碱金属碱土金属.ppt

1、1,教学要求,1、掌握A、A族元素单质、氧化物、氢氧化物的性质、制备和用途。熟悉性质变化的规律性,2 、掌握A、A族金属盐类的一些重要性质。,3、通过对比锂、镁的相似性了解对角线规则。,2,第一节 碱金属和碱土金属的通性 第二节 碱金属和碱土金属的单质 第三节 碱金属和碱土金属的化合物 第四节 对角线规则,本章讲解内容,请选择,3,第一节 碱金属和碱土金属的通性,第IA族包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中钫是放射性元素。,第IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“

2、土性的” 难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土金属。现在习惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱土金属元素。其中镭是放射性元素。,A,A,Li Na K Rb Cs Fr,Be Mg Ca Sr Ba Ra,4,表17-1 碱金属元素的一些基本性质,碱金属是活 泼性最强的 金属元素， 都是强还原 剂,5,表17-2 碱土金属元素的一些基本性质,碱土金属仍是活泼性相当强的金属元素，也是强还原剂，,6,密度最小的金属元素是Li，其次是K、Na。Li的密度只有水的一半，可以浮在煤油上。 碱金属可以用小刀切割，具有金属光泽，但很快会被氧化而失去光泽 。,物理性质,由于碱土金属的原子半径较小，所以形成

3、的金属键比碱金属强得多，因此它们的熔沸点、密度和硬度等都比碱金属的高。但碱土金属的密度比常见金属如Cu、Zn、Fe还是小得多，碱土金属也属轻金属。除了铍和镁以外，其它金属都很软，可以用刀子切割。它们的单质都有良好的导电性和延展性。,成键特征,1、以离子键为主，A族是离子键特征最强的元素，其次是A族； 2、可以形成共价化合物的元素是：Li、Be、Mg等，气态的Na2、Cs2也是共价分子。,碱金属具有密度小、硬度小、熔沸点低、升华热低、导电性强等特性,7,第二节 碱金属和碱土金属的单质,2-1 存在和制备,海水（NaCl、MgCl2 、KCl） 光卤石(KClMgCl6H2O)。,钠长石(NaAl

4、Si3O8) 钾长石(KAlSi3O8) 锂辉石(Li2Al2O34SiO2),明矾(K2SO4Al2(SO4)324H2O) 石膏(CaSO42H2O) 重晶石(BaSO4) 天青石(SrSO4),大理石（ (CaCO3 ） 石灰石(CaCO3) 菱镁矿(MgCO3),氯化物,硅酸盐矿,硫酸盐矿,碳酸盐矿,8,金属的制备,电解熔盐法,电解熔盐法是最强的氧化还原手段，由于卤化物的熔点较低，所以常用电解氯化物法制备活泼金属： 阳极放出氯气：2Cl- =Cl2+ 2e 阴极析出金属：M+ +e = M 电解反应： 2MCl =2M + Cl2,在电解中，必要时要混入适当的助熔剂，如在氯化钠的电解中

5、，是加入CaCl2为助熔剂，其作用是： 1、降低熔点（钠熔点=1073K，混合盐熔点=873K） 2、防止钠的挥发 3、减小钠的分散性（熔盐密度大，钠密度小，易浮于熔盐上面进行分离）,如Li、Na、Mg、Ca等金属是用电解金属氯化物的方法制备的： 2NaCl = 2Na + Cl2 MgCl2 = Mg + Cl2,热还原法,金属置换法,热分解法,9,热还原法,金属置换法,热还原法中常用碳可碳化物作还原剂， 从金属氧化物或碳酸盐中还原出金属。,K2CO32C=2K3CO,1473K 真空,MgO + C = CO +Mg MgO + CaC2 = Mg + CaO + 2C,2KFCaC2=C

6、aF22K2C,1273 - 1473 K,用活泼金属作还原剂的热还原法称金属置换法，常用还原剂金属有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。,KCl + Na =NaCl + K 2RbCl + Ca =CaCl2 + 2Rb 3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O3,1473K,真空,K通常不用电解法而用置换制备，这是因为它易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸，所以不用电解法制钾。Rb和Cs也是这样。,上述是熔盐中的置换反应，它不同于溶液中的置换反应，熔点低的物质容易被置换出来。,10, 4KCN=4K4C2N2 2MN3=2M3N2 MNa、K、Rb

