堿金屬和堿土金屬課件

堿金屬和堿土金屬本章要求 掌握堿金屬、堿土金屬單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、存在、制備、用途之間的關(guān)系；掌握堿金屬及堿土金屬氫氧化物的溶解度、堿性和鹽類溶解度、熱穩(wěn)定性的變化規(guī)律。普通元素和稀有元素元素的豐度與分類稀有元素輕稀有金屬：Li、Rb、Cs、Be;高熔點(diǎn)稀有金屬：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W等分散稀有元素：Ga、In、TL、Ge、Se、Te;稀有氣體:He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn;稀土金屬:Sc、Y、Ln;鉑系元素:Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt;放射性稀有元素:Fr、Ra、Tc、Po、At、錒系元素。s區(qū)元素概述ⅠA：Li、Na、K、Rb、Cs、(Fr)——堿金屬ns1ⅡA:Be、Mg、Ca、Sr、Ba、(Ra)——堿土金屬ns2⑴金屬活性堿金屬>堿土金屬⑵化合物以離子型為主,大部分Li、Be的化合物及部分Mg的化合物有明顯的共價(jià)性。s區(qū)元素的基本性質(zhì)元素符號(hào)LiNaKRbCsI1526502425409382電負(fù)性0.980.930.820.820.79Eθ/V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027元素符號(hào)BeMgCaSrBaI1905.6743.9596.1555.7508.9電負(fù)性1.571.311.000.950.89Eθ/V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906LiBeNaMgKCaRbCsCsBa原子半徑增大金屬性、還原性增強(qiáng)電離能、電負(fù)性減小原子半徑減小金屬性、還原性減弱電離能、電負(fù)性增大汞齊的生成許多金屬都可以與汞混合，通過研磨生成合金，俗稱汞齊。鈉汞齊是最常見的一種，相當(dāng)于鈉的汞“溶液”，其顏色、狀態(tài)、反應(yīng)活性與Na和Hg的比例有關(guān)，鈉的比例越大，顏色越深，粘稠度越大，反應(yīng)活性越高。通過鈉汞齊的生成，可以控制一些鈉的劇烈反應(yīng)程度。LiNaK3.作冶金、無機(jī)合成、有機(jī)合成的還原劑4.與液氨作用Ca、Sr、Ba及堿金屬等與液氨作用生成藍(lán)色溶液,放置時(shí)能緩慢釋放H2。

2Na(s)+2NH3(l)→2Na+(am)+2NH2-(am)

+H2(g)M(S)→M+(am)+е－(am)（深藍(lán)色)[在-33°液氨溶劑中]–強(qiáng)還原能力三.焰色反應(yīng)

Ca、Sr、Ba、堿金屬及其揮發(fā)性化合物，在無色火焰中灼燒時(shí)，能使火焰呈現(xiàn)出一定顏色，可鑒定單個(gè)離子。Li:紅色Na:黃色K、Rb、Cs：紫色（通過鈷玻璃觀察）Ca：橙紅Sr：洋紅Ba:綠用途：與其他組分混合可制信號(hào)劑和煙火劑機(jī)理：金屬原子的電子受高溫火焰的激發(fā)而躍遷到高能級(jí)軌道上，當(dāng)電子從高能級(jí)軌道返回低能級(jí)軌道時(shí)，就會(huì)發(fā)射出一定波長(zhǎng)的光束，從而使火焰呈現(xiàn)出特征的顏色。四、存在與制備1.存在：自然界無游離態(tài)。常見化合物俗名：

