西 昌 学 院西 昌 学 院 本章要求  掌握碱金属和碱土金属的性质与结构， 性质与存在之间的关系，制备及用途。  掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解 和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性 质的变化规律。  一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似 性。 第十七章 碱金属 碱土金属.

Presentation on theme: "西 昌 学 院西 昌 学 院 本章要求  掌握碱金属和碱土金属的性质与结构， 性质与存在之间的关系，制备及用途。  掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解 和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性 质的变化规律。  一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似 性。 第十七章 碱金属 碱土金属."— Presentation transcript:

1 西 昌 学 院西 昌 学 院 本章要求  掌握碱金属和碱土金属的性质与结构， 性质与存在之间的关系，制备及用途。  掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解 和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性 质的变化规律。  一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似 性。 第十七章 碱金属 碱土金属

2 西 昌 学 院西 昌 学 院 碱金属和碱土金属是周期表 IA 族和 IIA 族元素。 IA 族包括锂 (Lithium) 、钠 (Sodium) 、钾 (Postassium) 、铷 (Rubidium) 、铯 (Caesium) 、钫 (Francium) 六种金属元素，称为碱金属 (Alkali Metals) 。 IIA 族包括铍 (Beryllium) 、镁 (Magnesium) 、钙 (Calcium) 、锶 (Strontium) 、钡 (Barium) 、镭 (Radium) 六种金属元素，称为碱土金属（ Alkaline earth metals ）。

3 西 昌 学 院西 昌 学 院 第一节 通性 元素 性质 LiNaKRbCs 原子半径 /pm 152153.7227.2247.5265.4 离子半径 /pm 6897133147167 第一电离势 kJ/ mol 521499421405371 第二电离势 72954591308826752436 电负性 0.980.930.82 0.79 标准电极电势 ( 酸 ) -3.045-2.711-2.923-2.925-2.923 M + (g) 水合热 /kJ·mol -1 519406322293264 碱金属的基本性质

4 西 昌 学 院西 昌 学 院 元素 性质 BeMgCaSrBa 原子半径 /pm 111.3160197.3215.1217.3 离子半径 /pm 356699112134 第一电离势 kJ/m ol 905742593552564 第二电离势 1768146011521070971 第三电离势 149397658494243513575 电负性 1.571.311.000.950.89 标准电极电势 ( 酸 ) -1.85-2.375-2.76-2.89-2.90 标准电极电势 ( 碱 ) -2.28-2.69-3.02-2.99-2.97 M 2+ (g) 水合热 /kJ·mol -1 24941921157714431305 碱土金属的基本性质

5 西 昌 学 院西 昌 学 院 第二节 碱金属和碱土金属的单质 一、存在 碱金属和碱土金属都以化合状态存在于自然界中。在 碱金属中, 钠和钾在地壳中分布很广, 两者的丰度都为 2.5% 。 主要矿物有芒硝 Na 2 SO 4 ·10H 2 O 、石盐 KCl 、钠长石 (Na[AlSi 3 O 8 ]) 、钾长石 (K[AlSi 3 O 8 ]) 、光卤石 KCl·MgCl 2 ·6H 2 O 以及明矾石 K 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4 ) 3 ·24H 2 O 等。海水和植物灰中也含有钾盐。锂的重要矿物为锂 辉石 Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 ，锂、铷和铯在自然界中储量 较少且分散，被列为稀有金属。芒硝石盐钠长石明矾石

6 西 昌 学 院西 昌 学 院 碱土金属除镭外在自然界中分布也很广泛， 镁除光卤石外，还有白云石 CaCO 3 ·MgCO 3 和菱 镁矿 MgCO 3 等。白云石菱 镁矿 铍的最重要矿物是绿柱石 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 。 钙、锶、钡在自然界中存在的主要形式为难溶 的碳酸盐和硫酸盐，如萤石 CaF 2 、石灰石 CaCO 3 、碳酸锶矿 SrCO 3 、碳酸钡矿 BaCO 3 、 石膏 CaSO 4 ·2H 2 O 、天青石 SrSO 4 和重晶石 BaSO 4 等。海水中含有大量镁的氯化物和硫酸 盐， 1971 年世界镁产量有一半以上是以海水为 原料生产的。绿柱石萤石石灰石碳酸锶矿碳酸钡矿 石膏天青石重晶石

