碱金属和碱土金属ppt

在周期表中的位置 在自然界中的存在形式

碱金属和碱土金属 Chapter 12 Alkali metals and alkali earth metals

www.themegallery.com

12.1 金属单质

12.1.1 物理性质

12.1 12.2 12.3

金属单质 含氧化合物 盐类

12.1.2 化学性质

12.1.3 金属单质的制备

12.1.1 物理性质

12.1.2 化学性质

1 2 3 4 5

单质

性质变化 规律

物理性质

与水作用 与液氨作用 与氢作用 置换反应

碱金属、碱土金属

焰色反应

1

1.与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) ↑

2. 与液氨作用

M1 ＋ (x＋y) NH3 M2＋ (2x＋y) NH3 M1(NH3)y＋ ＋ e(NH3)x－ M2(NH3)y2＋ ＋ 2e(NH3)x－

Li

Na

Ca

K

长期放置或有催化剂存在： 2 Na ＋ 2 NH3 2 NaNH2 ＋ H2↑

www.themegallery.com

12.2 含氧化合物

3. 与氢作用

2Na + H2 --- 2NaH

12.2.1 氧化物

4. 置换反应

ZrO2 + 2Ca --- Zr + 2CaO

熔融

12.2.2 氢氧化物

12.2.1 氧化物

1.普通氧化物

（1）在空气中燃烧

制备

普通氧化物

超氧化物

（2）还原 过氧化物 臭氧化物 （3）热分解

真空 Na 2 O 2 + 2Na ⎯ ⎯→ 2Na 2 O 真空 2KNO3 + 10K ⎯ ⎯→ 6K 2 O + N 2 ↑

MCO3 ⎯ ⎯→ MO + CO 2 (g)

2

2.过氧化物

结构 还原性 制备 •与水反应 •与酸反应

和水作用

M 2 O + H 2O ⎯ ⎯→ 2MOH

Ι

（Li → Cs剧烈程度↑）

MⅡO + H 2 O ⎯ ⎯→ 2M(OH) 2

强氧化性 与 CO2 反应

（BeO除外）

含有过氧链(-O-O-)，也可看作是过氧化氢的盐。 过氧离子 O22- ： [KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)4] 制备 4Na + O2 = 2Na2O (180~200 oC) 2Na2O + O2 = 2Na2O2 (300~400 oC) 反应 BO = 1

应用

2Na 2 O 2 + 2CO 2 ⎯ ⎯→ 2Na 2 CO 3 + O 2 (g)

强氧化剂 Cr2O3 + 3Na2O2 = 2Na2CrO4 + Na2O Fe2O3 + 3 Na2O2 = 2Na2FeO4 + Na2O 还原剂 5Na2O2 + 2MnO4- +16H+ = 5O2 + 2Mn2+ +10Na+ + 8H2O

熔融 熔融

Na 2 O 2 + 2H 2 O ⎯ ⎯→ 2NaOH + H 2 O 2

Na2O2 + H2SO4 = H2O2 + 2Na2SO4

3.超氧化物

结构 键级 制备 与水作用 强氧化性 与 CO2 作用 应用 制备 分子轨道式 [KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)3] BO = 1.5

2Na + O 2 ⎯ ⎯→ Na 2 O 2 K + O2 ⎯ ⎯→ KO 2

3

4.臭氧化物

制备

MOH(干燥) + O3 = MO3 M = Na、K、Rb、Cs 6KOH + 4O3 = 4KO3+ 2KOH·H2O +O2

与水作用

2KO 2 + 2H 2 O ⎯ ⎯→ 2KOH + H 2O 2 + O 2↑

应用

4KO 2 + 2CO 2 ⎯ ⎯→ 2K 2CO 3 + 3O 2 (g)

