化學(xué)競賽-堿金屬與堿土金屬

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1、 元 素 周 期 表 本 章 要 求 ：1 掌 握 單 質(zhì) 的 性 質(zhì) ， 了 解 其 結(jié) 構(gòu) 、 制 備 、 存 在 及 用 途 與 性 質(zhì)的 關(guān) 系 。2 掌 握 其 氧 化 物 的 類 型 及 重 要 氧 化 物 的 性 質(zhì) 及 用 途 。3 了 解 其 氫 氧 化 物 的 溶 解 性 和 堿 性 的 變 化 規(guī) 律 。4 掌 握 其 重 要 鹽 類 的 性 質(zhì) 及 用 途 ， 了 解 鹽 類 熱 穩(wěn) 定 性 、 溶解 性 的 變 化 規(guī) 律 。 n Li: lithiumn Na: sodiumn K: potassium alkali metaln Ru: rubidium （ 堿

2、金 屬 ）n Cs: cesiumn Fr: franciumn Be: berylliumn Mg: magnesium n Ca: calcium alkali earth metaln Sr: strontium （ 堿 土 金 屬 ）n Ba: bariumn Ra: radium （ 一 ） 金 屬 性 1、 價 電 子 構(gòu) 型 ns1， ns2， 核 外 電 子 少 ； 2、 電 負(fù) 性 1.0， 1.6； 3、 第 一 電 離 能 小 ， 從 上 至 下 減 小 ， 從 IA到 IIA增 加 。 4、 堿 金 屬 的 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 、 硬 度 都 很 低 ， 且 從 上 至

3、 下降 低 ； 堿 土 金 屬 的 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 、 硬 度 均 比 堿 金 屬 高 ，導(dǎo) 電 性 低 于 堿 金 屬 。（ 二 ） 金 屬 性 變 化 規(guī) 律 1、 堿 金 屬 、 堿 土 金 屬 的 金 屬 性 從 上 至 下 增 加 ； 2、 從 IA到 IIA金 屬 性 降 低 。 自由電子的定向運(yùn)動，產(chǎn)生導(dǎo)電性。自由電子運(yùn)動中受核的引力，產(chǎn)生電阻。自由電子運(yùn)動中與原子核不斷碰撞，產(chǎn)生熱能的交換。 三 、 成 鍵 特 征 四 、 配 位 性 能 （ 了 解 ）這 兩 族 元 素 是 周 期 表 中 最 弱 的 配 合 物 形 成 體 。1、 與 一 般 的 無 機(jī) 配 體 (X-

4、， OH-， NO3-) 不 生 成 配 合 物 。2、 僅 能 與 螯 合 劑 、 大 環(huán) 配 體 生 成 穩(wěn) 定 的 配 合 物 ， 如Ca(EDTA)2- Li Na Sr Ba 稀 有 金 屬 ： 鋰 ， 銣 ， 銫 ， 鈹鋰 的 應(yīng) 用 ： 電 解 鋁 ， 鋰 電 池 ， 低 溫 潤滑 劑 ， 空 調(diào) ， 玻 璃 ， 鋁 合 金 纖 劑 ， 有 機(jī) 合 成 ， 醫(yī) 藥銣 和 銫 的 應(yīng) 用 ： 電 子 技 術(shù) ， 生 物 技 術(shù) ， 化 工 ， 能 源 ， 新 材 料 ， 科 學(xué) 研 究 二 、 單 質(zhì) 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 還 原 性 Li BeNa MgK Ca Rb SrCs B

5、a金 屬 活 潑 性 增 加金屬活潑性增加一 是 因 為 這 些 金 屬 熔 點(diǎn) 高二 是 因 為 氫 氧 化 物 溶 解 度 小 鉀 與 水 反 應(yīng) 鎂 在 氧 氣中 燃 燒 3、 與 化 合 物 作 用 ：SiO2 + Mg =Si + 2MgOTiCl4 + Na = Ti + 4NaCl2NH3 + 2M = 2M(NH2) + H2 鈉 、 鎂 、 鈣 高 溫 下 能 奪 取 氧 或 氯 ， 在 非 水 體 系 ，如 固 相 反 應(yīng) 和 有 機(jī) 體 系 中 ， 做 還 原 劑 。 堿金屬在液氨中的溶解度 (-35 )堿 金 屬 元 素 M Li Na K Rb Cs 溶解度/ (mo

