1、化学与环境工程系碱金属 碱土金属The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals学习重点学习重点:v氧化物的化学性质v碱土金属氢氧化物的酸碱性变化规律v盐的热稳定性变化规律v对角线规则学习难点学习难点:v盐的热稳定性变化规律v对角线规则化学与环境工程系第一节 碱金属和碱土金属的通性第IA族包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中钫是放射性元素。第IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难熔的氧化物A
2、l2O3之间，所以称它们为碱土金属。其中镭是放射性元素。AALiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa化学与环境工程系 表13-1 碱金属元素的一些基本性质为何电离能逐渐降低?从上往下，活泼性逐渐升高还是逐渐降低?电极电势很小，具有强还原性化学与环境工程系 表13-2 碱土金属元素的一些基本性质问题：碱金属和碱土金属的氧化物谁的熔点更高，硬度更大Na2O和MgO均为离子晶体，后者中阳离子半径更小，电荷更高，因而离子键能更大，熔点高，硬度大。化学与环境工程系原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小Li BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、
3、电负性增大化学与环境工程系第二节 碱金属和碱土金属的单质 在自然界中的存在在自然界中的存在 海水（NaCl、MgCl2、KCl）光卤石(KClMgCl6H2O)。氯化物钠长石钠长石(NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8)钾长石钾长石(KAlSiKAlSi3 3O O8 8)锂辉石锂辉石(LiLi2 2AlAl2 2O O3 34SiO4SiO2 2)硅酸盐矿明矾明矾(K K2 2SOSO4 4AlAl2 2(SO(SO4 4)3 324H24H2 2O O)石膏石膏(CaSOCaSO4 42H2H2 2O O)重晶石重晶石(BaSOBaSO4 4)天青石天青石(SrSOSrSO4 4)硫
4、酸盐矿硫酸盐矿大理石（大理石（CaCOCaCO3 3 ）石灰石石灰石(CaCOCaCO3 3)菱镁矿菱镁矿(MgCOMgCO3 3)碳酸盐矿碳酸盐矿化学与环境工程系化学与环境工程系物理性质物理性质密度小，容易反应。钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。硬度小用小刀可以切割它们。熔沸点较低随原子量的增大而降低。导电性强 Cs、Rb用于作光电材料。碱金属单质熔点熔点化学与环境工程系密度较小，硬度大。如如镁和铍用于制轻质合金，如镁铝合金和电子合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度大，硬度高弹性好等优点。碱土金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差碱土金属单质BeMgCaSrBa化学与环境工程系单质
5、的化学性质A族是最活泼的金属元素，其次是A族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强切割一小块钠放在水中，可观察到钠浮在水面上与水激烈反应而来回运动着：2Na+2H2O=2NaOH+H2钾可在水面上燃烧呈现紫红色火焰。1、Li反应时由于产物溶解度小而覆盖在金属表面上，使反应缓慢进行。2、Li熔点较高，升华热也大，难活化。如果将金属Li放于水中呢？更剧烈还是温和？与水反应化学与环境工程系LiNaKCa与水作用2M+2H2O 2MOH+H2(g)思考：将Be、Mg放于水中会发生剧烈化学反应吗？化学与环境工程系焰色反应化学与环境工程系4LiO22Li2O6LiN22Li3N4NaO22Na2ONa2
6、OCO2Na2CO3碱金属在常温下可以与空气中的O2、CO2、水汽等反应碱土金属一般要加热才能进行反应。这是因为它的表面容易生成氧化膜保护层。3CaN2=Ca3N2 3MgN2=Mg3N2在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物与空气反应思考：活泼金属应当如何保存？要避免与空气接触。锂要保存于蜡中，钾、钠、钙等应保存于煤油中。常温下锂可与氮气反应化学与环境工程系Li2ONa2O2KO2镁带的燃烧(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+-+与液氨作用化学与环境工程系想一想1、为什么自然界没有游离态的碱金属和碱土金属？它们主要以哪些形式存在？2、碱金属有哪些特殊的物理性质？1
7、、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。2、碱金属的特殊物理性质：密度小、硬度小、导电性强、容易形成液态合金。化学与环境工程系3、工业上常用电解方法制备的碱金属和碱土金属有哪些？为什么不用电解法制备金属钾。工业上常用电解的方法制备的碱金属是锂和钠，碱土金属是镁和钙。钾一般不用电解法制备，因为它熔点低，易挥发，生成的K易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸。4、钠不比钾活泼，但工业上可用钠与氯化钾高温反应制备钾，你知道其中原因吗？低温时，反应：Na
