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碱土金属_图文文库

      碱土金属 ? ? ? ? 碱土金属单质的物理化学性质 部门碱土金属的制备取使用 碱土金属的化合物 碱金属几种主要的盐 ? 碱土金属指的是元素周期表上第 2 族(ⅡA族)的六个金属 元素。碱土金属(除铍外)都是雪白色的,比力软的金属,密 度比力小。碱土金属原子的氧化数为+2,碱金属原子得到电 子变为离子时,最外层一般是8个电子,但铍离子最外层只 有2个电子。碱土金属具有很好的延展性,能够制成很多合 金。 因为钙、锶、钡的氧化物既难溶于水又难熔融,雷同于粘土的 次要成分Al2O3的性质,且又呈碱性,所以称为碱土金属。碱土 金属的单质为雪白色(铍为灰色)固体,容易同空气中的氧气和水 蒸气感化,正在概况构成氧化物和碳酸盐,得到光泽而变暗。它们 的原子有两个价电子,构成的金属键较强,熔、沸点较响应的碱 金属要高。单质的还原性跟着核电荷数的递增而加强。 铍:单质为灰色,是最轻的碱土金属元素,铍正在地壳中含量 为0.001%,次要矿物有绿柱石、硅铍石和金绿宝石。 镁:雪白色的金属,镁存正在于菱镁矿MgCO3、白云石 CaMg(CO3)2、光卤石KCl· MgCl2· 2O中,海水中也含镁盐,可 H 以由电解熔融的氯化镁或光卤石制得。 钙:雪白色金属,质软,钙正在地壳中的含量仅次于氧、铝、 硅、铁,居第五位,次要矿物有石灰石、大理石、石膏、磷灰 石等。 锶:雪白色软金属,锶是碱土金属中品貌最小的元素。从 要的矿物有天青石和碳酸锶矿。可由电解熔融的氯化锶而制得。 钡:雪白色,燃烧时发黄绿色火焰,是碱土金属中最活跃 的元素,钡正在地壳中的含量为0.05%,次要矿物有沉晶石和毒 沉石。 碱土金属单质的物理化学性质 性质 原子序数 相对原子质量 价层电子构型 原子半径/pm 离子半径/pm 第一电离能/(KJ· -1) mol 第二电离能/(KJ· -1) mol 第三电离能/(KJ· -1) mol 电负性 铍 4 9.01 2S2 111.3 35 905 1768 14939 1.57 镁 12 24.31 3S2 160 66 742 1460 7658 1.31 钙 20 40.08 4S2 197.3 99 593 1152 4942 1 锶 38 87.62 5S2 215.1 112 552 1070 4351 0.95 钡 56 137.33 6S2 217.3 134 564 971 3575 0.89 密度/(g/cm-3) 熔点/K 沸点/K 硬度 1.85 1551 3243 1.74 922 1363 2 1.55 1112 1757 1.5 2.54 1042 1657 1.8 3.5 993 1913 碱土金属的性质 铍: 因为铍的概况构成性氧化 层,故正在空气中即便红热时也很不变。 不溶于冷水,微溶于热水,可溶于稀 盐酸,稀硫酸和氢氧化钾溶液而放出 氢,表示出两性 。 Be+2HCl=BeCl2+H2↑ Be+2KOH=K2BeO2+H2 ↑ Be原子的价电子层布局为2S2,铍由 于原子半径和离子半径出格小,电负 性又相对较高,所以铍构成共价键的 倾向比力显著,不像本家其它元素从 要构成离子型化合物。因而铍常表示 出分歧于本家其它元素的反常性质: (1)氢氧化铍是两性的,而本家其它 元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性 的。 (2)铍因为概况易构成致密的膜而 不取水感化,而本家其它金属镁、钙、 锶、钡均易取水反映。 (3)铍盐强烈地水解生成四面体型的离 子,Be-O键很强,这就减弱了O-H键, 因而水合铍离子有得到质子的倾向,因 此铍盐正在纯水中是酸性的。而本家其它 元素(镁除外)的盐均没有水解感化 (4)铍的氧化物和卤化物都具有较着的 共价性; 镁: 1) 正在空气中,镁的概况会生成一层很薄 的氧化物薄膜,使空气很难取它反映。 2)镁能和醇、水反映生成氢气 ; 3)镁能和二氧化碳发生燃烧反映,因而 镁燃烧不克不及用二氧化碳灭火器灭火; 4)镁因为能和N2和O2反映,所以镁正在空 气中燃烧时,会同时生成Mg3N2和MgO; 5)镁也能够和卤素发生强烈反映; 6)镁也能间接取硫化合。 1.取非金属单质的反映: 2Mg+O2====2MgO 3Mg+N2====Mg3N2 Mg+Cl2====MgCl2 2.取水的反映: Mg+2H2O====Mg(OH)2+H2↑ 点燃 点燃 点燃 3.取酸的反映: Mg+2HCl=MgCl2+H2 ↑ Mg+H2SO4=MgSO4+H2 ↑ △ 4.取氧化物的反映: 2Mg+CO2==2MgO+C *注:该反映正在氧气充脚时一般不 发生或发生后又有 C+O2=CO2(点 燃),所以正在反映后不见有黑色固体 生成。 钙: 1) 溶于酸,常温下取水发生猛烈反映,生成 氢氧化钙(石灰)、氢气,氢氧化钙微溶于水。 Ca+2H2O====Ca(OH)2+H2↑ 2)正在空气正在其概况会构成一层氧化物和氮 化物薄膜,以防止继续遭到侵蚀。 N2+3Ca=Ca3N2 Ca+O2=2CaO 3) 跟氟、氯、溴、碘等化合生成响应卤化物, 跟氢气正在400℃催化剂感化成氢化钙 Ca+X2=CaX2 Ca+H2===CaH2 400℃ 催化剂 锶: 锶的化学性质活跃,加热到熔点(769℃)时即燃烧, 呈红色火焰,生成氧化锶(SrO);正在加压前提下跟氧 气化合生成过氧化锶(SrO2),跟卤素、硫、硒等容易 化合;加热时跟氮化合生成氮化锶(Sr3N2);加热时 跟氢化合生成氢化锶(SrH2);跟盐酸、稀硫酸猛烈反 应放出氢气。常温下跟水反映生成氢氧化锶和氢气。锶 正在空气中会转。 2Sr+O2= 2SrO 继续氧化: SrO +O2= SrO2 Sr+H2O=Sr(OH)2+H2↑ 钡: 钡取氧气发生反映,生成氧化钡(BaO),它正在 600 ℃继续取氧气感化,可生成过氧化钡 (BaO2)。正在高于800℃时,过氧化钡又分化 为氧化钡 ,并放出氧气。正在室温下,钡取水 猛烈反映,生成强碱氢氧化钡,放出氢气 Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2↑ 2Ba+O2=2BaO BaO+O2=BaO2 BaO2 =BaO+O2( 800℃) Ba+2HCl=BaCl2+H2↑ 钡取卤素正在室温下即可发生反映,生成 卤化物。正在高温下,钡取氢感化,生成 氢化钡;取氮感化,生成氮化钡;取碳 感化,生成碳化钡。金属钡的还原性很 强,能够还原大大都金属的氧化物、卤 化物和硫化物,获得响应的金属。 Ba+H2=BaH2 4Ba+3N2=2Ba2N3 Ba+X2=BaX2 碱土金属的制取及使用 铍的制取 (1)电解无水熔融的铍盐,如氯化铍 (熔融) BeCl2 == Be+Cl2 (通电) (2)用金属镁还原氟化铍 Mg+BeF2 = Be+ MgF2 铍的用处: 正在所有的金属中,铍透过X射线的能力最强,有金属玻璃之称;铍比常用的 铝和钛都轻,强度是钢的四倍,铍的吸热能力强,机械机能不变,是优良 的宇航材料。 铍还能够用于核反映堆做中子减速剂和反射剂 镁的制取和使用 工业制法 工业上操纵电解熔融氯化镁或正在电炉顶用硅铁等使其还原而 制得金属镁,前者叫做熔盐电解法,。 