6、l L-1) 15.7 10.8 11.8 12.5 13.0 堿 金 屬 與 液 氨 的 反 應(yīng) 很 特 別 ， 在 液 氨 中 堿 金屬 的 溶 解 度 達(dá) 到 了 超 出 人 們 想 象 的 程 度 . 形 成 深藍(lán) 色 溶 液 。4、 堿 金 屬 與 液 氨 作 用 ： 以 鈉 為 例 ： 加 CaCl2 的 作 用 (助 熔 劑 ， flux) 降 低 熔 點(diǎn) ， 減 少 液 Na揮 發(fā) 混 合 鹽 密 度 增 大 ， 液 Na浮 在 熔 鹽 表 面 ， 易 于 收 集 降 低 液 Na在 熔 融 體 中 溶 解 度 增 加 熔 鹽 導(dǎo) 電 性 上 節(jié) 知 識 回 顧 ：1、 堿 金

7、 屬 和 堿 土 金 屬 的 通 性2、 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 的 物 理 性 質(zhì)3、 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 的 制 備 方 法價 電 子 構(gòu) 型 ： ns1、 ns2 ， 易 形 成 +1、 +2價 離 子 ， 電 離 能 小電 負(fù) 性 ： 較 小 ， Li和 Be稍 大 ， 通 常 形 成 共 價 鍵配 合 物 ： 很 難 形 成質(zhì) 軟 ， 熔 點(diǎn) 低 （ 上 到 下 、 左 到 右 ） ， 有 金 屬 光 澤 。加 助 熔 劑 電 解 法 、 熱 還 原 法 氧 化 物 2、 性 質(zhì) :1） 氧 化 物 顏 色2） 氧 化 物 熱 穩(wěn) 定 性 、 熔 點(diǎn) ( ) Li

8、(1570) Na(1132分 解 ) K Rb Cs(低 于 490) Be(2578) Mg(2806) Ca Sr Ba(低 于 1973) 降 低升 高 3） 水 合 作 用 :M2O + H2O = 2MOH + Q， LiCs反 應(yīng) 速 度 增 加MO + H2O = M(OH)2 + Q ， BeO和 MgO不 溶 于 水 ，CaBa反 應(yīng) 速 度 增 加 CaO吸 收 酒 精 中 的 水4） 堿 性 ： Na2O + CO2= Na2CO3 CaO + SiO2 = CaSiO3， 除 礦 渣 反 應(yīng)3、 應(yīng) 用 ： 建 筑 材 料 ， 耐 火 材 料 ， 干 燥 劑 ， CO

9、2吸 收劑 ， 堿 。 離 子 型 化 合 物 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 中 ， 除 了 Be未 發(fā) 現(xiàn) 過氧 化 物 外 ， 都 能 生 成 含 有 O22-離 子 的 過 氧化 物 。 其 中 以 過 氧 化 鈉 的 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 。 冷熱 453473K573673K點(diǎn) 燃NaO + HSO=NaSO + HOBaO + HSO =BaSO+ HO 實(shí) 驗(yàn) 室 制 備H2O2 Cr2O3難 溶 + 3Na2O2 = 2Na2CrO4易 溶 + Na2O MnO + Na2O2 = Na2MnO4 用 做 分 解 礦石 的 熔 劑（ 2） 氧 化 性 有 更 強(qiáng) 的 氧 化

10、 性 ， 堿 性 ， 不 穩(wěn) 定 性 的 性 質(zhì) ： 2KO2 + 2H2O = H2O2 + 2KOH + O2 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 4KO2 = 2K2O + 3O2 應(yīng) 用 ： 供 氧 劑通 常 堿 土 金 屬 的 超 氧 化 物 很 不 純 凈 ！三 、 超 氧 化 物 （ MO2 O2-） 簡 介 ： MO2是 更 加 活 潑 的 鉀 、 銣 、 銫 在 空氣 中 燃 燒 的 產(chǎn) 物 ， 有 色 ， KO2橙 黃 色 ， RbO2深 棕 色 ， CsO2深 黃 色 3KOH(s) + 2O3 = 2KO3 + KOHH2O(s) +1/2O2Rb,

