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第八章 主族金属元素(一) 碱 金属和碱土金属. 第一节 化学元素的自然资源 第二节 碱金属 第三节 碱土金属. 第一节 化学元素的自然资源. 1-1 地壳中元素的分布和存在类型 ( 见 P169 表 8-1 ). 1-2 元素资源的存在形式和提取、利用. 1 化学矿物 2 天然含盐水 3 大气 4 农副产品 5 工业废料. Gc2-704-18.8. Na. K. Li. Rb Cs. Sr. Mg. Ca. Be. Ba. 第二节 碱金属. 2-1 碱金属元素概述. 1 、 价电子构型 - PowerPoint PPT Presentation
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第八章 主族金属元素(一) 碱 金属和碱土金属
第一节 化学元素的自然资源
第二节 碱金属
第三节 碱土金属
第一节 化学元素的自然资源
1-1 地壳中元素的分布和存在类型 ( 见 P169 表 8-1 )
1-2 元素资源的存在形式和提取、利用
1 化学矿物
2 天然含盐水
3 大气
4 农副产品
5 工业废料
Gc2-704-18.8
Li Na KRb Cs
Be Mg Ca Sr Ba
第二节 碱金属
2-1 碱金属元素概述
1 、 价电子构型
碱金属 (IA ): ns1
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
2 、单质的物理性质 :
有金属光泽
密度小
硬度小
熔点低
导电、导热性好
图片
Gc2-705-18.9
s 区单质的熔点变化
3 、存在形式由于碱金属和碱土金属的化学性质很活泼,所以它们只能以化
合状态存在于自然界中 。主要矿物有:
绿柱石 :
菱镁矿 :
萤石:
天青石 :
大理石 :
83OAlSiNa
83OAlSiK
O6HMgClKCl 22
O3H)(SOK(AlO) 2243
23 )LiAl(SiO
6323 )(SiOAlBe
3MgCO
O2HCaSO 24
3CaCO
2CaF
4SrSO
4BaSO
钠长石 :
钾长石 :
明矾石 :
锂辉石 :
光卤石 :石 膏 :
重晶石 :
2-2 金属钠和钾
钠和钾性质相似,质软,均能与水剧烈作用生成对应的碱和氢气,易引起燃烧和爆炸,需贮存于煤油和石蜡油中。
钠和钾具有高的活泼性和强传热性,在冶金工业中是重要的还原剂。
制备方法:1、电解熔融盐
如: 2NaCl === 2Na + Cl2
电解
2 、热还原法
如: K2CO3 +2C===2K + 3CO
3 、金属置换法 ( 工业上制取钾 )
如: KCl +Na == NaCl + K↑
1473K
真空
2-3 碱金属的氢化物
离子型氢化物
LiH NaH KH RbH CsH
-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3
1
fr
molkJΔ
H
( 1 ) 均为白色晶体 , 热稳定性差
( 2 ) 还原性强
V)23.2)/H(H( 2 E
钛的冶炼 :
2LiOHTiTiO2LiH 2
24 2H4NaClTiTiCl4NaH
剧烈水解 :
(g)HMOHOHMH 22
形成配位氢化物
3LiCl]Li[AlHAlCl4LiH 43 (无水)乙醚
铝氢化锂
]Li[AlH4 受潮时强烈水解
2324 4HAl(OH)LiOHO4HLiAlH
2-4 碱金属的氧化物和氢氧化物
1 、钠、钾的氧化物
单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物:Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2
(1) 与 H2O 的作用 :
22222
22222
22II
2Ι
2
OOH2KOHO2H2KO
OH2NaOHO2HONa
M(OH)OHOM
2MOHOHOM
( Li Cs 剧烈程度)
( BeO 除外)
(2) 与 CO2 的作用:
)(g3OCO2K2CO4KO
)g(OCO2Na2COO2Na
COLiCOOLi
23222
232222
3222
( 3 )与矿石一起熔融分解矿物
(可溶于水)(不溶于水)
熔融
OH3CrONa4OFeONa7)OCrFeO(2 242322232
(可溶于水)(不溶于水)
熔融
OMnNaONaMnO 42222
熔矿时要使用铁或镍制坩埚,陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀 . 熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸 , 使用时要倍加小心。
2 钠和钾的氢氧化物
LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
中强 强 强 强 强
性质:⑴ 易吸水溶解
⑵ 溶解度与碱性
( 箭头指向 ) 溶解度增大 , 碱性增强
+ H2O MOHM2O
NaOH 、 KOH 的性质
碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用,所以称它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性钠 (
又名烧碱 ) 和苛性钾。它们都是白色晶状固体,具有较低的熔点。除氢氧化锂外,其余碱金属的氢氧化物都易溶于水,并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解,所以固体 NaOH
是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的 CO2 反应而生成
碳酸盐,所以要密封保存。
2A1+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
A12O3+2NaOH 熔融 2NaAlO2+H2O
Si + 2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O
