碱金属和碱土金属元素.ppt

第十章碱金属和碱土金属元素单质、氧化物、氢氧化物和盐类的性质和生产,概述,IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa,原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大,,,原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小,均以矿物形式存在钠长石钾长石光卤石明矾石锂辉石,绿柱石,菱镁矿石膏,萤石,天青石重晶石,大理石,s区元素的存在,图片,Gc2-704-18.8,Gc2-711-18.14,Li,Na,K,RbCs,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,一、碱金属、碱土金属的通性,价层电子构型IA，ns1IIA，ns21、金属性和非金属性金属元素外层电子少，原子半径性质金属键不牢固，单质熔、沸点很低，硬度较小，其中IIAIA。金属性IAIIA碱金属中Cs、Rb金属性质最强，失电子倾向最大，所以可作光电管，如Cs光电管制成的自动报警器可报告远处火警；制成的天文仪器可以测定与地球距离Ba电子工业中除去真空管中痕量氮气和氧气,与水作用2M2H2O→2MOHH2（g）,焰色反应,锂（Li）紫红色钠（Na）黄色镁（Mg）浅蓝钾（K）浅紫色钙（Ca）砖红色铷（Rb）紫色锶（Sr）洋红色铯（Cs）紫红钡（Ba）黄绿色,2、氧化数分别为1和2，一般无变价3、化合物键型以离子键为主，其中Li、Be2由于半径小，其化合物有一定的共价性，如BeCl2等。4、特性碱金属和碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液。较高导电性和与金属相同的还原性IAMsxyNH3MNH3xe-NH3yIIAMsx2yNH3M2HN3x2e-NH3yp290,氢化物（除Be、Mg外）,LiHNaHKHRbHCsHNaCl90.4－57.3－57.7－54.3－49.3－411,1.均为白色晶体,热稳定性差,2.还原性强,ⅠAⅡA金属活泼，可与氢形成离子性氢化物,二、氧化物多种类型正常氧化物O2-、过氧化物O22-、超氧化物O2-,臭氧化物O3-及低氧化物,正常氧化物O2-过氧化物O22-超氧化物O2-,稳定性O2-O2-O22-,比较O2,（一）正常氧化物多数为白色固体，K2O（淡黄）、Rb2O（亮黄）、Cs2O桔红；熔点IIAIA；硬度IIAIA，所以BeO、MgO作耐火材料和金属陶瓷，BeO还有反射放射线的能力，常用作原子反应堆外壁砖块材料。,（二）过氧化物和超氧化物除Be外IA、IIA均能形成过氧化物离子型除Li、Be、Mg外，IA、IIA能形成超氧化物（1）室温下，均能与水和稀酸反应Na2O22H2O→2NaOHH2O2Na2O2H2SO4→Na2SO4H2O22KO22H2O→2KOHH2O2O2↑2KO22H2SO4→2K2SO4H2O2O2↑,（2）与CO2的反应2Na2O22CO2→2Na2CO3O2↑4KO22CO2→2K2CO33O2↑过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飞行、潜水的供氧剂。Na2O2为常用的过氧化物，纯的为白色，工业品带浅黄；在碱性介质中是强氧化剂，常作矿熔剂2FeCrO227Na2O22Na2CrO4Fe2O33Na2O还可用于纺织、纸浆漂白。Na2O2熔融分解，但遇到棉花、Al粉等还原性物质，会爆炸，故使用Na2O2要小心。,（三）臭氧化物和低氧化物低温下，臭氧O3和粉末状无水碱金属除Li外氢氧化物反应，用液氨提取得红色MO3固体3MOHs2O3g→2MO3sMOHH2Os1/2O2g室温下，臭氧化物会缓慢分解MO3→MO21/2O2遇水会发生反应4MO32H2O→4MOH5O2↑,三、氢氧化物IA和IIA中（除BeO、MgO外）直接与水形成对应氢氧化物。