芒硝(Na2SO4·10H2O)、元明粉（Na2SO4）、光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)、生石膏(CaSO4·2H2O)、菱鎂礦(MgCO3)、方解石(CaCO3)、重晶石(BaSO4，鋇餐)、螢石(CaF2)、毒重石（BaCO3）熔鹽電解法法不適合制K(Rb、Cs)A）K易溶于熔融KCl中B）電解過程中產(chǎn)生的KO2和K會(huì)發(fā)生爆炸反應(yīng)(2)熱還原法（用碳或碳化物做還原劑）(3)金屬置換法[主制K、Rb、Cs(高溫、低壓）][思考]不活潑金屬置換活潑金屬，是否與金屬活潑性順序矛盾？KCI+Na→NaCI+K↑2RbCl+Ca→CaCl2+2Rb↑2CsAlO2+Mg→MgAl2O4+2Cs↑二、氧化物正常氧化物過氧化物超氧化物臭氧化物ⅠANa2ONa2O2NaO2KO3ⅡACaOCaO2CaO4過氧化物(O22-)超氧化物(O2-)[-O-O-]2－(O2-)金屬氧化物*堿金屬在空氣中充分燃燒的產(chǎn)物堿金屬LiNaKRbCsO2Li2ONa2O2MO2N2Li3N--------*堿土金屬在空氣中充分燃燒堿土金屬BeMgCaSrBaO2MOMO(MO2MO4)N2M3N2[M3N2+6H2O→3M(OH)2+2NH3↑]MO均白色粉末,較穩(wěn)定。CaO,SrO,BaO溶于水,放熱。Ca在空氣中充分燃燒的產(chǎn)物溶于水有何現(xiàn)象？⑵過氧化物

Na2O2:2Na+O2→Na2O2(淡黃粉末）

Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2(→H2O+O2）Na2O2+H2SO4→→Na2SO4+H2O2(→H2O+O2）

2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O2↑

3Na2O2＋Cr2O3→2Na2CrO4+Na2O

3Na2O2+2NaCrO2+2H2O→2Na2CrO4+4NaOH

MnO2+Na2O2→Na2MnO4(熔礦劑)堿性條件下為強(qiáng)氧化劑，遇棉花、木炭等爆炸。除鈹以外，堿金屬和堿土金屬都能形成過氧化物。最重要的是Na2O2，CaO2和BaO2。實(shí)驗(yàn)室制H2O2的方法2BaO+O2600℃-800℃2BaO2BaO2＋H2SO4→BaSO4+H2O2⑶超氧化物只有半徑大的陽離子的超氧化物穩(wěn)定，同族的從上至下熔點(diǎn)依次升高K(Rb、Cs)+O2→MO2（橙黃，深棕，深黃）(過)超氧化物廣泛用做引火劑、供氧劑、漂白劑。⑷臭氧化物(KO3、RbO3、CsO3)3KOH(s)+2O3(g)→2KO3(s)+KOH·H2O(s)+1/2O2(g)RO3不穩(wěn)定→RO2+O24MO3+2H2O→4MOH+5O2↑判斷主族金屬氫氧化物的經(jīng)驗(yàn)公式RO-+H+←ROH→R++OH-

R的φ值越大，靜電引力越強(qiáng)，R吸引氧原子電子云的能力越強(qiáng)，ROH的酸性越強(qiáng)。四、鹽類1.晶體類型LiCl、BeCl2等共價(jià)，余多離子型,熔沸點(diǎn)較高。2.顏色M+、M2+無論晶體還是水溶液均無色.若與之結(jié)合的陰離子（不包括X-）無色，則鹽無色或白色;若陰離子有色，則化合物一般顯陰離子的顏色，如BaCrO4(黃色),K2Cr2O7(橙紅色)，KMnO4(紫紅）。3.溶解性堿金屬鹽大多易溶，部分鋰鹽及少數(shù)大陰離子組成的鹽微溶或難溶。NaCl,NaHCO3溶解度特殊。Li:LiF、Li2CO3、Li3PO4、LiKFeIO6(高碘酸鐵鉀鋰]等難溶Na:Na[Sb(OH)6]、NaZn(UO2)3(Ac)9·6H2O[六羥基合銻(Ⅴ)酸鈉][醋酸鈾銑鋅鈉]K,Rb,Cs:M3[Co(NO2)6]、MB(C6H5)4、MClO4、M2[PtCl6]等難溶堿土金屬鹽:M(NO3)2、M(ClO3)2、M(ClO4)2、M(Ac)2、MX2(X=Cl,Br,I)、BeF2、BeSO4、BeCrO4、MgSO4、MgCrO4易溶,余難溶.

