硷土金属元素及其化合物
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
鹼土金屬元素及其化合物
組員：王祉晴、林琮珉、陳文心
Outline
• • • • • • • • • 簡介 存在 製備 物性 化性 化合物 鎂 鈣 應用
簡介
• 在空氣中徐徐氧化，強熱之則均能燃燒。 • 氧化物熔點高，不易分解，具有土的性質； 氧化物溶於水呈鹼性，故稱為鹼土金屬。 • 鹽類的溶解度 (+為可溶; ±為微溶; -為難溶)
鈣──氧化鈣(CaO)…2
‒ 用途：(1)作為脫水劑。 (2)生產電石。 (3)銷毀鴉片。 (4)減低汙水的酸性。 (5)移去廢氣中的硫。 (6)減少生物分解的難聞氣味。 (7)改善農業用酸性泥土。
鈣──氫氧化鈣(CaOH)…1
‒ ‒ ‒ ‒ 俗稱熟石灰, 石灰水, 或消石灰。 為白色固體，微溶於水，呈鹼性。 在空氣中吸收二氧化碳和水等從而變質(見下性質)。 性質：(1)與CO2反應生成碳酸鈣及水。 Ca(OH)2 + CO2 ⟶ CaCO3↓ + H2O (2)氫氧化鈣會與碳酸鈉或碳酸氫鈉反應生成 氫氧化鈉和碳酸鈣。
製備
• 先用HCl或HF處理礦石，生成氯化物或氟化 物，再電解其熔融液，即可得鹼土金屬。 MX2(l) ⟶ M(l) + X2(g)
★
少量鹼土金屬可將其氧化物與煤焦或鋁在 高溫下共熱還原得元素。
Ex：少量鎂可用MgO(s) + C(s) ⟶ Mg(s) + CO(g)製取 Ex：少量鈣、鍶、鋇可用MO(s) + Al(s) ⟶ M(s) + Al2O3(s)在高 溫下共熱製得
Ca(OH)2 + Na2CO3 ⟶ CaCO3↓ + 2NaOH NaHCO3 + Ca(OH)2 ⟶ CaCO3↓ + NaOH + H2O （Ca(OH)2過量）
2NaHCO3 + Ca(OH)2 ⟶ CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O （NaHCO3過量）
鈣──氫氧化鈣(CaOH)…2
共價性漸增⟷離子性漸增 兩性⟷鹼性漸增
• 氫氧化物(M(OH)2)
– 兩性：Be(OH)2 – 弱鹼：Mg(OH)2 – 強鹼：Ba(OH)2 ＞ Sr(OH)2 ＞ Ca(與氯、溴、碘形成之鹵化物可溶於水 – 鹼土金屬與氟形成之氟化物除BeF2可溶外，其 餘皆難溶 – 鹼土金屬之氯化物，其熔點由電負度差(離子性) 而定
鈹(Be)
鎂(Mg)
鈣(Ca)
鍶(Sr)
鋇(Ba)
變化趨勢
六方最密 面心立方 面心立方
化性
• 鹼土金屬之化學活性相似，為強還原劑， 其還原能力隨原子序增加而漸增。 • 氫化物(MH2)
– 鹼土金屬可與H2反應得到氫化物 M + H2 ⟶ MH2 – 鹼土金屬氫化物可與H2O反應，放出H2 MH2 + 2H2O ⟶ M(OH)2 + 2H2
化合物
鎂──氧化鎂(MgO)
鈣──氧化鈣(CaO)…1
‒ 俗稱生石灰或石灰。 ‒ 為常見的無機化合物，通常由石灰石或貝殼取得。 ‒ 性質：(1)加水後會成為氫氧化鈣(熟石灰)。 CaO + H2O → Ca(OH)2 (2)與碳一起在電爐中融化，產生碳化鈣(電石)。 CaO + 3C → CaC2 + CO ‒ 製備：直接將碳酸鈣加熱超過900℃會生成氧化鈣及CO2 CaCO3 → CaO + CO2
‒ 製備：由氧化鈣和水反應而得。 CaO + H2O → Ca(OH)2 ‒ 用途：(1)降低土壤酸度。 (2)改良土壤結構。 (3)製成波爾多液用於果樹和蔬菜來消滅病蟲害。 (4)石灰沙漿可用於砌磚抹牆（粉末為牆灰）。 (5)製糖工業中用來中和糖漿中的酸，從而減少 糖過度的酸味。 (6)藥用：活髓切斷術、根尖誘導成形術及 蓋髓術皆使用氫氧化鈣製劑
• 氧化物(MO)
– 鹼土金屬之氧化物可由金屬在氧中加熱或碳酸 鹽加熱分解製得 2M + O2 ⟶ 2MO ; MCO3 ⟶ MO + CO2 – 鹼土金屬氧化物之性質整理
BeO 堆積方式 熔點(°c) 熔解熱(kcal) 鍵結 鹼性 四面體 2570 -2.5 MgO 八面體 2800 -8.8 CaO 八面體 2590 -15.6 SrO 八面體 2460 -19.9 BaO 八面體 1920 -24.5
