金屬元素學(xué)生

1、分布概述自然界分布非常廣泛 表示在自然界中的平均含量存在形式活潑金屬： 最穩(wěn)定的化合物存在不活潑金屬： 單質(zhì)1分類黑色金屬： Fe、Mn、Cr及其合金有色金屬： 除了黑色金屬以外的金屬輕有色金屬： 密度d 4.5gcm-3Cu、Zn、Hg、Sb、Bi、Pb貴金屬： 儲量少、價格貴、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定Pt、Au、Ag稀有金屬： 儲量少、分布散、應(yīng)用和發(fā)現(xiàn)較晚Li、Be、V、稀土元素準(zhǔn)金屬： 單質(zhì)的性質(zhì)介于金屬與非金屬之間As、Se、Te2金屬的物理性質(zhì)顏色 銀白色或鋼灰色光澤（絕大多數(shù)）導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性 良好 超導(dǎo)電性 溫度降低到某個值時，金屬電阻突然消 失,導(dǎo)電性趨于無限大光電效應(yīng) 許多金屬在光的照射

2、下放出電子 有些金屬在短波輻射下放出電子熱電現(xiàn)象 有些金屬在加熱到高溫時放出電子3金屬內(nèi)聚力： 物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力原子化焓： 單位物質(zhì)的量的金屬由晶體氣態(tài)原子 所需的能量 與 金屬的原子半徑、價電子數(shù)、晶格類型 有關(guān) （ R 原子化焓） （e 原子化焓 )熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度原子化焓 金屬內(nèi)聚力 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度（金屬鍵的強(qiáng)度）4金屬活動順序( 以H為界 )H 前金屬 H 后金屬 (1)化學(xué)性質(zhì) 活潑 較穩(wěn)定(2)與非金屬元素 常溫、直接反應(yīng) 加熱(3)與水 / 非氧化性稀酸 反應(yīng) 不反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中失去e，轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾傻年栯x子金屬的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)較強(qiáng)的還原性M ne Mn+ ( n =

3、1、2、3 )5IA族：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr堿金屬6同一周期元素： 堿金屬的 R 最大， 第一電離能最小 易失去最外層的一個e 氧化態(tài)為 I 的化合物表14-1上下： 原子序數(shù)、原子量、原子R 電離能、電負(fù)性 金屬活潑性 原子化焓 金屬內(nèi)聚力 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度化合物： 離子型（Li為共價型）通性7對角相似規(guī)則在周期表中，某元素的性質(zhì)與左上方或右下方的元素性質(zhì)相似 Li和Mg Be和Al B和Si原因：離子極化力相近離子的半徑、電荷及電子構(gòu)型8堿金屬單質(zhì)物理性質(zhì)內(nèi)聚力弱硬度小熔點(diǎn)低：常溫下形成液態(tài)合金如： 鈉鉀合金良好的導(dǎo)電性、延展性焰色試驗(yàn) 堿金屬及其揮發(fā)性鹽類在無色火焰中灼燒火焰

4、會產(chǎn)生特征的顏色初步鑒定 Li (紅) Na (黃) K (紫) Rb(紫紅) Cs(紫紅)密度低：輕金屬9(1) 與非金屬元素化學(xué)性質(zhì) 強(qiáng)還原性直接或間接反應(yīng)(2) 與水 反應(yīng)非常激烈X、O、S、N、PM H2O MOH(強(qiáng)堿) H2 Li 反應(yīng)較緩慢 原因： 熔點(diǎn)高，反應(yīng)釋放的熱量不足使其熔化為小球或液體， 分散性差 降低反應(yīng)活性 LiOH溶解度小，覆蓋金屬表面 阻礙反應(yīng)進(jìn)行10(3) 與O2Li 固體石蠟封存 存放于煤油中室溫下迅速反應(yīng)單質(zhì)11堿金屬的氧化物與 O2 作用 M2O、M2O2、MO2與 O3 作用 MO312M2OLi2OCs2O固體，顏色，熔點(diǎn)，熱穩(wěn)定性與水反應(yīng) M2O

