堿和堿土金屬

1、第10章堿金屬和堿土金屬10.1堿和堿土金屬的性質(zhì)10.2堿和堿土金屬的氧化物10.3堿和堿土金屬的氫氧化物10.4堿和堿土金屬的鹽類元素周期表族周期IA0H氫He氦1IIAIIIA IVAVAVIAVIIAs區(qū)p區(qū)Li鋰Be鈹B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖2d區(qū)f區(qū)Na鈉Mg鎂Al鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬3IIIB IVBVBVIB VIIBVIIIIBIIBKCa鈣Sc鈧Ti鈦V釩CrMnFeCoNiCuZn鋅Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪s4鉀鉻錳鐵最外電鈷子層鎳結(jié)銅構(gòu)R區(qū)bSr鍶Y釔Zr鋯Nb鈮Mo鉬TcRuRhPd鈀Ag銀Cd鎘In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙5銣锝ns1釕

2、n銠s2Cs銫Ba鋇Lu镥Hf鉿TaWReOsIrPtAuHgTl鉈Pb鉛Bi鉍Po釙At砹Rn氡6鉭從鎢I A錸族鋨到銥II鉑A 族金Fr鈁Ra鐳Lr鐒RfDbSgBhHsMtUun Uun Uun7*鑭系La鑭Ce鈰Pr鐠Nd釹Pm钷Sm釤Eu銪Gd釓Tb鋱Dy鏑Ho鈥Er鉺Tm銩Yb鐿錒系A(chǔ)c錒Th釷Pa鏷U鈾Np镎Pu钚Am镅Cm鋦Bk锫Cf锎Es锿Fm鐨Md鍆No锘10.1堿和堿土金屬的性質(zhì)一、價(jià)電子層結(jié)構(gòu)和氧化態(tài)元素鋰鈉鉀銣銫鈁鈹鎂鈣鍶鋇鐳符號LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa序號3111937558741220385688電子結(jié)構(gòu)2s13s14s15s16s17s12

3、s23s24s25s26s27s2主要氧化態(tài)+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+2IA族和IIA族元素的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)和氧化態(tài) 價(jià)電子層結(jié)構(gòu)是ns1，ns2; 堿金屬(Alkali Metal)元素主要表現(xiàn)1氧化態(tài)； 堿土金屬(Alkali Soil Metal)元素主要表現(xiàn)2氧化態(tài)。二、原子半徑和離子半徑元素LiNaKRbCs原子半徑/pm152186227248265離子半徑/pm76102138152167元素BeMgCaSrBa原子半徑/pm111160197215217離子半徑/pm4572100118136堿金屬和堿土金屬元素的原子半徑和離子半徑 兩族元素的原子有較大的原子

4、半徑，從上到下，原子半徑增大； 離子半徑小于原子半徑； 鋰和鈹在各相應(yīng)族中有特別小的原子半徑和離子半徑，且為2電子構(gòu)型，極化力特別強(qiáng)，因此它們的化合物具有明顯的共價(jià)性。三、形成化合物的成鍵特征Li+、Be2+主要形成共價(jià)型化合物大多數(shù)元素形成離子型化合物IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa四、單質(zhì)的性質(zhì)1.物理性質(zhì)金屬LiNaKRbCs密度/(gmL -1)0.5340.9680.891.5321.879硬度0.60.40.50.30.2(石10)熔點(diǎn)/180.5497.8263.3839.3128.44沸點(diǎn)/1341881.4759691668.2堿金屬和堿土金屬的物理性質(zhì)密度小

5、，硬度低；堿土金屬的熔沸點(diǎn)和硬度都比堿金屬的高。金屬BeMgCaSrBa密度/(gmL -1)1.8481.7381.552.643.51硬度-2.01.51.8-(石10)熔點(diǎn)/1287651842757727沸點(diǎn)/24671100148413661845 堿土金屬由于核外有2個(gè)有效成鍵電子，金屬鍵強(qiáng)度大，熔沸點(diǎn)及硬度均較堿金屬高。 堿土金屬物理性質(zhì)的變化不是那么有規(guī)律，是由于堿土金屬晶格類型不是完全相同的緣故，堿金屬皆為體心立方，如Be、Mg：六方；Ca、Sr：面心立方；Ba：體心立方。2.化學(xué)性質(zhì)（1）固態(tài)堿金屬和堿土金屬具有強(qiáng)活潑性，容易形成離子型化合物。元素LiNaKRbCs電離能I

