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无机化学“十二五”职业教育国家规划教材主编黄晓英郭小仪化学工业出版社目录第一章物质结构第二章溶液和胶体溶液第三章化学反应速率和化学平衡第四章电解质溶液第五章氧化还原和电极电势第六章缓冲溶液第七章配位化合物第八章常见非金属元素及其化合物第九章常见金属元素及其化合物2017年6月2第九章常见金属元素及其化合物第一节金属的通性第二节碱金属和碱土金属第三节水的净化第四节人体中的化学元素2017年6月3学习目标1.掌握金属键的概念、金属的通性及金属活动性顺序表2.了解碱金属和碱土金属的性质与用途3.熟悉碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物及盐类4.掌握饮用水的净化、硬水的概念及其软化方法5.了解水的纯化6.熟悉人体中元素的分类、必需元素的生理功能及某些有害微量元素7.了解我国稀土金属资源的利用和保护2017年6月4金属元素位置金属区晶体结构相同点金属阳离子自由电子共同物理性质金属光泽导电传热延展性不同点核电荷数价电子数原子半径金属阳离子与自由电子的作用强弱不同差异性熔点不同硬度不同第一节金属的通性2017年6月5原子结构续表金属元素相同点最外层电子数较少原子半径较大都具有还原性共性与非金属单质与H+(水、酸)与其它氧化剂不同点核电荷数不同原子半径不同金属活泼性不同差异性与水或酸反应的难易氢氧化物碱性强弱相互置换反应(原电池正负极)2017年6月62017年6月7金属的分类:4、按化学活泼性:活泼金属与不活泼金属2、按冶金工业分:黑色金属(Fe、Cr、Mn)与有色金属3、按地壳中存在情况分:常见金属与稀有金属(含量少、存在分散)1、按单质密度分(5g/cm3):重金属(Fe、Cr、Ba等)与轻金属(碱金属、Mg、Al等)2017年6月8金属是由金属阳离子和自由电子组成,其中自由电子并不属于某个固定的金属阳离子,而可以在整个金属中自由移动。(一)、金属键2017年6月9(二)金属的物理性质:①常温下,单质都是固体,汞(Hg)除外;②大多数金属呈银白色,有金属光泽,但金(Au)——色,铜(Cu)——色,铋(Bi)——色,铅(Pb)色。黄红微红蓝白③不同金属熔点、硬度差别较大;2017年6月10④良好的导电性,分析原因:金属中存在着大量的可自由移动的电子。⑤良好的导热性,分析原因:通过自由电子和金属阳离子的相互碰撞传递热量。⑥良好的延展性。金铂⑦金属单质在化学反应中只作还原剂,在化合物中金属元素只显正价。2017年6月11(二)、金属的物理性质合金:概念:两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。性质:具备金属特性(光泽、热电良导体、延展性等)。熔沸点一般低于组分单质;硬度一般比组分单质大。2017年6月12(三)、金属的化学性质金属原子易失去价电子成为阳离子,因而表现出较强的还原性。由于不同的金属原子结构、原子半径的不同,表现的还原性也有强弱不同。(1)与O2反应KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu常温迅速成膜加热加热能反应不反应2017年6月13(2)与H2O反应KCaNaMgAlZnFeSnPb……条件:冷水剧烈热水缓慢水蒸气高温不反应产物:氢氧化物和氢气氧化物和氢气(3)与酸反应KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu常温下与非氧化性酸反应氧化性酸王水(4)置换反应(5)特例:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22017年6月14金属活动性顺序的应用KCaNaMgAlMnZnFeNiSnPbHCuHgAgPtAu判断金属的活动性顺序。判断金属与酸溶液反应的激烈程度等情况。判断金属单质还原性强弱。判断金属低价阳离子的氧化性强弱。判断金属金属性的强弱顺序。判断原电池的正负极。判断和水、氧气反应条件以及产物。判断相同浓度相同阴离子溶液的酸碱性强弱顺序。判断电解时阳离子和金属电极的放电顺序。判断金属单质的制备方法。