8、(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(l)，难进行。温度为900时，反应：Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)，钾成为气体挥发，使平衡向右移动，反应得以进行。化学与环境工程系氢氧化物氢氧化物碱金属的氢氧化物对皮肤和纤维有强烈的腐蚀作用，所以又称为荷性碱。物理性质碱金属和碱土金属的氢氧化物均为白色固体，吸水容易潮解，溶于水时放热。溶解性moll-1LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2810-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1
9、 Be(OH)2+NaOH=NaBe(OH)4Be(OH)2+2HCl=2NaCl+2H2OBe(OH)2具有两性，而后者没有，利用此可区别问题：如何利用化学方法区别Be(OH)2与Mg(OH)2？(重要)溶解度增大化学与环境工程系氢氧化物酸碱性判断标准R吸电子能力与离子势有关:=Z/r(r以pm 为单位）LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2ROHRO+H+=R+OH解离方式与R+的吸电子能力有关 0.22 碱性 0.22 0.32 两性 0.32 酸性酸性增强碱性增强酸式离解碱式离解化学与环境工程系 L
10、iOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强你能用有关理论解释为何Be(OH)2具有两性吗？由此请你比较H2SO4、H4SiO4、H3PO4、HClO4的酸性强弱并解释其中的原因（重要！）提示：根据中心原子或离子电荷数的高低来判断，待断裂键的数目来判断酸式离解程度？化学与环境工程系 s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均为白色晶体，热
11、稳定性差/kJmol-1fHm12.3.1 氢化物氢化物第三节 碱金属和碱土金属的化合物化学与环境工程系2.还原性强 钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH2+242H4NaClTiTiCl4NaH+剧烈水解：(g)HMOHOHMH22+(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222+V)23.2)/H(H(2-=-E化学与环境工程系氧化物氧化物普通氧化物普通氧化物过氧化物过氧化物超氧化物超氧化物臭氧化物臭氧化物Li2O、MO(M=碱土金属)Na2O2、BaO2MO2(M=K、Rb、Cs)MO3(M=K、Rb、Cs):O:2-:OO:2-:OO:-OOO-35抗磁性抗磁性顺磁性顺磁性结 构)g(O
12、CO2Na2COO2Na232222+黄色粉末魔 术棉花自然化学与环境工程系1.形成三类氧化物622p2s2s 1稳定性:O2-O2-O22-42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物(O2-)：过氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)32p4p22p222s22s)()()()()(*KK12.3.2 氧化物氧化物你能判断几种离子的稳定性强弱吗？化学与环境工程系 453-473K4NaO2=2Na2O 573-673K2Na2OO2=2Na2O2 773-793K2BaOO2=2BaO2 燃烧MO2=MO2 臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物：6KO
13、H+4O3=4KO3+2KOH H2O+O2过氧化物超氧化物臭氧化物钠在空气中燃烧可制得黄色的过氧化钠粉末氧化钡在氧气中燃烧可得白色的过氧化钡钾、铷、铯与氧气可生成三种类型氧化物：M2O、M2O2、MO2。在空气中燃烧时生成超氧化物用液氨结晶KO3可得桔红色的KO3晶体化学与环境工程系碱土氧化物氧化剂漂白剂供氧剂引火剂碱土金属BeO,MgO具有高的熔点和硬度，用于制耐火材料和金属陶瓷。CaO俗称石灰或生石灰，作建筑材料，也用做干燥剂。过氧化物、超氧化物、臭氧化物都是强氧化剂。由于它们的强氧化性，可用于纸张、织物等的漂白剂利用它们与二氧化碳反应生成氧气的性质作为潜水、登山、高空作业的供氧剂过氧化
14、钡常用于爆破作业上作强火剂化学与环境工程系3.化学性质与H2O的作用：2MOHOHOM22+（Li Cs剧烈程度）（BeO除外）22222OH2NaOHO2HONa+2MOHOHOM22+22222OOH2KOHO2H2KO+化学与环境工程系3222COLiCOOLi+)g(OCO2Na2COO2Na232222+)(g3OCO2K2CO4KO23222+与CO2的作用：化学与环境工程系1.晶体类型：绝大多数是离子晶体，熔沸点较高Be2+极化力强，BeCl2已过渡为共价化合物。离子性增强重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点/4
