第八章  主族金属元素(一) 碱        金属和碱土金属
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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

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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 金属和碱土金属

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 金属和碱土金属

Na

K

Li

Rb Cs

Sr

Mg

Ca

Be

Ba


第二节 碱金属 金属和碱土金属

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 金属和碱土金属 、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

Gc2-705-18.9

图片

s区单质的熔点变化


3 金属和碱土金属 、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:

钠长石:

菱镁矿:

钾长石:

石 膏:

光卤石:

大理石:

明矾石:

萤石:

天青石:

锂辉石:

重晶石:


2-2 金属和碱土金属 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: 金属和碱土金属

电解

如:2NaCl === 2Na + Cl2

1、电解熔融盐

2、热还原法

1473K

如:K2CO3 +2C===2K + 3CO

真空

3、金属置换法(工业上制取钾)

如:KCl +Na == NaCl + K↑


2-3 金属和碱土金属 碱金属的氢化物

离子型氢化物

(1) 均为白色晶体, 热稳定性差

LiH NaH KH RbH CsH

-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3


(2 ) 还原性强 金属和碱土金属

  • 钛的冶炼:

  • 剧烈水解:


铝氢化锂

受潮时强烈水解


2-4 金属和碱土金属 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 Na2O2KO2 RbO2 CsO2

(1) 与H2O的作用:

(Li  Cs剧烈程度)

(BeO除外)


(2) 与 金属和碱土金属 CO2的作用:


金属和碱土金属 3)与矿石一起熔融分解矿物

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 金属和碱土金属 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


NaOH 金属和碱土金属 、 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+6H 金属和碱土金属 2O=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 金属和碱土金属 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) 金属和碱土金属 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 2 3 4
金属和碱土金属 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 金属和碱土金属

  • 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 金属和碱土金属

  • 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 金属和碱土金属

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


3、焰色反应 金属和碱土金属

Na

K

Ca

Sr

Li

Ba


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“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“

4 、 锂 、铍的特殊性 对角线规则

(1 ) 内容

Li Be B C

Na Mg Al Si


  • (2) 锂与镁的相似性: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“

  • 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“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


2 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“氢氧化物

(除BeO外)

性质:⑴ 易吸水溶解

⑵ 溶解度与碱性

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

(箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强


金属氢氧化物碱金属和钙、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“MOH的离解

  • M- O- H M+ + OH-

  • M- O- H MO- + H+

  • Փ= z/r (z: M离子的电荷;r:离子半径)

  • Փ1/2 < 0.22  MOH显碱性

  • Փ1/2 在 0.22~0.32间 MOH显两性

    Փ1/2 > 0.32    MOH显酸性


溶解度碱金属和钙、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“

MOH易溶于水,放热

碱土金属溶解度(20℃)


3-3 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“碱土金属的盐类

重要盐类:卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐

(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) 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“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。


2-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“

① 硝酸盐热稳定性差

②BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3

T分 /℃ <100 540 900 1290 1360

O

C

O

O

③ 稳定性 M2CO3> MCO3


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