化学竞赛-碱金属与碱土金属.ppt

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1、S区元素 碱金属与碱土金属,元素周期表,本章要求：1 掌握单质的性质，了解其结构、制备、存在及用途与性质的关系。2 掌握其氧化物的类型及重要氧化物的性质及用途。3 了解其氢氧化物的溶解性和碱性的变化规律。4 掌握其重要盐类的性质及用途，了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。,Li:lithiumNa:sodiumK:potassium alkali metalRu:rubidium（碱金属）Cs:cesiumFr:franciumBe:berylliumMg:magnesiumCa:calcium alkali earth metalSr:strontium（碱土金属）Ba:bariumRa:r

2、adium,一、元素的存在,第一节 碱金属和碱土金属的通性,锂辉石 LiAlSi2O6钠长石 NaAlSi3O8 硝石 NaNO3钾长石 KAlSi3O8 光卤石 KCl MgCl2 6H2O芒硝 Na2SO4 泻盐 MgSO4 7H2O方解石 CaCO3 石膏 CaSO4 2H2O天青石 SrSO4重晶石 BaSO4,二、碱金属和碱土金属的通性,（一）金属性 1、价电子构型ns1，ns2，核外电子少；2、电负性 1.0，1.6；3、第一电离能小，从上至下减小，从IA到IIA增加。4、碱金属的熔点、沸点、硬度都很低，且从上至下降低；碱土金属的熔点、沸点、硬度均比碱金属高，导电性低于碱金属。（二

3、）金属性变化规律 1、碱金属、碱土金属的金属性从上至下增加；2、从IA到IIA金属性降低。,（三）、物理通性,(1)金属光泽,(2)金属有电阻，能导电,自由电子的定向运动，产生导电性。自由电子运动中受核的引力，产生电阻。,(3)金属有导热性,自由电子运动中与原子核不断碰撞，产生热能的交换。,(4)优良的机械加工性能,三、成键特征,1、主要氧化态离子型化合物 碱金属：+1；碱土金属：+22、共价性 气态时碱金属以双原子分子形式存在，Na2，Cs2。半径较小的Li，Be形成共价性较强的化合物，LiF，BeCl2,四、配位性能（了解）这两族元素是周期表中最弱的配合物形成体。1、与一般的无机配体(X-

4、，OH-，NO3-)不生成配合物。2、仅能与螯合剂、大环配体生成稳定的配合物，如Ca(EDTA)2-,一、单质的物理性质和应用,1、金属的光泽 银白色2、密度小 最轻的金属Li3、低熔点 4、低硬度 可用刀切割5、良好的导电性6、形成液态合金 77.2%K+22.8%Na mp=260.7 K，被用做核反应堆的冷却剂。,第二节 碱金属和碱土金属的单质,Li,Na,Ca,Sr,Ba,稀有金属：锂，铷，铯，铍锂的应用：电解铝，锂电池，低温润滑剂，空调，玻璃，铝合金纤剂，有机合成，医药铷和铯的应用：电子技术，生物技术，化工，能源，新材料，科学研究,二、单质的化学性质还原性,1、与水反应：M+H2O=

5、MOH+H2 M+2H2O=M(OH)2+H2 Li Ca Sr Ba 反应平稳 Be Mg 常温下在水中稳定,Li BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba,金属活泼性增加,金属活泼性增加,一是因为这些金属熔点高二是因为氢氧化物溶解度小,钾与水反应,4M+O2=2M2O 室温迅速反应，金属失去光泽 2M+O2=2MO 加热显著发生反应,2、与空气中的氧、氮及其它非金属反应：,6M+N2=2M3N 3M+N2=M3N2,镁在氧气中燃烧,3、与化合物作用：SiO2+Mg=Si+2MgOTiCl4+Na=Ti+4NaCl2NH3+2M=2M(NH2)+H2 钠、镁、钙高温下能夺取氧或氯，在非水

6、体系，如固相反应和有机体系中，做还原剂。,碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中碱金属的溶解度达到了超出人们想象的程度.形成深蓝色溶液。,4、碱金属与液氨作用：,1）电解法 2MCl=2M(阴极)+Cl2(阳极)，使用混合熔盐,以钠为例：加 CaCl2 的作用(助熔剂，flux)降低熔点，减少液Na挥发 混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面，易于收集 降低液Na在熔融体中溶解度 增加熔盐导电性,三、单质的制备：,2）热还原法 白云石CaMg(CO3)2热分解为CaO和MgO的混合物，在镍容器中用铁硅还原：2CaO+2MgO+Si=2Mg+Ca2SiO4金属钾的生产 KCl（l）+Na(l)=NaCl

