主族金属元素一-碱金属和碱土金属.pptx
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1、第八章 主族金属元素(一)碱金属和碱土金属 第一节第一节 化学元素的自然资源化学元素的自然资源第二节第二节 碱金属碱金属第三节第三节 碱土金属碱土金属第一节第一节 化学元素的自然资源化学元素的自然资源一、地壳中元素的分布和存在类型一、地壳中元素的分布和存在类型 元素的丰度:元素在地壳中的相对含量称为丰度。丰度通常以质量分数或原子分数表示 地壳中丰度最大的前十位的元素是:地壳中主要含量元素的丰度地壳中主要含量元素的丰度(质量分数)元素OSiAlFeCaNaKMgHTiw/%48.626.37.734.753.452.742.742.000.760.42元素大部分以化合物的形式存在,只有少数以单质
2、形式存在化合物主要有:氧化物(包括含氧酸盐)-亲石元素硫化物-亲硫元素元素在地壳中的分别如下表:LiBe(1)以卤化物、含氧酸盐存在)以卤化物、含氧酸盐存在(2)以氧化物或含氧酸盐存在)以氧化物或含氧酸盐存在(3)主要以单质存在)主要以单质存在(4)主要以硫化物存在)主要以硫化物存在(5)以阴离子形式存在,有些也以单质存在)以阴离子形式存在,有些也以单质存在 BCNOFNeNaMgAlSiPSClAr(2)KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPb
3、BiPoAtRn(1)(2)(3)(4)(5)二、元素资源的存在形式和提取、利用二、元素资源的存在形式和提取、利用1、化学矿物:自然界3000余种,可利用的仅150来种,目前我国已发现的可有矿物有136种。分为金属矿物和非金属矿物。2、天然含盐水:包括海水、盐湖水、地下卤水和气井水等。3、大气:是游离是游离N2,O2和稀有气体的大本营。4、农副产品:可以用来提取无机物。5、工业废料:废水、废气和废渣含有大量的可用之物。第二节第二节 碱碱 金金 属属LiNaKRb Cs一、碱金属元素概述:碱金属元素概述:1、碱金属是IA族S区元素,包括锂、钠、钾、铷、铯和钫2、价电子结构:ns13、金属性:同周
4、期元素中,原子半径最大,易失1个电子,表现出强烈的金属性。本族自上而下原子半径和离子半径依次增大,其活泼性有规律地增强。碱金属的基本性质碱金属的基本性质碱金属的基本性质碱金属的基本性质锂Li钠Na钾K铷Rb铯Cs原子序数311193755价电子构型2s13 s14 s15 s16 s1金属半径 rmetpm152190227.2247.5265.4电负性1.00.90.80.80.7电离能 IkJmol 1520496419403376密度gcm 30.530.970.861.531.90熔点 t m180.5497.863.239.02805沸点 t b1347881.4756.568870
5、5硬度(金刚石=10)0.60.40.50.30.24、离子焰色:应用于定性鉴别锂(红色)钠(黄色)钾(紫色)铷(红紫色)铯(蓝色)碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时,能碱金属和钙、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。这叫使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应焰色反应”。碱金属和钙、锶、钡的盐,在灼烧时为什么能产生不碱金属和钙、锶、钡的盐,在灼烧时为什么能产生不同的颜色呢?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,但处在较高能级的子接受了能量从较低的能级跳到较高
6、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,所以容易观察识一种金属原子的光谱线比较简单,所以容易观察识别。别。5、碱金属元素的化合物多为离子型化合物 6、对角线规则:在周期表中某一元素的性质和它右下方的另一元素相似的现象。Li Be B C Na Mg Al Si 氢