7 西 昌 学 院西 昌 学 院 1. 电解 NaCl ： NaCl 2NaCl(CaCl 2 )===2Na+Cl 2 二、单质的制备 电解 1473K 2. 热还原法 K 2 CO 3 +C=====2K+CO 2KF+CaC 2 =======CaF 2 +2K+2C 1273-1423K

8 西 昌 学 院西 昌 学 院 3. 金属置换法 KCl+Na===NaCl+K↑ 2RbCl+Ca===CaCl 2 +2Rb↑ 2CsAlO 2 +Mg===MgAl 2 O 4 +2Cs↑ 4 、热分解法 KCN===4K+4C+N 2 MN 3 ===2M+3N 2 （ M=Na,K,Rb,Cs ）

9 西 昌 学 院西 昌 学 院 碱金属密度小、硬度小、熔点低、导 电性强，是典型的轻金属。 碱土金属的密度、熔点和沸点则较碱 金属为高。 锂是固体单质中最轻的，它的密度约 为水的一半。碱土金属的密度稍大些。 三、单质的物理性质

10 西 昌 学 院西 昌 学 院 铍能与水蒸气反应，镁能将热水分解， 而钙、锶、钡与冷水能比较剧烈地反应。 四、单质的化学性质 1 、与水反应 锂在与水反应中不熔化，钠 Na 、钾 K 与 水的反应剧烈，钾产生的氢气能燃烧，铷、 铯与水剧烈反应并发生爆炸。 K

11 西 昌 学 院西 昌 学 院 2 、与非金属反应 钠、钾在空气中稍微加热就燃烧起来 ( 钠 生成 Na 2 O 2 、钾生成 KO 2 等 ) ，铷和铯在室温下遇 空气就立即燃烧生成更复杂的氧化物。 锂却燃烧生成 Li 2 O 。 它们的氧化物在空气中易吸收二氧化碳形成 碳酸盐。 ( 如 Na 2 CO 3 )

12 西 昌 学 院西 昌 学 院 碱土金属活泼性略差，室温下这些金 属表面缓慢生成氧化膜。它们在空气中加 热发生反应，生成氧化物和少量氮化物 ( 如： Ca 3 N 2 、 Mg 3 N 2 ) 。

13 西 昌 学 院西 昌 学 院 第三节 碱金属和碱土金属的化合物 一、氧化物 ( 自学 ) 自学要求： 1 、用前面所学过的知识来理解过氧离子 和超氧离子的结构。 2 、解释氧化物颜色的变化。 3 、了解过氧化物及超氧化物的性质。

14 西 昌 学 院西 昌 学 院 二、氢氧化物 1 、性质和用途 NaOH 能溶解 Al 、 Zn 等两性金属及其氧化 物，也能溶解许多非金属 (Si 、 B 等）及其氧化物。 2Al+2NaOH+6H 2 O===2Na[Al(OH) 4 ]+3H 2 ↑ Al 2 O 3 +2NaOH===2NaAlO 2 +H 2 O Si+2NaOH+H 2 O===Na 2 SiO 3 +2H 2 ↑ SiO 2 +2NaOH===Na 2 SiO 3 +H 2 O （能腐蚀玻璃） 熔融的氢氧化钠腐蚀性很强，工业上熔化氢氧 化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。 熔融