7、(l)+K(g),上节知识回顾：,1、碱金属和碱土金属的通性,2、碱金属和碱土金属的物理性质,3、碱金属和碱土金属的制备方法,价电子构型：ns1、ns2，易形成+1、+2价 离子，电离能小,电负性：较小，Li和Be稍大，通常形成共价键,配合物：很难形成,质软，熔点低（上到下、左到右），有金属光泽。,加助熔剂电解法、热还原法,第三节 碱金属和碱土金属的氧化物,一、普通氧化物 M2O，MO1、生成:在空气中燃烧 4Li+O2=2Li2O 2Mg+O2=2MgO室温下直接作用 2Ca+O2=2CaO盐分解 CaCO3=CaO+CO2 2Ba(NO3)2=2BaO+4NO2+O2 氢氧化物脱水 2Li

8、OH=Li2O+H2O,2、性质:1）氧化物颜色2）氧化物热稳定性、熔点()Li(1570)Na(1132分解)K Rb Cs(低于490)Be(2578)Mg(2806)Ca Sr Ba(低于1973)降低,升 高,3）水合作用:M2O+H2O=2MOH+Q，LiCs反应速度增加MO+H2O=M(OH)2+Q，BeO和 MgO不溶于水，CaBa反应速度增加 CaO吸收酒精中的水4）碱性：Na2O+CO2=Na2CO3 CaO+SiO2=CaSiO3，除矿渣反应3、应用：建筑材料，耐火材料，干燥剂，CO2吸收剂，碱。,二、过氧化物:离子型化合物,碱金属和碱土金属中，除了Be未发现过氧化物外，都

9、能生成含有O22-离子的过氧化物。其中以过氧化钠的应用最为广泛。,1、生成：在空气中燃烧 2Na+O2=Na2O2 4Na+O2=2Na2O 2Na2O+O2=2Na2O22、性质：（1）与水及酸反应 Na2O2+2H2O 2NaOH+H2O2 2NaOH+1/2O2+H2O,冷,热,453473K,573673K,点燃,Na2O2+H2SO4=Na2SO4+H2O2BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O2,实验室制备H2O2,Cr2O3难溶+3Na2O2=2Na2CrO4易溶+Na2O MnO+Na2O2=Na2MnO4,用做分解矿石的熔剂,（2）氧化性,有更强的氧化性，碱性，不稳定性的性

10、质：2KO2+2H2O=H2O2+2KOH+O2 4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2 4KO2=2K2O+3O2 应用：供氧剂,通常碱土金属的超氧化物很不纯净！,三、超氧化物（MO2 O2-）,简介：MO2是更加活泼的钾、铷、铯在空气中燃烧的产物，有色，KO2橙黄色，RbO2深棕色，CsO2深黄色,3KOH(s)+2O3=2KO3+KOHH2O(s)+1/2O2Rb,Cs进行相同的反应。主要性质：缓慢分解 2KO3=2KO2+O2,过氧、超氧、臭氧化物的共性：强碱性，强氧化性，释放氧,四、臭氧化物,4RbO3+2H2O=4RbOH+5O2,M(OH)2溶解度降低,但Be Ba 较大,MO

11、H有强吸湿性，易溶于水的性质，但LiOH微溶于水,1、物理性质,第四节 氢氧化物,MOH，M(OH)2 都为白色固体,M(OH)2：受热脱水分解，生成MO+H2O,2、热稳定性,MOH：熔点低，熔融可电离但不分解(Li除外),LiOH Be(OH)2 两性 NaOH Mg(OH)2 中强碱 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 强碱 CsOH Ba(OH)2,溶解度增加,半径增加,半径增加溶解度增加碱性增加,碱性增加,3、酸碱性,（一）生成 2M+H2=2MH M+H2=MH2 M=Ca，Sr，Ba（二）物性：白色晶体，离子晶体（三）化性1、热稳定性 LiH在熔点时不分解（共价性强

12、），其它氢化物在熔点前分解成金属和氢气。,第五节 氢化物,2、强还原性 4NaH+TiCl4=Ti+4NaCl+2H2 3.剧烈水解 LiH+H2O=LiOH+H2,可制氢气,特点：阳离子无色，盐的颜色取决于阴离子的颜色。离子型晶体（锂、铍、镁的氯化物有一定的共价性)。,物质溶解性没有发现完整的规律性，只是总结了一些经验规则，巴索洛规则就是其中之一。,第六节 盐类,判断盐溶解性的巴索洛规则：当阴、阳离子电荷绝对值相同时,阴、阳离子半径差值越小越难溶；否则，易溶。,LiF LiI,BaSO4BeSO4,CsICsF,一、溶解性,难溶锂盐：LiF，Li2CO3，Li3PO4,难溶钠盐：NaSb(O

