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碱金属 碱土金属 The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals

碱金属 碱土金属 The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals. 学习重点 : 氧化物的化学性质 碱土金属氢氧化物的酸碱性变化规律 盐的热稳定性变化规律 对角线规则 学习难点 : 盐的热稳定性变化规律 对角线规则. 第一节 碱金属和碱土金属的通性. ⅠA. ⅡA. 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 “ 土性的 ” 难熔的氧化物 Al 2 O 3 之间，所以称它们为碱土金属。其中镭是放射性元素。.

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碱金属 碱土金属 The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals

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  1. 碱金属 碱土金属 The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals 学习重点: • 氧化物的化学性质 • 碱土金属氢氧化物的酸碱性变化规律 • 盐的热稳定性变化规律 • 对角线规则 学习难点: • 盐的热稳定性变化规律 • 对角线规则

  2. 第一节 碱金属和碱土金属的通性 ⅠA ⅡA 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“土性的” 难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土金属。其中镭是放射性元素。 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。 Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra

  3. 表13-1 碱金属元素的一些基本性质 从上往下，活泼 性逐渐升高还是 逐渐降低? 为何电离能 逐渐降低? 电极电势很小， 具有强还原性

  4. 表13-2 碱土金属元素的一些基本性质 Na2O和MgO均为离子晶体，后者中阳离子半径更小，电荷更高，因而离子键能更大，熔点高，硬度大。 问题：碱金属和碱土金属的氧化物谁的熔点更高，硬度更大

  5. 原子半径增大 金属性、还原性增强 电离能、电负性减小 Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba 原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大

  6. 海水（NaCl、MgCl2、KCl） • 光卤石(KCl·MgCl·6H2O)。 氯化物 • 钠长石(Na[AlSi3O8]) • 钾长石(K[AlSi3O8]) • 锂辉石(Li2·Al2O3·4SiO2) 硅酸盐矿 明矾(K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O) 石膏(CaSO4·2H2O) 重晶石(BaSO4) 天青石(SrSO4) 大理石（ CaCO3） 石灰石(CaCO3) 菱镁矿(MgCO3) 碳酸盐矿 硫酸盐矿 第二节 碱金属和碱土金属的单质 在自然界中的存在

  7. 熔点 碱金属单质 物理性质 密度小，容易反应。 ——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。

  8. 密度较小，硬度大。 如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 碱土金属单质 Be Mg Ca Sr Ba

  9. ⅠA族是最活泼的金属元素，其次是ⅡA族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强ⅠA族是最活泼的金属元素，其次是ⅡA族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强 单质的 化学性质 与水反应 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。 如果将金属Li 放于水中呢？ 更剧烈还是温和？ 1、Li反应时由于产物溶解度小而覆盖在金属表面上，使反应缓慢进行。 2、Li熔点较高，升华热也大，难活化。

  10. 与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) Li Ca Na K 思考：将Be、Mg放于水中会发生剧烈化学反应吗？

  11. 焰色反应

  12. 与空气反应 常温下锂可 与氮气反应 4Li＋O2＝2Li2O 6Li＋N2＝2Li3N 4Na＋O2＝2Na2O Na2O＋CO2＝Na2CO3 碱金属在常温下可 以与空气中的O2、 CO2、水汽等反应 在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物 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。 △ 3Ca＋N2====Ca3N2 △ 3Mg＋N2===Mg3N2 思考：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。

  13. - + + + + → 2M(s) 2NH (l) 2M 2NH H (g) 3 2 2 Na2O2 与液氨作用 镁带的燃烧 Li2O KO2

  14. 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？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？ 想一想 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。

  15. 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。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。 工业上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。 4、钠不比钾活泼，但工业上可用钠与氯化钾高温反应制备钾，你知道其中原因吗？ 低温时，反应：Na(l)+KCl(l)——NaCl(l)+K(l)，难进行。 温度为900℃时，反应：Na(l)+KCl(l)——NaCl(l)+K(g)，钾成为气体挥发，使平衡向右移动，反应得以进行。