因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化,又具有溶解某些金属氧化物、非金属氧化物的能力,因此工业生产和分析工作中常用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强,工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器,在实验室可用银或镍的器皿
2-5 钠盐和钾盐
碱金属盐类的最大特征是易溶于水,并且在水中完全电离,所有碱金属离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的。
1 、钠盐和钾盐性质的差异 (1) 溶解度 钠、钾盐的溶解度都比较大,相对说来,钠盐更
大些。仅 NaHCO3 的溶解度不大, NaCl 的溶解度随温度的变化
不大,这是常见的钠盐中溶解性较特殊的。
(2) 吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此,化学分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐,如用邻苯二甲酸氢钾标定碱液的浓度,用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。在配制炸药时用 KNO3 或 KClO3 ,而不用相应的钠盐。
(3) 结晶水 含结晶水的钠盐比钾盐多。如Na2SO4·10H2O 、 K2SO4 、 Na2HPO4·10H2O 等。
( 1)氯化钠
( 2)碳酸钠
( 3)碳酸氢钠
( 4)碳酸钾
2 、几种重要的钠盐和钾盐
联合制碱法 利用 NH4Cl 在低温时的溶解度比 NaCl 小的特性 , 在 5
—10 度下向母液中加入 NaCl 粉末 , 可以得到 NH4Cl
做氮肥 , 同时可以利用合成厂的废气 CO2, 且不生成无
用 CaCl2
苏尔维法
NH3 + CO2 + H2O NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3 Na2CO3+ CO2 + H2O
2NH4Cl + Ca(OH) 2 CaCl2 + 2 NH3 + 2H2O
优缺点 : 原料经济 , NaCl 利用低 , CaCl2 废液无法利用
第三节 碱土金属
3-1 碱土金属元素概述
1 、价电子构型
碱土金属 (IIA ): ns2
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属,
2 、碱土金属活泼型略低于碱金属,同一主族从
上至下活泼性递增
Li Na K Ca Sr Ba
3 、焰色反应
碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时,能使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应”。 碱金属和钙、锶、钡的盐,在灼烧时为什么能产生不同的颜色呢? 因为当金属或其盐在火焰上灼烧时,原子被激发,电子接受了能量从较低的能级跳到较高能级,但处在较高能级的电子是很不稳定很快跳回到低能级,这时就将多余的能量以光的形式放出。原子的结构不同,就发出不同波长的光,所以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱,而且每一种金属原子的光谱线比较简单,所以容易观察识别。
对角线规则
Li Be B C
Na Mg Al Si
4 、 锂 、铍的特殊性 对角线规则
( 1 ) 内容
( 2 ) 锂与镁的相似性:
单质与氧作用生成正常氧化物
氢氧化物均为中强碱,且水中溶解度不大
氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶
氯化物均能溶于有机溶剂中
碳酸盐受热分解,产物为相应氧化物
3-2 碱土金属的氧化物和氢氧化物
1. 单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物:
BeO MgO CaO SrO Ba2O2
LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2
两性 中强 强 强 强
(除 BeO 外)性质:⑴ 易吸水溶解
⑵ 溶解度与碱性
( 箭头指向 ) 溶解度增大 , 碱性增强
+ H2O M(OH)2MO
2 氢氧化物
金属氢氧化物 MOH 的离解
M- O- H M+ + OH-
M- O- H MO- + H+ = z/r (z: MՓ 离子的电荷; r :离子半径 ) Փ 1/2 < 0.22 MOH显碱性 Փ 1/2 在 0.22~0.32间 MOH显两性 Փ 1/2 > 0.32 MOH显酸性
溶解度MOH 易溶于水,放热碱土金属溶解度( 20℃)
氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2
溶 解 度/mol· L-1 8× 10-6 5× 10-4 1.8× 10-2 6.7× 10-2 2× 10-1
重要盐类:卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐
3-3 碱土金属的盐类
( 1) 晶体类型:绝大多数是离子晶体
但碱土金属卤化物有一定的共价性。
Be2+极化力强
BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2
熔点 / 405 714 782 876 962℃
离子性增强
(2) 一般无色或白色
(3) 溶解度:碱金属盐类一般易溶于水;
碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小。
(4) 热稳定性:较高。
① 硝酸盐热稳定性差
② BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
T 分 /℃ < 100 540 900 1290 1360
2 -
③ 稳定性 M2CO3 > MCO3
C
O
O
O