第10章 碱金属和碱土金属元素

第十章碱金属和碱土金属元素第一节s区元素概述第十章碱金属和碱土金属元素ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubⅠA、ⅡA为s区元素ⅠA中的钠、钾氢氧化物是典型“碱”，故ⅠA族元素又称为碱金属ⅢA有时称为“土金属”ⅡA中的钙、锶、钡氧化物性质介于“碱”与“土”族元素之间，所以把ⅡA又称为碱土金属Li、Rb、Sr、Be是轻稀有元素Fr、Ra是放射性元素10.1s区元素概述第十章碱金属和碱土金属元素ⅠALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ⅡABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭碱金属和碱土金属的存在最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6)主要以NaCl形式存在于海洋、盐湖和岩石中主要矿物是钾石矿(KCl·MgCl2·6H2O)我国青海钾盐储量占全国96.8%10.1s区元素概述第十章碱金属和碱土金属元素10.1s区元素概述碱金属和碱土金属的存在ⅠALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ⅡABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭主要矿物是绿柱石（3BeO·Al2O3·6SiO2)主要以菱镁石（MgCO3)、白云石[MgCa(CO3)2]存在主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO4·2H2O)、天青石(SrSO4)、碳酸锶矿(SrCO3)、重晶石(BaSO4)、毒重石(BaCO3)等碳酸盐、硫酸盐形式存在第十章碱金属和碱土金属元素第十章碱金属和碱土金属元素第十章碱金属和碱土金属元素第二节碱金属和碱土金属的性质第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质ⅠA原子序数价电子构型金属半径(pm)熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Li(锂)32s1152180.513420.6Na(钠)113s118697.82882.90.4K(钾)194s122763.257600.5Rb(铷)375s124838.896860.3Cs(铯)556s126528.40669.30.2ⅡA原子序数价电子构型金属半径（pm）熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Be(铍)42s2111127829704Mg(镁)123s2160648.811072.0Ca(钙)204s219783914841.5Sr(锶)385s221576913841.8Ba(钡)566s22177251640----因为原子的原子半径较大、核电荷较少其金属晶体中的金属键很不牢固故单质的熔、沸点较低，硬度较小碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属熔点低于人的体温,放在手心里即可熔化核电荷原子半径熔、沸点硬度∧∨∧∧核电荷原子半径熔、沸点硬度为具有银白色(铯为灰色)光泽的金属第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质密度0.530.970.861.531.88(g·cm-3)密度1.851.741.542.63.51(g·cm-3)ⅠALi(锂)Na(钠)K(钾)Rb(铷)Cs(铯)ⅡABe(铍)Mg(镁)Ca(钙)Sr(锶)Ba(钡)电负性1.00.90.80.80.7电负性1.00.90.80.80.7氧化数+1+1+1+1+1氧化数+2+2+2+2+2E(M+/M)-3.04-2.713-2.924(-2.98)(-3.026)(V)E(M2+/M)-1.99-2.356-2.84-2.89-2.92(V)氧化数与族号一致，常见的化合物以离子型为主由于Li+、Be2+半径小，其化合物具有一定共价性*E(Li+/Li)反常，是由于Li+的半径较小，易与水分子结合生成水合离子放出较多能量所致第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液碱金属M(s)+(x+y)NH3M+(NH3)x+e-(NH3)y⇌碱土金属M(s)+(x+2y)NH3M2+(NH3)x+2e-(NH3)y⇌碱金属和碱土金属的氨溶液：1.具有较高的导电性2.与金属本身相同的化学反应3.稀碱金属氨溶液是还原剂第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属化学性质活泼且化学活泼性碱金属碱土金属第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属的一些重要反应金属反应物质反应式碱金属碱土金属H22M+H2→2MHM+H2→MH2碱金属Ca、Sr、BaMgH2O2M+2H2O→2MOH+H2M+2H2O→M(OH)2+H2M+H2O(g)→MO+H2碱金属碱土金属卤素2M+X2→2MXM+X2→MX2LiMg、Ca、Sr、BaN26Li+N2→2Li3N3M+N2→M3N2第十章碱金属和碱土金属元素10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属的一些重要反应金属反应物质反应式碱金属Mg、Ca、Sr、BaS2M+S→M2SM+S→MSLiNaK、Rb、Cs碱土金属Ca、Sr、BaO24Li+O2→2Li2O2Na+O2→Na2O2M+O2→MO22M+O2→2MOM+O2→MO2第十章碱金属和碱土金属元素碱金属的制备一般采用电解熔融盐的方法450℃下电解55%LiCl和45%KCl的熔融混合物锂580℃下电解40%NaCl和60%CaCl2的混合物钠850℃下，用金属钠还原氯化钾钾800℃左右、减压下，用钙还原氯化物铷、铯第十章碱金属和碱土金属元素碱土金属的制备一般采用电解熔融盐的方法铍1.350-400℃下电解NaCl和BeCl2的熔融盐2.用镁还原氯化铍1.