溶解規(guī)律1.Be鹽多數(shù)易溶,鎂鹽部分易溶,Ca,Sr,Ba鹽多數(shù)難溶。2.Ca、Sr、Ba硫酸鹽、鉻酸鹽的溶解度依次減??；氟化物溶解度依次增大。3.碳酸鹽易溶于過量CO2溶液CaCO3+CO2→Ca(HCO3)2硫酸鹽易溶于濃硫酸BaSO4+H2SO4→Ba(HSO4)24.草酸鈣是所有鈣鹽中溶解度最小的.5.MCO3、MC2O4、MCrO4、M3(PO4)2難溶于水易溶于強(qiáng)酸.CaC2O4+H+→Ca2++HC2O4-2BaCrO4+2H+→2Ba2++Cr2O72-+H2O4.熱穩(wěn)定性堿金屬鹽1.鹵化物：高溫?fù)]發(fā)不分解2.硫酸鹽：不揮發(fā)，難分解3.碳酸鹽：Li2CO3在1543K分解，余難分解4.硝酸鹽：4LiNO3→2Li2O+4NO2↑+O2↑2MNO3→2NaNO2+O2↑(M=Na,K,Rb,Cs)堿土金屬鹽1.鹵化物、硫酸鹽穩(wěn)定2.碳酸鹽高溫分解BeCO3CaCO3BaCO3373K1173K1633K3.硝酸鹽易分解2M(NO3)2→2MO+4NO2↑+O2↑(M=Be,Mg)M(NO3)2=M(NO2)2+O2↑(M=Ca,Sr,Ba)M(NO3)2=MO+NO2↑+NO↑(高溫）含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性：陽離子電荷越高，半徑越小，極化能力越強(qiáng)，其含氧酸鹽越不穩(wěn)定，分解溫度越低。如MgCO3的分解溫度為5400C；MgCO3：9000C；BaCO3：13600C。鋰和堿土金屬離子的極化能力較強(qiáng)，硝酸鹽的分解產(chǎn)物為金屬氧化物、二氧化氮和氧氣。5.形成結(jié)晶水合物的傾向堿金屬LiNaKRbCs減小

M+離子半徑越小，作用于水分子的電場(chǎng)越強(qiáng)，水合熱越大，水合物越穩(wěn)定。堿土金屬規(guī)律不明顯。6.水解性堿金屬弱酸鹽均水解-堿性堿土金屬：BeCl2·4H2O→BeO+2HCl+3H2OMgCl2·6H2O→Mg(OH)Cl→MgO7.形成復(fù)鹽的能力光鹵石類：MCl·MgCl2·6H2OM=K+、Rb+、Cs+礬類M2SO4·MSO4·6H2OM2SO4·M2(SO4)3·24H2OM(Ⅰ)=NH4+、Na+、K+、Rb+、Cs+M(Ⅱ)=Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Hg2+M(Ⅲ)=Fe3+、Cr3+、AI3+8、形成配合物的能力S區(qū)金屬形成配合物的能力較弱，可與穴醚、冠醚形成穩(wěn)定配合物。堿土金屬（Be除外）均可與EDTA形成穩(wěn)定的配合物。IA族中,鋰半徑r最小,極化能力強(qiáng),表現(xiàn)出與Na和K等的不同性質(zhì),它與IIA族里的Mg相似.

*LiOH,Li2CO3,LiNO3都不穩(wěn)定,極化作用大,而LiHCO3更難于存在;

*在氧氣中燃燒，只生成Li2O,和Mg相似;

*Li,Mg都可以和N2直接化合,其余堿金屬不能;

*Li,Mg的氟化物、碳酸鹽、硫酸鹽難溶,而其它堿金屬無此性質(zhì);

*Li,Mg結(jié)晶水合氯化物，受熱分解時(shí)水解.

問題:LiH的穩(wěn)定和LiOH,Li2CO3,LiNO3等的不穩(wěn)定原因,都是因?yàn)長(zhǎng)i的半徑小,極化作用大.差別是什么?

極化使Li-H鍵增強(qiáng),所以LiH穩(wěn)定,而含氧酸鹽中,極化加強(qiáng)了Li-O鍵,削弱了O和其它原子間的鍵強(qiáng),因而易分解:

Li2CO3---Li2O+CO2(1000K以上,部分分解)

4LiNO3---2Li2O+2N2O4+O2(773K)

與其它堿金屬硝酸鹽分解成亞硝酸鹽和NO2,不同于此反應(yīng).