存在 锂 钠 钾 铷 钫 碳酸盐、 碳酸盐、硫酸盐形式存在 铯 ⅡA Be 铍 Mg 镁 Ca 钙 Sr 锶 Ba 钡 Ra 镭 无机化学多媒体电子教案 第十章 碱金属和碱土金属元素 结束 第一节 结束 无机化学多媒体电子教案 第十章s区元素概述 第二节s 第二节 碱金属和碱土金属元素 第二节 碱金属和 碱土金属的性质 10-2 碱金属和碱土金属的性质 硬度 金属半径 熔点 沸点 ⅠA 原子序数 价电子构型 pm ℃ (金刚石 金刚石=10) 金刚石 ℃ 3 2s1 152 180.5 1342 0.6 Li (锂) 锂 11 3s1 186 97.82 882.9 0.4 Na(钠) 钠 19 4s1 227 63.25 760 0.5 K (钾) 钾 37 5s1 248 38.89 686 0.3 Rb(铷) 铷 6s1 265 28.40 669.3 0.2 Cs (铯) 铯 因为 55 原子的原子半径较大、核电荷较少 碱金属和Ca、 铯为灰色 光泽的金属 碱金属和 、 铯为灰色)光泽的金属 、 均可用刀切割 为具有银白色(铯为灰色熔点 沸点 硬度 为具有银白色 Sr、Ba均可用刀切割 其金属晶体中的金属键很不牢固 金属半径 Ⅱ A 原子序数 价电子构型 ∧ 熔点低于人的体温, 熔点低于人的体温 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度 Cs是最软的金属沸点 硬度 是最软的金属 2s 原子半径 熔、 2970 111 1278 4 核电荷 2 故 单质的熔 沸点较低,硬度较小 单质的熔、沸点较低,硬度较小 较低 3s2 4s2 5s2 6s2 160 197 215 217 648.8 839 769 725 1107 1484 1384 1640 2.0 1.5 1.8 ---- 放在手心里即可熔化 ∨ ∧ ℃ (金刚石 ∧ pm 金刚石=10) 金刚石 ℃ Be (铍) 铍 Mg(镁) 镁 Ca (钙) 钙 Sr (锶) 锶 Ba (钡) 钡 4 12 20 38 56 ⅠA Li(锂 Na(钠 K(钾 Rb(铷 Cs(铯 Li(锂) Na(钠) K(钾) Rb(铷) Cs(铯) 密度/ 0.97 0.86 1.53 1.88 密度 (kg·cm-3) 0.53 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 电负性 失去电子的倾向大, 受到光照射时, 失去电子的倾向大 受到光照射时 10-2 碱金属和碱土金属的性质 金属表面的电子易逸出, 金属表面的电子易逸出,可制造光电 ∨ 由铯光电管制成的自动报警装置, 管(由铯光电管制成的自动报警装置 由铯光电管制成的自动报警装置 碱金属和碱土金属的密度小, 碱金属和碱土金属的密度小,属轻金属 金属性 可报告远处火警); 制成的天文仪器可 A Be(铍) Mg( Be(铍 Mg(镁 Ca(钙 Sr(锶 Ba(钡 Ⅱ可报告远处火警 镁) Ca(钙) Sr(锶) Ba(钡) 根据星光转变的电流大小测出太空中 3.51 密度/ 1.74 1.54 2.6 密度 (kg·cm-3) 1.85 星体的亮度, 0.9 星体的亮度,推算星球与地球的距离 0.7 1.0 0.8 0.8 电负性 金属性递增 是最轻的元素 金属性 金属性递增 ⅠA Li(锂 Na(钠 K(钾 Rb(铷 Cs(铯 Li(锂) Na(钠) K(钾) Rb(铷) Cs(铯) 密度/ 0.97 0.86 1.53 1.88 密度 (kg·cm-3) 0.53 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 电负性 +1 +1 +1 +1 +1 氧化数 E (M+/M) -3.04 -2.713,-2.924 (-2.98) (-3.026) 氧化数与族数一致, 氧化数与族数一致 V 10-2 碱金属和碱土金属的性质 E (Li+/Li)反常,是由于 的半径较小,易 反常, 的半径较小, 反常 是由于Li的半径较小 常见的化合物以离子型为主Ba(钡) Be(铍) Mg(镁) Ca(钙) Sr(锶) Ba(钡 Be(铍 Mg(镁 Ca(钙 Sr(锶 ⅡA 与水分子结合生成水合离子放出较多能量所致 由于Li 密度/(kg·cm-3) 1.85 半径小, 1.74 1.54 2.6 3.51 密度由于Li+、Be2+半径小, 1.0 其化合物具有一定共价性 0.7 0.9 0.8 0.8 电负性 +2 +2 +2 +2 +2 氧化数 E (M+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92 V 10-2 碱金属和碱土金属的性质 碱金属 碱土金属 碱金属 M(s) + (x+y)NH3 M+(NH3)x+:(NH3)y 碱金属和碱土金属的氨溶液: 碱金属和碱土金属的氨溶液 e1. 