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● ( 一 ) 碱金属和碱土金属的通性

第六章 碱金属和碱土金属. ● ( 一 ) 碱金属和碱土金属的通性. ● ( 二 ) 单质的结构、性质、制备及用途. ● ( 三 ) 氧化物、氢氧化物、氢化物及盐 的主要性质及其变化规律. ● ( 四 ) 锂、铍的特性. ● ( 五 ) 大环配位化合物. §6.1 碱金属和碱土金属的通性. ● IA 族 碱金属 ns 1 Li Na K Rb Cs Fr

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● ( 一 ) 碱金属和碱土金属的通性

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Presentation Transcript

  1. 第六章 碱金属和碱土金属 ● (一) 碱金属和碱土金属的通性 ● (二) 单质的结构、性质、制备及用途 ● (三) 氧化物、氢氧化物、氢化物及盐 的主要性质及其变化规律 ● (四) 锂、铍的特性 ● (五) 大环配位化合物

  2. §6.1 碱金属和碱土金属的通性 ● IA族 碱金属 ns1 Li Na K Rb Cs Fr 锂 钠 钾 铷 铯 钫 ● IIA族 碱土金属 ns2 Be Mg Ca Sr Ba Ra 铍 镁 钙 锶 钡 镭 都是活泼金属

  3. 通 性 ●易与H2直接化合成MH、MH2离子型化合物； ● 与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物； 与非金属作用形成相应的化合物。 ● 易与H2O反应(除Be、Mg外) 注：它们的活泼性有差异

  4. 同周期IA和IIA比较 ⅠAⅡA 主要氧化态 +1+2 原子半径 最大> 较大 电负性 最小< 较小 第一电离势最低< 较低 金属活泼性非常活泼> 活泼 熔沸点 < 硬度 < 导电性 >

  5. r电负性 I1 I2 r电负性 I1 I2 Li Na K Rb Cs 52 154 227 248 265 0.98 0.93 0.82 0.82 0.79 521 499 421 405 371 7295 4591 3088 2675 2436 Be Mg Ca Sr Ba 111 160 197 215 218 1.57 1.31 1.00 0.95 0.89 905 742 593 552 564 1868 1460 1152 1070 971 同 族 比 较 原子半径逐渐增大 电负性依次减小 金属活泼性逐渐增大

  6. 综 合 比 较 原子半径增大 金属性、还原性增强 电离能、电负性减小 IA IIA 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

  7. §6.2 IA、IIA金属单质 6.2.1 物理性质 ●颜色 银白色 (铍钢灰色) 有金属光泽 ● 熔沸点较低 碱土金属 > 碱金属 (Cs 熔沸点最低) ● 密度小 Li是最轻的金属 ---- 原子量小, 半径较大 Na K 保存在煤油中, Li 在石蜡中

  8. Rb Cs Li Na K

  9. Be Mg Ca Sr Ba ● 硬度小碱土金属> 碱金属 ● 导电导热性好碱土金属< 碱金属 ● 易形成合金钠汞齐,锂合金

  10. 6.2.2 化学性质 ◆ 与非金属反应 与氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物 4Li+O2 = 2Li2O 4Na+O2 = 2Na2O 3Ca+N2 = Ca3N2 ◆ 与水反应 ① 碱金属均与水反应,逐渐强烈 ② 碱土金属与水反应 Be与水蒸气作用，Mg与热水作用， 钙 锶 钡与冷水反应

  11. 镁带的燃烧 Na2O2 Li2O KO2 ●单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物 Li2O Na2O2KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2 ●Li, Ca等同时生成氮化物-----除气剂 Li3N Ca3N2Ba3N2

  12. 为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？

  13. Li Na K Ca ● 与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) M + 2H2O → M(OH)2 + H2(g) 锂 (不熔化)； 钠 (熔化)；钾(燃烧) ； 铷 , 铯(爆炸)

  14. 锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属与水的反应激烈？

  15. ●碱金属溶于纯液氨,随金属溶解量增加, 蓝色 深蓝色 青铜色 ◆ 与液氨作用 氨合阳离子 氨合电子 高导电性,顺磁性

  16. 制备单质 顺磁性、导电性、 强还原性----有机合成 ● Ca Sr Ba 溶于纯液氨，溶的慢，溶解量少 痕量杂质及光化作用 ◆ 与化合物作用----夺取氧或卤素 SiO2 + 2Mg = Si+2MgO TiCl4+ 4Na =Ti + 4NaCl

  17. 6.2.3 存在、单质制备和用途

  18. Question 铍的化合物有毒吗? Solution 铍的毒性问题被搞得含混不清。许多报道都以不充分的研究工作为依据, 并错误地为后继的科学文献大量引用, 几乎所有的教材都告诉学生“铍的化合物有毒”。 然而，1948美国俄亥俄州一家BeO加工厂发生的大火和爆炸使这个结论变得不确定。这次事故中, 工厂的铍制造设备中约有2.5吨金属镁燃烧，事后竟然没有发现消防人员、警察、视察员、维持秩序的海军预备役人员发生铍中毒症状的任何证据。根据这次事故得到的资料, 吸入铍化合物似乎不会对健康造成严重危险, 同样没有证据表明皮肤接触元素铍或铍化合物将会导致皮肤病。

  19. 正常氧化物(O2-)： 过氧化物(O22-)： 超氧化物(O2-): §6.3 s区元素的化合物 6.3.1 氧化物 ◆形成三类氧化物 稳定性: O2- > O2- > O22- K, Rb, Cs 还会形成臭氧化物：O3- “能量效应”要求体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定。

