暨南大學有機無機化學堿和堿土金屬課件

第10章堿金屬和堿土金屬§10.1堿和堿土金屬的性質§10.2堿和堿土金屬的氧化物本章目錄§10.3堿和堿土金屬的氫氧化物§10.4堿和堿土金屬的鹽類0IIAIAIIBIVBIIIBVBVIBVIIBVIIIIBVIIAIIIAIVAVAVIAH

氫He氦Li

鋰Be鈹B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖Na鈉Mg鎂Al鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬K鉀Ca鈣Sc鈧Ti鈦V釩Cr鉻Mn錳Fe鐵Co鈷Ni鎳Cu銅Zn鋅Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪Rb銣Sr鍶Y釔Zr鋯Nb鈮Mo鉬Tc锝Ru釕Rh銠Pd鈀Ag銀Cd鎘In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙Cs銫Ba鋇Lu镥Hf鉿Ta鉭W鎢Re錸Os鋨Ir銥Pt鉑Au金Hg汞Tl鉈Pb鉛Bi鉍Po釙At砹Rn氡Fr鈁Ra鐳Lr鐒RfDbSgBhHsMtUun*Uun*Uun*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Ac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锘族周期1234567p區(qū)s區(qū)d區(qū)f區(qū)s區(qū)最外電子層結構ns1~ns2從IA族到IIA族元素周期表IA族和IIA族元素的價電子層結構和氧化態(tài)元素鋰鈉鉀銣銫鈁鈹鎂鈣鍶鋇鐳符號LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa序號3111937558741220385688電子結構2s13s14s15s16s17s12s23s24s25s26s27s2主要氧化態(tài)+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+2一、價電子層結構和氧化態(tài)§10.1堿和堿土金屬的性質IA族和IIA族元素的價電子層結構和氧化態(tài)元素鋰鈉鉀銣銫鈁鈹鎂鈣鍶鋇鐳符號LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa序號3111937558741220385688電子結構2s13s14s15s16s17s12s23s24s25s26s27s2主要氧化態(tài)+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+2一、價電子層結構和氧化態(tài)§10.1堿和堿土金屬的性質價電子層結構是ns1，ns2;堿金屬(AlkaliMetal)元素主要表現(xiàn)＋1氧化態(tài)；堿土金屬(AlkaliSoilMetal)元素主要表現(xiàn)＋2氧化態(tài)。結論二、原子半徑和離子半徑堿金屬和堿土金屬元素的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

兩族元素的原子有較大的原子半徑，從上到下，原子半徑增大；離子半徑小于原子半徑；鋰和鈹在各相應族中有特別小的原子半徑和離子半徑，且為2電子構型，極化力特別強，因此它們的化合物具有明顯的共價性。結論三、形成化合物的成鍵特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、Be2+主要形成共價型化合物大多數(shù)元素形成離子型化合物三、形成化合物的成鍵特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、Be2+主要形成共價型化合物大多數(shù)元素形成離子型化合物四、單質的性質1.物理性質堿金屬和堿土金屬的物理性質金屬LiNaKRbCs密度/(g·mL-1)0.5340.9680.891.5321.879硬度(金剛石＝10)0.60.40.50.30.2熔點/℃180.5497.8263.3839.3128.44沸點/℃1341881.4759691668.2金屬BeMgCaSrBa密度/(g·mL-1)1.8481.7381.552.643.51硬度(金剛石＝10)-2.01.51.8-熔點/℃1287651842757727沸點/℃24671100148413661845