2017年6月15一、碱金属和碱土金属的概述二、碱金属和碱土金属的性质与用途三、碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物及盐类第二节碱金属和碱土金属2017年6月16一、碱金属和碱土金属的概述•IAIIA•LiBe•NaMg•KCa•RbSr•CsBa原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小价层电子构型:IA、IIA,21nsns、2017年6月17均以矿物形式存在:钠长石:钾长石:光卤石:明矾石:锂辉石:绿柱石:菱镁矿:石膏:萤石天青石:重晶石:大理石:83OAlSiNa83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)224323)LiAl(SiO6323)(SiOAlBe3MgCOO2HCaSO243CaCO2CaF4SrSO4BaSO元素的存在2017年6月18图片Gc2-704-18.8Gc2-711-18.14LiNaRbCsBeMgCaSrBa二、碱金属和碱土金属的性质与用途K2017年6月191、金属性和非金属性金属元素:外层电子少,原子半径性质:金属键不牢固,单质熔、沸点很低,硬度较小,其中IIAIA。金属性:IAIIA碱金属中Cs、Rb金属性质最强,失电子倾向最大,所以可作光电管,如Cs光电管制成的自动报警器可报告远处火警;制成的天文仪器可以测定与地球距离Ba:电子工业中除去真空管中痕量氮气和氧气2017年6月20与水作用2M+2H2O→2MOH+H2(g)2017年6月212、氧化数:分别为+1和+2,一般无变价3、化合物键型:以离子键为主,其中Li+、Be2+由于半径小,其化合物有一定的共价性,如BeCl2等。4、特性:碱金属和碱土金属可溶于液氨,形成深蓝色溶液。(较高导电性和与金属相同的还原性)2017年6月22氢化物(除Be、Mg外)1.均为白色晶体,热稳定性差2.还原性强V)23.2)/H(H(2-=-EΘ2LiOHTiTiO2LiH2242H4NaClTiTiCl4NaHⅠAⅡA金属活泼,可与氢形成离子性氢化物2017年6月23(一)、氧化物多种类型:正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)稳定性:O2-O2-O22-三、碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物及盐类2017年6月24(一)、氧化物三、碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物及盐类1、正常氧化物多数为白色固体,K2O(淡黄)、Rb2O(亮黄)、Cs2O(桔红);熔点:IIAIA;硬度:IIAIA,用途:BeO、MgO作耐火材料和金属陶瓷,BeO还有反射放射线的能力,常用作原子反应堆外壁砖块材料。2017年6月252、过氧化物和超氧化物除Be外IA、IIA均能形成过氧化物(离子型)除Li、Be、Mg外,IA、IIA能形成超氧化物(1)室温下,均能与水和稀酸反应:Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O22KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑2KO2+2H2SO4→2K2SO4+H2O2+O2↑2017年6月26(2)与CO2的反应:2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O2↑4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2↑过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飞行、潜水的供氧剂。2017年6月27Na2O2常用的过氧化物,纯的为白色,工业品带浅黄在碱性介质中是强氧化剂,常作矿熔剂2Fe(CrO2)2+7Na2O22Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O还可用于纺织、纸浆漂白。Na2O2熔融分解,但遇到棉花、Al粉等还原性物质,会爆炸,故使用Na2O2要小心。