  20. ◆制 备 直接： 间接：

  21. 耐火材料 晶格能大 普通氧化物 ● 碱金属氧化物 离子型晶体,Li2O有一定共价性 典型的碱性氧化物 ● 碱土金属氧化物 离子型、碱性氧化物(BeO除外) 熔点、硬度高于碱金属氧化物 ● 与水、酸性氧化物作用

  22. （Li  Cs剧烈程度） （BeO除外） （炼钢中除去杂质磷）

  23. 过氧化物 ● 制 备 ● 与水或酸作用 H2O2的实验室制法

  24. 分解矿石 ● 强氧化性 ● 氧气发生剂 防毒面具

  25. (O2-): 超氧化物 ● 顺磁性 强氧化性 ● 与水剧烈反应 ● 与CO2水反应，放出氧气 KO2用于潜水、登山等

  26. 6.3.2 氢氧化物 溶 解 性 白色固体, 易吸水而潮解 ●氢氧化物溶解度 s(g/100g水) LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 13109 112 180395.5 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 0.00020.0009 0.156 0.81 3.84 ① 碱金属氢氧化物>>碱土金属氢氧化物 ②同族元素氢氧化物溶解度从上到下逐渐增大. 解释: 离子化合物溶解度与其离子势Z/r成反比

  27. 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 (箭头指向)碱性增强，溶解度增大 碱 性 ◆同一族元素氢氧化物从上到下碱性增强 ◆同一周期碱性:碱金属氢氧化物>碱土金属氢氧化物 NaOH >Mg(OH)2

  28. ◆受热分解Mg(OH)2 = MgO＋H2O 化 学 性 质 ◆与酸性氧化物反应 2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O ◆与两性金属反应 Zn+2NaOH+2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2↑ ◆与非金属反应 4P + 3NaOH + 3H2O = 3NaH2PO2 + PH3 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2

  29. 最稳定 钛的冶炼 ◆还原性强 6.3.3 氢化物 s区单质(除Be、Mg外)均能形成离子型氢化物 ◆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

  30. 野外产生氢气 ◆剧烈水解 ◆形成配位氢化物 强烈水解

  31. 6.3.4 盐 类 ◆盐的颜色及焰色反应 ●M+, M2+离子都无色,盐通常呈现阴离子的颜色 ●挥发性盐，高温火焰中灼烧，火焰呈特征焰色 -----焰色反应 原子结构不同，发出不同波长的光 定性鉴定金属离子是否存在

  32. 各种离子的焰色反应 Li+红Na+黄 K+紫Rb+紫红 Cs+ 紫红 Ca2+ 橙红 Sr2+ 红Ba2+黄绿

  33. Na[Sb(OH)6] (白) NaAc·Zn(Ac)2·3UO2(Ac)2·9H2O(黄绿) KClO4 (白) K2Na[Co(NO2)6](亮黄) K[B(C6H5)4]白色 K2[PtCl6] (淡黄) KHC4H4O6 (白) Li+弱酸盐 Li2CO3, Li3PO4等 ◆盐的溶解性 1. 碱金属盐类 ● 离子晶体(Li盐除外) ● 易溶解 Li盐和少数大阴离子盐除外 Rb+, Cs+难溶盐更多 2. 碱土金属盐类-----难溶盐多

  34. 离子性 增 强 2. 碱土金属盐类-----难溶盐多 ● Be2+和部分Mg2+盐具有共价性, 其它多数为离子型晶体 Be2+极化力强， BeCl2已过渡为共价化合物 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ ℃ 415 714 775 874 962 ●溶解性重要特征: 微溶性 氯化物,硝酸盐, MgSO4 MgCrO4易溶 碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等难溶

  35. Z r 阴阳离子相差不多时,阳离子 越大盐越难溶 晶格能大小影响占主导 例：溶解度Na2CO3 >CaCO3

  36. ◆形成结晶水合物倾向 Z 越高, r 越小,φ越大的阳离子, 对水作用强,易形成结晶水合物 ● 碱金属水合能力, 从Li+到Cs +依次减弱 锂盐 钠盐 钾盐 铷盐 铯盐 水合物:大部分 75% 25% 极少数 ● 碱土金属易形成带结晶水的盐,无水盐易潮解 CaCl2干燥剂 与NH3, 乙醇形成加合物

  37. ◆复盐的形成 除Li外, 碱金属易形成复盐 ● 光卤石类 MCl·MgCl2· 6H2O (M +＝K+，Rb+，Cs+) ● 矾类 M2SO4 ·MgSO4 ·6H2O (M +＝K+，Rb+，Cs+) KAl(SO4)2·12H2O 复盐溶解度小

  38. 离子极化 ◆热稳定性 ● 碱金属盐热稳定性均很高 -----Li盐和硝酸盐除外，它们加热会分解 ● 碱土金属盐热稳定性均很高 -----碳酸盐高温加热分解

  39. [ ] 2- 2+ M 碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 /℃ ＜100 540 900 1290 1360 碳酸盐热稳定性:碱金属>碱土金属 K2CO3> CaCO3 稳定性 M2CO3＞ MCO3

  40. Be B C Li Si AI Na Mg 6.3.5 对角线规则 在周期表中某一元素的性质和它左上方或右下方的另一元素性质的相似性,称为对角线规则 r 和Ｚ* 互相竞争，* ＝Ｚ*/ r 相近,使其离子极化能力相近.

  41. ◆Li, Mg的相似性 ● 过量氧中燃烧生成普通氧化物 ● 与氮气直接化合生成氮化物 ● 氢氧化物加热分解为普通氧化物 ● 碳酸盐不稳定，加热分解为普通氧化物和CO2 ●氟化物，磷酸盐，碳酸盐均难溶于水 ●LiCl, MgCl2共价性较强,易溶于有机溶剂 ● 离子水合能力较强，盐含结晶水，无水盐易潮解

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