15 西 昌 学 院西 昌 学 院 2 、氢氧化钠的制备 工业上用电解食盐水的方法来制取 NaOH 。电解食盐水 3 、溶解度的变化 同族元素的氢氧化物从上到下溶解度逐渐增大的。 同一周期中氢氧化物的溶解度减小。 少量氢氧化钠，也可用苛化法制备。 Na 2 CO 3 +Ca(OH) 2 ＝ CaCO 3 ↓+2NaOH

16 西 昌 学 院西 昌 学 院 4 、碱性的变化 当金属离子（ R ）的电子构型相同时，则  1/2 值 愈小，金属氢氧化物的碱性愈强。  1/2 碱性增强↓碱性增强↓ 氢氧化物  1/2 碱性氢氧化物  1/2 碱性 LiOH3.8 强碱 Be(OH) 2 7.6 两性 NaOH3.2 强碱 Mg(OH) 2 5.5 中强碱 KOH2.7 强碱 Ca(OH) 2 4.5 强碱 RbOH2.6 强碱 Sr(OH) 2 4.2 强碱 CsOH2.4 强碱 Ba(OH) 2 3.9 强碱

17 西 昌 学 院西 昌 学 院 三、氢化物 碱金属和碱土金属中较活泼的 Ca 、 Sr 、 Ba 能 与氢在高温下直接化合，形成离子晶体，故称为 离子型氢化物，又称为盐型氢化物。 金属氢化物中的 H - 离子的半径介于 F - 离子和 Cl - 离子之间，所以具有卤化物的一些性质。 碱金属氢化物中以 LiH 最稳定，加热到 (961K) 也不分解。但其它氢化物不稳定，加热易 分解成金属和氢。

18 西 昌 学 院西 昌 学 院 所有碱金属氢化物都是强还原剂。 TiCl 4 +4NaH====Ti+4NaCl+2H 2 LiH+H 2 O===LiOH+H 2 ↑ CaH 2 +2H 2 O===Ca(OH) 2 +2H 2 ↑

19 西 昌 学 院西 昌 学 院 1 、溶解性 碱金属盐类通常易溶于水 ( 碳酸锂例外 ), 且它们 的离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的 ; 四、盐类 它们的难溶盐一般都是由大的阴离子组成，而 且碱金属离子越大，难溶盐的数目也越多。

20 西 昌 学 院西 昌 学 院 碱土金属盐类的重要特征是它们的微溶性。除 氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外，其 余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等皆难溶。 硫酸盐和铬酸盐的溶解度依 Ca 、 Sr 、 Ba 的顺序 降低。 草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的，因此， 在重量分析中可用它来测定钙。 碱金属和碱土金属碳酸盐溶解度的差别也常用 来分离 Na + 、 K + 和 Ca 2+ 、 Ba 2+ 。

21 西 昌 学 院西 昌 学 院 2 、钠盐和钾盐性质的差异 钠盐和钾盐性质很相似，但也有差别，重要 的有三点： a 、溶解度：钠、钾盐的溶解度都比较大，相 对说来，钠盐更大些。但 NaHCO 3 溶解度不大， NaCl 的溶解度随温度的变化不大，这是常见的钠 盐中溶解性较特殊的。 NaHCO 3 b 、吸湿性：钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。

22 西 昌 学 院西 昌 学 院 c 、结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多，如 Na 2 SO 4 ·10H 2 O 、 Na 2 HPO 4 ·12H 2 O 等。 3 、晶型 绝大多数碱金属和碱土金属的盐是离子型晶体， 晶体大多属 NaCl 型，铯的卤化物是 CsCl 型结构。 由于 Li + 、 Be 2+ 离子半径最小，极化作用较强，才使 得它们的某些盐具有较明显的共价性。 NaCl 型

