1、第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第一节 化学元素的自然资源第二节 碱金属第三节 碱土金属学习指南习 题 习题参考答案第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属本章重点：本章重点：v1.钠和钾单质、化合物的性质、制备和用途。v2.碱土金属单质、化合物的一些重要性质。本章难点：本章难点：v1.过氧化钠的性质。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第一节 化学元素的自然资源 地壳中元素的分布和存在类型 就整个地球而言，地壳所占质量虽不大，但所含元素却丰富多彩，有金属、
2、非金属以及稀有气体共达90余种。元素在地壳中的相对含量称为丰度，通常以质量分数或原子分数表示。元素的相对含量差别很大，其中99%以上为氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾等10种元素，其余80多种不到1%。在前10种元素中又以氧居首位，几乎占地壳质量的一半。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属存在类型 元素在地壳中的存在形式比较复杂，只有少数能以单质存在，如稀有气体，O2，N2，S，C，Au，Pt等，其余均为化合物。化合物主要有氧化物(包括含氧酸盐)和硫化物两大类。地质学上称前者为亲石元素，后者为亲硫元素。点击观看动画演示第八章第八章 主族金属元素（一）碱金
3、属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属元素资源的存在形式和提取、利用 1.化学矿物 一类为金属矿物，如用来提取金、银、铜、铁、钨、钼等金属的矿物；另一类为非金属矿物，如硫铁矿、自然硫、硼砂、石墨、岩盐、芒硝等，化工原料多属这一类。从化学矿物提取金属元素：矿物富集富集溶解溶解沉淀沉淀溶剂萃取离溶剂萃取离子交换子交换电解还原或用电解还原或用C，CO，H2，活泼金属还原活泼金属还原金属单质第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 2.2.天然含盐水天然含盐水 天然含盐水包括海水、盐湖水、地下卤水和气井水等。采用有效的富集和特殊的提取无机盐。地球表面的
4、大气层是游离N2、O2 和稀有气体的大本营，可通过液态空气分馏制取它们的单质。.大气大气 地球表面的大气层是游离钠，氧气和稀有气体的大本营，可通过液态空气分馏制取它们的单质。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 4.农副产品 某些农副产品也可以用来提取无机物，虽然产量不多，但可以因地制宜，综合利用。例如：从向日葵壳、棉子壳、桐子壳、甜菜制酒后的酒糟、洗羊毛的废水中提取钾盐；从海带中提取碘；从兽骨中提取磷酸氢钙等。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 5.5.工业废料工业废料 工业生产中排出的废水、废气和
5、废渣(称“三废”)，是污染环境的根源，但含有大量的可用之物。如果与三废治理相结合，可以化害为利，变废为宝。例如：用硫酸厂的含SO2废气制NH4HSO，用电镀厂的含Cr()废水制Cr()盐，用水泥厂的窑灰制钾盐等。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第二节第二节 碱金属碱金属 碱金属元素概述 碱金属：锂、钠、钾、铷、铯、钫。钫具有放射性它们氧化物的水溶液显碱性。属于A族元素原子的价电子层构型为：ns1在周期表中属于：s区元素。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 碱金属的通性 是银白色的柔软、易熔轻金属在
6、同周期元素中电离能最低，很易失去，表现出强烈的金属性。它们与氧、硫、卤素以及其他非金属都能剧烈反应，并能从许多金属化合物中置换出金属。碱金属的焰色反应 在火焰中加热，各具特征的焰色用来鉴定。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 锂的特殊性 熔点、沸点远高于同族其他金属。Li+Li的电极电势是同族中最低的，含结晶水的锂盐多于其他碱金属盐。对角线规则 锂和镁有许多相似之处。锂和镁在过量的氧气中燃烧，不形成过氧化物，只生成正常氧化物Li2O和MgO。LiOH和Mg(OH)2是中强碱，在水中的溶解度不大，受热时分解为Li2O和MgO。锂、镁的氟化物、碳酸盐
7、、磷酸盐等都难溶于水；Li2CO3，MgCO3受热分解并放出CO2；这种在周期表中某一元素的性质和它右下方的另一元素相似的现象，称为对角线规则。如 Li和Mg；Be和Al；B和Si 之间锂电池 质量轻、体积小、寿命长，被用于心脏起搏器 第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 金属钠和钾 性质：钠和钾质软似蜡，易用小刀切开。新切断面呈银白色光泽，但在空气中迅速变暗。钠与水剧烈作用，生成NaOH和H 2，易引起燃烧和爆炸，需贮存在煤油或石蜡油中,钾比钠更活泼，制备、贮存和使用时应更加小心。点击观看动画演示第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主
8、族金属元素（一）碱金属和碱土金属 用途：钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂；强传热性原子能工业中作核反应堆的导热剂；钠、钾制备过氧化物氢化物及有机合成的原料；制备：工业上制取钠：电解廉价的熔融NaCl；工业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从ACL中置换出钾，经分级蒸馏(800880)得到金属钾。金属钾因价格昂贵(约为钠的10倍)，而限制了它的应用，其生产规模也小得多。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碱金属的氢化物 白色固体，属于离子晶体，其中的氢以H离子的形式存在。碱金属氢化物受热时又能分解出H2气而游离出碱金属，其中只有LiH比较稳定，分解温