熔融电解 MgCl2(l)= Mg(s)+Cl2(g)↑ 海水中提取 氯化镁能够从海水中提取 MgCl2· 2O(s)= MgCl2(s) +6H2O(l) 6H 熔融电解 MgCl2(l)==== Mg(s)+Cl2(g)↑ 使用: 镁是航空工业的主要材料,镁合金用于制制飞机机身、策动机 零件等; 镁阳极做为无效的防止金属侵蚀的方式之一,可普遍用正在 地下铁制管道、石油管道、储罐、海上设备 ; 钙的制取: 先由石灰石取盐酸反映获得氯化钙 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 电解氯化钙获得钙取副产物氯气 (通电) CaCl2==Ca+Cl2↑ 钙正在人体中的感化: 钙取钾、钠等离子连结必然比例,使神经、 肌肉连结一般的反映;钙能够调理心净搏动,连结 心净持续交替地收缩和舒张;钙能维持肌肉的收缩 和神经感动的传送;钙能刺激血小板,促使伤口上 的血液凝结;正在机体中,有很多种酶需要钙的激活, 才能显示其活性。 ? 锶的制取: ? 工业用电解熔融的氯化锶制取锶: ? SrCl2===Sr+Cl2↑ ? 元素用处 ? 用于制制合金、光电管,以及阐发化学、 炊火等。锶因为其很强的接收X射线辐射功能 和奇特的物理化学机能,还普遍使用于电子、 化工、冶金、军工、轻工、医药和光学等各 个范畴。 电解熔融 钡 钡的制备: (1)用电解熔融钡盐的方式 (2)正在1000~1200℃,用金属铝还原氧化 钡,可制得金属钡,再用实空蒸馏法提纯。 用处: 金属钡用做消气剂,除去实空管和显像管中 的痕量气体,仍是轴承合金的组分。 碱土金属的化合物 ? (一) 氢化物 ? 碱土金属中的镁、钙、锶、钡正在氢气流中加热,就能够生成 相对应的离子型氢化物,例如: Ca+H2====CaH2 ? 碱土金属的离子型氢化物热不变性有较大的差 异,BaH2具有较高的熔点( 1200 ℃ ),但 是它们都取水发生猛烈的水解反映而放出氢气: ? MH2+H2O==M(OH)2+H2 ? 423K~573K ? (二) 一般氧化物 过氧化物 超氧化物 氧化物 阴离子 O2O22O2- 间接构成 Be,Mg,Ca,Sr,Ba Ba 间接构成 Be,Mg,Ca,Sr,Ba Mg,Ca,Sr,Ba Ca,Sr,Ba ? 碱土金属的氧化物都是难溶于水的白色粉末,因为碱土金属 带电荷多离子半径小,所以碱土金属的氧化物有较大的晶格 能,熔点高,硬度大。 ? BeO 几乎不取水反映,MgO取水迟缓反映生成响应的碱, CaO,SrO,BaO取水都能发生猛烈的反映生成响应的碱,并放 出大量的热。 ? BeO, MgO因为熔点高可做耐高温材料。 ? 常温下CaO能够取水发生反映: ? CaO+H2O= Ca(OH)2 操纵该反映不只可 以出产建建中常用的熟石灰,还用来除去乙 醇中少量的水; ? 此外,CaO正在高温前提下可取酸性氧化物反 应,例如: ? CaO+SiO2= CaSiO3 所以CaO又可用于工 业炼钢中除去脉石、磷化物等杂质 过氧化物 过氧化物是含有过氧根[-O-O-]2-的化合物,除铍外, 碱土金属正在必然前提下都能构成过氧化物。 钙、锶、钡的氧化物取过氧化氢感化,可获得响应 的过氧化物: MO+H2O2+7H2O=MO2· 2O 8H 钙、锶、钡燃烧可生成过氧化物 M+O2==MO2 正在碱土金属的过氧化物中BaO2较为主要, BaO2取稀酸 反映可生成H2O2,尝试室常用此反映制备H2O2: H2SO4+ BaO2=BaSO4+ H2O2 点燃 ? (三) 氢氧化物 ? 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色 固体,它们正在空气中容易吸水而潮解。 ? 