7、氧化物:锂、镁为中强碱,水溶性小,受热易分解为氧化物;锂和镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐等都难溶于水。Be和Al 的单质及化合物都具有两性特点。7、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:钠长石:钾长石:明矾石:锂辉石:光卤石:锂的用途1、锂的密度为0.534g/cm3,是最轻的一种金属,它在冶金工业方面被用于制造轻质合金和耐腐合金,如Li-A1合金在高温下比一般航空用的铝合金强度好,Li-Mg合金已试作火箭、导弹、人造卫星和宇宙飞船的部件。2、锂和它的某些化合物是优质高能燃料,这些燃料的单位质量小,燃烧温度高,火焰宽,排出气体速度快,已经
8、用于宇宙火箭、人造卫星和超音速飞机等系统方面。比如,火箭燃料。火箭需要很大的功率来克服地球引力,才能飞向外层空间。原来,煤油被认为是最有效、使用液氧作氧化剂的燃料,它的发热量为550J/g。现在,锂被科学家认为是用作火箭燃料的最佳金属。锂金属燃料燃烧后释放出的热量达2465J/g,约为煤油的4.5倍。3、锂在熔点时能跟氢气作用生成白色晶体氢化锂,氢化锂遇水即产生大量的氢气,用1kg氢化锂可得到2.8m3的氢气,在空间飞行上可以用作燃料电池的原料。用于原子能制造业4、锂用于原子能工业,6Li是生产氢弹不可缺少的原料。用中子轰击6Li生成3H,而6Li3H就是氢弹的炸药。6LiD和6LiH也是氢弹
9、的重要原料。1g锂生成的氚化锂,实现热核反应放出的能量,相当于燃烧20t煤。用于医疗方面5、心脏起搏器是一种脉冲发生器,它可以用来治疗比较严重的心脏病。心脏起搏器一般是植入人体的,它以一定频率发出的电脉冲刺激心肌,使心房和心室周期性地收缩,从而使心脏正常地工作。过去所用的ZnHg电池,寿命比较短(1年2年)且Hg对人体有一定的危害。现在所用的锂电池,它突出的优点是:比容量(单位质量电极材料所转换的电量)特别大;使用寿命长,可达10年,有的可达1415年。目前全世界大约有200万心脏病患者带着这种锂电池心脏起搏器,金属锂给他们带来了生机。6、锂盐(如Li2CO3)用以治疗某些精神病。澳大利亚精神
10、病学家卡特经过多年的实验证明锂盐具有治疗癫狂病的作用。1948年,这项研究成果试用于临床医学。引人注目的一个病例是:一位有五年癫狂病史的患者,精神行为完全失常,仅服用两个多月的锂药剂,使奇迹股地康复了。其它用途7、锂常用于制有机金属化合物,如丁基锂等。丁基锂可用于有机高分子化合物的合成,作为引发剂。锂跟铝、铜等金属可制成低密度的和在高温下保持高强度的合金。把钠玻璃浸在含有锂化合物的熔盐浴中,锂离子代替了玻璃表面的钠离子,使玻璃的强度增大。8、氢化铝锂(LiAlH4)是有机反应中常用的还原剂。9、硬脂酸锂(C17H35COOLi)和软脂酸锂(C15H31COOLi)是理想的润滑剂,即使在-60。
11、C的环境中,也不会结冰。钠与钠的化合物的用途钠的用途(含部分钾的用途)1、人体中80%的钠分布于细胞外液中,其余的主要分布在骨骼中;钾主要分布在细胞液中,其余贮藏在肌肉和红细胞中。钠和钾在保持组织细胞与血液之间的电荷和化学平衡方面起着重要作用。2、高压钠灯,提供四种固定波长的光线,其中D65(色温6504K)是国际光学测量用标准光线之一,发出的黄光透雾能力强,常用作路灯。钠灯也可用作洗相的暗室,因为这种灯不会使相纸曝光。3、钠是一种强还原剂,可以冶炼钛、锆、铌、钽等金属。3、金属钠以前主要用于制造车用汽油的抗暴剂四乙基铅,但由于会污染环境,现在已经很少用了。4、钠可以作为合成橡胶的催化剂。5、
12、钠可以作为石油的脱硫剂。钠的化合物的用途1、氢氧化钠的用途制造肥皂。肥皂的主要成分是高级脂肪酸的钠盐,通常用油脂和氢氧化钠为原料经过皂化反应而制成。精炼石油。石油产品经硫酸洗涤后还含有一些酸性物质,必须用氢氧化钠溶液洗涤,再经水洗,才能得到精制产品。造纸。造纸的原料是木材或草类植物,这些植物里除含纤维素外,还含有相当多的非纤维素(木质素、树胶等)。加入稀的氢氧化钠溶液可将非纤维素成分溶解而分离,从而制得以纤维素为主要成分的纸浆。铷的用途和铯大致相同,但铷光电池和光阴极的灵敏度以及使用范围稍逊于铯。铷和钾、钠、铯的合金可用以除去高真空系统的残余气体。碘化铷银(RbAg4I5)是良好的离子导体,用