5、H2O MOH 劇烈 ( 除Li2O )制備： 直接 Li O2 Li2O間接 Na2O2 2Na 2 Na2O2KNO3 10K 6K2O N213M2O2Na2O2淡黃粉末，對熱穩(wěn)定 易吸潮Na2O2 2H2O / 稀酸 H2O2 2NaOH2H2O2 O2 2H2O 氧氣發(fā)生劑、漂白劑 與CO22Na2O2 2CO2 2Na2 CO3 O2 防毒面具填料、供氧劑、CO2 吸收劑14 強(qiáng)氧化性Fe2O3 3Na2O2 2Na2 FeO4 Na2O高鐵酸鈉Cr2O3 3Na2O2 2Na2 CrO4 Na2O鉻酸鈉熔融態(tài)Na2O2 木炭、棉花、鋁粉 爆炸 注意安全 強(qiáng)堿性 鐵 / 鎳制的容器

6、存放石英 / 陶瓷容器不宜15MO2強(qiáng)氧化劑 4MO2 2CO2 2M2CO3 3O22MO2 2H2O H2O2 O2 2MOH （劇烈） 用于急救器材中（除Li外堿金屬）16MO3 不穩(wěn)定2MO3 2MO2 O2 制備：3KOH(s) 2O3(g) 2KO3(s) KOHH2O O2(g) 與水作用反應(yīng)劇烈4MO3 2H2O 5O2 4MOHKOH 、RbOH 、CsOH17堿金屬的氫氧化物MOH 白色固體，易吸水潮解 易溶于水 ( 除LiOH )NaOH CsOH 溶解度18常用KOH、NaOH 強(qiáng)堿性強(qiáng)腐蝕性與鹵素等非金屬反應(yīng)，非金屬發(fā)生歧化反應(yīng)X2 2NaOH NaX NaXO H2

7、O3S 6NaOH 2Na2S Na2SO3 3H2O（苛性鉀）（苛性鈉/燒堿）NaCO3（純堿）19堿性反應(yīng)Al2O3 2NaOH ( 熔融 )2NaAlO2 H2OSiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O NaOH固體或濃溶液不用玻璃容器，采用塑料瓶NaOH試劑瓶，用橡皮塞，不能用玻璃塞固體密封保存，以免吸收 H2O、CO2 保存CO2 2NaOH Na2CO3 H2O20配制NaOH飽和溶液 密閉靜置 析出Na2CO3 取上清液 稀釋 ( 煮沸后冷卻的新鮮蒸餾水 ) 配制 NaOH 溶液21堿金屬鹽常見：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、硫化物 易溶性 幾乎所有常見的堿金屬鹽L

8、i鹽有較多的難溶鹽 如：LiF、Li2CO3222組成鹽的正、負(fù)離子半徑相差大時：1離子帶的電荷數(shù)少、半徑大的鹽易溶負(fù)離子半徑較小 ( F )，正離子半徑，鹽的溶解度負(fù)離子半徑較大 ( I ) ，正離子半徑，鹽的溶解度3組成鹽的正、負(fù)離子半徑相近時，溶解度小金屬離子為8電子構(gòu)型的離子型鹽類溶解性經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：堿金屬鹽 LiCs 23 晶體類型 離子晶體 熔點(diǎn)高 顏色 M無色，由陰離子顏色決定 熱穩(wěn)定性 較高，一般加熱不發(fā)生揮發(fā)或分解硝酸鹽： 4LiNO3 2 Li2O 2N2O4 + O2 ( 773k )2NaNO3 2NaNO2 + O2 ( 653k )熱穩(wěn)定性較差24 結(jié)晶水合物鹽類溶于水

