大学无机化学——碱金属和碱土金属.ppt

1、1,第12章 碱金属和碱土金属,12-1 金属单质 12-2 含氧化合物 12-3 盐类,2,Li,Rb Cs,Na,K,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,3,碱金属：IA族的金属单质。 锂、钠、钾、铷、铯、钫,由于IA族金属的氢氧化物都是强碱， 故称该族元素为碱金属,碱土金属：IA族的金属单质。 铍、镁、钙、锶、钡、镭,钙锶钡碱性“ 碱金属氧化物”和土性的“氧化铝”之间，故称该族元素为碱土金属,4,5,6,7,121 金属单质,物理性质： 共同点:都具有银白色金属光泽， 良好的导电性和延展性； 不同点:碱金属硬度小，密度小，熔点低，熔沸 点相差大 碱土金属硬度，密度，熔沸点比碱金属 高得多,12

2、11物理性质,8,a. IA、IIA除Be、Mg外均较软，可用刀切割。 Li、Na、K密度小于1（实验室 Li 保存在石蜡中， Na、K 保存在煤油中） c. Cs具有光电效应，因为其表面电子活性极高，表面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管的阴极。 d. IA金属能形成液态合金：例：Na-Hg齐合金：一种温和的还原剂；Na-K合金，比热高，被用于核反应堆的冷却剂。 e. IA，IIA金属均具有光泽，良好的导电性，导热性，延展性，且IIA族金属mp，bp，密度，硬度均高于IA。因为IIA中为2个价电子金属键强。,9,1212 化学性质,碱金属和碱土金属都很活泼，有很强的还原性 在自然界中大

3、都以离子型化合物存在，在绝大多数化合物中，它们以正离子形式存在,10,重晶石,11,1、碱金属和碱土金属与水的反应,原因：碱土金属熔点高不易熔化，因而与水反应不激烈 其氢氧化物溶解度小，生成的氢氧化物覆盖在金属 表面阻碍金属与水接触，从而减缓了金属与水的反应,12,Li Na K Ca,13,2、碱金属和钙、锶、钡+,金属氢化物具有强还原性， 是很强的氧化剂,14,碱金属的氢化物 离子型氢化物,（1） 均为白色晶体, 热稳定性差,（2 ) 还原性强,形成配位氢化物,15,3、碱金属和钙、锶、钡+液氨蓝色导电溶液,金属的氨溶液中含有金属离子和溶剂化自由电子， 这种溶剂化自由电子非常活泼，具有极强

4、的还原能力，,金属的氨溶液：强还原性（低温）、导电性、顺磁性,16,氨合电子结构示意图,17,由于氨合电子存在, 溶液有导电性和顺磁性, e(NH3)y-是很强的还原剂, 用于无机和有机合成. 痕量杂质如过渡金属盐,氧化物,氢氧化物存在或光化作用,能促进碱金属与氨的反应,18,当长期放置或有催化剂存在时,19,利用碱金属和碱土金属的强还原性，在非水溶液或熔融条件下制备稀有金属或贵重金属,4、强还原性,20,5、碱金属和碱土金属的焰色反应,焰色反应：碱金属、碱土金属及其的挥发性化合物在高温火焰中呈现特征颜色的现象 过程：原子化激发跃迁发射出一定波长的光 呈现特征颜色,Li+ 深红色 Ca2+ 橙

5、红色 Na+ 黄色 Sr2+ 洋红色 K+ 紫色 Ba2+ 绿色 Rb+ 紫红色 Cs+ 蓝色,21,Li Na K,Ca Sr Ba,22,1213 金属单质的制备,常用方法： 1、熔盐电解法Li、Na Be、Mg、Ca、Sr、Ba 2、热还原法 K、Rb、Cs、Be,23,1、熔融电解法 将金属的氯化物熔融电解,1）Na的制备,24,1、助熔剂、降低耗能 2、减少钠的挥发 3、降低钠的溶解度，利于产品分离,25,2)其他金属单质的制备,a、Be的制备 由于 的共价性较强，生产过程中需要加入,b、,c、Ca、Sr、Ba都可以通过电解其熔融氯化物制备,26,2、热还原法,1）K制备,不用熔融电

6、解法制备K的原因：金属K易溶于氯化物中，很难分离；金属K沸点低，易从电解槽中溢出,27,钾比钠活泼，为什么能通过如下反应制备金属钾？,28,2）其他金属的制备,29,1221含氧化合物,1221 氧化物 分类：普通氧化物、过氧化物超氧化物和臭氧化物,30,碱金属和碱土金属在充足的空气中燃烧,31,1、普通氧化物,32,2、过氧化物,33,过氧化物的性质,物理性质：粉末状固体、吸潮性 化学性质：,34,过氧化物的热稳定性,碱金属：除Li2O2不稳定外，其他碱金属的热稳定性都比较高 稳定性：碱金属碱土金属 碱金属过氧化物的热稳定性MgO2BaO2,35,3、超氧化物和臭氧化物,36,臭氧化物,制备

7、：Na/K/Rb/Cs的氢氧化物+O3臭氧化物 6KOH+4O3=4KO3+2KOHH2O+O2 稳定性：KO3不稳定,37,122氢氧化物,1、氢氧化物的碱性,38,1）碱金属和碱土金属的性质概述,碱金属的其他性质：白色固体、易吸潮、溶于水放出大量的热,39,溶解度规律： 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，相近的溶解度较小，即 “相差溶解” 规律。,2）原因,40,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强,碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性,41

