大连理工大学无机化学课件第12章

对元素在周期表中处于对角线位置： Li Be B C
Na
Mg
Al
Si
相应的两元素及其化合物的性质有许多相 似之处。这种相似性称为对角线规则。
锂与镁的相似性：
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•单质与氧作用生成正常氧化物；
•氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；
•氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；
•氯化物均能溶于有机溶剂中；
菱镁矿：MgCO3
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石膏：CaSO 4 2H2O 大理石： CaCO3 萤石：CaF2 天青石：SrSO 4 重晶石：BaSO 4 制备：电解熔融的盐、高温还原等方法。 用途：
§12.4 碱金属和碱土金属的化合物
12.4.1 氢化物 12.4.2 氧化物 12.4.3 氢氧化物 12.4.4 重要盐类及其性质
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Li
Na
K
Ca
•与液氨的作用
2M(s) + 2NH 3 (l) → 2M + 2NH + H 2 (g)
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+
2
M(s) M (am)+ e (am)
液氨溶剂 -
+
•焰色反应
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12.3.2 s区元素的存在和单质的制备
碱土金属(IIA )：ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属。
通性：
1. 易与H2直接化合成MH、MH2离子 型化合物； 2. 与O2形成正常氧化物、过氧化物、 超氧化物； 3. 与其他非金属作用形成相应的化合物； 4. 易与H2O反应(除Be、Mg外)。 注：它们的活泼性有差异
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2. 化学性质 •与氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物。 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2 Na2O2
Li2O
镁 带 的 燃 烧
KO2
•与水作用
2M + 2H2O → 2MOH + H2(g)
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IA
金 属 性 、 还 原 性 增 强
IIA
Be Mg Ca Sr Ba
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电 离 能 、 电 负 性 减 小
原 子 半 径 增 大
Li Na K Rb Cs
原子半径减小
电离能、电负性增大
金属性、还原性减弱
§12.3 碱金属和碱土金属的单质
12.1.1 氢的存在和物理性质
氢气是无色、无味、无臭的易燃气体， 是所有气体中最轻的。
无 12.1.2 氢气的化学性质 机 (1) 氢气与非金属单质反应直接wk.baidu.com成相应 化 学 的氢化物； 基 (2) 氢气在高温下还原某些元素的卤化物 础 教 或氧化物，生成相应的单质； 程 (3) 氢气与活泼金属在高温下反应生成离
12.3.1 单质的性质 12.3.2 单质的制备和用途
12.3.1 单质的性质
1. 物理性质
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Li
Na
K
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Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
单质的物理性质： 有金属光泽
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密度小
硬度小 熔点低 导电、导热性好
s区单质的熔、沸点变化
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2. 溶解度：碱金属盐类一般易溶于水； 碱土金属盐类除卤化物、硝酸 盐外多数溶解度较小。 3. 热稳定性：较高。 •硝酸盐热稳定性差。 •碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径 的增大而增强。
BeCO3 T分 /℃ ＜100 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 540 900 1290 1360
第十二章
§12.1 氢
s区元素
§12.2 碱金属和碱土金属概述 §12.3 碱金属和碱土金属的单质
§12.4 碱金属和碱土金属的化合物
§12.5 锂和铍的特殊性 对角线规则
§12.1 氢
12.1.1 氢的存在和物理性质 12.1.2 氢气的化学性质 12.1.3 氢气的制备 12.1.4 氢化物 12.1.5 氢的用途 12.1.6 氢能源
均以矿物形式存在：
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钠长石： NaAlSi 3O8
钾长石： KAlSi 3 O8 光卤石： KCl MgCl 2 6H2 O
明矾石： K(AlO)3 (SO 4 ) 2 3H2 O 锂辉石： LiAl(SiO3 ) 2
绿柱石：Be3 Al2 (SiO 3 ) 6
氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 溶解度 /mol· -1 L 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
•碱性
LiOH 中强 Be(OH)2 两性 NaOH KOH 强 强 Mg(OH)2 Ca(OH)2 中强 强 RbOH CsOH 强 强 Sr(OH)2 Ba(OH)2 强 强
