第二章-碱金属和碱土金属要点课件.ppt

第二章 碱金属和碱土金属,根据反应过程中是否有氧化值的变化或电子转移，化学反应可基本上分为两大类：,氧化还原反应（有电子转移或氧化值变化）非氧化还原反应（没有电子转移或氧化值无变化）,氧化还原反应对于制备新物质、获取化学热能和电能具有重要的意义，与我们的衣、食、住、行及工农业生产、科学研究都密切相关。据不完全统计，化工生产中约50%以上的反应都涉及到氧化还原反应。,第一节 氧化还原反应的基本概念,主目录,氧化(oxidation)本来是指物质与氧结合;还原(reduction)是指从氧化物中去掉氧恢复到未被氧化前的状态的反应。,例如：2Cu(s)+O2=2CuO 铜的氧化2CuO(s)+H2=2Cu（s）+H2O(l)氧化铜的还原,一、氧化与还原,狭义定义,以后，这个定义逐渐扩展，氧化不一定专指和氧化合，和氯、溴、硫等非金属化合也称为氧化。,随着电子的发现，氧化还原的定义又得到进一步的发展。,广义定义 氧化：在一个反应中，元素化合价升高的过程；还原：元素化合价降低的过程。反应中氧化过程和还原过程同时发生。氧化还原反应：在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后元素化合价发生变化的一类反应。,Na,Na+,Cl,Cl,Cl-,Na+,电子转移,元素化合价数,离子化合物：,该元素一个原子得失电子数,化合价升高数,失去的电子数,化合价降低数,得到的电子数,失去电子的反应就是氧化反应,得到电子的反应就是还原反应,元素化合价和电子得失的关系：,失去 2e,得到 2e,0,0,+1,1,金属钠失去电子，是,氯气得到电子，是,还原剂,氧化剂,从电子得失的观点分析氧化还原反应,练习：分析化合价变化的情况，说明反应中的 电子得失。,Mg+2HCl=MgCl2+H2,0,+1,+2,0,镁元素的化合价由 0 升高至+2,失去 2e,氢元素的化合价由+1 降低至 0,得到 2*e,（一个镁原子失去两个电子）,（一个氢原子得到一个电子，有两个氢原子，共得到两个电子）,总 结,1.得氧和失氧的反应只是氧化还原反应中的一部份。,2.化合价发生改变是所有氧化还原反应的共同特征,3.电子得失是氧化还原反应的本质,失电子,化合价升高,被氧化,还原剂,得电子,化合价降低,被还原,氧化剂,（本质）,（特征）,（变化）,（反应物）,+1+2-1+3NaClO+2FeSO4+H2SO4 NaCl+Fe2(SO4)3+H2O氧化剂 还原剂 还原产物 氧化产物,化合价升高（失电子）的物质叫做还原剂（reducing agent），还原剂是使另一种物质还原，本身被氧化，它的反应产物叫做氧化产物。化合价降低（得电子）的物质叫作氧化剂（oxidizing agent），氧化剂是使另一种物质氧化，本身被还原，它的反应产物叫做还原产物。,二、氧化剂与还原剂,自氧化还原反应：如果氧化数的升高和降低都发生在同一化合物中，这种氧化还原反应称为自氧化还原反应，如2KClO3 2KCl+3O2,歧化反应：如果氧化数的升、降都发生在同一物质中的同一元素上，则这种氧化还原反应称为歧化反应。例如2H2O2 2H2O+O2,-2 0,-1,氧化剂与还原剂在反应中的变化规律,第二节 碱金属,碱金属包括Li、Na、K、Rb、Cs锂、钠、钾、铷、铯碱金属元素位于周期表的IA族。它们的氧化物溶于水呈强碱性，所以称为碱金属。,一、碱金属的主要物理性质,另外，碱金属的导热性、导电性都很强。小结1：随着碱金属元素核电荷数增加，它们的密度呈增大趋势，熔、沸点逐渐降低。,二、碱金属元素的原子结构,2 1,2 8 1,2 8 8 1,2 8 18 8 1,2 8 18 18 8 1,小结2：碱金属元素原子，最外层电子数都只有1个，随着核电荷数的增多，它们的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。,碱金属的金属性变化规律 金属性指原子的失电子能力。由于碱金属原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，所以碱金属的金属性逐渐增强。例如：由于碱金属锂、钠、钾、铷、铯的金属性逐渐增强，所以钾、铷、铯跟O2、H2O等起反应时将比钠更剧烈。由于碱金属锂、钠、钾、铷、铯的金属性逐渐增强，所以钾、铷、铯跟O2、H2O等起反应时将比钠更剧烈。,1.与非金属反应,铷和铯遇到空气就会立即燃烧。钾、铷等碱金属与O2反应，生成比过氧化物更复杂的氧化物。,除与氧气反应外，碱金属还能与氯气等大多数非金属起反应，表现出很强的金属性，且LiCs逐渐增强。