《无机化学》碱金属和碱土金属.ppt

无无 机机 化化 学学-碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属化学与生命科学学院化学与生命科学学院 专业基础课专业基础课碱金属和碱土金属的用途1、金属锂、金属锂 制造制造Al-Li合金合金, 质量轻且强度大质量轻且强度大, 用于空间飞行器用于空间飞行器制造高功率长效电池用于手表制造高功率长效电池用于手表, 计算机计算机, 心脏起博心脏起博同位素同位素63Li用用中子轰击产生热核武器的原料中子轰击产生热核武器的原料“氚氚”制造氢化锂等制造氢化锂等,用作催化剂用作催化剂2、金属钠、金属钠多年来它的最大用途是由铅钠合金与烷基氯生多年来它的最大用途是由铅钠合金与烷基氯生产汽油抗震剂，四乙基铅（现己被禁用）产汽油抗震剂，四乙基铅（现己被禁用）4PbNa +4C2H5Cl =（C2H5）4Pb + Pb +4NaCl钠的新用途正在被开发，钠的导电率超过铜和铝，现已制成地下辅设的钠电缆，钠基电池像锂电池一样，是一种高能电池，钠硫电池可在300度条件下工作3、铯、铯铯（铷钾）在光照下逸出电子，因而是制造光铯（铷钾）在光照下逸出电子，因而是制造光电池的良好材料电池的良好材料133Cs厘米波的振动频率（厘米波的振动频率（9192631770s-1）在长在长时间内保持稳定，利用此特性制作的铯原子钟测时间内保持稳定，利用此特性制作的铯原子钟测准至准至1X10-9s，300年内误差不超过年内误差不超过1s。

4、铍、铍铍与镁和铝是所谓的轻金属铍与镁和铝是所谓的轻金属7080%用于制合用于制合金，因其弹性金，因其弹性-质量比、拉伸应力和导热性高，用质量比、拉伸应力和导热性高，用于各种飞行器目前发射到空间轨道上的飞行器于各种飞行器目前发射到空间轨道上的飞行器中镁比其他任何金属都要多另，用氧化铍制特中镁比其他任何金属都要多另，用氧化铍制特种陶瓷第十七章第十七章 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属17-1通性通性问题碱金属元素有哪些基本共性？问题碱金属元素有哪些基本共性？答：答：与同周期元素相比，碱金属元素的原子半径和离子与同周期元素相比，碱金属元素的原子半径和离子半径均最大，在同族中，半径随原子序数增大而增大；半径均最大，在同族中，半径随原子序数增大而增大； 价电子层结构为价电子层结构为，第一电离能与电负性较小，第一电离能与电负性较小，且随原子序数增大而减小；且随原子序数增大而减小； 与同周期元素相比，碱金属元素具有较低的标准电与同周期元素相比，碱金属元素具有较低的标准电极电势在同族中（除锂之外，最低），随原子序数增大极电势在同族中（除锂之外，最低），随原子序数增大依次降低；依次降低； 低密度，低硬度，低熔沸点及高的化学活性。

低密度，低硬度，低熔沸点及高的化学活性 问题锂表现出的性质与本族其它元素问题锂表现出的性质与本族其它元素相相 比有很大的差异，其产生的原因是什么？比有很大的差异，其产生的原因是什么？ 除硝酸锂外，大多数锂盐都难溶于水除硝酸锂外，大多数锂盐都难溶于水 硝酸锂的分解产物是氧化锂、硝酸锂的分解产物是氧化锂、NO2和和O2 答：锂的原子半径和离子半径很小，其离子答：锂的原子半径和离子半径很小，其离子的极化力是的极化力是 碱金属中最强的，它的溶剂化作用碱金属中最强的，它的溶剂化作用和形成共价键的趋势异常大，和形成共价键的趋势异常大，离子外层电离子外层电子构型也不同与其它碱金属的电子外壳子构型也不同与其它碱金属的电子外壳 表表2 碱土金属的熔沸点碱土金属的熔沸点(K) 铍铍 镁镁 钙钙 锶锶 钡钡熔点熔点 1551 921 1112 1042 998沸点沸点 3043 1363 1757 1657 1413表表 碱金属的熔沸点（碱金属的熔沸点（K） 锂锂 钠钠 钾钾 铷铷 铯铯熔点熔点 453 370 336 311 301沸点沸点 1615 1156 1032 959 942 由此可见，碱金属的熔沸点较低，而碱土金属的较高。