6、1/(kJmoL -1) 電離能I2/(kJmoL -1)526.417295502.044591425.023088409.222675381.902436電負(fù)性0.980.930.820.820.79堿金屬和堿土金屬的電離能和電負(fù)性元素BeMgCaSrBa電離能I1/(kJmoL -1) 電離能I2/(kJmoL -1)電離能I3/(kJmoL -1)905.63176814939743.9414607658596.111524942555.710704351508.99713575電負(fù)性1.571.311.000.950.89堿金屬和堿土金屬的電離能和電負(fù)性 是化學(xué)活潑性很強(qiáng)的金屬元素；

7、 兩個(gè)族中從上到下，元素的第一電離能和電負(fù)性依次降低； 表面上看堿土金屬失去2個(gè)電子形成二價(jià)正離子似乎很困難，實(shí)際上生成化合物時(shí)所釋放的晶格能足以補(bǔ)償失去第二個(gè)電子時(shí)所需吸收的能量，但失去第三個(gè)電子就困難了。（2）水溶液金屬BeMgCaSrBaj /V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906金屬LiNaKRbCsj /V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027堿金屬和堿土金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢值都很小，單質(zhì)金屬都是強(qiáng)的還原劑； 從上到下，j 強(qiáng)；(Mn+ / M)減小，還原性增jLi )比j( Li+( Cs+小表現(xiàn)出反常Cs)性。最活潑的金屬

8、是鋰。補(bǔ)充：焰色反應(yīng)(Flame Reaction)在分析化學(xué)上，這兩族元素的金屬單質(zhì)或它們在高溫下能揮發(fā)而不分解的化合物有一個(gè)重要性質(zhì)，即在高溫火焰中燃燒時(shí)產(chǎn)生有特征顏色的火焰，可用于這些元素的定性和定量分析，這個(gè)性質(zhì)與這些原子的價(jià)電子容易激發(fā)有關(guān)。元素BeMgCaSrBa火焰顏色極明亮眩目的光焰橙紅深紅綠波長/nm714.9687.8553.5元素LiNaKRbCs火焰顏色深紅黃紫紅紫藍(lán)波長/nm670.8589.2766.5780.0455.5堿金屬和堿土金屬的火焰顏色五、堿金屬和堿土金屬的重要化學(xué)反應(yīng)M3PMX（X=鹵素）M3N (M=Li)N2PX2H2H2O MOH+H2SMMHM

9、 S2M2O(M=Li)M2O2 (M=Na) MO2 (M=K,Rb,Cs)O2O2+CO2M2CO3堿金屬單質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)M3N2 (M=Mg)M(OH)2+H2 (M=Ca,Sr,Ba)MX2H O NX222O2NH3水蒸氣MMO+HMO(M=Ba),MO22(M=Be,Mg)H2NaOHMH2 (M=Ca,Sr,Ba)M(NH ) +H2 22Be(OH)2- +H42堿土金屬單質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)相似性差異性 IA族元素的堿和鹽大多是易溶于水的； 而IIA元素的堿和鹽一般有 較低的溶解度。 主要是離子型的化合物； 氧化物水合物一般是強(qiáng)堿； 堿和鹽多是強(qiáng)電解質(zhì)； 同強(qiáng)酸形成的鹽基本不水解。兩族

10、元素形成的化合物在性質(zhì)上的異同10.2堿和堿土金屬的氧化物通常條件下堿金屬堿土金屬氧的存在形式氧化物M2OMOO2-過氧化物M2O2MO2(M=CaSr Ba),O22-超氧化物MO2(M=K,Rb,Cs)MO4(M=CaSr Ba)O2-臭氧化物MO3(M=K,Rb,Cs）O3-堿金屬、堿土金屬的氧化物有趣的體現(xiàn)積象較大的超氧陰離子和臭氧陰離子更容易被體積較大的正離子穩(wěn)定。在空氣中燃燒堿金屬所得產(chǎn)物不同：離子間的匹配具有如下選擇性：半徑較小的陽離子趨向和半徑較小的陰離子結(jié)合； 半徑較大的陽離子趨向和半徑較大的陰離子結(jié)合； 半徑小的陽離子趨向和價(jià)數(shù)高的陰離子結(jié)合。LiLi2O NaNa2O2K

