大学无机化学——碱金属和碱土金属ppt课件.ppt

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,Li,Rb Cs,Na,K,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,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,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,1211物理性质,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。,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,重晶石,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,Li Na K Ca,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,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,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，具有极强的还原能力，,金属的氨溶液：强还原性（低温）、导电性、顺磁性,氨合电子结构示意图,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,当长期放置或有催化剂存在时,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,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+ 橙红色Na+ 黄色 Sr2+ 洋红色K+ 紫色 Ba2+ 绿色Rb+ 紫红色 Cs+ 蓝色,Li Na K,Ca Sr Ba,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,1、熔融电解法将金属的氯化物熔融电解,1）Na的制备,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,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,2、热还原法,1）K制备,不用熔融电解法制备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,钾比钠活泼，为什么能通过如下反应制备金属钾？,2）其他金属的制备,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,碱金属和碱土金属在充足的空气中燃烧,1、普通氧化物,2、过氧化物,过氧化物的性质,物理性质：粉末状固体、吸潮性化学性质：,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MgO2BaO2,3、超氧化物和臭氧化物,臭氧化物,制备：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,122氢氧化物,1、氢氧化物的碱性,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,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,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,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,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,判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式：,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有关,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,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。,2）其他碱金属的难溶盐钠的难溶盐：锑酸钠NaSb(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 CsClO4,2、碱土金属盐,碱土金属盐都是离子化合物,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,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。,1233含氧酸盐的热稳定性,1、硝酸盐的热分解,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,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,1234重要盐类简介,NaCl：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,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,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,BeCl21）性质：碱土金属氧化物中只有BeX2具有较强的共价性，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,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,优缺点: 原料经济, NaCl利用低 , CaCl2废液无法利用,索尔维碳化塔结构,碳酸氢钠,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,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,CaSO41)常以水和盐形式存在 生石膏：CaSO42H2O 熟石膏：CaSO40.5H2O2)用途：用来制作模型、塑像、并作室内装饰材料,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,4、硝酸盐和卤素含氧酸盐,1235锂的特殊性,在氧气中的燃烧产物化合物的溶解性,硝酸盐的热分解,与氮气的反应 Li、Mg能直接与氮气生成氮化物， 而其它碱金属不能,锂和镁性质相似的原因,锂和镁处于斜对角线上，离子电荷和半径比值相近，即离子电场强度相近,对角线规则,以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处，叫做对角线规则。,这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近而引起的。,谢谢,