7、、Cs 668K 2RbN3=2Rb3N2 真空 663K 2CsN3=2Cs3N2,热分解法,一些不稳定的盐可用热分解法，如氰化物、叠氮化物。因碱金属的叠氮化物容易纯化，加热分解不爆炸。所以是制备它们的好方法。,11,2-2 单质的物 理性质,密度较小但硬度大 镁和铍用于制轻质合金，如镁铝合金和电子合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度大，硬度高弹性好等优点。 碱土金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差,一、碱金属特殊物理性质：,密度小 钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。 硬度小 用小刀可以切割它们。 熔沸点较低 随原子量的增大而降低。 导电性强 Cs、Rb用于作光电材料。,二、碱土

8、金属的物理物质,三、液态合金,碱金属在常温下能形成液态合金： K-Na合金（K: 77.2 % Na: 22.8 % m.p. = 260.7 K）具有 较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂。 Na-Hg合金(称钠汞齐 m.p. = 236.2 K)用于有机合成中作还原剂,12,2-3 单质的 化学性质,A族是最活泼的金属元素，其次是A族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强,切割一小块钠放在水中，可观察到钠浮在水面上与水激烈反应而来回运动着： 2Na+2H2O=2NaOH+H2 钾可在水面上燃烧呈现紫红色火焰。 Li反应时由于产物溶解度小而吸附在金属表面上，使反应缓慢进行。,

9、一、与水和空气的反应,碱金属与水的反应,13,4LiO22Li2O 6LiN22Li3N 4NaO22Na2O Na2OCO2Na2CO3,碱金属在常温下可 以与空气中的O2、 CO2、水汽等反应,碱土金属一般要加热 才能进行反应。这是 因为它的表面容易生 成氧化膜保护层。, 3CaN2=Ca3N2 3MgN2=Mg3N2,在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物,与空气反应,想一想：活泼金属应当如何保存？,要避免与空气接触。锂要保存于蜡中，钾、钠、钙等应保存于煤油中。,常温下锂可 与氮气反应,14,二、用作高温还原剂,如Na、Mg、Ca等： SiO22Mg=Si2MgO TiC

10、l44Na=Ti4NaCl,三、与非金属反应生成二元化合物,2M(熔化)H2=2MH MLi, Na 研磨 NaS=Na2S NaP=Na3P,四、溶解于液氨中生成溶剂合离子和电子,M(s)(x+y)NH3(l)=M(NH3)x+e(NH3)y- 金属的氨溶液呈蓝色，若挥发掉溶剂，又可得到金属。 金属氨溶液具有高导电性，顺磁性，和强还原性，常用于有机制备反应，如： 2Na 2NH3(l)2NaNH2H2,15,第三节 碱金属和碱土金属的化合物,3-1 氧化物,普通氧化物,过氧化物,超氧化物,臭氧化物,Li2O、MO (M = 碱土金属),Na2O2、BaO2,MO2 (M = K、Rb、Cs)

11、,MO3 (M=K、Rb、Cs),:O:,2-,:OO:,2-,:OO:, ,-,O,O,O,-,35,抗磁性,抗磁性,顺磁性,顺磁性,结 构,16,一、普通氧化物,Li、A金属与空气作用或由碳酸盐加热分解时均生成氧化物： 4MO2=4M2O （M=碱金属，常温） 6Li + N2 =2Li3N （常温） 2MO2=2MO （M=碱土） MCO3=MOCO2 （M=碱土）,制 备,性 质,它们都是白色固体，化学性质主要表现为碱性氧化物，与水、酸、酸性氧化物反应，BeO则表现两性,M2O+H2O = 2MOH (M=碱金属) M2O+CO2 = M2CO3(M=碱金属) MO+H2O=M(OH)

12、2 (M=碱土金属) MO+CO2 = MCO3 (M=碱土金属) BeO+NaOH=Na2Be(OH)4(铍酸钠) BeO+2HCl=BeCl2+H2O,17,想一想,1、为什么自然界没有游离态的碱金属和碱土金属？它们主要以哪些形式存在？ 2、碱金属有哪些特殊的物理性质？ 3、工业上常用电解方法制备的碱金属和碱土金属有哪些？为什么不用电解法制备金属钾。,1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。,2、碱金属的特殊物理性质：密度小、硬度小、导电性强、容易形成液态合金。,3、工业上

