无机化学第十二章.pdf

第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属Chapter 12Alkali Metals and Alkali-earth Metals 第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.1 通性通性§§12-1 碱金属和碱土金属的通性碱金属和碱土金属的通性电子构型电子构型：：ns1和和ns2由于每周期从碱金属元素开始建立新的电子层，这两族金属原子都有较大的半径，而且原子实具有稀有气体原子结构，价电子容易失去而转入化合态，因而这两族元素的单质在性质上表现为由于每周期从碱金属元素开始建立新的电子层，这两族金属原子都有较大的半径，而且原子实具有稀有气体原子结构，价电子容易失去而转入化合态，因而这两族元素的单质在性质上表现为密度小、熔点低和化学活泼性高密度小、熔点低和化学活泼性高的特点碱金属和碱土金属元素形成化合物的成键特征碱金属和碱土金属元素形成化合物的成键特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、、Be2+、、Mg2+主要形成共价型化合物主要形成共价型化合物大多数元素形成离子型化合物大多数元素形成离子型化合物第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.1 通性通性碱金属碱金属 (alkalin metals) (ⅠⅠA): ns1碱土金属碱土金属 (alkalin earth metals) (ⅡⅡA): ns2lithiumsodiumpotassiumrubidiumcaesiumfranciumberylliummagnesiumcalciumstrontiumbariumradium原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.1 通性通性§§12-2 碱金属和碱土金属的单质碱金属和碱土金属的单质第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质LiNa KRbCsBeMgCa SrBa●都是最活泼的金属●都是最活泼的金属单质单质 (simple substance)●形成的化合物大多是离子型的●通常只有一种稳定的氧化态●同一族自上而下性质的变化有规律●形成的化合物大多是离子型的●通常只有一种稳定的氧化态●同一族自上而下性质的变化有规律第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质一、物理性质一、物理性质电子结构决定单质有银白色金属光泽，具有良好的导电性和延展性。

熔点低、沸点低碱土金属的熔沸点、硬度、密度比碱金属高得多电子结构决定单质有银白色金属光泽，具有良好的导电性和延展性熔点低、沸点低碱土金属的熔沸点、硬度、密度比碱金属高得多第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质金属金属LiNaKRbCsFr 密度密度(g.dm-3)0.530.970.861.531.90原子体积原子体积(ml.mol-1)12.923.745.556.169.8熔点熔点1809863.53928.5 沸点沸点1336883759750670金属金属BeMgCaSrBaRa 密度密度(g.dm-3)1.851.751.552.63.65.0原子体积原子体积(ml.mol-1)4.8514.026.134.038.345.2熔点熔点1280651851800850960 沸点沸点150011071437136615371140碱金属和碱土金属的一些物理性质碱金属和碱土金属的一些物理性质第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质? 密度小，硬度低，熔沸点低；密度小，硬度低，熔沸点低；? 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第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质二、化学性质二、化学性质电子结构也决定了它们都是化学性质十分活泼的金属电子结构也决定了它们都是化学性质十分活泼的金属Li →→ Cs; Be →→ Ba 活泼性增强，还原性增强 它们的化合物通常为活泼性增强，还原性增强 它们的化合物通常为离子型离子型化合物只有化合物只有Li、、Be、、Mg的某些化合物具有较明显的的某些化合物具有较明显的共价性共价性第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质元素元素LiNa KRbCsFr第一电离势第一电离势/eV5.3905.138 4.3894.1763.893电负性电负性1.00.90.80.80.70.7元素元素BeMgCaSrBaRa第一电离势第一电离势/eV9.3907.644 6.1115.6925.215.28电负性电负性1.51.21.01.00.90.9碱金属和碱土金属的第一电离势和电负性碱金属和碱土金属的第一电离势和电负性第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质元素元素LiNaKRbCsE /V-3.02-2.71-2.92-2.99-3.02元素元素BeMgCaSrBaE /V-1.70-2.34-2.87-2.89-2.90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第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2 O Na2 O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO Ba2 O2Gc2-706-18.12Li2 ONa2 O2KO21、与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物、与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物镁带的燃烧镁带的燃烧你能发现这些氧化物的形式有什么不同？第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质该问题可以从以下几个方面讨论：该问题可以从以下几个方面讨论： 1. 燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测. 哪一个燃烧反应的△哪一个燃烧反应的△G负值最大，产物就是哪一个。

例如，负值最大，产物就是哪一个例如，Na 生成生成Na2 O、、Na2 O2 和和 NaO2 的△的△G 分别是分别是 -376 kJ·mol-1, -430 kJ·mol-1和和 –389.2 kJ·mol-1, 因此燃烧产物就是因此燃烧产物就是 Na2 O2 .2. △△G 的大小则由决定的大小则由决定. 其中熵变一般对△其中熵变一般对△G的贡献比较小， △的贡献比较小， △G的大小主要由△的大小主要由△r Hm 来决定来决定. △△r Hm 则要由设计的则要由设计的 Born-Haber 循环来决定而循环中的晶格能值的大小对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大循环来决定而循环中的晶格能值的大小对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大3. 晶格能又正比于阴、阳离子电荷的乘积，反比于阴、阳离子的距离这样就要求阴、阳离子具备一定的晶格能又正比于阴、阳离子电荷的乘积，反比于阴、阳离子的距离这样就要求阴、阳离子具备一定的 “匹配匹配” 条件，产生最好的能量效应此即所谓的条件，产生最好的能量效应此即所谓的“大大-大，小大，小-小小”规则Δ 规则Δ r Gm = ΔΔr Hm - -T Δ Δ r Sm为什么在空气中燃烧碱金属所得的产物不同？为什么在空气中燃烧碱金属所得的产物不同？QuestionQuestion第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质2、与水作用、与水作用CaLiNaK●碱金属被水氧化的反应为●碱金属被水氧化的反应为: 2 M(s) + 2 H2 O (l) →→ 2 M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2 (g) 钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃.●碱土金属被水氧化的反应为●碱土金属被水氧化的反应为:M(s) + 2 H2 O (l)→→ M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2 (g)钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致密的氧 化物保护膜而显得十分稳定钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致密的氧 化物保护膜而显得十分稳定.金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么Li 与水反应没有其它金属与水的反应激烈？与水反应没有其它金属与水的反应激烈？电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并无直接的联系。

Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1）锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并无直接的联系Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1）锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性质性质Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中的溶解度在水中的溶解度/(mol·L- -1)QuestionQuestion第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质3、焰色反应、焰色反应 (flame reaction)元素元素Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba颜色深红黄紫红紫蓝橙红深红绿波 长颜色深红黄紫红紫蓝橙红深红绿波 长/ nm 670.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应 (flame reaction). 可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外.第十二章碱金属和碱土金属第十二章碱金属和碱土金属§§12.2 单质单质4、与液氨的作用、与液氨的作用)am(e)am(MM(s)(l)NH3 −++====碱金属在液氨中的溶解度碱金属在液氨中的溶解度 (- -35℃℃)碱 金 属 元 素碱 金 属 元 素 M Li Na K Rb Cs溶解度溶解度/ (mol · L- -1) 15.7 10.8 11.8 12.5 13.0碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达到了超出人们想象的程度碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达到了超出人们想象的程度. 溶于液氨的反应如下：溶于液氨的反应如下：第。