物性
元素 性質
熔點(°c) 沸點(°c) 鍵能(kJ) 原子半徑(Å) 游離能(IE1) 游離能(IE2) 游離能(IE3) 電負度 氧化電位(V) 離子焰色 堆積方式 1283 2970 327 1.11 900 1757 14840 1.5 1.85 x 六方最密 650 1120 149 1.60 738 1450 7732 1.2 1.74 x 845 1420 176 1.97 590 1146 4941 1.0 1.54 磚紅色 770 1380 164 2.15 552 1058 4121 1.0 2.6 深紅色 725 1640 178 2.17 502 962 3390 0.9 3.5 黃綠色 體心 x x x 漸增 漸減 漸減 漸減 漸減 漸增 x x
CrO42Mg2+ Ca2+ SO42C2O42CO32OHNO3Cl-
± ±
± ±
± -
± -
±
+ +
+ +
Sr2+
Ba2+
±
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
存在
• 自然界中，多以化合物的形態存在。
– 鈹(Be)：存量少，以矽酸鈹鋁(Be3Al2Si6O8)存在。 – 鎂(Mg)：菱鎂礦(MgCO3)。 – 鈣(Ca)：構成地殼主要元素之一。 – 鍶(Sr)：天青石(SrSO4)。 – 鋇(Ba)：重晶石(BaSO4)。 – 鐳(Ra)：存於鈾礦中，量極少，為放射性元素。
鈣──碳酸鈣(CaCO3)…1
‒ 俗稱灰石、石灰石、石粉、大理石、方解石。 ‒ 地球上常見物質，存在於眾多岩石內。亦為動物骨骼或 外殼的主要成份。 ‒ 呈鹼性，基本上不溶於水，溶於酸。 ‒ 性質：(1)在1atm下將碳酸鈣加熱到900℃會分解成CaO 和CO2。 CaCO3 ⟶ CaO + CO2↑ (2)碳酸鈣會和稀氫氯酸反應，呈泡騰現象，並 生成氯化鈣、水和CO2。 CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + H2O + CO2↑
組員：王祉晴、林琮珉、陳文心
Outline
• • • • • • • • • 簡介 存在 製備 物性 化性 化合物 鎂 鈣 應用
簡介
• 在空氣中徐徐氧化，強熱之則均能燃燒。 • 氧化物熔點高，不易分解，具有土的性質； 氧化物溶於水呈鹼性，故稱為鹼土金屬。 • 鹽類的溶解度 (+為可溶; ±為微溶; -為難溶)
鈣──氧化鈣(CaO)…2
‒ 用途：(1)作為脫水劑。 (2)生產電石。 (3)銷毀鴉片。 (4)減低汙水的酸性。 (5)移去廢氣中的硫。 (6)減少生物分解的難聞氣味。 (7)改善農業用酸性泥土。
鈣──氫氧化鈣(CaOH)…1
‒ ‒ ‒ ‒ 俗稱熟石灰, 石灰水, 或消石灰。 為白色固體，微溶於水，呈鹼性。 在空氣中吸收二氧化碳和水等從而變質(見下性質)。 性質：(1)與CO2反應生成碳酸鈣及水。 Ca(OH)2 + CO2 ⟶ CaCO3↓ + H2O (2)氫氧化鈣會與碳酸鈉或碳酸氫鈉反應生成 氫氧化鈉和碳酸鈣。
製備
• 先用HCl或HF處理礦石，生成氯化物或氟化 物，再電解其熔融液，即可得鹼土金屬。 MX2(l) ⟶ M(l) + X2(g)
★
少量鹼土金屬可將其氧化物與煤焦或鋁在 高溫下共熱還原得元素。
Ex：少量鎂可用MgO(s) + C(s) ⟶ Mg(s) + CO(g)製取 Ex：少量鈣、鍶、鋇可用MO(s) + Al(s) ⟶ M(s) + Al2O3(s)在高 溫下共熱製得
Ca(OH)2 + Na2CO3 ⟶ CaCO3↓ + 2NaOH NaHCO3 + Ca(OH)2 ⟶ CaCO3↓ + NaOH + H2O （Ca(OH)2過量）
2NaHCO3 + Ca(OH)2 ⟶ CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O （NaHCO3過量）
鈣──氫氧化鈣(CaOH)…2
共價性漸增⟷離子性漸增 兩性⟷鹼性漸增
• 氫氧化物(M(OH)2)