11、、Rb、CsKO2、RbO2、CsO21.正常氧化物 制備堿金屬堿土金屬2M+O2 r2MOr2M(NO3)22MO+4NO2+O2rMCO3 MO+CO22Li + 1 Or LiO2222Na+Na2O22Na2O10K+2KNO36K2O+N2間接方法制備性質(zhì) 物理性質(zhì)物質(zhì)BeOMgOCaOSrOBaO顏色白白白白白熔點(diǎn)/25302852261424301918物質(zhì)Li2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白白淡黃亮黃橙紅熔點(diǎn)/17001275350400490堿金屬、堿土金屬氧化物的物理性質(zhì)熱穩(wěn)定性總趨勢:從 Li Cs,從 Be Ba 逐漸降低堿土金屬的氧化物（除BeO）都是NaCl

12、晶格的離子型化合物，由于正負(fù)離子都是帶有兩個(gè)電荷，M-O距離又較小， 所以MO具有較大的晶格能。 化學(xué)性質(zhì)（與水反應(yīng)）M2O + H2O 2MOHMO + H2O M(OH)2（M=Ca、Sr、Ba）2. 過氧化物 (Peroxide)2-結(jié)構(gòu)O2分子結(jié)合兩個(gè)電子，形成過氧離子O22-，或共價(jià)的過氧鏈OO：構(gòu)成離子型過氧化物（如Na2O2、BaO2 ），或共價(jià)型過氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。O的氧化數(shù)為-1O2-的分子軌道電子排布式2()2 (* )2 ()2 (*)2 ()21s1s2s2s2p x)2 ()2 (*)2 (*)2(2p y2p z2p y2p z鍵級 成

13、鍵電子數(shù)反鍵電子 數(shù)12 制備（Na2O2）2Na + O2 Na2O2 性質(zhì)性質(zhì)一：堿性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑。性質(zhì)二：氧氣發(fā)生劑。性質(zhì)三：二氧化碳吸收劑和氧氣發(fā)生劑。性質(zhì)四：酸性介質(zhì)中遇強(qiáng)氧化劑時(shí)顯還原性。性質(zhì)一：堿性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑。3Na2O2 + Cr2O3Na 2O2 + MnO 2 Na2O + 2Na2CrO4 Na 2MnO 4Na2O2常用作氧化分解礦石的溶劑性質(zhì)二：氧氣發(fā)生劑。Na 2O2 + 2H2O H2O2 + 2NaOH易吸潮，呈強(qiáng)堿性Na 2O2 + H2SO（4?。?H2O2 + 2Na 2SO4立即分解2H2O2 2H2O + O2Na2O2常用作漂白劑和氧氣發(fā)生

14、劑性質(zhì)三：二氧化碳吸收劑和氧氣發(fā)生劑。2Na2O2 + 2CO2 O2 + 2Na2CO3Na2O2廣泛用于防毒面具，高空飛行和潛水艇里，吸收人們放出的CO2，并供給O2性質(zhì)四：酸性介質(zhì)中遇強(qiáng)氧化劑時(shí)顯還原性。5O2- + 2MnO- +16H+ 2Mn2+ + 5O+8H O24223. 超氧化物 (Hyperoxide) 結(jié)構(gòu)O2分子結(jié)合一個(gè)電子，形成超氧離子O2 在O 離子中，O的氧化數(shù)為 - 1 ，如KO222KO2-K+O2-離子O2分子O- 的分子軌道電子排布式2()2 (* )2 ()2 (*)2 ()21s1s2s2s2p x)2 ()2 (*)2 (*)1(2p y2p z2

15、p y2p z)2 ()2 (*)1 ()2 (*)1鍵型 (2px2p y2py2pz2pz鍵級 成鍵電子數(shù)反鍵電子 數(shù)1.52 性質(zhì)性質(zhì)一：強(qiáng)氧化劑。2MO 2 + 2H2O O2+ H2O2 + 2MOH(M=K,Rb,Cs)性質(zhì)二：CO2吸收劑和氧氣發(fā)生劑。4MO2 + 2CO2 3O2 + 2M2CO310.2堿和堿土金屬的氫氧化物1. 堿性遞變規(guī)律（1）現(xiàn)象M2O + H2O 2MOHMO + H2O M(OH) 2堿性增強(qiáng)LiOH中強(qiáng)堿Be(OH)2NaOH強(qiáng)堿Mg(OH)2中強(qiáng)堿KOH強(qiáng)堿Ca(OH)2強(qiáng)堿RbOH強(qiáng)堿Sr(OH)2強(qiáng)堿CsOH強(qiáng)堿Ba(OH)2強(qiáng)堿氫氧化物的堿