11、Cs進(jìn) 行 相 同 的 反 應(yīng) 。主 要 性 質(zhì) ： 緩 慢 分 解 2KO3 = 2KO2 + O2過 氧 、 超 氧 、 臭 氧 化 物 的 共 性 ： 強(qiáng) 堿 性 ， 強(qiáng) 氧 化 性 ， 釋 放 氧四 、 臭 氧 化 物4RbO3 + 2H2O = 4RbOH + 5O2 M(OH)2溶 解 度 降 低 , 但 Be Ba 較 大MOH有 強(qiáng) 吸 濕 性 ， 易 溶 于 水 的 性 質(zhì) ， 但LiOH微 溶 于 水1、 物 理 性 質(zhì) 第 四 節(jié) 氫 氧 化 物MOH， M(OH)2 都 為 白 色 固 體M(OH)2： 受 熱 脫 水 分 解 ， 生 成 MO+H2O2、 熱 穩(wěn) 定

12、性MOH： 熔 點(diǎn) 低 ， 熔 融 可 電 離 但 不 分 解 (Li除 外 ) LiOH Be(OH)2 兩 性 NaOH Mg(OH)2 中 強(qiáng) 堿 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 強(qiáng) 堿 CsOH Ba(OH)2溶解度增加半徑增加 半 徑 增 加溶 解 度 增 加堿 性 增 加堿性增加3、 酸 堿 性 （ 一 ） 生 成 2M + H2 = 2MH M + H2 = MH2 M= Ca， Sr， Ba（ 二 ） 物 性 ： 白 色 晶 體 ， 離 子 晶 體（ 三 ） 化 性1、 熱 穩(wěn) 定 性 LiH在 熔 點(diǎn) 時 不 分 解 （ 共 價 性 強(qiáng) ） ， 其 它 氫

13、化 物在 熔 點(diǎn) 前 分 解 成 金 屬 和 氫 氣 。 第 五 節(jié) 氫 化 物 2、 強(qiáng) 還 原 性 4NaH + TiCl4 = Ti + 4NaCl + 2H2 3. 劇 烈 水 解 LiH + H2O =LiOH + H2 可 制 氫 氣 2LiOHTiTiO2LiH 2 特 點(diǎn) ： 陽 離 子 無 色 ， 鹽 的 顏 色 取 決 于 陰 離 子的 顏 色 。 離 子 型 晶 體 （ 鋰 、 鈹 、 鎂 的 氯 化 物 有 一定 的 共 價 性 )。 物 質(zhì) 溶 解 性 沒 有 發(fā) 現(xiàn) 完 整 的 規(guī) 律 性 ， 只 是 總 結(jié) 了一 些 經(jīng) 驗(yàn) 規(guī) 則 ， 巴 索 洛 規(guī) 則 就 是

14、 其 中 之 一 。 第 六 節(jié) 鹽 類判 斷 鹽 溶 解 性 的 巴 索 洛 規(guī) 則 ： 當(dāng) 陰 、 陽 離 子 電 荷 絕 對 值 相 同 時 , 陰 、陽 離 子 半 徑 差 值 越 小 越 難 溶 ； 否 則 ， 易 溶 。LiF LiI BaSO 4BeSO4 CsICsF一 、 溶 解 性 難 溶 鋰 鹽 ： LiF， Li2CO3， Li3PO4難 溶 鈉 鹽 ： NaSb(OH)6 白 色 (2 10-3) Na2SiF6 白 色 (3 10-2) NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O 黃 綠 色 (2 10-2 )1、 堿 金 屬 鹽 類 的 溶 解 性一 般 規(guī)