23 西 昌 学 院西 昌 学 院 4 、形成结晶水合物的倾向 几乎所有的锂盐是水合的，钠盐约有 75 ％是水 合的，钾盐有 25% 是水合物，铷盐和铯盐仅有少数 是水合盐。 碱金属卤化物大多数是无水的, 硝酸盐中只有 锂可形成水合物。如 LiNO 3 ·H 2 O 和 LiNO 3 ·3H 2 O ； 硫酸盐中只有 Li 2 SO 4 ·H 2 O 和 Na 2 SO 4 ·10H 2 O ； 碳酸盐中除 Li 2 CO 3 无水合物外，其余皆有不同 形式的水合物，其水分子数分别为： Na 2 CO 3 K 2 CO 3 Rb 2 CO 3 Cs 2 CO 3 1,7,10 1,5 1,5 3,5

24 西 昌 学 院西 昌 学 院 5 、形成复盐的能力 (1) 光卤石类，通式为 M I Cl·MgCl 2 ·6H 2 O, 其 中 M I =K + 、 Rb + 、 Cs + 。如：光卤石 KCl·MgCl 2 ·6H 2 O ； (2) 通式为 M 2 I SO 4 ·MgSO 4 ·6H 2 O 的矾类, 其中 M I =K + 、 Rb + 、 Cs +, 如：软钾镁矾 K 2 SO 4 ·MgSO 4 ·6H 2 O ； (3) 通式为 M I M III (SO 4 ) 2 ·12H 2 O 的矾类，其中 M I ＝ Na + 、 K + 、 Rb + 、 Cs + ， M III ＝ Al 3+ 、 Cr 3+ 、 Fe 3+ 、 Co 3+ 、 Ga 3+ 、 V 3+ 等离子。如：明矾 KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O 。 复盐的溶解度一般比相应简单碱金属盐小得多。

25 西 昌 学 院西 昌 学 院 6 、热稳定性 卤化物在高温时挥发而难分解。 硫酸盐在高温下既难挥发，又难分解。 碳酸盐除 Li 2 CO 3 在 1543K 以上分解为 Li 2 O 和 CO 2 外，其余更难分解。 硝酸盐热稳定性较低，在一定温度可分解。 碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐对热也 较稳定。 碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐 要低，是由于它们电荷高，极化作用强。

26 西 昌 学 院西 昌 学 院 作业 6 、 7 、 8 、 14 、 15 、 16 、 18 、 22 、 23 、 24 、 26

27 西 昌 学 院西 昌 学 院 石盐 返回

28 西 昌 学 院西 昌 学 院 天然芒硝

29 西 昌 学 院西 昌 学 院 重晶石

30 西 昌 学 院西 昌 学 院 石灰石 方解石

31 西 昌 学 院西 昌 学 院 绿柱石

32 西 昌 学 院西 昌 学 院 石膏

33 西 昌 学 院西 昌 学 院 萤石

34 西 昌 学 院西 昌 学 院 阴极 阳极

35 西 昌 学 院西 昌 学 院 钾与水反应

36 西 昌 学 院西 昌 学 院 NaCl 水溶液电解槽

37 西 昌 学 院西 昌 学 院 当  1/2 >10 时 R(OH) n 显酸性 当 10>  1/2 >7 时 R(OH) n 显两性 当  1/2 <7 时 R(OH) n 显碱性

38 西 昌 学 院西 昌 学 院

39 西 昌 学 院西 昌 学 院

40 西 昌 学 院西 昌 学 院 明矾 Alunite （ KAl 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 ）

41 西 昌 学 院西 昌 学 院 白云石 Dolomite （ CaMg[CO 3 ] 2 ）

42 西 昌 学 院西 昌 学 院 菱镁矿 ( 粒状 ) Magnesite （ MgCO 3 ）

43 西 昌 学 院西 昌 学 院 碳酸锶矿 strontianite （ SrCO 3 ）

44 西 昌 学 院西 昌 学 院 碳酸钡矿 Witherite （ BaCO 3 ）

45 西 昌 学 院西 昌 学 院 天青石 Celestine （ SrSO 4 ）

46 西 昌 学 院西 昌 学 院 钠长石 Albite （ Na [AlSi 3 O 8 ] ）