密度小，硬度低；堿土金屬的熔沸點和硬度都比堿金屬的高。結論堿土金屬由于核外有2個有效成鍵電子，金屬鍵強度大，熔沸點及硬度均較堿金屬高。堿土金屬物理性質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。堿金屬和堿土金屬具有強活潑性，容易形成離子型化合物。2.化學性質（1）固態(tài)堿金屬和堿土金屬具有強活潑性，容易形成離子型化合物。2.化學性質（1）固態(tài)堿金屬和堿土金屬的電離能和電負性元素LiNaKRbCs電離能I1/(kJ·moL-1)電離能I2/(kJ·moL-1)526.417295502.044591425.023088409.222675381.902436電負性0.980.930.820.820.79元素BeMgCaSrBa電離能I1/(kJ·moL-1)電離能I2/(kJ·moL-1)電離能I3/(kJ·moL-1)905.63176814939743.9414607658596.111524942555.710704351508.99713575電負性1.571.311.000.950.89堿金屬和堿土金屬的電離能和電負性是化學活潑性很強的金屬元素；兩個族中從上到下，元素的第一電離能和電負性依次降低；表面上看堿土金屬失去2個電子形成二價正離子似乎很困難，實際上生成化合物時所釋放的晶格能足以補償失去第二個電子時所需吸收的能量，但失去第三個電子就困難了。結論堿金屬和堿土金屬的標準電極電勢（2）水溶液金屬LiNaKRbCs/V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027金屬BeMgCaSrBa/V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906堿金屬和堿土金屬的標準電極電勢（2）水溶液金屬LiNaKRbCs/V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027金屬BeMgCaSrBa/V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906標準電極電勢值都很小，單質金屬都是強的還原劑；從上到下，減小，還原性增強；小表現(xiàn)出反常性。最活潑的金屬是鋰。結論補充：焰色反應

(FlameReaction)

在分析化學上，這兩族元素的金屬單質或它們在高溫下能揮發(fā)而不分解的化合物有一個重要性質，即在高溫火焰中燃燒時產(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，這個性質與這些原子的價電子容易激發(fā)有關。堿金屬和堿土金屬的火焰顏色元素BeMgCaSrBa火焰顏色－極明亮眩目的光焰橙紅深紅綠波長/nm－－714.9687.8553.5元素LiNaKRbCs火焰顏色深紅黃紫紅紫藍波長/nm670.8589.2766.5780.0455.5五、堿金屬和堿土金屬的重要化學反應堿金屬單質的化學反應MPO2+CO2O2SN2H2H2OX2M3PM2CO3MOH+H2MHM2SMX（X=鹵素）M3N(M=Li)M2O(M=Li)M2O2(M=Na)MO2(M=K,Rb,Cs)五、堿金屬和堿土金屬的重要化學反應堿金屬單質的化學反應MPO2+CO2O2SN2H2H2OX2M3PM2CO3MOH+H2MHM2SMX（X=鹵素）M3N(M=Li)M2O(M=Li)M2O2(M=Na)MO2(M=K,Rb,Cs)堿土金屬單質的化學反應MNaOHNH3水蒸氣H2X2M3N2(M=Mg)Be(OH)42-+H2MH2MO+H2(M=Be,Mg)MO2(M=Ba),MOMX2M(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)N2H2OO2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H2兩族元素形成的化合物在性質上的異同主要是離子型的化合物；氧化物水合物一般是強堿；堿和鹽多是強電解質；同強酸形成的鹽基本不水解。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。相似性差異性通常條件下堿金屬堿土金屬氧的存在形式氧化物M2OM'OO2-過氧化物M2O2

M'O2(M'=CaSrBa),O22-超氧化物MO2

(M=K,Rb,Cs)M'O4(M'=CaSrBa)O2-臭氧化物MO3

(M=K,Rb,Cs）O3-堿金屬、堿土金屬的氧化物§10.2堿和堿土金屬的氧化物有趣的現(xiàn)象

體積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。有趣的現(xiàn)象

體積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：Li——Li2ONa——Na2O2K、Rb、Cs——KO2、RbO2、CsO2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合；半徑較大的陽離子趨向和半徑較大的陰離子結合；半徑小的陽離子趨向和價數(shù)高的陰離子結合。1.正常氧化物