15、 律 是 ： 堿 金 屬 鹽 一 般 易 溶 于 水 ， 但 隨 原 子半 徑 增 加 ， 難 溶 鹽 數(shù) 目 增 加 。比 如 ：難 溶 的 鉀 鹽 ： KIO4(3 10-2) KB(C6H5)4(10-6) K4PtCl6(1.6 10-2) K2NaCo(NO2)6(1 10-3) KBF4(3.6 10-2) K2SiF6(6 10-3) 大 多 數(shù) 鹽 是 難 溶 性 鹽 ， 例 如 ： ( 1 ) 氟 化 物（ 2） 負(fù) 電 荷 高 的 陰 離 子 形 成 的 鹽 ： 碳 酸 鹽 、 磷 酸 鹽 、 草 酸 鹽 。 也 有 一 些 易 溶 鹽 ， 例 如 ： (1) 與 一 價

16、陰 離 子 形 成 的 鹽 ： 如 氯 化 物 ， 硝 酸 鹽 ，醋 酸 鹽 ， 碳 酸 氫 鹽 等 。 (2) 陽 離 子 半 徑 小 的 硫 酸 鹽 和 鉻 酸 鹽 ， 如 ： MgSO 4，MgCrO4 2、 堿 土 金 屬 鹽 類 的 溶 解 性 二 、 焰 色 反 應(yīng) 可 見 區(qū) 的 原 子 光 譜 單 一 元 素 的 鑒 別 ， 制 造 焰 火 火 焰 顏 色 Li+ Na+ K+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ 紅 色 黃 色 紫 色 (鈷 玻 璃 ） 橙 紅 色 洋 紅 色 黃 綠 色 比 如 ： 形 成 水 合 物 的 能 力 ： Li Cs逐 漸 降 低 ， 堿 土 金 屬

17、的 鹽 比 堿 金 屬 的 鹽 更 易 帶 結(jié) 晶 水 。三 、 形 成 結(jié) 晶 水 合 物 的 容 易 程 度其 規(guī) 律 是 ： 離 子 半 徑 越 小 ， 所 帶 的 電 荷 越 多 ， 則作 用 于 水 分 子 的 電 場 越 強(qiáng) ， 其 鹽 越 易 帶 結(jié) 晶 水 。 堿 金 屬 的 鹵 化 物 、 硫 酸 鹽 、 碳 酸 鹽（ Li2CO3除 外 ） 的 熱 穩(wěn) 定 性 高 。 硝 酸 鹽 不 穩(wěn) 定 ， 受 熱 易 分 解 。 LiNO3 Li2O + NO2 +O2 NaNO3 NaNO2 +O2 KNO3 KNO2 +O2 四 、 熱 穩(wěn) 定 性 堿 土 金 屬 的 鹵 化 物

18、 、 硫 酸 鹽 的 熱 穩(wěn) 定 性 較 高 。 碳 酸 鹽 和 硝 酸 鹽 不 穩(wěn) 定 ： 碳 酸 鹽 受 熱 分 解 為 ： 金 屬 氧 化 物 和 二 氧 化 碳 。 硝 酸 鹽 受 熱 分 解 產(chǎn) 物 ： 金 屬 氧 化 物 、 NO2 、 O2 對 角 線 規(guī) 則 ： 在 周 期 表 中 ，處 于 左 上 右 下 對角 線 上 的 元 素 及其 化 合 物 的 性 質(zhì)呈 現(xiàn) 相 似 性 的 現(xiàn)象 。 Li-Mg， Be-Al IA I IA IIIA I VA VA V IA VIIA V II IA1 H He2 Li Be B C N O F Ne3 Na Mg Al Si P

19、S Cl Ar4 K Ca Ga Ge As Se Br Kr5 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe6 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn7 Fr Ra五 、 鋰 和 鈹 的 特 殊 性 IA族 中 , 鋰 半 徑 r最 小 , 電 負(fù) 性 最 強(qiáng) , 表 現(xiàn) 出和 Na、 K等 不 同 的 性 質(zhì) , 倒 是 和 IIA族 里 的Mg 相 似 。 具 體 為 ：（ 1） 、 鋰 的 特 殊 性 及 鋰 和 鎂 的 相 似 性1、 在 氧 氣 中 燃 燒 ， 只 生 成 Li2O和 Mg相 似 2、 Li、 Mg都 可 以 和 N2直 接 化 合 ， 其 余 堿 金屬 則