13、常用电解的方法制备的碱金属是锂和钠，碱土金属是镁和钙。钾一般不用电解法制备，因为它熔点低，易挥发，生成的K易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸。,1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。,18,二、其它氧化 物的制备,453-473K 4NaO2=2Na2O 573-673K 2Na2OO2=2Na2O2 773-793K 2BaOO2=2BaO2,燃烧 MO2=MO2,臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物： 6KOH + 4

14、O3 = 4KO3 + 2KOH H2O + O2,过氧化物,超氧化物,臭氧化物,钠在空气中燃烧 可制得黄色的过 氧化钠粉末,氧化钡在氧 气中燃烧可 得白色的过 氧化钡,钾、铷、铯与氧气可生成三种类型氧化物： M2O、 M2O2、MO2。在空气中燃烧时生成超氧化物,用液氨结晶KO3 可得桔红色的 KO3晶体,19,三、氧化物 的性质比较,Na2O22H2OH2O22NaOH 2H2O22H2OO2 2MO22H2OO2H2O22MOH 2MO32H2O2O2H2O22MOH,与水反应,M2O+CO2 = M2CO3 2M2O2+CO2=2M2CO3+O2 4MO22CO22M2CO33O2,与

15、CO2反应,Cr2O3+3Na2O2=2Na2CrO4+Na2O MnO2+Na2O2=Na2MnO4,强氧化性,过氧化物用于把某些 难溶氧化物氧化为高 价的易溶物：,20,四、氧化物的 主要用途,碱土氧化物,氧化剂,漂白剂,供氧剂,引火剂,碱土金属的BeO,MgO具有很高的熔点和硬度， 用于制耐火材料和金属陶瓷。CaO俗称石灰或生石灰，作建筑材料，也用做干燥剂，炼钢工业上用于除去Si、P杂质。,过氧化物、超氧化物、臭氧化物都是强氧化剂。,由于它们的强氧化性，可用于纸张、织物等的漂白剂,利用它们与二氧化碳反应生成氧气的性质作为潜水、登山、高空作业的供氧剂,过氧化钡常用于爆破作业上作强火剂, C

16、aOSiO2=CaSiO3 3CaOP2O5=Ca3(PO4)2,21,3-2 氢氧化物,碱金属的氢氧化物对皮肤和纤维有强烈 的腐蚀作用，所以又称为荷性碱。,物理性质,碱金属和碱土金属的氢氧化物均为 白色固体。,颜色和状态,碱金属氢氧化物的熔点较低： LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 723 591 633 574 545 碱土金属氢氧化物在熔点前脱水分解,熔点(K),溶解性 moll-1,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 810-6 51

17、0-4 1.810-2 6.710-2 210-1,碱金属氢氧化物溶于水放出大量热，在空气中很快潮解，可用作干燥剂。它是重要的工业原料,22,强碱性反应,化学性质,碱金属氢氧化物,酸性氧化物,CO2,碳酸盐,硅酸盐,铝酸盐,SiO2,Al2O3,非金属岐化,酸,盐+水,卤素,XO3- + X-,P,S,H2PO2- +PH3,SO32- + S2-,非金属置换,Al、Zn、B、Si,含氧酸盐+H2,重要的氢氧化物有NaOH、KOH、Ca(OH)2等,制 备,1).电解食盐水法制备NaOH: 2NaCl+2H2O= 2NaOH+H2+Cl2,2). 氧化物与水反应: CaCO3=CaO + CO

18、2 CaO + H2O=Ca(OH)2,23,3-3 氢化物,制 备,碱金属和碱土金属的Ca、Sr、Ba 与氢在高温下反应生成离子型氢化物： 2MH22MH （M碱金属） MH2MH2 （MCa、Sr、Ba）,氢化物中以LiH最 稳定，加热到熔点 (961K)也不分解,性 质,离子型氢化物都是强还原剂，在水中水解放出氢气： TiCl44NaHTi4NaCl2H2 LiH H2OLiOHH2 CaH22H2OCa(OH)22H2,LiH、CaH2常用于作为野外产生氢气的原料。,1 kg 氢化锂,H2 2800 dm3,24,碳酸盐：都难溶 硫酸盐：以BaSO4最难溶，MgSO4易溶 草酸盐：以C