由此可见，碱金属的熔沸点较低，而碱土金属的较高为什么？为什么？ 碱土金属有两个价电子用于形成金属键，半径也比碱金碱土金属有两个价电子用于形成金属键，半径也比碱金属小17-2 碱金属和碱土金属的单质碱金属和碱土金属的单质2-1 存在和制备存在和制备 一、一、 存在存在 锂辉石锂辉石Li2OAl2O34SiO2， 钠长石钠长石NaAlSi3O8，钾长石钾长石KAlSi3O8，绿柱石绿柱石3BeOAl2O36SiO2 白云石白云石CaCO3MgCO3菱美矿菱美矿MgCO3 光卤石光卤石KClMgCl26H2O，方解石方解石CaCO3石膏石膏CaSO42H2O明矾石明矾石K2SO4Al2(SO4)324H2O，天青石天青石SrSO4重晶石重晶石BaSO4二、制备二、制备1、电解法、电解法思考思考 电解氯化钠水溶液的产物是什么？电解氯化钠水溶液的产物是什么？ 氟是如何制取的？氟是如何制取的？钠的制取钠的制取 电解电解2NaCl（熔融）熔融） = 2Na + Cl2 压实的无定形压实的无定形C作阳极，铜制电解槽为阴极，电解两份作阳极，铜制电解槽为阴极，电解两份HF与三份与三份KHF2的熔融液制备的熔融液制备F2问题问题3 KHF2的的作用是什么？作用是什么？CaCl2的作用是什么？的作用是什么？答：答：降低电解质的熔点，防止钠的挥发。

降低电解质的熔点，防止钠的挥发NaCl的的熔点熔点是是1073K，Na的的沸点沸点是是1156K，混合盐的熔点是混合盐的熔点是873K 减小金属钠的分散性减小金属钠的分散性 因为钠容易分散在熔融盐中，难于分离出来，因为钠容易分散在熔融盐中，难于分离出来， 而钠而钠的密度比熔融混合物的密度小，的密度比熔融混合物的密度小，钠易浮在上面钠易浮在上面问题问题4 为什么不用电解法制钾？为什么不用电解法制钾？RbCl + Ca = Ca Cl2 + 2Rb 2CsAlO2 + Mg = MgAlO2 + 2Cs 问题问题5上述反应与根据标准电极电势排列上述反应与根据标准电极电势排列的金属活动顺序是否矛盾，为什么？的金属活动顺序是否矛盾，为什么？答：否因为标准电极电势是金属在水溶答：否因为标准电极电势是金属在水溶液中表现出的性质而上述反应是在熔融液中表现出的性质而上述反应是在熔融态下进行的态下进行的因为金属因为金属K熔于氯化钾而难以分离熔于氯化钾而难以分离2、金属置换法、金属置换法 KCl + Na 高温低压高温低压 NaCl + K 碱土金属的制备通常也用电解法试问：碱土金属的制备通常也用电解法试问：镁为什么采用电解氯化镁的方法，而不是电镁为什么采用电解氯化镁的方法，而不是电解氧化镁？解氧化镁？2-3 单质的化学性质单质的化学性质LiNaKRbCsBeMgCaSrBa活泼性增强金属活泼性增强金属活泼性增强一、与水的反应一、与水的反应问题问题6 根据标准电极电势，锂与水的反应活根据标准电极电势，锂与水的反应活泼性比铯还强，然而实际上锂还不如钠活泼。

泼性比铯还强，然而实际上锂还不如钠活泼这是为什么？这是为什么？答：答：锂的熔点较高，反应放出的热量不足锂的熔点较高，反应放出的热量不足以使它熔化，钠在反应时则被熔化，因而固以使它熔化，钠在反应时则被熔化，因而固体锂与水接触的表面积不如液体钠大；体锂与水接触的表面积不如液体钠大； 反应产物反应产物LiOH的溶解度小，它覆盖在锂的溶解度小，它覆盖在锂的表面，阻碍反应的进一步进行的表面，阻碍反应的进一步进行 二、与二、与O2的反应的反应 Li+ Na K,Rb,CsO2 Li2O (普通氧化物） Na2O2 （过氧化物）过氧化物）KO2 ，RbO2，CsO2 （超氧化物）超氧化物） 三、与氧化物的反应三、与氧化物的反应Mg +SiO2 Si +MgOMg +CO2 ？ Mg +H2O（g） ？ （MgO +C） （MgO + H2 ） M（s）+（x+y）NH3 M（NH3）+x + e（NH3）-y钠溶于某些干燥的有机溶剂如醚也会产生溶剂钠溶于某些干燥的有机溶剂如醚也会产生溶剂合电子的颜色合电子的颜色问题问题7钠的这种性质有什么用途？钠的这种性质有什么用途？问题问题8 碱金属单质如何保存？碱金属单质如何保存？17-3 碱金属和碱土金属的化合物碱金属和碱土金属的化合物3-1 氧化物氧化物一、普通氧化物一、普通氧化物1碱金属普通氧化物的制取碱金属普通氧化物的制取问题问题9 Li2O和和Na2O分别用什么方法制取？分别用什么方法制取？答：答：Li2O （白）：锂在纯氧中燃烧。