具有较高的导电性 碱土金属 2. 化学性质与金属本身相同 M(s)+(x+2y)NH3 M2+(NH3)x+2e-(NH3)y 3. 稀碱金属氨溶液是还原剂 可溶于液氨, 可溶于液氨,形成深蓝色溶液 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 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 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 2M + H2 → 2MH H2 碱土金属 M + H2 → MH2 碱金属 2M + 2H2O →2MOH+H2 Ca、Sr、Ba H2O M + 2H2O →M(OH)2+H2 Mg Mg + H2O(g) →MO + H2 碱金属 2M + X2 →2MX 卤素 碱土金属 M + X2 → MX2 Li 6Li + N2 → 2M3N N2 Mg、Ca、 、 、 3M + N2 → M3N2 Sr、Ba 、 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 碱金属 Mg、Ca、 、 、 Sr、Ba 、 Li Na K 、Rb、Cs 、 碱金属 Ca、Sr、Ba 、 、 反应物质 S 反应式 2M + S → M2S M + S → MS 4Li + O2 → 2Li2O 2Na + O2 → Na2O2 M + O2 → MO2 2M + O2 → 2MO M + O2 → MO2 O2 碱金属的制备 一般采用电解熔融盐的方法 450℃下电解 ℃下电解55%LiCl和 和 锂 45%KCl的熔融混合物 的熔融混合物 580℃下电解 ℃下电解40%NaCl 钠 和60%CaCl2的混合物 850℃下, ℃ 钾 用金属还原氯化钾 ℃左右、减压下, 铷、铯 800℃左右、减压下, 用钙还原氯化物 碱土金属的制备 一般采用电解熔融盐的方法 1. 350~400℃下电解 ℃下电解NaCl 铍 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 镁 的水, 的水,再电解 2. 硅热还原 2(MgO·CaO)+FeSi → 2Mg+Ca2SiO4+Fe 碱土金属的制备 一般采用电解熔融盐的方法 1. 700~800 ℃下, 钙 电解CaCl2 和KCl的混合物 电解 的混合物 2. 铝热法: 铝热法: 6CaO+2Al 3Ca+3CaO·Al2O3 锶、钡 铝热法或硅还原法 无机化学多媒体电子教案 第十章 碱金属和碱土金属元素 结束 第二节 结束 E (Li+/Li)可用焓变粗略估计 /Li)可用焓变粗略估计 M(s) + → ?rGm = -z’FE H+(aq) M+(aq) + 1 2 H2(g) = -z’F{ E (H+/H2) - E (Li+/Li)} = z’F E (Li+/Li) 对碱金属若不考虑?rSm 的影响 对碱金属若不考虑? 可用? 可用?rHm 代替 ?rGm △rHm 的计算 M(s) + H (aq) + △rHm ?subHm - ?Hh (H+) H+(g) + eI1(M) -I1(H) 1 H2(g) + M+(aq) 2 - 1 D (H-H) 2 H(g) ?Hh (M+) M(g) M+(g) +e?rHm = { ?subHm + I1(M) + ?Hh (M+)} 1 (H-H) -I (H)} +) + {- ?Hh (H D 1 2 由上式可计算碱金属在水溶液中 转变为水合离子过程的△ 转变为水合离子过程的△rHm 碱金属转变为水合离子过程的有关数据 Li Na K Rb Cs 