碱土金属的氢氧化物消融度较小,此中 Be(OH)2和Mg(OH)2是难溶的氢氧化物。 氢氧化物 消融度 /(mol/L) Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 8*10-6 2.1*10-4 2.3*10-2 6.6*10-2 0.12 碱土金属的氢氧化物的消融度之所以呈现如许的纪律, 这是因为跟着金属半径的增大,离子间的感化里逐 渐减小,容易为水解离。 Be(OH)2两性氢氧化物 Ca(OH)2强碱 Ba(OH)2强碱 Mg(OH)2中强碱 Sr(OH)2强碱 碱土金属的氢氧化物的碱性取决于金属阳离 子的离子势,R----O----H的解离体例能够用来解 释碱土金属的氢氧化物的碱性强弱。 碱土金属的盐 ? 碱土金属离子带2个正电荷,其离子半径比响应的碱金 属离子半径小,所以它们极化能力较强。但本家元素 跟着离子半径增大,键的离子性加强所以碱土金属的 氯化物的熔点由Be到Ba顺次增高: BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/℃ 415 714 775 874 962 ? 此中BeCl2的熔点较着的低,这是因为Be2+半径小,电 荷多,极化能力强,所以它取卤素离子(除F-)构成 的化合物均为共价化合物。 ? 碱土金属的盐比响应的碱金属盐消融度小。 ? 碱土金属的硫酸盐、铬酸盐的消融度不同较大,例如 离子半径小的Be2+取大阴离子硫酸根、铬酸根构成的 盐易溶,而离子半径较大的Ba2+响应的盐则难溶。 离子化合物的消融度 离子化合物的消融度由离子化合物的晶格能和离子的 水合能两方面决定;离子化合物的晶格能越小水合能越大 则越容易消融。离子半径的减小都有益于晶格能和水合能 的增大,当r-≈r+时,有益于晶格能增大。 ? 当阴离子半径较阳离子半径大时,跟着阳离子半径的 减小水和能改变较大,而晶格能改变较小,则盐的消融度 增大。例如I-半径较大,消融度挨次有: LiINaIKIRbICsI ? 当阴离子半径取阳离子半径附近时,当阳离子半径减 小时,晶格能增大,则盐的消融度减小。例如,F-、OH-半 径较小,室温下有如下消融挨次:LiFNaFKFRbFCsF ? ? 碱土金属盐的热不变性 ? 碱土金属盐的热不变性比碱金属的差,但常温下也都是不变的。碱土 金属的碳酸盐硫酸盐等的不变性都是跟着金属离子半径增大而加强, 表示为它们的分化温度顺次升高。 Be盐的不变性出格差 ? 常见碱土金属盐类的分化温度/ ℃ 硝酸盐 Be Mg Ca Sr 约100 约129 ﹥561 ﹥750 碳酸盐 ﹤100 540 900 1290 硫酸盐 550~600 1124 ﹥1450 1580 Ba ﹥592 1360 ﹥1580 ? 碱土金属的碳酸盐的热不变性纪律可通过离子极化注释 碱金属几种主要的盐 CaCl2· 2O正在加热脱水的过程中会发生微量的水解, 6H 所以无水氯化钙中常含有少量的氧化钙。无水氯化 钙具有吸水性,是一种主要的干燥剂。 CaF2俗称萤石,是制取HF和F2的主要原料。 萤石具有能降低难熔物质的熔点,推进流动, 使渣和很好分手,因而,它做为被普遍使用 于冶炼及出产、化铁工艺和冶炼 CaSO4· 2O 俗称生石膏,加热至393K摆布时,部 2H 分脱水构成熟石膏2CaSO4· 2O,该过程不成逆。 H 熟石膏使用于制模子、塑像、粉笔和石膏绷带等。 石膏还用于水泥的出产。 MgSO4· 2O俗称泻盐,微溶于醇,不溶于乙酸和 7H 丙酮,用做媒染剂、泻盐,也用于制纸、纺织、 番笕、陶瓷和油漆工业。 BaSO4俗称沉晶石,可用做白色涂料;硫酸钡也是独一 无毒的钡盐,用于X光透视时用的钡餐。任何可溶性 钡盐都有毒性。