堿金屬和堿土金屬課件

本章要求1．了解s區(qū)元素的物理性質(zhì)。6．掌握對(duì)角線規(guī)則和鋰、鈹?shù)奶厥庑浴?．掌握碳酸鹽的分解規(guī)律。4．掌握s區(qū)元素的重要鹽類化合物的性質(zhì)，會(huì)用熱力學(xué)觀點(diǎn)解釋鹽類溶解性。3．掌握s區(qū)元素的氫化物、氧化物、氫氧化物的性質(zhì)，掌握氫氧化物的堿性變化規(guī)律。2．了解主要元素單質(zhì)的制備,掌握鉀和鈉制備方法。第1章堿金屬與堿土金屬HumphryDavy(戴維1778—1829)利用電解法制取了金屬K、Na、Ca、Mg、Sr、Ba，確認(rèn)氯氣是一種元素，氫是一切酸類不可缺少的要素，為化學(xué)做出了杰出貢獻(xiàn)。1.1概述

IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIA1HHe2LiBe

BCNOFNe3NaMgAlSiPSClAr4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr5RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe6CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn7FrRaAcRfDbSgBhHsMtDsRgCnLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr元素周期表

易與H2直接化合成MH、MH2離子型化合物。是活潑金屬，極易在空氣中燃燒。與O2形成正常氧化物、過氧化物、超氧化物。易與H2O反應(yīng)(除Be、Mg外)，生成相應(yīng)氫氧化物（大多為強(qiáng)堿），與非金屬作用形成相應(yīng)的化合物（大多為離子型的，Li，Be的化合物多為共價(jià)型

）。其鹽類不發(fā)生水解。注：它們的活潑性有差異通性：原子半徑增大金屬性、還原性增強(qiáng)電離能、電負(fù)性減小IAIIALiBeNaMgKCaRbSrC

sBa

ns1ns2原子半徑減小金屬性、還原性減弱電離能、電負(fù)性增大NaLiK一、物理性質(zhì)1.2單質(zhì)的性質(zhì)單質(zhì)的物理性質(zhì)：有金屬光澤密度小硬度小熔點(diǎn)低s區(qū)單質(zhì)的熔點(diǎn)變化導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好Li2ONa2O2KO2鎂帶的燃燒二、化學(xué)性質(zhì)1.單質(zhì)在空氣中燃燒，形成相應(yīng)的氧化物：Li2ONa2O2

KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaOSrO BaO2

2.與其他非金屬作用：

單質(zhì)與硫、氮、鹵素反應(yīng)，形成相應(yīng)的化合物（一般為離子型）。3.與水的作用：

2M+2H2O=2MOH+H2（g）堿金屬在液氨中的溶解度(-35℃)堿金屬元素MLiNaKRbCs溶解度/(mol·L-1)15.710.811.812.513.0

堿金屬與液氨的反應(yīng)很特別，在液氨中堿金屬的溶解度達(dá)到了超出人們想象的程度.溶于液氨的反應(yīng)如下：

有趣的是，不論溶解的是何種金屬，稀溶液都具有同一吸收波長的藍(lán)光。這暗示各種金屬的溶液中存在著某一共同具有的物種。后來實(shí)驗(yàn)這個(gè)物種是氨合電子，電子處于4~6個(gè)NH3的“空穴”中。

溶液的藍(lán)色由溶劑合電子躍遷引起。溶劑合電子此藍(lán)色稀溶液具有順磁性，并隨堿金屬濃度增加順磁性降低。？？？LiBeBCNaMgAlSi1.對(duì)角線規(guī)則：

ⅠA族的Li與ⅡA族的Mg，ⅡA族的Be與ⅢA族的Al，ⅢA族的B與ⅥA族的Si，這三對(duì)元素在周期表中處于對(duì)角線位置：相應(yīng)的兩元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處。這種相似性稱為對(duì)角線規(guī)則。1.3鋰、鈹?shù)奶厥庑詫?duì)角線規(guī)則原因：Z/r比較相似。