13、H)6 白色(210-3)Na2SiF6 白色(310-2)NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O 黄绿色(210-2),1、碱金属盐类的溶解性,一般规律是：碱金属盐一般易溶于水，但随原子半径增加，难溶盐数目增加。,比如：,难溶的钾盐：KIO4(310-2)KB(C6H5)4(10-6)K4PtCl6(1.610-2)K2NaCo(NO2)6(110-3)KBF4(3.610-2)K2SiF6(610-3),大多数盐是难溶性盐，例如：(1)氟化物（2）负电荷高的阴离子形成的盐：碳酸盐、磷酸 盐、草酸盐。,也有一些易溶盐，例如：(1)与一价阴离子形成的盐：如氯化物，硝酸盐，醋酸盐，碳酸

14、氢盐等。(2)阳离子半径小的硫酸盐和铬酸盐，如：MgSO4，MgCrO4,2、碱土金属盐类的溶解性,二、焰色反应 可见区的原子光谱单一元素的鉴别，制造焰火 火焰颜色 Li+Na+K+Ca2+Sr2+Ba2+红色 黄色 紫色(钴玻璃）橙红色 洋红色 黄绿色,比如：形成水合物的能力：Li Cs逐渐降低，碱土金属的盐比碱金属的盐更易带结晶水。,三、形成结晶水合物的容易程度,其规律是：离子半径越小，所带的电荷越多，则作用于水分子的电场越强，其盐越易带结晶水。,碱金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐（Li2CO3除外）的热稳定性高。硝酸盐不稳定，受热易分解。LiNO3 Li2O+NO2+O2 NaNO3 NaN

15、O2+O2 KNO3 KNO2+O2,四、热稳定性,碱土金属的卤化物、硫酸盐的热稳定性较高。碳酸盐和硝酸盐不稳定：碳酸盐受热分解为：金属氧化物和二氧化碳。硝酸盐受热分解产物：金属氧化物、NO2、O2,对角线规则：在周期表中，处于左上右下对角线上的元素及其化合物的性质呈现相似性的现象。Li-Mg，Be-Al,五、锂和铍的特殊性,IA族中,锂半径r最小,电负性最强,表现出和Na、K等不同的性质,倒是和IIA族里的Mg相似。具体为：,（1）、锂的特殊性及锂和镁的相似性,1、在氧气中燃烧，只生成Li2O和Mg相似,2、Li、Mg都可以和N2直接化合，其余碱金属则异常困难或者不能。,3、Li的氟化物、碳

16、酸盐、硫酸盐难溶于水，而其它碱金属无此性质。,4、硝酸锂受热分解形式为：2LiNO3=Li2O+2NO2+1/2O2 与其它碱金属硝酸盐分解成亚硝酸盐和NO2不同.,(2)铍的特殊性和铝的相似性,IIA族的Be也很特殊,其性质和IIIA族中的Al有些相近，具体表现为：,1、氧化物和氢氧化物呈两性,IIA族其余的氧化物和氢氧化物显碱性,2、无水氯化物BeCl2、AlCl3共价成份大，可溶于醇、醚，易升华，其余IIA族的MCl2是离子晶体。,3、Be、Al和冷浓HNO3接触时钝化，其余IIA族金属易于和HNO3反应。,练习：一、判断推理题 1、某一黄色粉末状物质(A),溶于盐酸中产生具有刺激性气味

17、的黄绿色气体(B)得无色透明溶液,将此溶液蒸发浓缩得白色晶体粉末(C),在无色灯焰上灼烧(C),灯焰呈黄色,(A),(B),(C)是何物?写出有关的反应方程式.2、有五瓶白色粉末,没有标签,但知道它们是MgCO3、BaCO3、无水Na2CO3、无水CaCl2、无水Na2SO4。试鉴别之,以反应方程式表示,并略加说明.,二、问答题1、碱金属在什么条件下存在双原子分子?为什么由LiCs双原子分子的稳定性逐渐减小?2、为什么碱土金属比相应的碱金属熔点高,硬度大?3、写出用金属置换法在高温低压条件下制取K,Rb,Cs的化学方程式。4、从标准电极电势看K比Na活泼,但为什么Na能从KCl中把K置换出来?5、举例说明锂，镁的相似性.6、能否用MgCl26H2O直接加热制取无水MgCl2?,8、把镁片放入冷水中觉察不出其作用，但加入铵盐后却迅速不断地放出NH3。请简述其原因。9、在急救器中常用KO2,而不常用其他碱金属的超氧化物,为什么?,7、写出金属钠在空气中燃烧,生成物溶于水,再滴入KMnO4溶液的反应方程式及反应现象.,