第10章-堿金屬和堿土金屬元素課件

第十章堿金屬和堿土金屬元素

第一節(jié)s區(qū)元素概述ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubⅠA、ⅡA為s區(qū)元素

ⅠA中的鈉、鉀氫氧化物是典型“堿”，故ⅠA族元素又稱為堿金屬

ⅢA有時(shí)稱為“土金屬”

ⅡA中的鈣、鍶、鋇氧化物性質(zhì)介于“堿”與“土”族元素之間，所以把ⅡA又稱為堿土金屬

Li、Rb、Sr、Be

是輕稀有元素Fr、Ra是放射性元素10.1s區(qū)元素概述ⅠALiNaKRbCsFr鋰鈉鉀銣銫鈁ⅡABeMgCaSrBaRa鈹鎂鈣鍶鋇鐳堿金屬和堿土金屬的存在最重要的礦石是鋰輝石（LiAlSi2O6)主要以NaCl形式存在于海洋、鹽湖和巖石中主要礦物是鉀石礦(KCl·MgCl2·6H2O)我國(guó)青海鉀鹽儲(chǔ)量占全國(guó)96.8%10.1s區(qū)元素概述10.1s區(qū)元素概述堿金屬和堿土金屬的存在ⅠALiNaKRbCsFr鋰鈉鉀銣銫鈁ⅡABeMgCaSrBaRa鈹鎂鈣鍶鋇鐳主要礦物是綠柱石（3BeO·Al2O3·6SiO2)主要以菱鎂石（MgCO3)、白云石[MgCa(CO3)2]存在主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO4·2H2O)、天青石(SrSO4)、碳酸鍶礦(SrCO3)、重晶石(BaSO4)、毒重石(BaCO3)

等碳酸鹽、硫酸鹽形式存在第十章堿金屬和堿土金屬元素10.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)ⅠA原子序數(shù)價(jià)電子構(gòu)型金屬半徑(pm)熔點(diǎn)(℃)沸點(diǎn)(℃)硬度(金剛石=10)Li(鋰)32s1152180.513420.6Na(鈉)113s118697.82882.90.4K(鉀)194s122763.257600.5Rb(銣)375s124838.896860.3Cs(銫)556s126528.40669.30.2ⅡA原子序數(shù)價(jià)電子構(gòu)型金屬半徑（pm）熔點(diǎn)(℃)沸點(diǎn)(℃)硬度(金剛石=10)Be(鈹)42s2111127829704Mg(鎂)123s2160648.811072.0Ca(鈣)204s219783914841.5Sr(鍶)385s221576913841.8Ba(鋇)566s22177251640----因?yàn)樵拥脑影霃捷^大、核電荷較少其金屬晶體中的金屬鍵很不牢固故單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)較低，硬度較小堿金屬和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最軟的金屬熔點(diǎn)低于人的體溫,放在手心里即可熔化

核電荷原子半徑熔、沸點(diǎn)硬度∧∨∧∧核電荷原子半徑熔、沸點(diǎn)硬度為具有銀白色(銫為灰色)光澤的金屬10.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)密度0.530.970.861.531.88(g·cm-3)密度1.851.741.542.63.51(g·cm-3)ⅠALi(鋰)Na(鈉)K(鉀)Rb(銣)Cs(銫)ⅡABe(鈹)Mg(鎂)Ca(鈣)Sr(鍶)Ba(鋇)電負(fù)性1.00.90.80.80.7電負(fù)性1.00.90.80.80.7氧化數(shù)+1+1+1+1+1氧化數(shù)+2+2+2+2+2E(M+/M)-3.04-2.713-2.924(-2.98)(-3.026)

(V)E(M2+/M)-1.99-2.356-2.84-2.89-2.92

(V)氧化數(shù)與族號(hào)一致，常見的化合物以離子型為主由于Li+、Be2+半徑小，其化合物具有一定共價(jià)性

*E(Li+/Li)反常，是由于Li+的半徑較小，易與水分子結(jié)合生成水合離子放出較多能量所致10.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)

堿金屬堿土金屬可溶于液氨，形成深藍(lán)色溶液

堿金屬

M(s)+(x+y)NH3M+(NH3)x+e-(NH3)y?

堿土金屬

M(s)+(x+2y)NH3M2+(NH3)x+2e-(NH3)y?堿金屬和堿土金屬的氨溶液：

1.具有較高的導(dǎo)電性

2.與金屬本身相同的化學(xué)反應(yīng)

3.稀堿金屬氨溶液是還原劑10.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)

堿金屬和堿土金屬化學(xué)性質(zhì)活潑且化學(xué)活潑性堿金屬>

堿土金屬10.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)堿金屬和堿土金屬的一些重要反應(yīng)金屬反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)式堿金屬堿土金屬H22M+H2