9、，溶液離子以水合離子形式存在離子電荷數(shù) 半徑 水合作用鹽結(jié)晶析出 結(jié)晶水合物：Li鹽幾乎都是，Na鹽 K鹽 K鹽為分析標(biāo)準(zhǔn)試劑配制炸藥選用KNO3 / KClO3Li + Cs + 水合作用25M+鑒定和生物效應(yīng)Na+ 鑒定 焰色反應(yīng)：亮黃色 （初步鑒定） Na+溶液 HAc 醋酸鈾酰鋅試劑 (過量) 醋酸雙氧鈾酰鋅鈉(淡黃色)K 鑒定 焰色反應(yīng)：紫色 (鈷玻璃片) K+溶液 亞硝酸鈷鈉試劑 中性/弱酸環(huán)境 六亞硝酸合鈷()酸鈉鉀(橙黃色) 26生物效應(yīng)Na、K 人體必需的組成元素Na+ 分布在細(xì)胞外液維持細(xì)胞外液的滲透壓、酸堿平衡參與神經(jīng)信息傳遞過程穩(wěn)定核酸和蛋白質(zhì)的構(gòu)象K 分布在細(xì)胞內(nèi)液維

10、持細(xì)胞內(nèi)液的滲透壓穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)參與神經(jīng)信息傳遞過程維持心血管系統(tǒng)正常功能27 IIA族：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra堿土金屬28通性 比較堿金屬: 失 e 傾向 ，但仍是活潑金屬 氧化態(tài)為 離子型化合物（Be化合物主要是共價性） 熔點(diǎn)、沸點(diǎn) 堿金屬29 Be Ba 價電子構(gòu)型 ns2 ( n = 2,3,4,5,6 )原子序數(shù) 原子量 原子半徑第一、第二、第三電離能 電負(fù)性標(biāo)準(zhǔn)電極電勢E 還原性熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，但不規(guī)律離子半徑（單質(zhì)的晶格類型不完全相同）30分布廣泛： 第八位存在形式： 菱鎂礦、云白石等來 源： 電解熔融氯化鎂特 性： 銀白色 輕、硬鎂粉易燃應(yīng) 用： 閃光燈、煙火、燃燒

11、彈， 合金格外小心水（）31分布廣泛： 第五位存在形式： 石灰石、石膏、氟石等來 源： 電解熔融氯化鈣（加入氟化鈣, 熔點(diǎn)）特 性： 銀色、堅硬應(yīng) 用： 還原劑 制備釷、鈾、鋯 合金(Al、Be、Cu、Pb、Mg)32堿土金屬的氫氧化物M(OH)2 白色固體,易潮解 常用干燥劑 Ca(OH)2 溶解度小 Be Ba 溶解度 制備 Be鹽、Mg鹽 NaOH MgCl2 2NaOH Mg(OH)2 2NaClCa、Sr、Ba 氧化物 H2O (l) CaO(s) H2O (l) Ca(OH)2 Q（生石灰）（熟石灰）33 堿性Mg(OH)2 中強(qiáng)性其余為強(qiáng)堿堿性強(qiáng)弱討論：ROH R OH 堿式電離

12、ROH RO H 酸式電離離子勢 Z / r R極化作用 吸引OH氧原子能力 酸式電離 R極化作用 RO鍵弱 堿式電離電荷半徑Be (OH)2 Ba (OH)2 堿性Be(OH)2 兩性34實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)公式 7 堿性7 10 酸性僅適合次外層為8e構(gòu)型的主族元素的氫氧化物35堿土金屬鹽 難溶性，酸式鹽 通?？扇躆SO4 (Ca、Sr、Ba) H2SO4 (濃) M (HSO4)2 易溶：硝酸鹽、氯化物 可溶：高氯酸鹽、醋酸鹽36 CaCO3的鑒定CaCO3 CO2 (過量) H2O Ca2 HCO3 加熱 CO2驅(qū)出 生成CaCO3 磷酸鹽、草酸鹽、鉻酸鹽 溶于 稀HCl / HNO3CaC2O