85.8 403 -293 -241 78.8 376 -264 -246 ?subHm(M)/(kJ·mol-1) 161 108.7 90 520 496 419 I1(M)/(kJ·mol-1) ?Hh (M+)/(kJ·mol-1) -519 -409 -322 -275 -241 -250 ?rHm /(kJ·mol-1) 无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像,也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机,然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”,则可能需要删除该图像,然后重新将其插入。 由上可看出, 虽然?subHm(Li) 和I1(Li)较大, 较大, 由上可看出, 虽然? 较大 较小, 但?Hh (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, 特别大,而导致? 最小, 最小, 最小 最小。 故E (Li+/Li)最小。 最小 无机化学多媒体电子教案 第十章 碱金属和碱土金属元素 第三节氧化物 第三节 氧化物 10-3 氧化物 类型 过氧化物 超氧化物 臭氧化物 低氧化物 正常氧化物 -2 O2氧化数 氧存在形式 -1 -1/2 -1/3 2O2 类型 举 例 Na2O2 CaO2 KO2 KO3 Cs7O Na2O、CaO 、 O 2 O3 - 10-3 氧化物 形成 在空气中 类 型 间接形成 直接形成 Li、Be、Mg Ca、Sr、Ba 、 、 、 、 正常氧化物 ⅠA、ⅡA族 、 族 所有元素 除Be外的 外的 Na 过氧化物 所有元素 超氧化物 Na、K、 、 、 Rb、Cs 、 除Be、Mg、 、 、 Li外所有元素 外所有元素 1010- Na2O K2O Rb Li2O 3-1 正常氧化 2O Cs2O 碱土金属氧化物由于阴、 碱土金属氧化物由于阴、阳离子带两个 物 白色 核间距较小 颜色 白色 M与O核间距较小,MO具有 淡黄色 亮黄色 具有 单位电荷, 单位电荷 与 核间距较小, 橙红色 熔点/℃ 熔点/℃ >1700 1275 350(分解 400熔点高。分解 分解) 分解) 分解 分解 较大晶格能,所以硬度大, (分解 400(分解 较大晶格能,所以硬度大,熔点高。分解) BeO MgO CaO SrO BaO 熔点/℃ 熔点/℃ 2530 2852 2614 2430 1918 9 是重要建筑材料; 5.6 4.5 3.5 是重要建筑材料; (金刚石 具有反射放射性射线的能力, 金刚石=10) 金刚石 具有反射放射性射线的能力, 硬度 碱土金属的氧化物均为白色 10-3-1 正常氧化物 3.3 在水中溶解度一般较小 常用来制造耐火材料和金属陶瓷 可做熔矿剂; 可做熔矿剂; M-O核间 常用作原子反应堆外壁砖块材料 277 165 210 240 257 距/pm 制取电石的原料 10-3-2 过氧化物和超氧化物 在碱性介质中是强氧化剂 常用作熔矿剂 强氧化剂 在碱性介质中是强氧化剂,常用作熔矿剂 如 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 → 4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O 室温下,与水或稀酸反应生成 室温下,与水或稀酸反应生成H2O2 如 Na2O2 + 2H2O → 2NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O2 2KO2 + 2H2O → 2KOH + H2O2 + O2↑ 2KO2 + H2SO4 → K2SO4 + H2O2 + O2↑ 2H2O2 → 2H2O + O2↑ 10-3-2 过氧化物和超氧化物 反应放出O 与CO2 反应放出 2 如 2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2↑ 4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2↑ 10-3-2 过氧化物和超氧化物 Na2O2