制備

堿金屬2Na+Na2O2→2Na2O10K+2KNO3→6K2O+N2間接方法制備

2M+O2→2MO

MCO3→MO+CO2

堿土金屬

2M(NO3)2→2MO+4NO2+O2

性質堿金屬、堿土金屬氧化物的物理性質物理性質物質Li2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白白淡黃亮黃橙紅熔點/℃>17001275350400490物質BeOMgOCaOSrOBaO顏色白白白白白熔點/℃25302852261424301918熱穩(wěn)定性總趨勢:

從Li→Cs,從Be→Ba逐漸降低結論堿土金屬的氧化物（除BeO）都是NaCl晶格的離子型化合物，由于正負離子都是帶有兩個電荷，M-O距離又較小，所以MO具有較大的晶格能。原因熱穩(wěn)定性總趨勢:

從Li→Cs,從Be→Ba逐漸降低結論堿土金屬的氧化物（除BeO）都是NaCl晶格的離子型化合物，由于正負離子都是帶有兩個電荷，M-O距離又較小，所以MO具有較大的晶格能。原因化學性質（與水反應）M2O+H2O→2MOHMO+H2O→M(OH)2（M=Ca、Sr、Ba）2.過氧化物(Peroxide)

O2分子結合兩個電子，形成過氧離子O22-，或共價的過氧鏈－O－O－：構成離子型過氧化物（如Na2O2、BaO2

），或共價型過氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。[]2-

結構O的氧化數(shù)為-12Na+O2

→Na2O2

制備（Na2O2）性質一：堿性介質中是強氧化劑。

性質性質二：氧氣發(fā)生劑。性質三：二氧化碳吸收劑和氧氣發(fā)生劑。性質四：酸性介質中遇強氧化劑時顯還原性。2Na+O2

→Na2O2

制備（Na2O2）性質一：堿性介質中是強氧化劑。

性質性質二：氧氣發(fā)生劑。性質三：二氧化碳吸收劑和氧氣發(fā)生劑。性質四：酸性介質中遇強氧化劑時顯還原性。性質一：堿性介質中是強氧化劑。Na2O2常用作氧化分解礦石的溶劑性質二：氧氣發(fā)生劑。易吸潮，呈強堿性Na2O2常用作漂白劑和氧氣發(fā)生劑性質三：二氧化碳吸收劑和氧氣發(fā)生劑。Na2O2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性質四：酸性介質中遇強氧化劑時顯還原性。3.超氧化物(Hyperoxide)O2分子結合一個電子，形成超氧離子O2－