4Li+O2

==2Li2O2Mg+O2==2MgO2Mg(NO3)2==2MgO+4NO2+O2

4LiNO3

==

2Li2O+4NO2+O2LiCl·H2O==

LiOH+HClMgCl2·6H2O==Mg(OH)Cl+HCl+5H2O

6Li+N2==2Li3N

3Mg+N2==Mg3N2

MgO+HCl①兩者都是活潑金屬，在空氣中易形成致密的氧化膜保護(hù)層④鹵化物均有共價(jià)型：在蒸氣中，氯化物兩分子締合。③氧化物的熔點(diǎn)和硬度都很高②兩性元素，氫氧化物也屬兩性3.Be、Al相似性Al(OH)3+OH－==Al(OH)4－

Be(OH)2+2OH－==Be(OH)42－

⑤Al、Be金屬可與濃硝酸形成鈍化膜。

3.Be、Al相似性⑦碳化物與水反應(yīng)生成甲烷⑥鹽都易水解Be2C+4H2O2Be(OH)2+CH4↑Al4C3+12H2O4Al(OH)3+3CH4↑s區(qū)元素的單質(zhì)(除Be、Mg外)均能與氫形成離子型氫化物。LiH NaHKH RbHCsHNaCl-90.4-57.3-57.7 -54.3-49.3-4411.均為白色晶體，熱穩(wěn)定性差/kJ·mol-11.4氫化物2.還原性強(qiáng)

鈦的冶煉：劇烈水解：V)23.2)/H(H(2-=-E3.形成配位氫化物鋁氫化鋰受潮時(shí)強(qiáng)烈水解，具有強(qiáng)還原性一、普通氧化物M2O，MO1、生成:①在空氣中燃燒4Li+O2=2Li2O2Mg+O2=2MgO②室溫下直接作用2Ca+O2=2CaO③還原Na2O2+2Na=2Na2O10K+2KNO3=6K2O+N2↑3NaN3+NaNO2=2Na2O+5N2↑④鹽分解CaCO3=CaO+CO2↑2Ba(NO3)2=2BaO+4NO2↑+O2↑⑤氫氧化物脫水2LiOH=Li2O+H2O↑2）氧化物熱穩(wěn)定性、熔點(diǎn)(℃)

Li(1570)Na(1275)KRbCs(490)Be(2578)Mg(2806)CaSrBa(1973)降低氧化物L(fēng)i2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白色白色淡黃色亮黃色橙紅色氧化物BeOMgOCaOSrOBaO顏色白色白色白色白色白色升高2、性質(zhì):1）氧化物顏色Li2O熔點(diǎn)高（其它的未到熔點(diǎn)已經(jīng)分解），原因：Li半徑小，晶格能大。1、生成：在空氣中燃燒2Na+O2==Na2O24Na+O2====2Na2O2Na2O+O2====2Na2O2控制氧氣的量2M+O2=MO2

M=Sr,Ba和H2O2

作用LiOH·H2O+H2O2→LiOOH·H2O→Li2O2

2、性質(zhì)：1）強(qiáng)堿性——與水及酸反應(yīng)

Na2O2+2H2O2NaOH+H2O22NaOH+1/2O2+H2O冷熱453~473K573~673KNa2O2+H2SO4==Na2SO4+H2O2BaO2+H2SO4==BaSO4↓+H2O2

2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2↑2）氧化性

Cr2O3難溶+3Na2O2=2Na2CrO4易溶+Na2OMnO+Na2O2=Na2MnO43）還原性

2MnO4-+5Na2O2+16H+=5O2+10Na++2Mn2++8H2O用做分解礦石的熔劑用于防毒面具，高空飛行，潛艇實(shí)驗(yàn)室制備H2O23、過氧化物的應(yīng)用氧化劑，引火劑：避免與有機(jī)物、強(qiáng)還原劑混合漂白劑熱熔劑——使用耐堿金屬容器，鐵、鎳器三、超氧化物MO2O2-MO2是鉀、銣、銫在空氣中燃燒的產(chǎn)物。[KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)2(π2p)2(π2p*)2(π2p*)1]

