒸馏水中，并滴入2滴酚酞，再加热现象结论加热后，镁条上有气泡，溶液呈粉红色。Mg＋2H2O△Mg(OH)2＋H2↑三、镁的化学性质4.镁与酸反应将镁条将镁条投入盛有稀盐酸的试管中现象结论镁条上有气泡，放热。Mg＋2H＋

=

2Mg2＋＋H2↑三、镁的化学性质5.镁与盐反应将镁条投入