O2分子O2-離子[]-K+KO2

結構在O2－離子中，O的氧化數(shù)為，如KO23.超氧化物(Hyperoxide)O2分子結合一個電子，形成超氧離子O2－

O2分子O2-離子[]-K+KO2

結構在O2－離子中，O的氧化數(shù)為，如KO2性質一：強氧化劑。(M=K,Rb,Cs)性質二：CO2吸收劑和氧氣發(fā)生劑。

性質1.堿性遞變規(guī)律

（1）現(xiàn)象LiOH中強堿Be(OH)2兩性NaOH強堿Mg(OH)2中強堿KOH強堿Ca(OH)2強堿RbOH強堿Sr(OH)2強堿CsOH強堿Ba(OH)2強堿堿性增強氫氧化物的堿性§10.2堿和堿土金屬的氫氧化物（2）規(guī)律除Be(OH)2為兩性氫氧化物外，其它氫氧化物都是強堿或中強堿；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。（2）規(guī)律除Be(OH)2為兩性氫氧化物外，其它氫氧化物都是強堿或中強堿；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。拓展三個規(guī)律I.同周期（如第三周期）：從左到右，酸性增強，堿性減弱II.同族（如VA）：酸性增強，堿性減弱從下到上III.同一元素不同氧化態(tài)（如氯元素）:高氧化態(tài)的氧化物和水合物酸性增強（3）解釋——ROH理論R－Ｏ－Ｈ在水中有兩種解離方式R—OHR++OH-堿式電離R—O—HRO-+H+酸式電離φ值大，有利于酸式電離；φ值小，有利于堿式電離。判斷氫氧化物酸堿性的經(jīng)驗公式：判斷氫氧化物酸堿性的經(jīng)驗公式：Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2R2+(nm)0.0350.0660.0990.1120.1347.65.54.54.23.9酸堿性兩性中強堿強堿強堿強堿離子勢可用來衡量熱分解溫度，離子勢越大，陽離子的反極化作用越強，分解溫度越低。酸堿性，越大，酸性越強。溶解度，陰陽離子半徑相差不大時，離子勢越大，越難溶。2.溶解度變化規(guī)律（1）現(xiàn)象堿金屬氫氧化物溶解度S/(mol·L-1)堿土金屬氫氧化物溶解度S/(mol·L-1)LiOH13Be(OH)28×10-6NaOH109Mg(OH)25×10-4KOH112Ca(OH)21.8×10-2RbOH177Sr(OH)26.7×10-2CsOH330Ba(OH)22×10-1S增大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，與極性水分子之間的引力也大，所以當離子勢增大時，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。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，與極性水分子之間的引力也大，所以當離子勢增大時，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。陰、陽離子半徑相差較大的離子型化合物在水中溶解度較大；（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。巴索洛經(jīng)驗規(guī)則：適用性很廣的一條溶解度規(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，大小不匹配，故能溶于水。堿金屬氟化物、碘化物在水中的溶解度（mol·L-1)Li+Na+K+Rb+Cs+F-0.11.115.912.524.2I-12.211.88.67.22.8陽離子陰離子又如Be2+(45pm)Ba2+(136pm)本別與SO42-（230pm）生成可溶的BeSO4和難溶的BaSO4。前者大小不匹配，故可溶于水。1.現(xiàn)象大多數(shù)堿金屬鹽易溶于水，僅少數(shù)堿金屬鹽是難溶于水的若干鋰鹽：LiF、Li2CO3、Li3PO4Na+

、

K+、Rb+

、Cs+、NH4+同某些較大陰離子的鹽：KClO4、氯鉑酸鹽K2[PtCl4]§10.4堿和堿土金屬的鹽類1.現(xiàn)象大多數(shù)堿金屬鹽易溶于水，僅少數(shù)堿金屬鹽是難溶于水的若干鋰鹽：LiF、Li2CO3、Li3PO4Na+

、

K+、Rb+

、Cs+、NH4+同某些較大陰離子的鹽：KClO4、氯鉑酸鹽K2[PtCl4]§10.4堿和堿土金屬的鹽類

大多數(shù)堿土金屬鹽難溶于水，僅少數(shù)易溶于水碳酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽難溶于水氯化物、硝酸鹽易溶于水陽離子陰離子Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+SO42-易溶易溶0.2040.0150.00024CrO42-易溶易溶2.30.120.00035堿土金屬鹽在水中的溶解度(g/100gH2O)2.離子型鹽類溶解度的一般規(guī)律（1）負離子半徑較大時，鹽的溶解度常隨金屬的原子序數(shù)的增大而減小。例如I-(220pm)

、CrO42-(240pm)、SO42-(230pm)半徑較大，它們的鹽的溶解度從鋰到銫、從鈹?shù)戒^的順序基本減小。（2）相反，負離子半徑較小時，鹽的溶解度常隨金屬的原子序數(shù)的增大而增大。例如F-(133pm)、OH-(140pm)的半徑較小，其鹽的溶解度按鋰到銫，鈹?shù)戒^的順序基本增大。（2）相反，負離子半徑較小時，鹽的溶解度常隨金屬的原子序數(shù)的增大而增大。例如F-(133pm)、OH-(140pm)的半徑較小，其鹽的溶解度按鋰到銫，鈹?shù)戒^的順序基本增大。補充：元素的相關性對角相關性(CorrelativityofElements)對角相關性

——即對角線規(guī)則，DiagonalRule）三對元素在