8、,金属正离子的离电势,以MOH为代表，它有两种离解方式： MOH MO- + H+ 酸式电离 MOH M+ + OH- 碱式电离 究竟以何种方式电离，或两者兼有： 这与M的电荷数 Z（指离子的电荷数）与 M的离子半径比值有关。 离子势: = z/r,42,显然越大，离子静电引力强，则M吸引氧原子上的电子云能力强. 结果 ：OH键被削弱，易断裂，以酸式电离为主,越小，则RO键强度越弱，所以以碱式电离为主, = z/r：离子势,43,判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式：,44,用值来判断氢氧化物的酸碱性强弱只是一种粗略的经验方法，氢氧化物的碱性除与离子电荷、半径有关外，还与原子的电子层结构等多种因素

9、有关,45,2、氢氧化钠,NaOH是碱金属氢氧化物中最重要的氢氧化物，也是十分重要的基本化工原料，又称烧碱、火碱、苛性钠 主要内容 1)腐蚀性 2)易吸收空气中的水汽和酸性气体 3)NaOH的制备 工业上：a、隔膜法 b、离子膜法,46,47,123 盐类,1231盐的溶解性 1、碱金属盐 碱金属盐类通常易溶于水, 且它们的离子都是无色的, 只有少数碱金属盐是难溶的. 1）Li的盐类 Li+半径小, 极化能力强, 其强酸盐易溶于水, 如LiCl、LiNO3, 而其弱酸盐溶解性较差， 如LiOH，Li2CO3、Li3PO4、LiF。,48,2）其他碱金属的难溶盐 钠的难溶盐： 锑酸钠 NaSb(

10、OH)6 (白色) 醋酸铀酰锌钠：NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29(H2O)黄绿色 钾的难溶盐： 高氯酸钾 KClO4 (白色) 酒石酸氢钾 KHC4H4O6 (白色) 六氯铂酸钾 K4PtCl6 (淡黄色) 六硝基钴()亚硝酸钠钾 K2NaCo(NO2)6 (亮黄色) 四苯硼酸钾 KB(C6H5)4 (白色) 六氯和锡酸铷 Rb2SnCl6 高氯酸铯 CsClO4,49,2、碱土金属盐,碱土金属盐都是离子化合物,50,盐类的溶解,盐类的溶解包括晶格能的破坏和离子的水合。因此，离子的晶格能和水合倾向大小都是影响溶解度的重要因素。离子电荷越高，半径越小，水合时放热越多，越有利于溶解,半

11、径大的正离子与复杂离子形成的盐类，溶解度较小； 半径小的正离子与半径小的负离子形成的盐类，溶解度较小,51,1232 盐的结晶水合与复盐,正离子电荷越高，半径越小，形成结晶水合盐类的倾向越大。,52,53,54,1233含氧酸盐的热稳定性,1、硝酸盐的热分解,55,2、碱金属的卤化物,制备：氢氧化物/碳酸盐+卤化氢结晶卤化物（其卤化物是熔点较高的白色晶体） 碱金属卤化氢的的标准生成热,56,碱金属含氧酸盐的热稳定性一般比碱土金属的热稳定性高,原因：正离子电荷越高，半径越小，极化能力越强，其含氧酸盐不稳定，分解温度越低 碳酸盐的受热分解产物为金属氧化物和二氧化碳,57,1234重要盐类简介,Na

12、Cl：俗称食盐，大量存在于海水中，也有其矿物 用途：1）以NaCl为原料可生产Na、NaOH、Cl2、 Na2CO3和HCl 2）食品加工、石油工业、纺织工业等方面， 也作为公路融雪剂,1、卤化物,58,MgCl2:俗称卤水 用途：1）豆制品加工（可使蛋白质凝固） 2）重要的化工原料：在有机合成化学中 有广泛的运用 3）做雪融剂（凝固点较低） 通常以MgCl26H2O形式存在,59,无水CaCl2 1）制备,CaCl26H2O在脱水时会发生水解，因而脱水产物中常含有CaO 2）用途：CaCl26H2O与冰混合可做制冷剂,60,BeCl2 1）性质：碱土金属氧化物中只有BeX2具有较强的共价性，

13、熔沸点低，易升华； 2）水合卤化物脱水时会像MgCl26H2O一样分解 3）无水BeCl2固态时具有链状结构，Be的原子轨道 为SP3杂化； 气态时存在二聚体分子（BeCl2)2，Be的原子轨 道为SP2杂化,61,2.碳酸盐,Na2CO3(最重要的碳酸盐)，俗称苏打或纯碱 1）用途：重要的化工原料，大量用于生产纸张、肥料、洗涤剂盒其他化学试剂等 2）制备：氨碱法、联合制碱法,62,优缺点: 原料经济, NaCl利用低 , CaCl2废液无法利用,63,索尔维碳化塔结构,64,碳酸氢钠,65,NaHCO3：俗称小苏打 大量用于食品工业，是重要的化工原料 加热易分解 CaCO3: 石灰石 作为添加剂大量用于涂料的生产,66,3、硫酸盐,Na2SO4:俗称元明粉 用途：大量用于造纸、陶瓷等工业中 NaSO410H2O俗称芒硝，是储能原料,天然芒硝,67,CaSO4 1)常以水和盐形式存在 生石膏：CaSO42H2O 熟石膏：CaSO40.5H2O 2)用途：用来制作模型、塑像、并作室内装饰材料,68,BaSO4 ：重晶石 用途： 1）做白色涂料和添加剂 2）做钡餐进行胃部X射线检查 3）作为制备其他钡盐的原料,重晶石,69,4、硝酸盐和卤素含氧酸盐,70,1235锂的特殊性,在氧