,三、碱金属的化学性质,K+O2 KO2,Na+H2 2NaH,2.与水反应,实验证明，从钠到铯等碱金属单质都可以与水反应，而且反应越来越剧烈。,2Na+2H2O 2NaOH+H2,2K+2H2O 2KOH+H2,结论,碱金属元素随着核电荷数的增加，原子的电子层数增多，原子半径增大，它们的金属性逐渐增强。,实验室的金属钠主要是买的，不是制取的，因为金属钠的制取需要的条件很高，而且实验室要制取的物质主要是气体。工业上制取金属钠主要是用电解熔融的氯化钠的方法化学式：2NaCl=高温、通电=2Na+Cl 因为钠的熔点是97.81，沸点是882.9，氯化钠的熔点是800.1，沸点是1465，所以，一般是把氯化钠加热到900左右，这样，氯化钠就完全是液体了，而通电后，生成的氯气在此条件下密度较小，所以就飘在熔炉的上层而生成的钠也是以气体的形式存在，但密度叫大，所以飘在下层。而且两种气体相接的地方是一接触就会反应，生成氯化钠的小液滴，小液滴越来越多，最后就把两种气体完全隔开了。在把两种气体分别抽出，再净化、冷却，就可以得到较纯的氯气和金属钠了！,四、钠、钾的存在与制备,五、钠、钾的重要化合物,白色固体 淡黄色固体,-2价-1价,碱性氧化物 非碱性氧化物,常温下缓慢氧化 燃烧或加热,不稳定，易转化为Na2O2 较稳定,Na2O+H2O=2NaOH,Na2O+CO2=Na2CO3,2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,Na2O+2HCl=2NaCl+H2O,用于制取Na2CO3,强氧化剂、漂白剂、供氧剂,（一）氧化钠和过氧化钠,纯碱或苏打 小苏打,白色粉末 细小白色晶体,易溶于水 溶于水,结晶Na2CO3 10H2O风化 受热易分解,（二）钠盐(碳酸钠与碳酸氢钠的比较),与NaOH不反应,但能Ca(OH)2反应：CO32-+Ca2+=CaCO3,CO32-+Ca2+=CaCO3,不分解 分解产生CO2,慢 快,现象与滴加顺序有关,现象与滴加顺序无关,产生白色淀,无明显现象,玻璃,造纸,制皂 发酵,医药,灭火器,相互转化:,六、焰色反应,很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，这叫做焰色反应。,第三节 碱土金属,碱土金属包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra铍、镁、钙、锶、钡、镭碱土金属元素位于元素周期表的IIA族元素。由于钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性”和“土性”(以前把粘土的主要成分Al2O3称为“土”)之间，所以称为碱土金属，现习惯上把铍和镁也包括在内。钫和镭是放射性元素。,一、碱土金属元素的原子结构和化合价,二、镁及其重要化合物,（1）镁条在空气中燃烧,现象：镁条在空气中剧烈燃烧,并产生耀眼白光。,3Mg+N2=Mg3N2,（2）与某些氧化物反应,现象：Mg条在CO2中剧烈燃烧，放出白光和大量热，有大量白烟生成，瓶壁上有黑色固体生成。,Mg在CO2中燃烧,（3）镁与水、稀酸的反应,重质氧化镁水泥：MgO+H2OMg(OH)2MgO+H2O轻质氧化镁水泥：5MgCl2+5Na2CO3+H2O=4MgCO3Mg(OH)2+10NaCl+CO2 4MgCO3Mg(OH)25MgO+4CO2+H2O,（4）镁的重要化合物,氯化镁通常以MgCl26H2O形式存在，它能水解为Mg(OH)Cl，工业上常用碳氯法制取：MgO+C+Cl2=MgCl2+CO(碳氯法)氯化镁易潮解，普通食盐的潮解就是其中含有氯化镁之故。纺织工业中用氯化镁保持棉纱的湿度而使其柔软。硫酸镁硫酸镁微溶于醇，不溶于乙酸和丙酮，用作媒染剂、泻盐，也用于造纸、纺织、肥皂、陶瓷、油漆工业。,三、钙及其重要化合物,（1）钙在空气中极易被氧化,现象：金属钙暴露于空气中，表面上很快形成一层疏松的氧化钙。,（2）钙与氢的反应,氢化钙是离子型化合物，有很强的还原性，遇水立即放出氢气。,（3）钙与其他非金属的反应,钙与许多非金属能迅速发生反应，且反应活泼性比镁高。,（4）钙与水、稀酸的反应,氧化钙 建筑材料，冶金助熔剂除杂，生产电石，化学试剂，污水处理，造纸等。,（5）钙的重要化合物,碳酸钙CaCO36H2O(轻质),难溶于水，易溶于酸和 氯化铵溶液，用于发酵粉和涂料等。,氟化钙(萤石)是制取HF和F2的重要原料。在冶金工业中用作助熔剂，也用于制作光学玻璃和陶瓷等。,氯化钙 CaCl26H2O加热脱水形成白色多孔的CaCl2。