16、性（2）規(guī)律 除Be(OH)2為氫氧化物外，其它氫氧化物都是強(qiáng)堿或中強(qiáng)堿； 同周期：堿金屬氫氧化物的堿性大于堿土金屬； 同族：從上到下，堿性增強(qiáng)。I. 同周期（如第三周期） ：NaOHMg(OH)Al(OH) 3H2SiO3 H3PO4 H2SO4 HClO 42從左到右，酸性增強(qiáng)，堿性減弱拓展三個(gè)規(guī)律VA( +3)酸性增強(qiáng)， 堿性減弱II. 同族（如VA） ：HNO2H3PO3從下到上H AsOIII. 同一元素不同氧化態(tài)（如氯元素） :33Sb(OH) 3Bi(OH)3HClOHClO 2HClO 3HClO 4高氧化態(tài)的氧化物和水合物酸性增強(qiáng)（3）解釋 ROH理論R在水中有兩種解離方式R

17、OHR+OH-堿式電離ROHRO- +H+酸式電離zf=r 值大，有利于酸式電離； 值小，有利于堿式電離。判斷氫氧化物酸堿性的經(jīng)驗(yàn)公式：f 7金屬氫氧化物呈堿性；7 f 10金屬氫氧化物呈酸性。Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2R2+(nm)0.0350.0660.0990.1120.134f7.65.54.54.23.9酸堿性中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿熱分解溫度，離子勢越大，陽離子的反極化作用越強(qiáng)，分解溫度越低。離子勢可用來衡量f酸堿性，越大，酸性越強(qiáng)。溶解度，陰陽離子半徑相差不大時(shí)，離子勢越大，越難溶。2. 溶解度變化規(guī)律（1）現(xiàn)象S增大堿金屬氫氧化物溶解度S/

18、(molL -1)堿土金屬氫氧化物溶解度S/(molL -1)LiOH13Be(OH)2810-6NaOH109Mg(OH)2510-4KOH112Ca(OH)21.810-2RbOH177Sr(OH)26.710-2CsOH330Ba(OH)2210-1氫氧化物在水中的溶解度 對于離子化合物，離子勢越大（電荷高半徑小），則形成的鹽的晶格能越大，可同時(shí)，與極 性水分子之間的引力也大，所以當(dāng)離子勢增大時(shí)， 究竟是晶格能增加多還是離子水合能增加多，就 要看陰陽離子大小匹配情況。f = zrZ+ Z-UR+ + R-巴索洛經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：適用性很廣的一條溶解度規(guī)律陰、陽離子半徑相差較大的離子型化合物在水中

19、溶解度較大；（水合作用占優(yōu)勢）陰、陽離子半徑相近的離子化合物在水中溶解度較小。（晶格能大小占優(yōu)勢）這種規(guī)律也可叫做相差溶解規(guī)律。如 LiF 與 CsI，前者是小與小配，后者是大與大配，難溶于水。而 LiI 與 CsF，陰陽離子半徑相差甚遠(yuǎn)，大小不匹配，故能溶于水。陽離子陰離子Li+Na+K+Rb+Cs+F-0.11.115.912.524.2I-12.211.88.67.22.8堿金屬氟化物、碘化物在水中的溶解度（molL -1)又如Be2+(45pm)Ba2+(136pm)本別與SO2-4（230pm）生成可溶的BeSO4和難溶的BaSO4。前者大小不匹配，故可溶于水。10.4現(xiàn)象堿和堿土金屬的鹽類1.若干鋰鹽：LiF、Li2CO3、Li3PO4Na + 、 K + 、Rb + 、Cs + 、NH +同某些較4大陰離子的鹽： KClO4、氯鉑酸鹽K2PtCl4大多數(shù)堿金屬鹽易溶于水，僅少數(shù)堿金屬鹽是難溶于水的碳酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽難溶于水氯化物、硝酸鹽易溶于水大多數(shù)堿土金屬鹽難溶于水， 僅少數(shù)易溶于水陽離子陰離子Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+SO42-易溶易溶0.2