2017年6月283、臭氧化物低温下,臭氧O3和粉末状无水碱金属(除Li外)氢氧化物反应,用液氨提取得红色MO3固体3MOH(s)+2O3(g)→2MO3(s)+MOH·H2O(s)+1/2O2(g)室温下,臭氧化物会缓慢分解:MO3→MO2+1/2O2遇水会发生反应:4MO3+2H2O→4MOH+5O2↑2017年6月29(二)、氢氧化物•形成:IA和IIA中(除BeO、MgO外)直接与水形成对应氢氧化物。•性状:白色固体,易潮解,在空气中吸收CO2,对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用。2017年6月30(二)、氢氧化物1、碱性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强强强强Be(OH)2+2H+→Be2++2H2OBe(OH)2+2OH-→[Be(OH)4]2-2017年6月31LiOHBe(OH)2NaOHMg(OH)2KOHCa(OH)2RbOHSr(OH)2CsOHBa(OH)2酸性增强碱性增强2017年6月322、溶解性IA均溶于水,仅LiOH溶解度较小IIA溶解度比IA的小得多,且从上到下溶解度增大。因从上到下,半径增大,M2+与OH-吸引力减弱,容易被水分子拆开IIAIA:同一周期,IA→IIA,原子半径减小,离子电荷增多,静电引力增大,分子不易被水分子拆开2017年6月33(三)、盐类卤化物,硫酸盐,硝酸盐,碳酸盐,磷酸盐1、盐类的性质:(1)、晶型绝大多数为离子晶体,有较高熔、沸点,常温下为固体,熔化时能导电。但Be2+的半径小,电荷较多,极化力较强,光与易变形的Cl-、Br-、I-结合则形成共价化合物,如BeCl2,熔点低,易升华,能溶于有机溶剂。2017年6月34(三)、盐类1、盐类的性质:卤化物,硫酸盐,硝酸盐,碳酸盐,磷酸盐(1)、晶型(2)、颜色M+、M2+均无色,它们形成的盐类只要阴离子无色,其化合物必为无色;若阴离子有色,则化合物有色。2017年6月35(3)、热稳定性IA一般有较高稳定性:卤化物高温挥发而不分解;硫酸盐高温不挥发,难分解;碳酸盐除Li2CO3在1000℃以上部分分解为Li2O和CO2外,其余皆不分解;仅硝酸盐差,加热到一定温度分解:4LiNO32Li2O+4NO2↑+O2↑2NaNO32NaNO2+O2↑2KNO32KNO2+O2↑IIA碳酸盐常温下(除BeCO3不到100℃分解)稳定,强热下分解。Co650Co830Co6302017年6月36(4)、溶解度IA一般易溶于水,仅两类型微溶于水:(1)若干Li盐:LiF、Li2CO3、Li3PO4(2)K+、Rh+、Cs+(及NH4+)的大阴离子盐IIA中Be盐多数易溶,Mg盐部分易溶,Ca、Sr、Ba盐则多为难溶,其中氟化物溶解度:CaF2→SrF2→BaF2(增强);CaSO4→SrSO4→BaSO4(减弱);注意:Be盐和可溶性钡盐有毒。2017年6月37焰色反应锂(Li)紫红色钠(Na)黄色镁(Mg)浅蓝钾(K)浅紫色钙(Ca)砖红色铷(Rb)紫色锶(Sr)洋红色铯(Cs)紫红钡(Ba)黄绿色2017年6月381、碳酸钠(纯碱,苏打,碱面)索维尔法制备:饱和食盐水吸收NH3和CO2气体,制得溶解度较小的NaHCO3,再焙烧:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑析出NaHCO3后,母液中NH4Cl用消石灰来回收,以循环使用:2NH4Cl+Ca(OH)2NH3↑+CaCl2+2H2O所需CO2和石灰由石灰石煅烧得来。此法,技术成熟,原料丰富价廉,但食盐利用率低,NH3损失大,CaCl2废渣造成环境污染。Co200几种重要的盐2017年6月39侯德榜法制备:将制碱和合成氨联为一体,称侯氏联合制碱法,或氨碱法。该法,先用水煤气转化的H2和N2合成氨,同时有CO2放出;由此合成氨系统提供的NH3和CO2来制碱,副产品NH4Cl可作化肥。此法,NaCl利用率达96%以上,成本降低,可连续化生产,对制碱上作出较大贡献。2017年6月402、碳酸氢钠(小苏打,重碳酸氢钠或焙碱)制纯度高的可用Na2CO3溶液中通CO2:Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3(溶解度小,析出)3、NaCl4、C
本文标题:第9章-常见金属元素及其化合物
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