暨大无机化学课件碱和碱土金属.ppt

第第10章章 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属 0IIAIAIIBIVBIIIBVB VIBVIIBVIIIIBVIIAIIIA IVA VA VIAH氢He氦Li锂Be铍B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖Na钠Mg镁Al铝Si硅P磷S硫Cl氯Ar氩K钾Ca钙Sc钪Ti钛V钒Cr铬Mn锰Fe铁Co钴Ni镍Cu铜Zn锌Ga镓Ge锗As砷Se硒Br溴Kr氪Rb铷Sr锶Y钇Zr锆Nb铌Mo钼Tc锝Ru钌Rh铑Pd钯Ag银Cd镉In铟Sn锡Sb锑Te碲I碘Xe氙Cs铯Ba钡Lu镥Hf铪Ta钽W钨Re铼Os锇 Ir铱Pt铂Au金Hg汞Tl铊Pb铅Bi铋Po钋At砹Rn氡Fr钫Ra镭Lr铹RfDbSgBhHsMt Uun*Uun*Uun*镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱锕系Ac锕Th钍Pa镤U铀Np镎Pu钚Am镅Cm锔Bk锫Cf锎Es锿Fm镄Md钔No锘族周期1234567p区s区d区f区s s区区区区最外电子层结构最外电子层结构ns1ns2从从 IA 族到族到 IIA 族族元素周期表IA族和族和IIA族元素的价电子层结构和氧化态族元素的价电子层结构和氧化态元素元素锂锂钠钠钾钾銣銣铯铯钫钫铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡镭镭符号符号Li NaKRb Cs FrBe Mg Ca Sr Ba Ra序号序号3111937558741220385688电子电子结构结构2s13s14s15s16s17s12s23s24s25s26s27s2主要主要氧化氧化态态+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+2一、一、价电子层结构价电子层结构和氧化态和氧化态价电子层结构是价电子层结构是ns1，ns2 ;碱金属碱金属(Alkali Metal)元素主要表元素主要表现现1氧化态；氧化态；碱土金属碱土金属(Alkali Soil Metal)元素元素主要表现主要表现2氧化态。

氧化态二、原子半径和离子半径二、原子半径和离子半径碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径元素元素LiNaKRbCs原子半径原子半径/pm152186227248265离子半径离子半径/pm76102138152167元素元素BeMgCaSrBa原子半径原子半径/pm111160197215217离子半径离子半径/pm4572100118136 两族元素的原子有较大的原子半径，两族元素的原子有较大的原子半径，从上到下，原子半径增大；从上到下，原子半径增大；离子半径小于原子半径；离子半径小于原子半径；锂和铍在各相应族中有特别小的原子锂和铍在各相应族中有特别小的原子半径和离子半径，且为半径和离子半径，且为2电子构型，极电子构型，极化力特别强，因此它们的化合物具有明化力特别强，因此它们的化合物具有明显的共价性显的共价性三、三、形成化合物的成键特征形成化合物的成键特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、Be2+主要形成共主要形成共价型化合物价型化合物大多数元素形成大多数元素形成离子型化合物离子型化合物四、单质的性质四、单质的性质1.物理性质物理性质碱金属和碱土金属的物理性质碱金属和碱土金属的物理性质金属金属LiNaKRbCs密度密度/(gmL-1)0.5340.9680.891.5321.879硬度硬度(金刚石金刚石10)0.60.40.50.30.2熔点熔点/180.5497.8263.3839.3128.44沸点沸点/1341881.4759691668.2金属金属BeMgCaSrBa密度密度/(gmL-1)1.8481.7381.552.643.51硬度硬度(金刚石金刚石10)-2.01.51.8-熔点熔点/1287651842757727沸点沸点/24671100148413661845 密度小，硬度低；密度小，硬度低；碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。

碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高碱土金属由于核外有2个有效成键电子，金属键强度大，熔沸点及硬度均较碱金属高碱土金属物理性质的变化不是那么有规律，是由于碱土金属晶格类型不是完全相同的缘故，碱金属皆为体心立方，如Be、Mg：六方；Ca、Sr：面心立方；Ba：体心立方碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形成离子型化合物成离子型化合物2.化学性质化学性质（1）固态）固态碱金属和碱土金属的电离能和电负性碱金属和碱土金属的电离能和电负性元素元素LiNaKRbCs电离能电离能I1/(kJmoL-1)电离能电离能I2/(kJmoL-1)526.417295502.044591425.023088409.222675381.902436电负性电负性0.980.930.820.820.79元素元素BeMgCaSrBa电离能电离能I1/(kJmoL-1)电离能电离能I2/(kJmoL-1)电离能电离能I3/(kJmoL-1)905.63176814939743.9414607658596.111524942555.710704351508.99713575电负性电负性1.571.311.000.950.89碱金属和碱土金属的电离能和电负性碱金属和碱土金属的电离能和电负性是化学活泼性很强的金属元素；是化学活泼性很强的金属元素；两个族中从上到下，元素的第一电离能和两个族中从上到下，元素的第一电离能和电负性依次降低；电负性依次降低；表面上看碱土金属失去表面上看碱土金属失去2个电子形成二价正个电子形成二价正离子似乎很困难，实际上生成化合物时所离子似乎很困难，实际上生成化合物时所释放的晶格能足以补偿失去第二个电子时释放的晶格能足以补偿失去第二个电子时所需吸收的能量，但失去第三个电子就困所需吸收的能量，但失去第三个电子就困难了。

难了碱金属和碱土金属的标准电极电势碱金属和碱土金属的标准电极电势（2）水溶液）水溶液金属金属LiNaKRbCs /V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027金属金属BeMgCaSrBa /V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906标准电极电势值都很小，单质金属都是强标准电极电势值都很小，单质金属都是强的还原剂；的还原剂；从上到下，从上到下，减小，还原性增减小，还原性增强；强；小表现出反常小表现出反常性最活泼的金属是锂最活泼的金属是锂补充：补充：焰色反应焰色反应(Flame Reaction)在分析化学上，这两族元素的金属单质或它们在高温下能挥发而不分解的化合物有一个重要性质，即在高温火焰中燃烧时产生有特征颜色的火焰，可用于这些元素的定性和定量分析，这个性质与这些原子的价电子容易激发有关碱金属和碱土金属的火焰颜色碱金属和碱土金属的火焰颜色元素元素BeMgCaSrBa火焰颜色火焰颜色极明亮眩极明亮眩极明亮眩极明亮眩目的光焰目的光焰目的光焰目的光焰橙红橙红橙红橙红深红深红深红深红绿绿绿绿波长波长/nm714.9 687.8 553.5元素元素LiNaKRbCs火焰颜色火焰颜色深红深红深红深红黄黄黄黄紫紫紫紫红紫红紫红紫红紫蓝蓝蓝蓝波长波长/nm670.8589.2766.5780.0455.5五、五、碱金属和碱土金属的重要化学反应碱金属和碱土金属的重要化学反应碱金属单质的化学反应碱金属单质的化学反应碱金属单质的化学反应碱金属单质的化学反应MPO2+CO2O2SN2H2H2OX2M3PM2CO3MOH+H2MHM2SMX（X=卤素）M3N(M=Li)M2O (M=Li)M2O2 (M=Na)MO2 (M=K,Rb,Cs)碱土金属单质的化学反应碱土金属单质的化学反应碱土金属单质的化学反应碱土金属单质的化学反应MNaOHNH3水蒸气水蒸气H2X2M3N2(M=Mg)Be(OH)42-+H2MH2MO+H2(M=Be,Mg)MO2 (M=Ba),MOMX2M(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)N2H2OO2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H2两族元素形成的化合物在性质上的异同两族元素形成的化合物在性质上的异同主要是离子型的主要是离子型的化合物；化合物；氧化物水合物一氧化物水合物一般是强碱；般是强碱；碱和盐多是强电碱和盐多是强电解质；解质；同强酸形成的盐同强酸形成的盐基本不水解。