先脱去水合氯化镁所含的水，再电解2.硅热还原2(MgO·CaO)+FeSi→2Mg+Ca2SiO4+Fe镁第十章碱金属和碱土金属元素一般采用电解熔融盐的方法1.700-800℃下，电解CaCl2和KCl的混合物2.铝热法：钙6CaO+2Al3Ca+3CaO·Al2O3铝热法或硅还原法锶、钡碱土金属的制备第十章碱金属和碱土金属元素E(Li+/Li)可用焓变粗略估计M(s)+H+(aq)→M+(aq)+H2(g)12△rGm=-z’F=-z’F{E(H+/H2)-E(Li+/Li)}=z’FE(Li+/Li)E对碱金属若不考虑△rSm的影响可用△rHm代替△rGm第十章碱金属和碱土金属元素12△rHm={△subHm+I1(M)+△hHm(M+)}+{-△hHm(H+)-D(H-H)-I1(H)}△rHm的计算M(s)+H+(aq)H2(g)+M+(aq)△rHm-△hHm(H+)H+(g)+e-H(g)-I1(H)-D(H-H)M(g)M+(g)+e-I1(M)12△subHm△hHm(M+)由上式可计算碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的△rHm12第十章碱金属和碱土金属元素碱金属转变为水合离子过程的有关数据由上可看出，虽然△subHm(Li)和I1(Li)较大，但△hHm(Li+)较小，即Li+水合过程放出的能量特别大，而导致△rHm(Li)最小，△rGm最小，故E(Li+/Li)最小。-246-241-250-241-275△rHm/(kJ·mol-1)-264-293-322-409-519△hHm(M+)/(kJ·mol-1)376403419496520I1(M)/(kJ·mol-1)78.885.890108.7161△subHm(M)/(kJ·mol-1)CsRbKNaLi第十章碱金属和碱土金属元素第三节氢化物第十章碱金属和碱土金属元素10.3氢化物2M+H2→2MH(M代表碱金属)M+H2→MH2(M代表Ca、Sr、Ba)制备注意1.离子型氢化物2.纯离子型氢化物都是白色晶体;不纯的通常为浅灰色至黑色,其性质类似盐,又称为类盐型氢化物。3.熔点、沸点较高，熔融时能够导电，其密度都比相应的金属的密度大得多。第十章碱金属和碱土金属元素10.3氢化物性质易与水反应而产生氢气LiH+H2OLiOH+H2CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2强还原性TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2受热时可以分解为氢气和游离金属2MH2M+H2MH2M+H2第十章碱金属和碱土金属元素10.3氢化物性质可形成复合氢化物4LiH+AlCl3Li[A1H4]+4H2OLiOH+Al(OH)3+4H2Li[AlH4]+3LiCl第十章碱金属和碱土金属元素第四节氧化物第十章碱金属和碱土金属元素10.4氧化物类型类型氧化数氧存在形式举例过氧化物-1O2Na2O2、CaO2超氧化物-1/2O2KO2臭氧化物-1/3O3KO3低氧化物Cs7O正常氧化物-2ONa2O、CaO2---2-第十章碱金属和碱土金属元素10.4氧化物类型在空气中直接形成间接形成正常氧化物Li、Be、Mg、Ca、Sr、BaⅠA、ⅡA族所有元素过氧化物Na除Be外的所有元素超氧化物Na、K、Rb、Cs除Be、Mg、Li外所有元素形成第十章碱金属和碱土金属元素10.4.1正常氧化物Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白色白色淡黄色亮黄色橙红色熔点/℃17001275350(分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔点/℃25302852261424301918硬度(金刚石=10)95.64.53.53.3M-O核间距/pm165210240257277由于阴、阳离子带两个单位电荷，M-O核间距较小，MO具有较大晶格能，所以硬度大，熔点高。是重要建筑材料；可做熔矿剂；制取电石的原料常用来制造耐火材料和金属陶瓷具有反射放射性射线的能力，常用作原子反应堆外壁砖块材料。碱土金属的氧化物均为白色在水中溶解度一般较小第十章碱金属和碱土金属元素10.4.2过氧化物和超氧化物1.在碱性介质中是强氧化剂,常用作熔矿剂例2Fe(CrO2)2+7Na2O2→4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O2.室温下，与水或稀酸反应生成H2O2例Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O22KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑2KO2+H2SO4→K2SO4+H2O2+O2↑2H2O2→2H2O+O2↑第十章碱金属和碱土金属元素10.4.2过氧化物和超氧化物3.与CO2反应放出O2例2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O2↑4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2↑第十章碱金属和碱土金属元素10.4.2过氧化物和超氧化物Na2O2在熔融时不分解，遇到棉花、木炭或铝粉等还原剂时，会发生爆炸，使用时应特别小心。过氧化物和超氧化物常用做防毒面具、高空飞行、潜水作业的供氧剂。第十章碱金属和碱土金属元素10.4.3臭氧化物与水反应生成MOH和O24MO3+2H2O→4MOH+5O2↑室温下，缓慢分解为MO2和O2MO3→MO2+O2↑12第十章碱金属和碱土金属元素第五节氢氧化物第十章碱金属和碱土金属元素10.5氢氧化物易潮解在空气中吸收CO2生成碳酸盐均为白色固体碱金属氢氧化物又称为苛性碱因它对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用第十章碱金属和碱土金属元素10.5.1碱金属和碱土金属(氢氧化物的碱性)*LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强碱强碱强碱强碱与酸反应Be(OH)2+2H+→Be2++2H2O与碱反应Be(OH)2+2OH-→[Be(