  16. 溶解度增大 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。 氢氧化物 物理性质 碱金属和碱土金属的氢氧化物均为白色 固体，吸水容易潮解，溶于水时放热。 LiOHNaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8 Be(OH)2 Mg(OH)2Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 8×10-6 5×10-4 1.8×10-2 6.7×10-2 2×10-1 溶解性 mol·l-1 问题：如何利用 化学方法区别 Be(OH)2与 Mg(OH)2？ (重要) Be(OH)2+NaOH=Na[Be(OH))4] Be(OH)2+2HCl= 2NaCl +2H2O Be(OH)2具有两性，而后者没有，利用此可区别

  17. R吸电子能力与离子势 有关:ф=Z/r (r以pm 为单位） LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2 Ф 0.32 酸性 Ф 0.22 碱性 0.22 Ф 0.32 两性 氢氧化物酸碱性判断标准 解离方式与R+的吸电子能力有关 RO－+ H+ = ROH = R+ + OH－ 碱式离解 酸式离解 碱 性 增 强 酸性增强

  18. 你能用有关理论解释为何Be(OH)2具有两性吗？ 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 由此请你比较H2SO4、H4SiO4、H3PO4、HClO4 的酸性强弱并解释其中的原因（重要！） 提示：根据中心原子或离子电荷数的高低来判断， 待断裂键的数目来判断酸式离解程度？

  19. / kJ·mol-1 第三节 碱金属和碱土金属的化合物 12.3.1 氢化物 s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。 1.均为白色晶体， 热稳定性差 LiH NaH KH RbH CsH NaCl -90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3 -441

  20. - = - ( E (H /H ) 2 . 23 V) 2 2.还原性强 • 钛的冶炼： • 剧烈水解：

  21. 黄色粉末 魔 术 棉花自然 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) MO3 (M=K、Rb、Cs) 2- 2- • • • - O - ¨ ¨ ¨ 结 构 :O—O: :O—O: :O: ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ O O 35 顺磁性 抗磁性 抗磁性 顺磁性

  22. 12.3.2 氧化物 你能判断几种离子的 稳定性强弱吗？ 1.形成三类氧化物 正常氧化物(O2-)： 过氧化物(O22-)： 超氧化物(O2-) 稳定性: O2- > O2- > O22-

  23. 453-473K 4Na＋O2=======2Na2O 573-673K 2Na2O＋O2====2Na2O2 773-793K 2BaO＋O2======2BaO2 钠在空气中燃烧 可制得黄色的过 氧化钠粉末 过氧化物 氧化钡在氧 气中燃烧可 得白色的过 氧化钡 燃烧 M＋O2====MO2 超氧化物 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 臭氧化物 臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物： 6KOH + 4O3 = 4KO3 + 2KOH •H2O + O2 用液氨结晶KO3 可得桔红色的 KO3晶体

  24. 碱土金属BeO,MgO具有高的熔点和硬度， 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。 碱土氧化物 过氧化物、超氧化物、臭氧化物都是强氧化剂。 氧化剂 由于它们的强氧化性，可用于纸张、织物等的漂白剂 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 供氧剂 引火剂 过氧化钡常用于爆破作业上作强火剂

  25. 3.化学性质 • 与H2O的作用： （Li  Cs剧烈程度） （BeO除外）

  26. 与CO2的作用：

  27. 重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐 1.晶体类型： 绝大多数是离子晶体，熔沸点较高 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ ℃ 415 714 775 874 962 离子性增强 Be2+极化力强， BeCl2已过渡为共价化合物。 NaCl与MgCl2的沸点谁高谁低？原因？

  28. 碳酸盐 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。 Na2CO3 碳酸氢钠俗名叫小苏打，主要用于食品和医药工业。 煅烧NaHCO3得Na2CO3: >600K 2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O↑ NaHCO3 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： NH3＋NaCl＋H2O＋CO2==== NaHCO3↓＋NH4Cl 如何区别碳酸钠和 碳酸氢钠？