9、度850，高于其熔点(650)。它们在潮湿空气中能自动着火。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碱金属的氧化物和氢氧化物1.钠、钾的氧化物 碱金属在充足的空气中燃烧时，所得产物并不相同。锂氧化锂Li2O钠过氧化钠Na2O2钾、铷、铯超氧化物KO2、RbO2、CsO2过氧化钠(Na2O2)：Na2O2是淡黄色粉末或粒状物，在空气中由于表面生成了一层NaOH和Na2CO3而逐渐变成黄白色。有吸潮性，能侵蚀皮肤和粘膜。若遇棉花、碳或有机物，却易引起燃烧或爆炸，在工业上列为强氧化剂，需要妥善贮运和使用。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金
10、属元素（一）碱金属和碱土金属Na2O2的制备和性质制备:2 Na+O2Na2燃烧性质:点击观看动画演示第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 Na2O2和CO2的特色反应 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 这种既能吸收CO2，又能提供O2的双重作用，尤其适用于防毒面具、高空飞行和潜水作业等。超氧化钾 金属钾在充足的空气中燃烧时，生成超氧化钾KO2。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属2.钠、钾的氢氧化物 碱金属的氢氧化物都是白色固体，容易吸潮和吸收CO2。除LiOH外，在水中都有较大溶解度，溶
11、解时放出大量热。碱金属的氢氧化物碱性：LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOH和KOH在性质、用途和制备方面都相似，但KOH价贵，因此用途不如NaOH广泛。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属氢氧化钠(NaOH)：又称烧碱、火碱、苛性碱。制备：工业上电解饱和的食盐水制备烧碱隔膜法。隔膜电解槽 第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属制备：制备烧碱的新工艺离子膜法。原理：同隔膜法。说明：1.在电解过程中，阳极室的NaCl浓度逐渐下降，应不断补充浓盐水，维持NaCl的浓度2.阳膜既能允许阳离子通过，粗盐
12、中的Ca 2+，Mg 2+，Fe 3+等杂质也能进入阴极室，而生成氢氧化物沉淀，不仅会影响NaOH的质量，也妨碍电解作用的顺利进行，所以事先必须对食盐进行精制。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属问题：实验室盛放的瓶子为什么不能用玻璃塞？钠盐和钾盐1.钠盐和钾盐的比较 钾盐的溶解度比钠盐小；钠盐和钾盐有吸潮性，钠盐吸潮尤为显著；钾盐比较昂贵。例如：配制火药用KNO3，而不宜用吸潮性强的NaNO3；分析化学用的基准试剂K2Cr2O7，也不能用Na2Cr2O7代替。第八章
13、第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属2.几种重要的钠盐和钾盐氯化钠(NaCl)食盐，卤水曝晒得到固体食盐后再使用。工业NaCl的精制通常采用重结晶法。碳酸钠(NaCO3)碳酸钠有无水物和一水、七水、十水结晶水合物，常见工业品不含结晶水，为白色粉末，又称纯碱、碱面或苏打。Na2CO3在饱和状态(质量分数约为20%)能强烈水解，使pH达到12。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属氨碱法制取Na2CO3 氨碱法（又称苏尔维法），生产时先向饱和食盐水中通入氨气至饱和，在通入CO2，生成的NH4HCO3立即与NaCl发
14、生复反解反应，析出溶解度较小的NaHCO3：NH3+CO3+H2ONH4HCO3NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl滤出NaHCO3，经焙烧分解即得Na2CO3：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O母液中含有大量NH4Cl，加入石灰水按下式置换出NH3，再返回循环使用：2NH4Cl+Ca（OH）2 CaCl2+2NH3+2 H2O第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碳酸氢钠(NaHCO3)又称小苏打、重碳酸钠或焙碱，加热至65便分解失去CO2，是食品工业的膨化剂。蒸馒头碳酸钾(K2CO3)又称钾碱，易溶于水，主要用于制硬质玻璃和氰
15、化钾(KCN)。制备：路布兰法 3草木灰法 植物的籽壳(如向日葵子壳)焚烧浸取蒸发结晶 K2CO3第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第三节第三节 碱土金属碱土金属碱土金属元素概述 碱土金属：铍、镁、钙、锶、钡和镭。镭是放射性 元素其中钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难溶的Al2O3等之间，所以称为碱土金属。碱土金属在自然界的存在相当丰富，用途也相当广泛。铍的主要矿物为绿柱石。镁在自然界的丰度居第八位，略次于钠、钾。海水中含镁量达0.13%，陆地上含镁矿石主要有白云石、菱镁矿和光卤石。钙、锶、钡多以难溶的碳酸盐或硫酸