→2MHM+H2

→MH2堿金屬Ca、Sr、BaMgH2O

2M+2H2O→2MOH+H2M+2H2O→M(OH)2+H2M+H2O(g)→MO+H2堿金屬堿土金屬鹵素2M+X2

→2MXM+X2

→MX2LiMg、Ca、Sr、BaN26Li+N2

→2Li3N3M+N2

→M3N210.2堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)堿金屬和堿土金屬的一些重要反應(yīng)金屬反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)式堿金屬M(fèi)g、Ca、Sr、BaS

2M+S→M2SM+S→MSLiNaK、Rb、Cs堿土金屬Ca、Sr、BaO24Li+O2

→2Li2O2Na+O2

→Na2O2M+O2

→MO22M+O2

→2MOM+O2

→MO2堿金屬的制備一般采用電解熔融鹽的方法450℃下電解55%LiCl和

45%KCl的熔融混合物鋰580℃下電解40%NaCl和60%CaCl2的混合物鈉850℃下，用金屬鈉還原氯化鉀鉀800℃左右、減壓下，用鈣還原氯化物銣、銫堿土金屬的制備一般采用電解熔融鹽的方法鈹1.350-400℃下電解NaCl和

BeCl2的熔融鹽2.用鎂還原氯化鈹1.先脫去水合氯化鎂所含的水，再電解2.硅熱還原

2(MgO·CaO)+FeSi→

2Mg+Ca2SiO4+Fe

鎂一般采用電解熔融鹽的方法700-800℃下，電解CaCl2

和KCl的混合物2.鋁熱法：鈣6CaO+2Al3Ca+3CaO·Al2O3

鋁熱法或硅還原法鍶、鋇堿土金屬的制備E(Li+/Li)可用焓變粗略估計(jì)

M(s)+H+(aq)→M+(aq)+H2(g)12△rGm=-z’F=-z’F{E

(H+/H2)-E(Li+/Li)}

=z’FE

(Li+/Li)E對(duì)堿金屬若不考慮△rSm

的影響可用△rHm代替△rGm

12△rHm={△subHm

+I1(M)+△hHm

(M+)}+{-△hHm

(H+)-D(H-H)-I1(H)}△rHm

的計(jì)算M(s)+H+(aq)H2(g)+M+(aq)△rHm-△hHm(H+)H+(g)+e-H(g)-I1(H)-D(H-H)M(g)M+(g)+e-I1(M)12△subHm△hHm

(M+)由上式可計(jì)算堿金屬在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過(guò)程的△rHm12堿金屬轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過(guò)程的有關(guān)數(shù)據(jù)由上可看出，雖然△subHm(Li)和I1(Li)較大，但△hHm(Li+)較小，即Li+水合過(guò)程放出的能量特別大，而導(dǎo)致△rHm(Li)最小，△rGm

最小，故E(Li+/Li)最小。

-246-241-250-241-275△rHm

/(kJ·mol-1)-264-293-322-409-519△hHm

(M+)/(kJ·mol-1)376403419496520

I1(M)/(kJ·mol-1)78.885.890108.7161△subHm(M)/(kJ·mol-1)CsRbKNaLi

第三節(jié)氫化物10.3氫化物2M+H2→2MH(M代表堿金屬)

M+H2→MH2(M代表Ca、Sr、Ba)

制備注意1.離子型氫化物2.純離子型氫化物都是白色晶體;不純的通常為淺灰色至黑色,其性質(zhì)類似鹽,又稱為類鹽型氫化物。

3.熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，熔融時(shí)能夠?qū)щ?，其密度都比相?yīng)的金屬的密度大得多。

10.3氫化物性質(zhì)易與水反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣

LiH+H2OLiOH+H2

CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2強(qiáng)還原性

TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2受熱時(shí)可以分解為氫氣和游離金屬2MH2M+H2

MH2M+H210.3氫化物性質(zhì)可形成復(fù)合氫化物4LiH+AlCl3Li[A1H4]+4H2OLiOH+Al(OH)3+4H2Li[AlH4]+3LiCl

第四節(jié)氧化物10.4氧化物

類型類型氧化數(shù)氧存在形式舉例過(guò)氧化物-1O2Na2O2、CaO2超氧化物-1/2O2

KO2

臭氧化物-1/3O3KO3低氧化物Cs7O正常氧化物-2ONa2O、CaO2---2-10.4氧化物

類型在空氣中直接形成間接形成正常氧化物L(fēng)i、Be、Mg、Ca、Sr、BaⅠA、ⅡA族所有元素

過(guò)氧化物Na除Be外的所有元素超氧化物

Na、K、Rb、Cs除Be、Mg、Li外所有元素形成10.4.1正常氧化物

Li2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白色白色淡黃色亮黃色橙紅色熔點(diǎn)/℃>分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔點(diǎn)/℃25302852261424301918硬度(金剛石=10)95.64.53.53.3M-O核間距/pm165210240257277由于陰、陽(yáng)離子帶兩個(gè)單位電荷，M-O核間距較小，MO具有較大晶格能，所以硬度大，熔點(diǎn)高。是重要建筑材料；可做熔礦劑；制取電石的原料常用來(lái)制造耐火材料和金屬陶瓷具有反射放射性射線的能力，常用作原子反應(yīng)堆外壁磚塊材料。堿土金屬的氧化物均為白色在水中溶解度一般較小10.4.2過(guò)氧化物和超氧化物