– 兩性：Be(OH)2 – 弱鹼：Mg(OH)2 – 強鹼：Ba(OH)2 ＞ Sr(OH)2 ＞ Ca(與氯、溴、碘形成之鹵化物可溶於水 – 鹼土金屬與氟形成之氟化物除BeF2可溶外，其 餘皆難溶 – 鹼土金屬之氯化物，其熔點由電負度差(離子性) 而定
鈹(Be)
鎂(Mg)
鈣(Ca)
鍶(Sr)
鋇(Ba)
變化趨勢
六方最密 面心立方 面心立方
化性
• 鹼土金屬之化學活性相似，為強還原劑， 其還原能力隨原子序增加而漸增。 • 氫化物(MH2)
– 鹼土金屬可與H2反應得到氫化物 M + H2 ⟶ MH2 – 鹼土金屬氫化物可與H2O反應，放出H2 MH2 + 2H2O ⟶ M(OH)2 + 2H2
化合物
鎂──氧化鎂(MgO)
鈣──氧化鈣(CaO)…1
‒ 俗稱生石灰或石灰。 ‒ 為常見的無機化合物，通常由石灰石或貝殼取得。 ‒ 性質：(1)加水後會成為氫氧化鈣(熟石灰)。 CaO + H2O → Ca(OH)2 (2)與碳一起在電爐中融化，產生碳化鈣(電石)。 CaO + 3C → CaC2 + CO ‒ 製備：直接將碳酸鈣加熱超過900℃會生成氧化鈣及CO2 CaCO3 → CaO + CO2
‒ 製備：由氧化鈣和水反應而得。 CaO + H2O → Ca(OH)2 ‒ 用途：(1)降低土壤酸度。 (2)改良土壤結構。 (3)製成波爾多液用於果樹和蔬菜來消滅病蟲害。 (4)石灰沙漿可用於砌磚抹牆（粉末為牆灰）。 (5)製糖工業中用來中和糖漿中的酸，從而減少 糖過度的酸味。 (6)藥用：活髓切斷術、根尖誘導成形術及 蓋髓術皆使用氫氧化鈣製劑
• 氧化物(MO)
– 鹼土金屬之氧化物可由金屬在氧中加熱或碳酸 鹽加熱分解製得 2M + O2 ⟶ 2MO ; MCO3 ⟶ MO + CO2 – 鹼土金屬氧化物之性質整理
BeO 堆積方式 熔點(°c) 熔解熱(kcal) 鍵結 鹼性 四面體 2570 -2.5 MgO 八面體 2800 -8.8 CaO 八面體 2590 -15.6 SrO 八面體 2460 -19.9 BaO 八面體 1920 -24.5
物性
元素 性質
熔點(°c) 沸點(°c) 鍵能(kJ) 原子半徑(Å) 游離能(IE1) 游離能(IE2) 游離能(IE3) 電負度 氧化電位(V) 離子焰色 堆積方式 1283 2970 327 1.11 900 1757 14840 1.5 1.85 x 六方最密 650 1120 149 1.60 738 1450 7732 1.2 1.74 x 845 1420 176 1.97 590 1146 4941 1.0 1.54 磚紅色 770 1380 164 2.15 552 1058 4121 1.0 2.6 深紅色 725 1640 178 2.17 502 962 3390 0.9 3.5 黃綠色 體心 x x x 漸增 漸減 漸減 漸減 漸減 漸增 x x
CrO42Mg2+ Ca2+ SO42C2O42CO32OHNO3Cl-
± ±
± ±
± -
± -
±
+ +
+ +
Sr2+
Ba2+
±
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
存在
• 自然界中，多以化合物的形態存在。
– 鈹(Be)：存量少，以矽酸鈹鋁(Be3Al2Si6O8)存在。 – 鎂(Mg)：菱鎂礦(MgCO3)。 – 鈣(Ca)：構成地殼主要元素之一。 – 鍶(Sr)：天青石(SrSO4)。 – 鋇(Ba)：重晶石(BaSO4)。 – 鐳(Ra)：存於鈾礦中，量極少，為放射性元素。
鈣──碳酸鈣(CaCO3)…1
‒ 俗稱灰石、石灰石、石粉、大理石、方解石。 ‒ 地球上常見物質，存在於眾多岩石內。亦為動物骨骼或 外殼的主要成份。 ‒ 呈鹼性，基本上不溶於水，溶於酸。 ‒ 性質：(1)在1atm下將碳酸鈣加熱到900℃會分解成CaO 和CO2。 CaCO3 ⟶ CaO + CO2↑ (2)碳酸鈣會和稀氫氯酸反應，呈泡騰現象，並 生成氯化鈣、水和CO2。 CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + H2O + CO2↑