13、作固体电池电解质。铷的特征共振频率为6835兆赫,可用作时间标准。铷原子钟的特点是体积小,重量轻,需要的功率小。用铷气泡制成的磁强计,测量范围达1500080000伽马(1伽马为10-9特斯拉)。氧化铷可用以调整光学玻璃的密度和折射率,并可用来生产光敏玻璃和光色玻璃。硝酸铷还可用作化学钢化玻璃的熔剂,以提高玻璃的抗张强度。铸铝合金铝合金中加入0.011的铷,可以改善其力学性能。熔化的铜铜中加入0.010.5的铷,用喷雾法可制得表面积大而性能好的铜粉。很多有机和无机合成中,可以用Rb2O代替K2O作助催化剂的组分。铷盐还可用于制药。二、金属钠和钾二、金属钠和钾(一)物理性质钠和钾的性质十分相似,
14、质软似蜡,易用小刀切开。(二)储存:需贮存于煤油和石蜡油中需贮存于煤油和石蜡油中钠与水作用易引起燃烧和爆炸,钾比钠更活泼,制备、储存和使用时应更加小心。由于钠、钾的搞活破性和强传热性用以还原制备相应金属,作核反应堆得到热剂。(三)制备金属钠工业上由电解氯化钠的熔融盐制取。金属钾因其沸点低,易挥发,难分离,而难以用电解其熔融盐法制取,通在熔融状态下用金属钠置换法制取,因此金属钾的价格约是钠的10倍。制备方法:制备方法:1、电解熔融盐如:2NaCl =2Na+Cl2电解2 2、热还原法、热还原法 如:K2CO3+2C=2K+3CO3 3、金属置换法、金属置换法(工业上制取钾工业上制取钾)如:KCl
15、+Na=NaCl+K1473K真空三、碱金属的化学性质三、碱金属的化学性质(一)碱金属的氢化物:1、制备:2、化性:主要有LiH和NaH,皆为白色粉末,是离子型化合物,是很强的还原剂:NaH+H2ONaOH+H2剧烈反应4NaH+TiCl4Ti+4NaCl+2H2强还原性4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiCl四氢铝锂是白色多孔的轻质粉末状复合氢化物,用于制备有机试剂、药物、香料。(二)氧化物:氧化物,过氧化物,超氧化物。1、制备:锂Li钠Na钾K铷常温下,遇到氧气就会立即燃烧,生成更为复杂的氧化物。铯4Li+O2=2Li2O点燃与氧气反应不如钠剧烈,生成氧化锂4Na+O2=2Na2O常温
16、下2Na+O2=Na2O2点燃加热时K+O2=KO2(超氧化钾)点燃加热时2、代表物质:过氧化钠,是淡黄色粉末或粒状物。(1)酸介质中做强氧化剂Na2O2+2H2O2NaOH+H2O2Na2O2+2H2SO4(稀)Na2SO4+H2O22H2O22H2O+O2(2)碱介质中强氧化剂,分解矿石的熔剂Na2O2+Cr2O32Na2CrO4+Na2ONa2O2+MnO2Na2MnO4(3)防毒面具等提供氧气2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2(三)氢氧化物:易潮解,在空气中吸收CO2生成碳酸盐,均为白色固体。1、碱性规律:LiOH NaOH KOH RbOH CsOHLiOH NaOH KOH
17、 RbOH CsOH 中强碱中强碱 强碱强碱 强碱强碱 强碱强碱 强碱强碱2、代表物质NaOH:又称烧碱、火碱、苛性碱 具有强碱性,除了与非金属及其氧化物作 用外,还与一些两性金属及其氧化物作用,生成钠盐。Si+2NaOH+H2O 2Na2SiO3+2H2 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2 AL2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O 因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化,又具有溶解某些因为氢氧化钠、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金属氧化物、非金属氧化物的能力,因此工业生产和分析工
18、作中常用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强,工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的器皿 3、制备:苛化法、隔膜电解法和水银电解 (1)苛化法 Ca(OH)2+Na2CO3 2NaOH+CaCO3 (2)隔膜电解法和水银电解法 2NaCL+2H2O 2NaOH+H2+CL2四、钠盐和钾盐:四、钠盐和钾盐:(一)钠盐和钾盐性质的差异(一)钠盐和钾盐性质的差异 (1)(1)易溶于水:易溶于水:溶解度碱金属盐类的最大特征是易溶于溶解度碱金属盐类的最大特征是易溶于水,并且在水中完全
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