1.在堿性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑,常用作熔礦劑例2Fe(CrO2)2+7Na2O2

→4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O2.室溫下，與水或稀酸反應(yīng)生成H2O2例Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2

Na2O2+H2SO4

→Na2SO4+H2O2

2KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑

2KO2+H2SO4

→K2SO4+H2O2+O2↑2H2O2

→2H2O+O2↑10.4.2過(guò)氧化物和超氧化物

3.與CO2反應(yīng)放出O2例

2Na2O2+2CO2

→2Na2CO3+O2↑4KO2+2CO2

→2K2CO3+3O2↑10.4.2過(guò)氧化物和超氧化物

Na2O2在熔融時(shí)不分解，遇到棉花、木炭或鋁粉等還原劑時(shí)，會(huì)發(fā)生爆炸，使用時(shí)應(yīng)特別小心。過(guò)氧化物和超氧化物常用做防毒面具、高空飛行、潛水作業(yè)的供氧劑。10.4.3臭氧化物

與水反應(yīng)生成MOH和O24MO3+2H2O→4MOH+5O2↑室溫下，緩慢分解為MO2和O2MO3

→MO2+O2↑12

第五節(jié)氫氧化物10.5氫氧化物

易潮解在空氣中吸收CO2生成碳酸鹽均為白色固體堿金屬氫氧化物又稱為苛性堿因它對(duì)纖維、皮膚有強(qiáng)烈腐蝕作用10.5.1堿金屬和堿土金屬(氫氧化物的堿性)*

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿與酸反應(yīng)Be(OH)2+2H+

→Be2++2H2O與堿反應(yīng)Be(OH)2+2OH-

→[Be(OH)4]2-

氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律：R-O-H規(guī)則氧化物水合物通式R(OH)nRO-+H+R–O–HR++OH-酸式解離堿式解離R–O–H在水中解離方式R–O–H解離方式取決于Rn+的極化作用陽(yáng)離子電荷陽(yáng)離子半徑離子勢(shì)()=

R的大，使O—H鍵極性增強(qiáng)，則為酸式解離R的小，使R—O鍵極性增強(qiáng)，則為堿式解離氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律——R-O-H規(guī)則

值

<0.22

0.22~0.32

>0.32R-O-H酸堿性

堿性

兩性

酸性例第三周期元素氧化物水合物的酸堿性最強(qiáng)酸0.5127HClO4Cl強(qiáng)酸0.4529H2SO4S中強(qiáng)酸0.3638H3PO4P弱酸0.3240H2SiO3Si兩性0.24535Al(OH)3Al中強(qiáng)堿0.1772Mg(OH)2Mg強(qiáng)堿0.1102NaOHNa酸堿性Rn+半徑/(pm)氧化物水合物元素值氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律——R-O-H規(guī)則

值

<0.22

0.22~0.32

>0.32R-O-H酸堿性

堿性

兩性

酸性強(qiáng)堿0.12136Ba強(qiáng)堿0.13118Sr強(qiáng)堿0.14100Ca中強(qiáng)堿0.1772Mg兩性0.2727Be(OH)2Be酸堿性值R2+半徑氫氧化物元素例堿土金屬元素氫氧化物的酸堿性Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)210.5.2堿金屬和堿土金屬-氫氧化物的溶解性

堿金屬的氫氧化物易溶于水，但LiOH溶解度較小。

溶解度

堿土金屬的氫氧化物

<

堿金屬氫氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2

溶解度增大隨著陽(yáng)離子半徑的增大,陽(yáng)離子與陰離子之間的吸引力減小,易被水分子拆開的緣故。因?yàn)殡x子半徑M(Ⅱ)<M(Ⅰ)

離子電荷M(Ⅱ)>M(Ⅰ)使陽(yáng)離子與陰離子之間吸引力M(Ⅱ)>M(Ⅰ)

第六節(jié)鹽類10.6鹽類的性質(zhì)

絕大多數(shù)堿金屬、堿土金屬鹽類的晶體屬于離子晶體，熔、沸點(diǎn)較高。常溫下是固體，熔化時(shí)能導(dǎo)電。堿金屬、堿土金屬與無(wú)色陰離子形成的化合物是無(wú)色或白色；堿金屬、堿土金屬與有色陰離子形成的化合物常呈陰離子的顏色。如鹵化物、硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等為無(wú)色

BaCrO4為黃色、KMnO4為紫色鈹與易變形的陰離子的化合物為共價(jià)化合物因?yàn)锽e2+半徑小，電荷較多，極化力較強(qiáng)。如BeCl2是共價(jià)化合物：熔點(diǎn)低、易升華、能溶于有機(jī)溶劑中。10