16、盐存在，如方解石、天青石、重晶石等。A族元素 属于s区 价电子构型：ns2第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碱土金属和碱金属性质比较 第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属镁制轻合金(与铝或钛)，作飞机和航天器的结构材料。钙在冶金工业中用作还原剂，钙与铅的合金可做轴承材料，钙还可作有机溶剂的脱水剂。钡在真空管的生产中用作脱气剂。制作各种传感器的敏感元件。铍是优良的宇航材料；铍铜合金的弹性、硬度和抗腐性特别好，被用作手表游丝、高速轴承和海底电缆。铍透过X射线的能力居金属之首，常用来做X射线管的窗口材料；铍
17、能提供大量中子，是不可多得的中子源，又是反应堆的减速剂，因此被称为原子能工业之宝。值得注意的是：铍及其化合物都有毒性，能伤害肺、肝、肾和骨骼，使用时必须有严密的安全措施。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碱土金属的氧化物和氢氧化物氢氧化物 都是白色固体；溶解度比较小；热稳定性也比较低；碱性在同族中也都是由上而下依次递增。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属1.氧化镁(MgO)第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属2.氧化钙和氢氧化钙氧化钙(CaO)又名石灰、
18、生石灰，由自然界的石灰石、方解石、大理石等矿物煅烧而得：CaCO3 CaO+CO2 石灰遇水剧烈反应，放出大量的热并生成熟石灰或消石灰。2CaO+H2O 2CaO(OH)2 第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属氢氧化钙 俗称熟石灰或消石灰，它是一种强碱，溶解度很小且随温度升高而下降，通常配成石灰乳使用。Ca(OH)2除作建筑材料外，还用于制造漂白粉，在硬水软化、制药、橡胶和石油工业中亦有广泛应用。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属碱土金属的盐类1.碱土金属盐类的通性2.由碱土金属矿制取相应的盐镁盐和钙
19、盐 利用它们碳酸盐受热分解为氧化物，然后与酸反应；或者使矿石直接与酸反应，皆可得到相应的盐。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 氯化钙(CaCl2)实验室用石灰石与盐酸反应制备，所含的铁离子，锰离子等杂质，可加入石灰乳以沉淀除去：CaCO3+2HCl CaCl2+CO2 +H2OCaCl2有无水物和二水合物 2Fe 3+3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 +3Ca 2+Mg 2+Ca(OH)2 Mg(OH)2 +Ca 2+第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 无水CaCl2有强吸水性，用于O2,N2,
20、CO2,HCl,H2S等气体以及醛、酮、醚等有机试剂的干燥。但是它能与氨、乙醇形成加合物CaCl28NH3,CaCl24C2H5OH因此不能干燥这些物质。CaCl2H2O可用作制冷剂，用它和冰混合，可获得-55低温，如果用来融化公路上的积雪，效果比NaCl更好（食盐-冰只能达到-21 ）。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属(2)锶盐 天青石(含SrSO65%85%)是生产锶盐的主要原料。因为SrSO4既不溶于水，也不为一般的酸所分解，所以工业上首先将它转化为可溶于强酸的SrCO，然后再制备其他锶盐。硫酸钙 CaSO42H2O:生石膏，部分脱水后成
21、熟石膏或烧石膏。-型半水硫酸钙：-CaSO412H2O建筑石膏白色粉末，有吸潮性、与水的混合浆体可固结、强度大、制作高强度石膏构件，石膏板，铸造模型。-型半水硫酸钙：-CaSO412H2O熟石膏、烧石膏，石膏塑像，雕塑模型，医用外科绷带，制粉笔。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 硝酸锶是制造红色烟火及信号弹的主要原料。(3)钡盐 BaSO4 重晶石的主要成分，工业上通常将重晶石与碳一起焙烧，使之还原为BaS，再与盐酸反应生成BCl2:BaSO4+2C BaS+2CO2 BaS+2HClBaCl2+H2S BaSO4具有强烈的阻止X射线的功能，在
22、医疗中用作“钢餐造影”。例如：硝酸锶的制备 SrSO4(S)+Na2CO3SrSO3(S)+Na2SO4 SrCO3+2HNO3Sr(NO3)2+CO2+H2O第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属硬水软化和纯水制备 硬水 天然水中溶有较多的钙盐、镁盐时称为硬水。暂时硬水 若以钙、镁的酸式碳酸盐存在，称为暂时硬水，煮沸就能分解而沉淀出来：永久硬水 若为钙、镁的硫酸盐或氯化物，不能靠加热的方法除去，这种水称为永久硬水。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属水的质量指标硬度 我国规定的硬度标准是：1L水中含的钙
23、盐、镁盐折合成CaO和MgO的总量相当于10 mg CaO(将MgO也换算成CaO)时，其硬度为1。硬水软化和纯水制备 第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属 去离子水去离子水 同时使用阴阳离子交换树脂净化的水成为去离子水。第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属(3)(3)电渗析法电渗析法工作原理同生产氢氧化钠的离子膜法工作原理同生产氢氧化钠的离子膜法电电渗渗析析器器从从水水中中脱脱盐盐第八章第八章 主族金属元素（一）碱金属和碱土金属主族金属元素（一）碱金属和碱土金属
