主族金属元素.pptx
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1、无机化学高职高专化学教材编写组 编(第四版)第八章 主族金属元素“十二五”职业教育国家规划教材第一节 碱金属和碱土金属第二节 铝第三节 锡 铅第四节 砷 锑 铋学习指南习 题 本节重点:本节重点:v1.了解碱金属和碱土金属的基本性质。v2.掌握碱金属和碱土金属的氧化物与氢氧化物的性质及主要用途。v3.掌握碱金属与碱土金属盐类的各项性质。v4.金属铝、铝的氧化物、铝的氢氧化物及其铝盐的性质。v5.锡和铅单质及其重要化合物的性质。v6.砷锑铋单质及其重要化合物性质变化规律。本节难点:本节难点:v1.碱金属和碱土金属性质的递变规律。v2.碱金属和碱土金属盐类的溶解性与其他性质的变化规律。v3.铝的亲
2、氧性和它的单质及其化合物的两性。v4.二价锡的还原性和水解性。v5.二氧化铅的氧化性。v6.硫化物的难溶性和特定的颜色。一、碱金属元素概述一、碱金属元素概述 碱金属:锂、钠、钾、铷、铯、钫。钫具有放射性它们氧化物的水溶液显碱性。碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为ns1和ns2,这两族元素构成了周期系s区元素。它们容易失去外层s电子,故化学性质活泼。大多数金属可形成离子型化合物,但在某些情况下仍显一定程度的共价性。其中锂和铍由于原子半径相当小,电离能相对地高于其他同族元素,形成共价键的倾向比较显著。第一节第一节 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属 碱金属的制备 碱金属是银白色柔软的、易熔轻
3、金属。在同周期元素中电离能最低,很易失去电子,表现出强烈的金属性。它们与氧、硫、卤素以及其他非金属都能剧烈反应,并能从许多金属化合物中置换出金属。因此,由于碱金属的性质很活泼,所以一般都用电解它们的熔融化合物的方法制取。钠和钾主要用电解熔融的氯化物制取。碱金属的焰色反应 在火焰中加热,各具特征的焰色,可以用来鉴定碱金属。金属钠和钾 性质:钠和钾质软似蜡,易用小刀切开。新切断面呈银白色光泽,但在空气中迅速变暗。钠与水剧烈作用,生成NaOH和H 2,易引起燃烧和爆炸,需贮存在煤油或石蜡油中,钾比钠更活泼,制备、贮存和使用时应更加小心。用途:钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂;强传热性原子能工业中作
4、核反应堆的导热剂;钠、钾制备过氧化物氢化物及有机合成的原料;制备:工业上制取钠:电解廉价的熔融NaCl;工业上制取钾:在熔融状态下,用金属钠从ACL中置换出钾,经分级蒸馏(800880)得到金属钾。金属钾因价格昂贵(约为钠的10倍),而限制了它的应用,其生产规模也小得多。碱金属的氢化物 白色固体,属于离子晶体,其中的氢以H离子的形式存在。碱金属氢化物受热时又能分解出H2气而游离出碱金属,其中只有LiH比较稳定,分解温度850,高于其熔点(650)。它们在潮湿空气中能自动着火。碱金属的氧化物和氢氧化物1.钠、钾的氧化物 碱金属在充足的空气中燃烧时,所得产物并不相同。锂氧化锂Li2O钠过氧化钠Na
5、2O2钾、铷、铯超氧化物KO2、RbO2、CsO2过氧化钠(Na2O2):Na2O2是淡黄色粉末或粒状物,在空气中由于表面生成了一层NaOH和Na2CO3而逐渐变成黄白色。有吸潮性,能侵蚀皮肤和粘膜。若遇棉花、碳或有机物,却易引起燃烧或爆炸,在工业上列为强氧化剂,需要妥善贮运和使用。Na2O2的制备和性质制备:2Na+O2Na2燃烧性质:点击观看动画演示 Na2O2和CO2的特色反应 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 这种既能吸收CO2,又能提供O2的双重作用,尤其适用于防毒面具、高空飞行和潜水作业等。超氧化钾 金属钾在充足的空气中燃烧时,生成超氧化钾KO2。2.钠、钾的氢氧化物
6、碱金属的氢氧化物都是白色固体,容易吸潮和吸收CO2。除LiOH外,在水中都有较大溶解度,溶解时放出大量热。碱金属的氢氧化物碱性:LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOH和KOH在性质、用途和制备方面都相似,但KOH价贵,因此用途不如NaOH广泛。氢氧化钠(NaOH):又称烧碱、火碱、苛性碱。制备:工业上电解饱和的食盐水制备烧碱隔膜法。隔膜电解槽 制备:制备烧碱的新工艺离子膜法。原理:同隔膜法。说明:1.在电解过程中,阳极室的NaCl浓度逐渐下降,应不断补充浓盐水,维持NaCl的浓度2.阳膜既能允许阳离子通过,粗盐中的Ca2+,Mg2+,Fe3+等杂质也能进入阴极室,而生成氢氧化物沉淀,