与水反应

4KO3 + 2H2O --- 4KOH + 5O2 ↑

不稳定

KO3--- KO2 + 1/2O2 ↑

12.2.2 氢氧化物

1. 氢氧化物的碱性

碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。 易吸水而潮解

氢氧化物的 碱性

•溶解性 规律 •碱性 离子势

氢氧化钠 制备 电解法

•隔膜法 •离子膜法

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 溶解度 /mol· L-1 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2

8×10-6 2.1×10 -4 2.3 ×10-2 6.6 ×10-2 1.2 ×10 -1

溶解度增大

www.themegallery.com

12.3 盐类

12.3.1 盐类的溶解性 12.3.2 盐的结晶水合与复盐 12.3.3 含氧酸盐的热稳定性 12.3.4 重要盐类简介 12.3.5 锂的特殊性

MO－ ＋ H＋

MM－O－H

M＋ ＋ OH－

解离方式与 拉电子能力有关

M 拉电子能力与离子势有关: ф＝Z/r (r以pm为单位)

√ Ф 0.22 √ Ф

0.22 0.32

碱性 两性 酸性

√ Ф > 0.32

4

12.3.1 盐的溶解性

1. 碱金属盐

规则

•半径相近 难溶

3 2

易溶为主，

难溶的有：K2[PtCl6]、Na[Sb(OH)6]、KClO4、 Li3PO4、K2Na[Co(NO2)3] 难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现。

碱土金属盐

1 •难溶居多 负电荷高 •易溶 负一价

碱金属盐

•易溶为主

•难溶 大阴离子 锂的弱酸盐

2 碱土金属盐

难溶居多，

常见盐类除氯化物、硝酸盐外，电荷低 其他难溶，如 MCO3、MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、 MCrO4

3 离子型盐类溶解度的定性判断标准

巴素洛规则：阴阳离子电荷绝对值相同, 阴阳离子半径较为接近则难溶， 否则，易溶。 比较一下两组溶解度： LiF

12.3.2 盐的结晶水合与复盐

1.盐的结晶水合能力

阳离子半径越小，电荷越高，对水分子的引力越 强，形成结晶水合盐类的倾向越大。

结晶水

•电荷/半径 •吸潮性

复盐

•溶解度 •类型

碱土金属比碱金属更易带结晶水， 同族从上到下随半径增大，形成水合物的倾向减弱。 钠盐的吸湿性大于相应钾盐，基准试剂常用钾盐； 食盐潮解是由于含有 MgCl2； 无水 CaCl2 可作干燥剂。

5

2.形成复盐的能力

(1) MCl·MgCl2·6H2O M=K+,Rb+,Cs+

12.3.3 含氧酸盐的热稳定性

如光卤石 KCl·MgCl2·6H2O (2) M2SO4·MgSO4·6H2O M=K+,Rb+,Cs+

硝酸盐分解

•极化能力强的 •其它 更高温度分解

碳酸盐

•反极化能力 •分解温度

如软钾镁矾 K2SO4·MgSO4·6H2O (3) MI2SO4·MIII2(SO4)3·24H2O MI= Na+,

K+,Rb+,Cs+，MIII = Al3+,Cr3+,Fe3+， 如明矾 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O

1 硝酸盐热分解

锂和碱土金属离子的极化能力较强 4 LiNO3 2 Mg(NO3)2 2 NaNO3 在更高的温度分解 4 NaNO3 800℃ 2 Na2O ＋ N2 ↑＋ 5 O2↑ 2 Li2O ＋ 4 NO2 ↑＋ O2↑ 2 MgO ＋ 4 NO2↑＋ O2↑

500℃

2 碳酸盐热分解

MCO3(s)

△

MO(s) ＋ CO2↑

O M2＋ [O C O ] 2－

2 NaNO2 ＋ O2 ↑

碳酸盐的热稳定性 取决于 M 离子的反极化能力

物质 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3

12.3.4 重要盐类简介

ƒ Na2CO3 ƒ NaHCO3 ƒ CaCO3 卤化 物 ƒ MICl ƒ MIICl2 碳酸 盐 硫酸 盐 ƒ Na2SO4 ƒ CaSO4 ƒ BaSO4 ƒ KNO3 ƒ KClO3 ƒ Ca(ClO3)2 含氧 酸盐