在空白）：锂在纯氧中燃烧在空 气中会生成气中会生成Li3N Na2O（白）：白）：2Na+O2 = Na2O2 Na2O2 +2 Na = 2Na2O K2O（淡黄）淡黄） ：2KNO3 +10 K =6 K2O + N2 Rb2O（亮黄）：与氧化钾类似亮黄）：与氧化钾类似 Cs2O（橙黄）：与氧化钾类似橙黄）：与氧化钾类似2碱土金属普通氧化物的制取方法有三：碱土金属普通氧化物的制取方法有三： M +O2 MO（白色固体）白色固体） MCO3 MO +CO2 M（NO3）2 MO +NO2 + O2 问题问题10 BeO与同族其它元素氧化物的不同与同族其它元素氧化物的不同 之处之处 是什么？是什么？答：答： BeO属属ZnS型离子晶体型离子晶体（配位（配位 数是数是4：4) 而其它而其它碱土金属普碱土金属普 通氧化物是通氧化物是NaCl型型 离子晶体离子晶体 二、过氧化物二、过氧化物 O2的分子轨道的分子轨道 KK（2s）2（2s*）2（2p）2 （2p ）4 2*py ）1（2p*z ）1 过氧离子过氧离子O2-2 的分子轨道的分子轨道KK（2s）2（2s*）2（2p）2 （2p）4（2*py）2（2p*z）2 问题问题11 Na2O2有哪些典型的化学性质？有哪些典型的化学性质？答：答： 与水反应：与水反应： Na2O2+2H2O（冷）冷）= H2O2 +2 NaOH 与酸反应：与酸反应： Na2O2+H2SO4 （稀）稀）= H2O2 + Na2SO4 2H2O2 = 2H2O +O2 与与CO2反应：反应： 2Na2O2+ 2CO2 = 2Na2 CO3 +O2 强氧化性：在碱性介质中是强氧化剂强氧化性：在碱性介质中是强氧化剂 3Na2O2+Cr2O3 = 2Na2CrO4 + Na2ONa2O2+MnO2 = Na2MnO4三、超氧化物三、超氧化物超氧超氧离子离子O2-的分子轨道的分子轨道：KK（2s）2（2s*）2（2p）2 （2p）4（2*py）2（2p*z）1 问题问题12超氧化物与过氧化物的性质超氧化物与过氧化物的性质 有哪些相似之处？有哪些相似之处？ 答：答：2KO2 +2H2O = H2O2 +2KOH+O2 4KO2+2CO2 = 2K2CO3 +3O2 思考思考1 至今没发现过氧化物的是：至今没发现过氧化物的是： （A）Be （B）K，Rb，Cs （C）Li （D）A思考思考2 防毒面具中可用防毒面具中可用 作二氧化碳的作二氧化碳的 吸收剂和供氧剂，吸收剂和供氧剂， 除此之外防毒面具还有什么物质除此之外防毒面具还有什么物质 。

思考思考3 熔化熔化Na2O2时选用时选用 A 、瓷制容器瓷制容器 B、石英容器石英容器 C、铸铁容器铸铁容器 D、镍制容器镍制容器思考思考4钙在空气中的燃烧产物是钙在空气中的燃烧产物是 1）CaO （2）CaO2 （3）CaO+CaO2 （4）CaO+Ca3N2练习练习1写出室温下锂在空气中的所有反应写出室温下锂在空气中的所有反应 答答 Li + O2 Li2O Li + N2 Li3N Li + H2O LiOH+ H2 Li2O + H2O LiOH Li2O + CO2 Li2CO3 LiOH + CO2 Li2CO3 +H2O练习练习2 写出写出Na2O2分别与分别与CO2、SiO2、Al2O3、 SO2、Fe（CrO2）2的反应方程式。