鍵級(jí)=1.5有色，KO2橙黃色，RbO2深棕色，CsO2深黃色順磁性，強(qiáng)氧化性，堿性，不穩(wěn)定性

2MO2+2H2O==H2O2+2MOH+O2↑4MO2+2CO2==2M2CO3+3O2↑4KO2==2K2O+3O2↑應(yīng)用：供氧劑四、臭氧化物

3KOH+2O3=2KO3+KOH·H2O(s)+1/2O2Rb,Cs進(jìn)行相同的反應(yīng)。緩慢分解KO3=KO2+1/2O2過氧、超氧、臭氧化物的共性：強(qiáng)堿性，強(qiáng)氧化性，釋放氧氧化物過氧化物超氧化物和臭氧化物L(fēng)iBeNaMgKCaRbSrCsBa

堿金屬和堿土金屬的氫氧化物都是白色固體。易吸水而潮解MOH易溶于水，并放出大量的熱。堿土金屬溶解度（20℃）

氫氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

溶解度/mol·L-18×10-62.1×10-42.3×10-26.6×10-21.2×10-1溶解度增大1.6氫氧化物

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH

中強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2

兩性中強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)(箭頭指向)堿性增強(qiáng)，溶解度增大。堿性2.氫氧化物酸堿性判斷標(biāo)準(zhǔn)R拉電子能力與離子勢有關(guān):ф=Z/r(r以pm為單位）

LiOH

Be(OH)2

NaOHMg(OH)2

KOH

Ca(OH)2

RbOHSr(OH)2

CsOHBa(OH)2ROHRO－

+H+==R++OH－解離方式與拉電子能力有關(guān)Ф0.22堿性0.22Ф0.32兩性Ф0.32酸性酸性增強(qiáng)堿性增強(qiáng)（1）晶體類型：

絕大多數(shù)是離子晶體，但堿土金屬鹵化物有一定的共價(jià)性。例如：Be2+極化力強(qiáng)，BeCl2已過渡為共價(jià)化合物。離子性增強(qiáng)重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽。

BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔點(diǎn)/℃415714775874962

1.7鹽類1.特點(diǎn)（2）一般無色或白色。陽離子基本無色，鹽的顏色取決于陰離子的顏色。（3）溶解度：ⅠA鹽類易溶，ⅡA鹽類難溶，一般與大直徑陰離子相配時(shí)易形成難溶的ⅡA鹽。ⅠA易溶為主難溶:K2[PtCl6]、

Na[Sb(OH)6]、KClO4、Li3PO4

、K2Na[Co(NO2)3]ⅡA難溶為主如：MCO3

、MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、MCrO4堿土金屬碳酸鹽的穩(wěn)定性隨金屬離子半徑的增大而增強(qiáng)。

BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3T分/℃＜10054090012901360穩(wěn)定性M2CO3＞MCO3[]2-M2+2.熱穩(wěn)定性940K2KNO3(s)2KNO2(s)+O2(g)硝酸鹽熱穩(wěn)定性差。熱穩(wěn)定性取決于M離子對(duì)O的反極化能力。（C對(duì)O的作用稱為正極化）3.復(fù)鹽(1)礬——硫酸鹽形成的復(fù)鹽：

M2SO4·MgSO4·6H2OM=K、Rb、Cs

軟鉀鎂礬

MⅠMⅢ(SO4)2·6H2O[KAl(SO4)2·6H2O]

(2)光鹵石：MCl·MgCl2·6H2O

問：Li+為什么難以形成復(fù)鹽？由于半徑特別小。特點(diǎn)：形成復(fù)鹽溶解度變小，溶水后電離出簡單離子。4.