13、4 H(稀) Ca2 HC2O4（大理石）這些鹽的沉淀反應(yīng)，需要在近中性 或弱堿性 條件下進(jìn)行37氯化鈣 CaCl26H2O加熱脫水 無水 CaCl2不能干燥乙醇或氨，酸性物質(zhì)533K無毒、無臭、味微苦易溶于水吸濕性極強(qiáng)常用干燥劑38氯化鋇 BaCl22H2O可溶性鋇鹽致死量0.8g 注意保管中毒時，口服/靜滴 硫酸鈉 ，以解毒39硫酸鋇 BaSO4 (重晶石)制備鋇鹽的原料：BaSO4 4C BaS 4CO(煅燒)BaS 2HCl BaCl2 H2SBaS CO2 H2O BaCO3 H2S無臭，無味性質(zhì)穩(wěn)定難溶于水、酸、堿、有機(jī)溶劑溶于熱濃硫酸40M2 的鑒定Mg2鑒定 Mg2溶液 NaO

14、H Mg(OH)2(白色) 鎂試劑 吸附顯藍(lán)色 Mg2溶液 磷酸氫銨氨試劑 磷酸銨鎂(白色)41Ca2鑒定 Ca2溶液 (NH4)2C2O4 CaC2O4(白色) 稀HCl / HNO3 溶解 焰色反應(yīng)：磚紅色42Ba2鑒定 Ba2溶液 K2CrO4 BaCrO4(黃色) 稀HCl / HNO3 溶解 焰色反應(yīng)：黃綠色43常用藥物MgO 制酸藥，中和過多胃酸常用制劑：鎂乳 Mg(OH)2鎂鈣片 0.1g MgO + 0.5g CaCO3MgSO4內(nèi)服：導(dǎo)瀉劑、十二指腸引流劑( 瀉鹽 )注射劑：抗驚厥三硅酸鎂白色、無味粉末不溶于水和乙醇易被無機(jī)酸分解 （ 濾油粉） 44鈣鹽 葡萄糖酸鈣、磷酸氫鈣

15、、乳酸鈣、氯化鈣等補(bǔ)鈣劑 鎂中毒時拮抗劑CaSO4 CaSO42H2O (石膏) 清熱瀉火CaSO41/2H2O (燒石膏) 石膏繃帶煅石膏粉 濕疹、燙傷、疥瘡潰爛BaSO4 胃腸道內(nèi)無吸收，阻止X射線通過 消化道造影劑碳酸鋰 抗躁狂藥鋇餐45Al IIIA族As、Sb、Bi VA族, 砷分族鋁和砷分族46單質(zhì)鋁 物理性質(zhì) 銀白色密度小 ( 2.79g/cm3 )熔點(diǎn) ( 930K )、沸點(diǎn) ( 2740K ) 高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性 良好 元素豐度最大的金屬元素活潑金屬，鋁礬土礦（Al2O3nH2O）47化學(xué)性質(zhì) 親氧性的兩性金屬 氧化態(tài) 2Al 3/2O2 Al2O3 Q 鋁制的日用器具

16、，醫(yī)療器械，化學(xué)反應(yīng)器與酸反應(yīng) 高純度鋁不與酸反應(yīng)，但溶于王水（濃HNO3:濃HCl1:3） 稀酸 2Al 6H 2Al3 3H2 強(qiáng)堿 2Al 2OH 6H2O 2Al(OH)4- 3H2 與冷、濃HNO3 / H2SO4 表面鈍化 用鋁桶儲運(yùn)48 與水反應(yīng) 與金屬氧化物反應(yīng) 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H28Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe高溫鋁熱反應(yīng)熔融49Al2O3 Al2O3熔點(diǎn)高, 硬度大,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定, 耐腐蝕, 絕緣性好 高硬度材料, 研磨材料, 耐火材料Al2O3( 剛玉 )( 活性氧化鋁 )粒徑小，比表面積大強(qiáng) 吸附性、強(qiáng) 催化活性