分解温度 / K 愈 来 愈 难 分 解

298 813 1183 1563 1663

6

1.卤化物

(1) MICl

食盐的主要成 分，还有少量 MgCl2 和 CaCl2 等，冰盐混合物 可作制冷剂。

(2) MIICl2

MgCl2 水溶液俗称卤水，镁与氯气直接反应或将 MgCl2·6H2O 在干燥的氯化氢气流中加热脱水可制得无水 MgCl2，若直接加 热发生水解。 MgCl2·6H2O = Mg(OH)Cl + HCl↑ + 5H2O (>408K) Mg(OH)Cl = MgO + HCl ↑ (~770K)

12.3.5 锂的特殊性

CaCl2 CaCl2 ·6H2O 直接加热脱水可得无水 CaCl2 无水 CaCl2 是常用的干燥剂。 BeCl2 气态 固态 3 1 在氧气中的燃烧产物 化合物的溶解 硝酸盐的热分解 与氮气的反应 4 2

1.在氧气中的燃烧产物

2. 化合物的溶解

锂和镁的氢氧化物 LiOH 和 Mg(OH)2 的溶解度都 4 Li ＋ O2 2 Mg ＋ O2

点燃 点燃

2 Li2 O 2 MgO

很小，而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。 锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐， 而碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。

7

3.硝酸盐的热分解

2 Mg(NO3)2 4 LiNO3 2 NaNO3 2 MgO ＋ 4 NO2 ＋ O2↑ 2 Li2O ＋ 4 NO2 ＋ O2 ↑ 2 NaNO2 ＋ O2↑

Li Na

Be Mg

B Al

C Si

以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许 多相似之处，叫做对角线规则。

4.与氮气的反应

6 Li ＋ N2 3 Mg ＋ N2 2 Li3N Mg3N2

这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和 半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极 化力相近而引起的。

8

在周期表中的位置 在自然界中的存在形式

碱金属和碱土金属 Chapter 12 Alkali metals and alkali earth metals

www.themegallery.com

12.1 金属单质

12.1.1 物理性质

12.1 12.2 12.3

金属单质 含氧化合物 盐类

12.1.2 化学性质

12.1.3 金属单质的制备

12.1.1 物理性质

12.1.2 化学性质

1 2 3 4 5

单质

性质变化 规律

物理性质

与水作用 与液氨作用 与氢作用 置换反应

碱金属、碱土金属

焰色反应

1

1.与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) ↑

2. 与液氨作用

M1 ＋ (x＋y) NH3 M2＋ (2x＋y) NH3 M1(NH3)y＋ ＋ e(NH3)x－ M2(NH3)y2＋ ＋ 2e(NH3)x－

Li

Na

Ca

K

长期放置或有催化剂存在： 2 Na ＋ 2 NH3 2 NaNH2 ＋ H2↑

www.themegallery.com

12.2 含氧化合物

3. 与氢作用

2Na + H2 --- 2NaH

12.2.1 氧化物

4. 置换反应

ZrO2 + 2Ca --- Zr + 2CaO

熔融

12.2.2 氢氧化物

12.2.1 氧化物

1.普通氧化物

（1）在空气中燃烧

制备

普通氧化物

超氧化物

（2）还原 过氧化物 臭氧化物 （3）热分解

真空 Na 2 O 2 + 2Na ⎯ ⎯→ 2Na 2 O 真空 2KNO3 + 10K ⎯ ⎯→ 6K 2 O + N 2 ↑

MCO3 ⎯ ⎯→ MO + CO 2 (g)