20、 異 常 困 難 或 者 不 能 。3、 Li的 氟 化 物 、 碳 酸 鹽 、 硫 酸 鹽 難 溶 于 水 ，而 其 它 堿 金 屬 無 此 性 質(zhì) 。4、 硝 酸 鋰 受 熱 分 解 形 式 為 ： 2LiNO 3 =Li2O + 2NO2+ 1/2O2 與 其 它 堿 金 屬 硝 酸 鹽 分 解 成 亞 硝 酸 鹽 和 NO2不 同 . (2)鈹 的 特 殊 性 和 鋁 的 相 似 性IIA族 的 Be也 很 特 殊 , 其 性 質(zhì) 和 IIIA族 中 的 Al有 些 相 近 ， 具 體 表 現(xiàn) 為 ：1、 氧 化 物 和 氫 氧 化 物 呈 兩 性 , IIA族 其 余 的 氧 化物

21、和 氫 氧 化 物 顯 堿 性 2、 無 水 氯 化 物 BeCl2、 AlCl3共 價 成 份 大 ， 可 溶于 醇 、 醚 ， 易 升 華 ， 其 余 IIA族 的 MCl2是 離 子 晶體 。3、 Be、 Al和 冷 濃 HNO3接 觸 時 鈍 化 ， 其 余 IIA族金 屬 易 于 和 HNO 3反 應(yīng) 。 練 習(xí) ：一 、 判 斷 推 理 題 1、 某 一 黃 色 粉 末 狀 物 質(zhì) (A),溶 于 鹽 酸 中 產(chǎn) 生 具有 刺 激 性 氣 味 的 黃 綠 色 氣 體 (B)得 無 色 透 明 溶 液 ,將 此 溶 液 蒸 發(fā) 濃 縮 得 白 色 晶 體 粉 末 (C),在 無 色

22、燈焰 上 灼 燒 (C),燈 焰 呈 黃 色 ,(A),(B),(C)是 何 物 ?寫 出有 關(guān) 的 反 應(yīng) 方 程 式 . 2、 有 五 瓶 白 色 粉 末 , 沒 有 標(biāo) 簽 , 但 知 道 它 們 是MgCO 3、 BaCO3、 無 水 Na2CO3、 無 水 CaCl2、 無水 Na2SO4。 試 鑒 別 之 , 以 反 應(yīng) 方 程 式 表 示 , 并 略 加說 明 . n 二 、 問 答 題1、 堿 金 屬 在 什 么 條 件 下 存 在 雙 原 子 分 子 ?為 什 么 由LiCs雙 原 子 分 子 的 穩(wěn) 定 性 逐 漸 減 小 ? 2、 為 什 么 堿 土 金 屬 比 相 應(yīng)

23、的 堿 金 屬 熔 點(diǎn) 高 ,硬 度 大 ? 3、 寫 出 用 金 屬 置 換 法 在 高 溫 低 壓 條 件 下 制 取 K, Rb, Cs的 化 學(xué) 方 程 式 。 4、 從 標(biāo) 準(zhǔn) 電 極 電 勢 看 K比 Na活 潑 ,但 為 什 么 Na能 從KCl中 把 K置 換 出 來 ? 5、 舉 例 說 明 鋰 ， 鎂 的 相 似 性 . 6、 能 否 用 MgCl 26H2O直 接 加 熱 制 取 無 水 MgCl2? 8、 把 鎂 片 放 入 冷 水 中 覺 察 不 出 其 作 用 ， 但 加入 銨 鹽 后 卻 迅 速 不 斷 地 放 出 NH3。 請 簡 述 其原 因 。 9、 在 急 救 器 中 常 用 KO2, 而 不 常 用 其 他 堿 金屬 的 超 氧 化 物 , 為 什 么 ? 7、 寫 出 金 屬 鈉 在 空 氣 中 燃 燒 ,生 成 物 溶 于 水 ,再 滴 入 KMnO4溶 液 的 反 應(yīng) 方 程 式 及 反 應(yīng) 現(xiàn) 象 .