无水CaCl2有很强的吸水性，常用的干燥剂。由于它能与气态NH3和乙醇形成加成物，所以不能用于干燥NH3气和乙醇。氯化钙和冰的混合物是实验室常用的致冷剂。,CaSO42H2O俗名生石膏，加热到393K左右变成熟石膏,用以制模型、塑像、水泥、粉笔和石膏绷带等。把石膏加热到773K以上,得到无水石膏,它不能与水化合。,因为 原子的原子半径较大、核电荷较少 其金属晶体中的金属键很不牢固 故 单质的熔、沸点较低，硬度较小,核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度,四、碱金属和碱土金属的通性,熔点低于人的体温,放在手心里即可熔化,碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属,为具有银白色(铯为灰色)光泽的金属,失去电子的倾向大，受到光照射时，金属表面的电子易逸出，可制造光电管，由铯光电管制成的自动报警装置，可报告远处火警；制成的天文仪器可根据星光转变的电流大小测出太空中星体的亮度，推算星球与地球的距离。,氧化数与族号一致，常见的化合物以离子型为主由于Li+、Be2+半径小，其化合物具有一定共价性,CuSO4溶液与BaCl2溶液进行离子反应的实质是：,SO42-+Ba2+=BaSO4,1、概念：在溶液里有离子参加的反应属于离子反应。如：复分解反应和在溶液中进行的置换反应等。,2、实质：,第三节 离子反应,一、离子反应与离子方程式,3、表示：,用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子叫离子方程式。,4、如何正确书写离子方程式？,（1）写出化学方程式：,例：2AgNO3+CuCl2=2AgCl+Cu(NO3)2,（2）把易溶于水的盐、强酸、强碱的物质写成离子形式，难溶于水的盐、水和弱酸弱碱的物质以及气体等仍用化学式表示。,2Ag+2NO3-+Cu2+2Cl-=2AgCl+Cu2+2NO3-,（3）删去方程式两边形式相同的离子：,2Ag+2NO3-+Cu2+2Cl-=2AgCl+Cu2+2NO3-,（4）整理方程式并检查两边各元素的原子个数和电荷总数是否相等：,2Ag+2Cl-=2AgCl,Ag+Cl-=AgCl,小结：“写、拆、删、查”,同一溶液中若离子间符合下列任意一个条件就会发生离子反应，离子之间便不能在溶液中大量共存。,生成难溶物或微溶物：,如：Ba2+与CO32-、Ag+与Br-、Ca2+与SO42-等,二、离子互换反应进行的条件,生成气体或挥发性物质：,如：NH4+与OH-、H+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-、SO32-、HSO3-等,生成难电离物质：,如：H+与CH3COO-、CO32-、S2-、SO32-等生成弱酸；OH-与NH4+生成的弱碱；H+与OH-生成水,发生氧化还原反应：,氧化性离子(如Fe3+、ClO-、MnO4-等)与还原性离子(如S2-、I-、Fe2+、SO32-等)不能大量共存。,凡水解使溶液显酸性的阳离子与水解使溶液显碱性的阴离子不能大量共存的有：Al3+与HS-、S2-、SiO32-、AlO2-、CO32-、HCO3-发生盐的双水解反应;Fe3+与 SiO32-、AlO2-、CO32-、HCO3-发生盐的双水解反应。,发生盐的双水解反应：,离子反应的实质是有离子的浓度减少。,第五节 硬水及其软化,一、软水和硬水,1、天然水成分：Ca2、Mg2、HCO3、CO32、Cl、SO42、NO3 2、硬水：溶有较多量的Ca2和Mg2的水3、软水：只溶有较少量或不含Ca2和Mg2的水,4、暂时硬度：水的硬度是由碳酸氢钙和碳酸氢镁所引起的5、永久硬度：水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的,二、硬水的软化 硬水软化的方法：,1、加热煮沸法：Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2OMg(HCO3)2=MgCO3+CO2+H2OMgCO3+H2O=Mg(OH)2+CO2(只能消除暂时硬度，永久硬度没变化),2、药剂法：如：石灰纯碱法Ca(HCO3)2 CaCO3Mg(HCO3)2 Mg(OH)2MgCl2 Mg(OH)2CaCl2 CaCO3Ca(OH)2 CaCO3,Ca(OH)2,Na2CO3,3、离子交换法：如：磺化煤法2NaR+Ca2+=CaR+2Na+2NaR+Mg2+=MgR+2Na+注：1、能消除暂时硬度和永久硬度2、磺化煤可以再生利用,