Na2O2 + H2SO 4 (稀) Na2SO 4 + H2O2
2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2 (g)
3. 超氧化物
K + O2 KO2
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超氧化物(O2-)具有顺磁性
KK (σ 2s ) (σ
2
*
2s
) (σ 2p ) (π 2p ) (π
12.1.5 氢的用途
(1) 化工合成原料 合成氨 有机化合物的加氢反应 (2) 制取单质的还原剂 例如：Si W (3) 有机化合物的合成和加工
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12.1.6 氢能源
氢是一种颇具开发潜力的清洁能源。
§12.2 碱金属和碱土金属概述
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碱金属(IA )：ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
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12.1.4 氢化物
1. 离子型氢化物 LiH，NaH，CaH2…… 2. 共价性氢化物 HF，H2O，NH3， SiH4 …… 3. 金属氢化物 VH1.8，TaH0.76，LaNiH5.7 …… 氢化物的物理化学性质，将在以后章节 中分别讲述。
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M
2+
[O
C
] O
O 2-
稳定性 M2CO3＞ MCO3
§12.5 锂和铍的特殊性 对角线规则
12.5.1 锂和铍的特殊性 12.5.2 对角线规则
12.5.2 对角线规则
ⅠA 族的Li与ⅡA族的Mg， ⅡA族的Be与
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ⅢA族的Al， ⅢA 族的B与ⅣA族的Si，这三
2 2 4
*
2p
)
3
2KO2 + 2H2O 2KOH+ H2O2 + O2
4KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O2 (g)
12.4.3 氢氧化物
碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白 色固体。
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•易吸水而潮解
MOH易溶于水，放热。 碱土金属溶解度（20℃）
M O + H2O 2MOH
Ⅰ 2
（Li Cs剧烈程度）
MⅡO + H2O 2M(OH) （BeO除外） 2
Li2O + CO2 Li2CO3
2. 过氧化物
2Na + O 2 Na 2 O 2
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Na2O2 + 2H2O 2NaOH+ H2O2
12.4.1 氢化物
s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢 形成离子型氢化物。
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1.均为白色晶体， 热稳定性差 LiH NaH KH RbH CsH -54.3 -49.3 NaCl -441
-90.4 -57.3 -57.7
△ fHm / kJ· -1 mol
2.还原性强
•碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。
子型氢化物； (4) 氢气可参与一些重要的有机反应。
12.1.3 氢气的制备
(1) 实验室制氢（略） (2) 工业制氢 水煤气法 C ＋ H2O CO ＋ H2 1000℃ CO ＋ H2O CO2 ＋ H2 400℃，Fe2O3 甲烷转换法 CH4 ＋ H2O CO ＋3H2 700~780℃， Ni,Co催化 电解法
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(箭头指向)碱性增强，溶解度增大。
12.4.4 重要盐类及其性质
重要盐类： 卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。 1. 晶体类型： 绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤 化物有一定的共价性。 例如：Be2+极化力强， BeCl2已过渡为共价 化合物。 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ ℃ 415 714 775 874 离子性增强 962
3.形成配位氢化物
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4LiH+ AlCl3 Li[AlH4 ] + 3LiCl 铝氢化锂
（无水）乙醚
Li[AlH4 ] 受潮时强烈水解
LiAlH4 + 4H2 O LiOH + Al(OH)3 + 4H2
12.4.2 氧化物
形成三类氧化物：
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正常氧化物(O2-)
过氧化物(O22-) 超氧化物(O2-)
1. 正常氧化物 制备：Na 2 O 2 + 2Na 2Na2 O
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2KNO3 + 10K 6K2 O + N 2
MCO3 MO + CO 2 (g) 除BeO外，均能与水化合生成相应的碱。
( E (H 2 /H ) = -2.23V)
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-
• 钛的冶炼：
2LiH + T iO2 T i + 2LiOH 4NaH+ TiCl4 Ti + 4NaCl + 2H2
•剧烈水解： MH + H 2 O MOH + H 2 (g)
CaH2 + 2H 2 O Ca(OH)2 + 2H 2 (g)