19、aC2O4的最小，它是所有钙盐中溶解度最小的。 铬酸盐：除铬酸镁易溶外，其他的难溶。,3-4 盐类,一、盐类的溶解性,碱金属的大部分盐是可溶的，少数难溶盐的数目是随着碱金属离子半径的增大而增多，一些难溶盐如下：,锂盐：氟化锂 LiF、碳酸锂Li2CO3、 磷酸锂Li3PO4.5H2O 钠盐：六羟基锑酸钠 NaSb(OH)6 （白） 醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(CH3COO)99H2O（黄绿） 钾盐：KClO4(白色)、KHC4H4O6(酒石酸氢钾，白色)、 K4PtCl6(淡黄色)、 K2NaCo(NO2)6(亮黄色)、 KB(C6H5)4(四苯硼酸钾白色),碱土金属的 难溶盐很多,凡难

20、溶弱酸盐都易溶于酸。,Na+的检验： Na+ZnAc2+3UO2Ac2+HAc +9H2O= NaAcZnAc23UO2Ac29H2O(黄)+H+,K+检验: 2K+ + Na+ Co(NO2)63- = K2NaCo(NO2)6(黄),25,二、钠盐和钾盐的性质差异,、溶解性 钠盐溶解度较特殊的是，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，NaCl的溶解度随温度的变化不大。难溶盐的种类以钾盐较多。,、吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强，因此在分析上一般用钾盐作标准试剂，如作标定用的邻苯二甲酸氢钾，重铬酸钾等。,、结晶水 钠盐之所以溶解度大，吸湿性强，很大的一个因素是它溶易形成结晶水合物，如Na2

21、SO410H2O，Na2HPO412H2O，Na2S2O35H2O等。,26,三、焰色反应,Li,Na,K,Ca,Ba,离子 Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ 颜色 红 黄 紫 紫红 紫红 橙红 洋红 黄绿 波长 670.8 589.0 404.4 420.2 455.5 612.2 687.8 553.6 (nm) 589.6 404.7 629.8 459.3 616.2 707.0,碱金属和碱土金属的离子在无色火焰上燃烧时，当较高能级上的电子跳回较低能级轨道上时，要释放出特征波长的光，呈现出特征的颜色。,27,四、晶型,碱金属和碱土金属离子型晶体大多数为

22、NaCl型和CsCl型,NaCl型：阳离子和阴离子均为面心立方构型，配位数均为6,CsCl型：阳离子和阴离子均为简单立方构型，配位数均为8,28,五、形成结晶 水合物的倾向,Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ 水合热 519 406 322 293 264 2494 1921 1577 1443 1305,一般说来，同族元素的金属离子，离子半径越小，形成离子水合物的倾向越大。这与它们的水合热变化是一致的,在碱金属中，锂的所有盐几乎都是水合的，钠盐约有75% 是水合的，钾盐有25%是水合的。碱土金属则以铍盐和镁盐的水合物较多。,形成结晶水的能力

23、不仅与阳离子有关，还与阴离子有关，如在碱金属盐中：卤化物大多数是无水物；硝酸盐只有锂形成水合盐LiNO33H2O；硫酸盐中只有锂和钠形成水合盐Li2SO4 H2O，Na2SO4 10H2O；碳酸盐中则反常，除碳酸锂无水外，其余都有不同形式的水合物： Na2CO3 10H2O、K2CO3 5H2O、Rb2CO3 H2O Cs2CO3 3H2O,29,六、形成复盐 的能力,由两种简单盐按一定比例组成的盐，而在溶液中又能离解出简单盐离子的物质称为复盐。碱金属形成复盐的能力最强，按组成分为几种类型：,光卤石类,MClMgCl26H2O M=K+、Rb+、Cs+ 如光卤石KClMgCl26H2O,钾镁矾