  29. 1098K CaCO3======CaO+CO2↑ 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。

  30. 它是溶解度最小的硫酸盐，也是唯一无毒的钡盐。它的矿石称重晶石，是制备其他钡盐的原料：它是溶解度最小的硫酸盐，也是唯一无毒的钡盐。它的矿石称重晶石，是制备其他钡盐的原料： BaSO4＋4C====BaS＋4CO↑ BaS＋2HCl＝BaCl2＋H2S↑ BaS＋CO2＋H2O＝BaCO3＋H2S 硫酸钡 硫酸钡是唯一无毒的钡盐,能强烈阻止X 射线，医学上用于消化道的X射线造影检查。在为肠胃拍摄X光射线照片时，要先吃硫酸钡，半小时以后再拍摄，就能呈现肠胃的形状。BaSO4与ZnSO4的混合物叫作立德粉，或叫锌钡白，是白漆的原料。 硫酸镁 MgSO4·7H2O是无色晶体，易溶于水，俗称泻盐， 用于作食物中毒导泻剂。

  31. 碳酸盐的热稳定性 • BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 • T分 /℃ ＜100 540 900 1290 1360 你能总结出热稳定性 的影响因素吗？ 总结：碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强 MgCO3 CaCO3较容易受热分解，而Na2CO3和K2CO3受热较难分解 总结：稳定性 M2CO3＞ MCO3 实质上，碳酸盐的热稳定性取决于金属离子的极化能力

  32. Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ O M2+ [ O C ]2－ O [ ] 2- 2+ M 愈 来 愈 难 分 解 △ MCO3(s)＝ MO(s) +CO2 问题1：酸式盐与正盐（NaHCO3和Na2CO3）谁的热稳定性差？ 问题2：碱金属中Li2CO3、碱土金属中Be2CO3的热稳定性 特别低，原因是什么？ 问题3：请你想出两种化学方法鉴别Be(OH)2和Mg(OH)2

  33. 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。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。 硝酸盐的 热稳定性 硝酸盐的分解： 4LiNO3===2Li2O+4NO2↑+O2 ↑ 2M(NO3)2===2MO+4NO2 ↑+O2↑(M=碱土离子) 2NaNO3=2NaNO2+O2 ↑ (K、Rb、Cs的盐分解类似) 请你对于上述热分解反应的产物给予解释

  34. Li Be B C Na Mg Al Si 对角线规则 ⅠA 族的Li与ⅡA族的Mg， ⅡA族的Be与ⅢA族的Al， ⅢA 族的B与ⅥA族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置： 相应的对角线上的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。

  35. Li Be B C Na Mg Al Si 1. 3.1 B、Si的相似性 2B + 6NaOH == 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2 其单质均为原子型晶体，B－O、Si－O十分稳定。 离子极化能力 电荷数 半径大小 对角线规则

  36. 1.3.2 Be、Al相似性 1、 Al 、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。 2、 Al 、Be的氧化物和氢氧化物均有两性 Al(OH)3+OH－== Al(OH)4－Be(OH)2+2OH－== Be(OH)42－ Al3+、Be2+易水解 共价性：氯化物蒸气为两分子缔合

  37. 1.3.3 Li、Mg的相似性 4Li + O2== 2Li2 O 2Mg + O2 == 2MgO 6Li + N2 == 2Li3N 3Mg + N2 == Mg3N2 2Mg(NO3)2 == 2MgO + 4NO2 + O2 4LiNO3==2Li2O + 4NO2 + O2 LiCl·H2O ==LiOH + HCl MgCl2·6H2O == Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O MgO + HCl

  38. 2.锂与镁的相似性： • 单质与氧作用生成正常氧化物； • 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大； • 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶； • 氯化物均能溶于有机溶剂中； • 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。 离子极化的重要性

  39. 作 业 13.3 13.10 13.11 13.13 练 习 1.用化学方程式表示下列物质的转换:BeO BeCl2 Be(OH)2 Be(OH)42- BeF42- 2.BeCl2中含有FeCl3杂质，如何提纯？

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