7、不仅会影响NaOH的质量,也妨碍电解作用的顺利进行,所以事先必须对食盐进行精制。问题:问题:实验室盛放碱的瓶子为什么不能用玻璃塞?钠盐和钾盐1.钠盐和钾盐的比较 钾盐的溶解度比钠盐小;钠盐和钾盐有吸潮性,钠盐吸潮尤为显著;钾盐比较昂贵。例如:配制火药用KNO3,而不宜用吸潮性强的NaNO3;分析化学用的基准试剂K2Cr2O7,也不能用Na2Cr2O7代替。2.几种重要的钠盐和钾盐氯化钠(NaCl)食盐,卤水曝晒得到固体食盐后再使用。工业NaCl的精制通常采用重结晶法。碳酸钠(NaCO3)碳酸钠有无水物和一水、七水、十水结晶水合物,常见工业品不含结晶水,为白色粉末,又称纯碱、碱面或苏打。Na2C
8、O3在饱和状态(质量分数约为20%)能强烈水解,使pH达到12。氨碱法制取Na2CO3氨碱法(又称苏尔维法),生产时先向饱和食盐水中通入氨气至饱和,在通入CO2,生成的NH4HCO3立即与NaCl发生复反解反应,析出溶解度较小的NaHCO3:NH3+CO3+H2ONH4HCO3NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl滤出NaHCO3,经焙烧分解即得Na2CO3:2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O母液中含有大量NH4Cl,加入石灰水按下式置换出NH3,再返回循环使用:2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O碳酸氢钠(NaHCO3)又称小苏打、重碳酸钠或焙碱,加
9、热至65便分解失去CO2,是食品工业的膨化剂。蒸馒头碳酸钾(K2CO3)又称钾碱,易溶于水,主要用于制硬质玻璃和氰化钾(KCN)。制备:路布兰法 3草木灰法植物的籽壳(如向日葵子壳)焚烧浸取蒸发结晶K2CO3二、碱土金属二、碱土金属碱土金属元素概述 碱土金属:铍、镁、钙、锶、钡和镭。镭是放射性 元素其中钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难溶的Al2O3等之间,所以称为碱土金属。碱土金属在自然界的存在相当丰富,用途也相当广泛。铍的主要矿物为绿柱石。镁在自然界的丰度居第八位,略次于钠、钾。海水中含镁量达0.13%,陆地上含镁矿石主要有白云石、菱镁矿和光卤石。钙、锶、钡
10、多以难溶的碳酸盐或硫酸盐存在,如方解石、天青石、重晶石等。A族元素 属于s区 价电子构型:ns2碱土金属和碱金属性质比较 镁制轻合金(与铝或钛),作飞机和航天器的结构材料。钙在冶金工业中用作还原剂,钙与铅的合金可做轴承材料,钙还可作有机溶剂的脱水剂。钡在真空管的生产中用作脱气剂。制作各种传感器的敏感元件。铍是优良的宇航材料;铍铜合金的弹性、硬度和抗腐性特别好,被用作手表游丝、高速轴承和海底电缆。铍透过X射线的能力居金属之首,常用来做X射线管的窗口材料;铍能提供大量中子,是不可多得的中子源,又是反应堆的减速剂,因此被称为原子能工业之宝。值得注意的是:铍及其化合物都有毒性,能伤害肺、肝、肾和骨骼,
11、使用时必须有严密的安全措施。碱土金属的氧化物和氢氧化物氢氧化物 都是白色固体;溶解度比较小;热稳定性也比较低;碱性在同族中也都是由上而下依次递增。1.氧化镁(MgO)2.氧化钙和氢氧化钙氧化钙(CaO)又名石灰、生石灰,由自然界的石灰石、方解石、大理石等矿物煅烧而得:CaCO3 CaO+CO2 石灰遇水剧烈反应,放出大量的热并生成熟石灰或消石灰。2CaO+H2O 2CaO(OH)2氢氧化钙 俗称熟石灰或消石灰,它是一种强碱,溶解度很小且随温度升高而下降,通常配成石灰乳使用。Ca(OH)2除作建筑材料外,还用于制造漂白粉,在硬水软化、制药、橡胶和石油工业中亦有广泛应用。碱土金属的盐类1.碱土金属
12、盐类的通性2.由碱土金属矿制取相应的盐镁盐和钙盐 利用它们碳酸盐受热分解为氧化物,然后与酸反应;或者使矿石直接与酸反应,皆可得到相应的盐。氯化钙(CaCl2)实验室用石灰石与盐酸反应制备,所含的铁离子,锰离子等杂质,可加入石灰乳以沉淀除去:CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2OCaCl2有无水物和二水合物 2Fe3+3Ca(OH)2 2Fe(OH)3+3Ca2+Mg2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+Ca2+无水CaCl2有强吸水性,用于O2,N2,CO2,HCl,H2S等气体以及醛、酮、醚等有机试剂的干燥。但是它能与氨、乙醇形成加合物CaCl28NH3,CaCl24C2H5OH因此
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