17、、溶于酸或堿 吸附劑，催化劑載體50Al(OH)3 兩性氫氧化物 制備 Al(OH)4- CO2 2Al(OH)3 (白色) CO32 H2O -Al2O3 鋁酸鹽溶液723K 773K鋁鹽溶液 + 氨水 無定形水合氧化鋁（白色凝膠狀沉淀）AlCl3 3NH3H2O Al(OH)3 3NH4Cl51 與弱酸的酸根離子作用 2Al3 3CO32 3H2O 2 Al(OH)3 3CO2 2Al3 3S2 6H2O 2 Al(OH)3 3H2S 形成配位數(shù)為 4 或 6 的配合物，十分穩(wěn)定 如：Al Cl4- Al F63-Al3特性： 水解性常見鋁鹽 Al (NO3)3 Al 2(SO4)3離子型

18、化合物，含n H2O 易溶于水(鋁鉀礬，俗稱明礬)泡沫滅火器KAl(SO4)2 12H2O 52 AlCl3 共價化合物，易溶于水、有機(jī)溶劑 工業(yè)制備： Al (熔融態(tài)) Cl2 AlCl3 (無水) Al2O33Cl2 3C 2AlCl33CO 高溫常溫：無色晶體潮濕空氣AlCl36H2O 水解分子結(jié)構(gòu) 缺 e 原子 表現(xiàn)酸的性質(zhì)，具有較強(qiáng)的加合性 有機(jī)合成中常用的催化劑 NH3、有機(jī)銨、醚、醇加合物53Al2(SO4)3 + 6NaHCO3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3+ 6CO2 泡沫滅火器Al2(SO4)3 NaHCO3 發(fā)泡劑54As、Sb、Bi 的氫化物 無色、惡臭、劇毒性

19、氣體，極不穩(wěn)定 室溫下自燃 2AsH3 3O2 As2O3 3H2O（砷化氫，胂）（砒霜）55檢測As方法 馬氏試砷法2AsH3 2As 3H2 亮黑色砷斑 古蔡試砷法2AsH312AgNO33H2O As2O312Ag12HNO3 中國藥典 AsH32HgBr2 2 HBrAsH(HgBr)2 黃色（砷斑） AsH33HgBr2 3 HBrAs (HgBr)3 棕色（砷斑） 缺氧藥品所含的砷 AsH356As、Sb、Bi的常見鹽 可溶鹽： MCl3、硫酸Sb(Bi)、Bi(NO3)3 溶于水時，發(fā)生水解 氯化氧銻 配制Sb()、Bi()鹽溶液，加適量酸，抑制水解 SbCl3H2O SbOCl

20、2HCl Bi(NO3)3H2O BiONO32HNO3 硝酸氧鉍 57As、Sb、Bi 的氧化物及其水合物 難溶于水 規(guī)律：(表14-6) AsBi 氧化物、氫氧化物的堿性 低氧化態(tài)() 高氧化態(tài)() 同元素 氧化物及其水合物的酸性 As()Bi() ()的氧化物及其水合物的還原性 () 的氧化物及其水合物的氧化性 同一元素，高氧化態(tài)()的氧化性強(qiáng) 58H3AsO4 (中強(qiáng)氧化劑) NaBiO3 (強(qiáng)氧化劑) 亞砷酸鹽 (較強(qiáng)還原性) 弱堿性介質(zhì) : Na3AsO3 I2 H2O Na3AsO42HI+5+5+5+3強(qiáng)堿性介質(zhì) : Bi(OH)3 Cl2 3NaOH=NaBiO32NaCl 3H2O+3+5（還原性很弱）（強(qiáng)氧化劑）酸性介質(zhì) 中： H3AsO42I2H H3AsO3I2H2O NaBiO3(s)6HCl(濃) BiCl3Cl23H2O NaCl 59As2O3 致死量最多為120mgAs3+與巰基結(jié)合 生物酶失活 二巰基丙醇(螯合劑)治療As2O3 6NaOH 2Na3AsO3 3H2OAs2O3 6HCl(濃) 2AsCl3 3H2O 兩性偏酸，易溶于堿( 砒霜 )急性中毒60Sb2O3 兩性偏堿，易溶于酸Sb2O3 6HNO3 2Sb(NO3) 3 3H2O Sb2O3 2NaOH 2NaSbO2H2O Bi2O3 堿