基本不水解IA族元素的碱族元素的碱和盐大多是易和盐大多是易溶于水的；溶于水的；而而IIA元素的碱元素的碱和盐一般有较和盐一般有较低的溶解度低的溶解度相相似似性性差差异异性性通常通常条件下条件下碱金属碱金属碱土金属碱土金属氧的存氧的存在形式在形式氧化物氧化物M2O MOO2-过氧化物过氧化物M2O2 MO2(M=Ca Sr Ba),O22-超氧化物超氧化物MO2(M=K,Rb,Cs)MO4(M=Ca Sr Ba)O2-臭氧化物臭氧化物MO3(M=K,Rb,Cs）O3-碱金属、碱土金属的氧化物碱金属、碱土金属的氧化物有趣的现象 体积较大的超氧阴离子和体积较大的超氧阴离子和臭氧阴离子更容易被体积较大臭氧阴离子更容易被体积较大的正离子稳定的正离子稳定在空气中燃烧碱金属所得产物不同：在空气中燃烧碱金属所得产物不同：LiLi2ONaNa2O2K、Rb、CsKO2、RbO2、CsO2离子间的匹配具有如下选择性：离子间的匹配具有如下选择性：半径较小的阳离子趋向和半径较小的阴离子结合；半径较小的阳离子趋向和半径较小的阴离子结合；半径较大的阳离子趋向和半径较大的阴离子结合；半径较大的阳离子趋向和半径较大的阴离子结合；半径小的阳离子趋向和价数高的阴离子结合。

半径小的阳离子趋向和价数高的阴离子结合1.正常氧化物正常氧化物 制备制备 碱金属碱金属碱金属碱金属2Na+Na2O22Na2O10K+2KNO36K2O+N2间接方法制备间接方法制备间接方法制备间接方法制备2M+O2 2MOMCO3 MO+CO2碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属2M(NO3)22MO+4NO2+O2性质性质碱金属、碱土金属氧化物的物理性质碱金属、碱土金属氧化物的物理性质物理性质物理性质物质物质Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色颜色白白白白淡黄淡黄亮黄亮黄橙红橙红熔点熔点/17001275350400490物质物质BeOMgOCaOSrOBaO颜色颜色白白白白白白白白白白熔点熔点/25302852261424301918热稳定性总趋势热稳定性总趋势:从从 Li Cs,从从 Be Ba 逐渐降低逐渐降低碱土金属的氧化物（除碱土金属的氧化物（除BeO）都是都是NaCl晶格的离子型化合物，由于正负离晶格的离子型化合物，由于正负离子都是带有两个电荷，子都是带有两个电荷，M-O距离又较小，距离又较小，所以所以MO具有较大的晶格能具有较大的晶格能化学性质（与水反应）化学性质（与水反应）M2O+H2O 2MOHMO+H2O M(OH)2（M=Ca、Sr、Ba）2.过氧化物过氧化物(Peroxide)O2分子结合两个电子，形成过氧离子分子结合两个电子，形成过氧离子O22-，或共价的过氧链或共价的过氧链OO：构成离子构成离子型过氧化物（如型过氧化物（如Na2O2、BaO2），），或共价型或共价型过氧化物（如过氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。

2-结构结构O的氧化数为的氧化数为-12Na+O2 Na2O2 制备（制备（Na2O2）性质一：碱性介质中是强氧化剂性质一：碱性介质中是强氧化剂性质性质性质二：氧气发生剂性质二：氧气发生剂性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性性质一：碱性介质中是强氧化剂性质一：碱性介质中是强氧化剂Na2O2常用作氧化分解矿石的溶剂常用作氧化分解矿石的溶剂性质二：氧气发生剂性质二：氧气发生剂易吸潮，呈强碱性易吸潮，呈强碱性Na2O2常用作漂白剂和氧气发生剂常用作漂白剂和氧气发生剂性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂性质三：二氧化碳吸收剂和氧。