24、类,M2SO4 MgSO4 6H2O M=K+、Rb+、Cs+,明矾类,MM (SO4)2 12H2O或写为 M2 SO4M2 (SO4)3 24H2O M=Na+、NH4+、K+、Rb+、Cs+ M =Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+ 如明矾KAl(SO4)2 12H2O,30,七、热稳定性,由于碱金属的原子半径在同周期元素中最大,离子的极化能力最弱,因此碱金属盐是最稳定的盐。只有锂的盐稳定性较差。碱土金属盐的稳定性比碱金属盐差，同族元素随原子半径增大稳定性增强。,硝酸盐的分解： 4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 2M(NO3)2=2MO+4NO2 +O2 (

25、M=碱土离子) 2NaNO3=2NaNO2+O2 (K、Rb、Cs的盐分解类似),碱金属碳酸盐加热融化不分解(碳酸锂例外) ；碱土金属碳酸盐熔点前分解为氧化物和二氧化碳。,31,八、几种重 要的盐,常见氯化物,NaCl,KCl,MgCl2,CaCl2,BaCl2,MgCl2,氯化镁 可由盐卤水中提取，也可从光卤石(KClMgCl6H2O)中提取， 从水中结晶出来的是MgCl26H2O，氧化镁有吸湿性，粗食盐易潮解的原因就是它含有氯化镁,408K MgCl26H2O=Mg(OH)ClHCl5H2O 770K Mg(OH)Cl=MgOHCl,在HCl气流中干燥MgCl26H2O或 MgOCCl2=

26、MgCl2CO,MgCl26H2O受热 失水并水解，最 后产物为氧化物,无水氯化镁 的制备：,因此无水盐的 制备不能用加 热的方法除去 结晶水，,无水氯化镁用于制金属镁,32,CaCl2,CaCl6H2O加热易失去结晶水，无水氯化钙是常用的干燥剂，但不能用它干燥氨气和乙醇，因为它与NH3结合生成氨合物或醇合物：CaCl28NH3，CaCl24C2H5OH。,BaCl2,氯化钡是重要的可溶性钡盐，由盐酸和硫化钡作用制备： BaSO4+4C=BaS+4CO BaS2HClBaCl2H2S,凡可溶性钡 盐均有毒，,实验室常用氯化钡检验硫酸根，硫酸钡是溶解度最小的硫酸盐。但在浓硫酸中沉淀不完全： Ba

27、SO4 + H2SO4 =Ba(HSO4)2,1273K,33,碳酸盐,Na2CO3,NaHCO3,碳酸钠俗名纯碱，苏打。含水盐容易风化,它水解呈强碱性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和冶金等方面。,碳酸氢钠俗名叫小苏打(注意区别大苏打)，主要用于食品和医药工业。,侯氏制碱法,1) 先用NH3将食盐水饱和,然后通入CO2,使溶解度较小的NaHCO3析出： NH3NaClH2OCO2= NaHCO3NH4Cl,2) 煅烧NaHCO3得Na2CO3: 600K 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O,在母液中加入NaCl，在278-283K下结晶出NH4Cl作为副产

28、品，用于作化肥。所以侯氏法又称氨碱法,这也是区别碳酸钠和 碳酸氢钠的方法之一,34,CaCO3,碳酸钙 自然界存在大量的碳酸钙矿石，如石灰石、大理石、方解石等，主要用于制CO2和石灰。,CaCO3=CaO+CO2,1098K,CaO+H2O=Ca(OH)2,碳酸钙溶于含CO2的水中: CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 含有 Ca(HCO3)2的水称为硬水,它受热时会生成沉淀: Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O,石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的 碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解 后再沉淀出来，就形成了钟乳石和石笋。,35,硝酸钾,化工原料和 化学试剂,黑火药 KNO3+C+S,化 肥,硫酸盐,Na2SO410H2O 芒硝,硫酸钠是无色晶体，在空气中容易风化，无水物俗称元明粉。硫酸钠大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中，也用于制硫化钠和硫代硫酸钠等,一些反应例子如下: Na2SO4+C=2Na2SO3+CO2 Na2SO4+2C=Na2S+2CO2 Na2SO4+2C+CaCO3=Na2CO3+CaS+2CO2 ,硫酸钙,无水硫酸钙 CaSO4 2水硫酸钙 CaSO42H2O 俗称石膏。 半水硫酸钙 CaSO40.5H2O 俗