2

2.过氧化物

结构 还原性 制备 •与水反应 •与酸反应

和水作用

M 2 O + H 2O ⎯ ⎯→ 2MOH

Ι

（Li → Cs剧烈程度↑）

MⅡO + H 2 O ⎯ ⎯→ 2M(OH) 2

强氧化性 与 CO2 反应

（BeO除外）

含有过氧链(-O-O-)，也可看作是过氧化氢的盐。 过氧离子 O22- ： [KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)4] 制备 4Na + O2 = 2Na2O (180~200 oC) 2Na2O + O2 = 2Na2O2 (300~400 oC) 反应 BO = 1

应用

2Na 2 O 2 + 2CO 2 ⎯ ⎯→ 2Na 2 CO 3 + O 2 (g)

强氧化剂 Cr2O3 + 3Na2O2 = 2Na2CrO4 + Na2O Fe2O3 + 3 Na2O2 = 2Na2FeO4 + Na2O 还原剂 5Na2O2 + 2MnO4- +16H+ = 5O2 + 2Mn2+ +10Na+ + 8H2O

熔融 熔融

Na 2 O 2 + 2H 2 O ⎯ ⎯→ 2NaOH + H 2 O 2

Na2O2 + H2SO4 = H2O2 + 2Na2SO4

3.超氧化物

结构 键级 制备 与水作用 强氧化性 与 CO2 作用 应用 制备 分子轨道式 [KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(π2p)4(π*2p)3] BO = 1.5

2Na + O 2 ⎯ ⎯→ Na 2 O 2 K + O2 ⎯ ⎯→ KO 2

3

4.臭氧化物

制备

MOH(干燥) + O3 = MO3 M = Na、K、Rb、Cs 6KOH + 4O3 = 4KO3+ 2KOH·H2O +O2

与水作用

2KO 2 + 2H 2 O ⎯ ⎯→ 2KOH + H 2O 2 + O 2↑

应用

4KO 2 + 2CO 2 ⎯ ⎯→ 2K 2CO 3 + 3O 2 (g)

与水反应

4KO3 + 2H2O --- 4KOH + 5O2 ↑

不稳定

KO3--- KO2 + 1/2O2 ↑

12.2.2 氢氧化物

1. 氢氧化物的碱性

碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。 易吸水而潮解

氢氧化物的 碱性

•溶解性 规律 •碱性 离子势

氢氧化钠 制备 电解法

•隔膜法 •离子膜法

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 溶解度 /mol· L-1 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2

8×10-6 2.1×10 -4 2.3 ×10-2 6.6 ×10-2 1.2 ×10 -1

溶解度增大

www.themegallery.com

12.3 盐类

12.3.1 盐类的溶解性 12.3.2 盐的结晶水合与复盐 12.3.3 含氧酸盐的热稳定性 12.3.4 重要盐类简介 12.3.5 锂的特殊性

MO－ ＋ H＋

MM－O－H

M＋ ＋ OH－

解离方式与 拉电子能力有关

M 拉电子能力与离子势有关: ф＝Z/r (r以pm为单位)

√ Ф 0.22 √ Ф

0.22 0.32

碱性 两性 酸性

√ Ф > 0.32

4

12.3.1 盐的溶解性

1. 碱金属盐

规则

•半径相近 难溶

3 2

易溶为主，

难溶的有：K2[PtCl6]、Na[Sb(OH)6]、KClO4、 Li3PO4、K2Na[Co(NO2)3] 难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现。

碱土金属盐

1 •难溶居多 负电荷高 •易溶 负一价

碱金属盐

•易溶为主

•难溶 大阴离子 锂的弱酸盐

2 碱土金属盐

难溶居多，

常见盐类除氯化物、硝酸盐外，电荷低 其他难溶，如 MCO3、MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、 MCrO4

3 离子型盐类溶解度的定性判断标准

巴素洛规则：阴阳离子电荷绝对值相同, 阴阳离子半径较为接近则难溶， 否则，易溶。 比较一下两组溶解度： LiF

12.3.2 盐的结晶水合与复盐

1.盐的结晶水合能力

阳离子半径越小，电荷越高，对水分子的引力越 强，形成结晶水合盐类的倾向越大。

结晶水

•电荷/半径 •吸潮性

复盐

•溶解度 •类型

碱土金属比碱金属更易带结晶水， 同族从上到下随半径增大，形成水合物的倾向减弱。 钠盐的吸湿性大于相应钾盐，基准试剂常用钾盐； 食盐潮解是由于含有 MgCl2； 无水 CaCl2 可作干燥剂。