白色固体，易潮解，在空气中吸收CO2对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，称荷性碱1、碱性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱BeOH2MgOH2CaOH2SrOH2BaOH2两性中强强强强BeOH22H→Be22H2OBeOH22OH-→[BeOH4]2-,LiOHBeOH2NaOHMgOH2KOHCaOH2RbOHSrOH2CsOHBaOH2,,,酸性增强,碱性增强,氢氧化物酸碱性递变规律解释R-O-H规则氧化物的水合物通式ROHn，R为成酸或成碱元素，有两种解离可能RO-HR-O-HROH-解离方式与阳离子的极化作用有关，科学家卡特里奇以“离子势”来衡量阳离子极化作用的强弱在R-O-H中，若R的φ值大，其极化作用强，氧原子电子云偏向R，使O-H键极性增强，则呈现酸式解离；若R的φ值小，R-O键极性强，则成碱式解离。,,φ值10R-O-H酸碱性碱性两性酸性经验规则，有些物质不适用，ZnOH2，Zn的φ5.2，两性氢氧化物。,,2、溶解性IA均溶于水，仅LiOH溶解度较小IIA溶解度比IA的小得多，且从上到下溶解度增大。因从上到下，半径增大，M2与OH-吸引力减弱，容易被水分子拆开IIAIA同一周期，IA→IIA，原子半径减小，离子电荷增多，静电引力增大，分子不易被水分子拆开,四、盐类（一）盐类的性质卤化物，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐1、晶型绝大多数为离子晶体，有较高熔、沸点，常温下为固体，熔化时能导电但Be2的半径小，电荷较多，极化力较强，光与易变形的Cl-、Br-、I-结合则形成共价化合物。如BeCl2，熔点低，易升华，能溶于有机溶剂,2、颜色M、M2均无色，它们形成的盐类只要阴离子无色，其化合物必为无色；若阴离子有色，则化合物有色,3、热稳定性IA一般有较高稳定性卤化物高温挥发而不分解；硫酸盐高温不挥发，难分解；碳酸盐除Li2CO3在1000℃以上部分分解为Li2O和CO2外，其余皆不分解；仅硝酸盐差，加热到一定温度分解4LiNO32Li2O4NO2↑O2↑2NaNO32NaNO2O2↑2KNO32KNO2O2↑IIA碳酸盐常温下除BeCO3不到100℃分解稳定，强热下分解。,4、溶解度IA一般易溶于水，仅两类型微溶于水1若干Li盐LiF、Li2CO3、Li3PO42K、Rh、Cs及NH4的大阴离子盐IIA中Be盐多数易溶Mg盐部分易溶Ca、Sr、Ba盐则多为难溶，其中氟化物溶解度CaF2→SrF2→BaF2（增强）；CaSO4→SrSO4→BaSO4（减弱）；注意，Be盐和可溶性钡盐有毒。,5、K、Na、Mg2、Ca2、Ba2的鉴定p297,（二）某些盐类的生产和应用1、碳酸钠（纯碱，苏打，碱面）索维尔法饱和食盐水吸收NH3和CO2气体，制得溶解度较小的NaHCO3，再焙烧NaClNH3CO2H2ONaHCO3↓NH4Cl2NaHCO3Na2CO3H2OCO2↑析出NaHCO3后，母液中NH4Cl用消石灰来回收，以循环使用2NH4ClCaOH2NH3↑CaCl22H2O所需CO2和石灰由石灰石煅烧得来。此法，技术成熟，原料丰富价廉，但食盐利用率低，NH3损失大，CaCl2废渣造成环境污染。,侯德榜法将制碱和合成氨联为一体，称侯氏联合制碱法，或氨碱法。该法，先用水煤气转化的H2和N2合成氨，同时有CO2放出；由此合成氨系统提供的NH3和CO2来制碱，副产品NH4Cl可作化肥。此法，NaCl利用率达96以上，成本降低，可连续化生产，对制碱上作出较大贡献。,2、碳酸氢钠（小苏打，重碳酸氢钠或焙碱）制纯度高的可用Na2CO3溶液中通CO2Na2CO3CO2H2O→2NaHCO3（溶解度小，析出）3、NaCl4、CaSO4CaSO42H2O称石膏（生石膏），白粉，微溶于水。CaSO41/2H2O为熟石膏，白粉，吸潮（熟石膏粉水）可膨胀、硬化，用于制模、塑像、石膏绷带等。CaCl2NH42SO42H2O→CaSO42H2O2NH4ClCaSO42H2O经煅烧脱水，得CaSO41/2H2O,五、配合物碱金属因电荷少、半径大，形成配合物倾向小，但可形成螯合物和大环配合物，如与水杨醛反应。碱土金属中Ca2、Sr2、Ba2可与多齿配体（EDTA）形成螯合物或冠醚配合物。,