焰色反應(yīng)可以用來鑒定化合物中某元素的存在，特別是在野外。元素

Li

Na

K

Rb

Cs

CaSr

Ba

顏色深紅

黃紫紅紫藍(lán)橙紅

深紅綠波長/nm670.8589.2766.5780.0455.5714.9687.8553.5

1.8應(yīng)用1、鋰電池：金屬鋰作為負(fù)極種類：Li-I2、

Li-Ag2CrO4、Li-(CF)n、Li-MnO2、

Li-SO2、LiO-SOCl2應(yīng)用：心臟起搏器、電子手表、計(jì)算器、錄音機(jī)、通信設(shè)備、導(dǎo)彈點(diǎn)火等。正極（多種）：MnO2+Li++e→LiMnO2電解質(zhì)（多種）：有機(jī)溶劑+鋰鹽電池符號(hào)：Li|LiClO4+有機(jī)溶劑|MnO2負(fù)極：Li-e→Li+

原理：2、鋰離子電池鋰離子電池由日本索尼公司于1990年最先開發(fā)成功

負(fù)極：鋰離子嵌入碳中

正極：LixCoO2或LixNiO2和LixMnO4

電解液：LiPF6＋二乙烯碳酸酯（EC）＋二甲基碳酸酯（DMC）鋰離子二次電池充放電時(shí)的反應(yīng)式為

充電

LiCoO2

＋C===Li1－xCoO2

＋LixC

放電3.鹽湖——無機(jī)鹽工業(yè)的重要寶庫

每升水中含鹽量大于50g的湖泊稱為鹽湖。除主要成分氯化鈉外，鹽湖其他成分有相當(dāng)大的差異?？煞譃槁然?、硫酸鹽、碳酸鹽三種類型，硫酸鹽型又可分為硫酸鎂和硫酸鈉兩個(gè)亞型。

我國內(nèi)蒙古以碳酸鹽型鹽湖為主，新疆以硫酸鹽型鹽湖為主，青海柴達(dá)木盆地則以硫酸鎂-氯化物型為主；西藏則以碳酸鹽-硫酸鹽型為主。

不同類型的鹽湖資源要采用不同的加工工藝，產(chǎn)品也不同。除食鹽外，通常鹽湖資源的特色產(chǎn)品是鉀鹽、鎂化合物、硼酸和硼酸鹽、溴(碘)及鋰化合物等。1.9專題討論

鋰的水合數(shù)與水合能(kJ·mol-1)

rM+

rM+(aq)

n水合

△H水合

Li+

78

340

25.3

－530

Na+

98

276

16.6

－420

K+

133

232

10.5

－340

Rb+

149

228

10.0

－315

Cs+

165

228

9.9

－280

E

Li+/Li特別負(fù)，為什么?

ΘE

Li+/Li=－3.05vE

Na+/Na=－2.72vE

K+/K=－2.93vΘΘΘ1.鋰的特殊性

Li

NaK△rH

－279

－239

－251△rS

51.3

74.6104.7△rG

－294

－261

－282E池

+3.05

+2.71

+2.92EM+/M

－3.05

+2.71

－2.92

△H升I1△HhLi161520－522Na108.5496－406K90419－322M(s)+H+(aq)＝M+(aq)+1/2H2M(g)+H+(g)M+(g)+H(g)△H升(M)－Hh(H+)+I1(M)－

I1(H)+Hh(M+)－1/2DH2

=[△H升(M)+I1(M)+

Hh(M+)]

－

[Hh(H+)+I1(H)+1/2DH2]=[△H升+I1+

Hh](M)－

438

△rH=→2.離子晶體鹽類溶解性的判斷標(biāo)準(zhǔn)（1）溶解自由能變：

MX(s)=M+(aq)+X-(aq)

△sG以溶解度0.01mol?L-1作為易溶和難溶的“界線”

MX(s)==Mn＋(aq)＋

Xn-(aq)(n=1或2)KSP=[Mn＋][Xn-]=(0.01)2=1×10－4

則：△G?s=-RTlnKSP=22.8kJ?mol-1

△G?s<22.8kJ?mol-1屬易溶，△G?s>22.8kJ?mol-1屬難溶鹽。

1-1或2-2型

1-2或2-1型

1-3或3-1型

2-3或3-2型△G?s界線kJ?mol-12