15、15 714 775 874 962NaCl与MgCl2的沸点谁高谁低？原因？化学与环境工程系碳酸盐Na2CO3NaHCO3碳酸钠俗名纯碱，苏打。含水盐容易风化,它水解呈强碱性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和冶金等方面。碳酸氢钠俗名叫小苏打，主要用于食品和医药工业。1)先用NH3将食盐水饱和,然后通入CO2,使溶解度较小的NaHCO3析出：NH3NaClH2OCO2=NaHCO3NH4Cl煅烧NaHCO3得Na2CO3:600K2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O如何区别碳酸钠和碳酸氢钠？化学与环境工程系CaCO3=CaO+CO21098KCaO+H2O=C
16、a(OH)2碳酸钙溶于含CO2的水中:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 含有 Ca(HCO3)2的水称为硬水,它受热时会生成沉淀:Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解后再沉淀出来，就形成了钟乳石和石笋。化学与环境工程系硫酸钡它是溶解度最小的硫酸盐，也是唯一无毒的钡盐。它的矿石称重晶石，是制备其他钡盐的原料：BaSO44C=BaS4CO BaS2HClBaCl2H2S BaSCO2H2OBaCO3H2S硫酸镁MgSO47H2O是无色晶体，易溶于水，俗称泻盐，用于作食物中毒导泻剂。硫酸钡是唯一无毒的
17、钡盐,能强烈阻止X 射线，医学上用于消化道的X射线造影检查。在为肠胃拍摄X光射线照片时，要先吃硫酸钡，半小时以后再拍摄，就能呈现肠胃的形状。BaSO4与ZnSO4的混合物叫作立德粉，或叫锌钡白，是白漆的原料。化学与环境工程系 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分/100 540 900 1290 1360总结：稳定性 M2CO3 MCO3实质上，碳酸盐的热稳定性取决于金属离子的极化能力碳酸盐的热稳定性总结：碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强MgCO3 CaCO3较容易受热分解，而Na2CO3和K2CO3受热较难分解你能总结出热稳定性的影响因素吗？化学与环
18、境工程系Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+OM2+O C 2 O MCO3(s)MO(s)+CO2愈来愈难分解问题1：酸式盐与正盐（NaHCO3和Na2CO3）谁的热稳定性差？问题2：碱金属中Li2CO3、碱土金属中Be2CO3的热稳定性特别低，原因是什么？COOO2-M2+问题3：请你想出两种化学方法鉴别Be(OH)2和Mg(OH)2化学与环境工程系硝酸盐的热稳定性由于碱金属的原子半径在同周期元素中最大,离子的极化能力最弱,因此碱金属盐是最稳定的盐。只有锂的盐稳定性较差。碱土金属盐的稳定性比碱金属盐差。硝酸盐的分解：4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 2M(NO3)2=2MO+4
19、NO2 +O2(M=碱土离子)2NaNO3=2NaNO2+O2 (K、Rb、Cs的盐分解类似)请你对于上述热分解反应的产物给予解释化学与环境工程系Li Be B CNa Mg Al Si A 族的Li与A族的Mg，A族的Be与A族的Al，A 族的B与A族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：相应的对角线上的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。对角线规则化学与环境工程系对角线规则 Li Be B C Na Mg Al Si1.3.1 B、Si的相似性 2B+6NaOH=2Na3BO3+3H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 其单质均为原子型晶体
20、，BO、SiO十分稳定。离子极化能力电荷数半径大小化学与环境工程系 1、Al、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。金属可与浓硝酸形成钝化膜。AlAlAlClClClClClClClClClClBeBe1.3.2 Be、Al相似性共价性：氯化物蒸气为两分子缔合 2、Al、Be的氧化物和氢氧化物均有两性的氧化物和氢氧化物均有两性 Al(OH)3+OH=Al(OH)4 Be(OH)2+2OH=Be(OH)42Al3+、Be2+易水解化学与环境工程系 4Li+O2 =2Li2 O 2Mg+O2=2MgO2Mg(NO3)2=2MgO+4NO2+O2 4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 LiClH2O=LiOH+HClMgCl26H2O=Mg(OH)Cl+HCl+5H2O 6Li+N2=2Li3N 3Mg+N2=Mg3N2 MgO+HCl1.3.3 Li、Mg的相似性化学与环境工程系2.锂与镁的相似性：单质与氧作用生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；氯化物均能溶于有机溶剂中；碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。离子极化的重要性化学与环境工程系练 习1.用化学方程式表示下列物质的转换:BeO BeCl2 Be(OH)2 Be(OH)42-BeF42-2.BeCl2中含有FeCl3杂质，如何提纯？13.3 13.10 13.11 13.13 作 业