5

2.形成复盐的能力

(1) MCl·MgCl2·6H2O M=K+,Rb+,Cs+

12.3.3 含氧酸盐的热稳定性

如光卤石 KCl·MgCl2·6H2O (2) M2SO4·MgSO4·6H2O M=K+,Rb+,Cs+

硝酸盐分解

•极化能力强的 •其它 更高温度分解

碳酸盐

•反极化能力 •分解温度

如软钾镁矾 K2SO4·MgSO4·6H2O (3) MI2SO4·MIII2(SO4)3·24H2O MI= Na+,

K+,Rb+,Cs+，MIII = Al3+,Cr3+,Fe3+， 如明矾 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O

1 硝酸盐热分解

锂和碱土金属离子的极化能力较强 4 LiNO3 2 Mg(NO3)2 2 NaNO3 在更高的温度分解 4 NaNO3 800℃ 2 Na2O ＋ N2 ↑＋ 5 O2↑ 2 Li2O ＋ 4 NO2 ↑＋ O2↑ 2 MgO ＋ 4 NO2↑＋ O2↑

500℃

2 碳酸盐热分解

MCO3(s)

△

MO(s) ＋ CO2↑

O M2＋ [O C O ] 2－

2 NaNO2 ＋ O2 ↑

碳酸盐的热稳定性 取决于 M 离子的反极化能力

物质 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3

12.3.4 重要盐类简介

ƒ Na2CO3 ƒ NaHCO3 ƒ CaCO3 卤化 物 ƒ MICl ƒ MIICl2 碳酸 盐 硫酸 盐 ƒ Na2SO4 ƒ CaSO4 ƒ BaSO4 ƒ KNO3 ƒ KClO3 ƒ Ca(ClO3)2 含氧 酸盐

分解温度 / K 愈 来 愈 难 分 解

298 813 1183 1563 1663

6

1.卤化物

(1) MICl

食盐的主要成 分，还有少量 MgCl2 和 CaCl2 等，冰盐混合物 可作制冷剂。

(2) MIICl2

MgCl2 水溶液俗称卤水，镁与氯气直接反应或将 MgCl2·6H2O 在干燥的氯化氢气流中加热脱水可制得无水 MgCl2，若直接加 热发生水解。 MgCl2·6H2O = Mg(OH)Cl + HCl↑ + 5H2O (>408K) Mg(OH)Cl = MgO + HCl ↑ (~770K)

12.3.5 锂的特殊性

CaCl2 CaCl2 ·6H2O 直接加热脱水可得无水 CaCl2 无水 CaCl2 是常用的干燥剂。 BeCl2 气态 固态 3 1 在氧气中的燃烧产物 化合物的溶解 硝酸盐的热分解 与氮气的反应 4 2

1.在氧气中的燃烧产物

2. 化合物的溶解

锂和镁的氢氧化物 LiOH 和 Mg(OH)2 的溶解度都 4 Li ＋ O2 2 Mg ＋ O2

点燃 点燃

2 Li2 O 2 MgO

很小，而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。 锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐， 而碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。

7

3.硝酸盐的热分解

2 Mg(NO3)2 4 LiNO3 2 NaNO3 2 MgO ＋ 4 NO2 ＋ O2↑ 2 Li2O ＋ 4 NO2 ＋ O2 ↑ 2 NaNO2 ＋ O2↑

Li Na

Be Mg

B Al

C Si

以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许 多相似之处，叫做对角线规则。

4.与氮气的反应

6 Li ＋ N2 3 Mg ＋ N2 2 Li3N Mg3N2

这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和 半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极 化力相近而引起的。

8