第十章氢碱金属和碱土金属Word下载.docx

1、H（99.985%）、D（0.015%）、T（1015%） 原子个数比H : D = 6800 : 1 H : T = 1010 : 1 （3） preparation： Tritium是半衰期（half-life）为12.6年的放射性衰变体。 通常只有核反应才能获得 例如：可由重水（D2O）获得，重水的制备可利用： H2S + D2OD2S + H2O的原理来制备重水 工厂每生产一吨重水，必须加工四万五千吨水，循环使用十五万吨H2S。浓或纯的D2O不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为60%。 这种分离的原理是轻的同位素的化学键比重的同位素的化学键更容易断。例如：HD（g） + H

2、2O（g） H2（g） + HDO（g） （4） 氢同位素形成的单质H2、D2、T2，在化学性质上完全相同，但物理性质上有差别。如H2 b.p. = 20.4K，D2 b.p. = 23.5K，因为氘原子的质量比氢原子大一倍，H2O与D2O沸点（101.4）上的差别反映了重水中的氢键比普通水中的氢键更强些。2Properties： （1） physical properties： H2极难溶于水和有机溶剂，可以贮存在金属（Pt、Pd）和合金（LaNi5）中。固态氢又称为金属氢：在晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共享，所以这样的晶体具有导电性。固态氢是六方分子晶格（hexagonal mole

3、cular lattice）。 （2） chemical properties： a成键特点：电子构型为1s1，可以放在IA类，但第一电离势高于碱金属的第一电离势；也可放在A类，即。 b化合反应：与金属：2Na + H22NaH Ca + H2CaH2 与非金属：H2 + F22HF c还原反应： CuO + H2Cu + H2O WO3 + 3H2W + 3H2O3Preparation （1） 实验室：Zn + 2H+Zn2+ + H2 （2） 工业上： a电解（在中）： b水煤气法：C + H2OH2（g） + CO（g） c烃裂解： （3） 在野外工作时，利用硅的两性与碱反应 Si +

4、 2NaOH + H2ONa2SiO3 + 2H2用含硅百分比高的硅铁粉末与干燥的Ca（OH）2和NaOH的混和物点火焖烧能剧烈反应，放出H2。优点：携带方便，比酸法耗金属少，且所需碱液浓度不高。二、氢化物（Hydride）放在以后各章元素的氢化物中讲解10-2碱金属元素及其化合物Alkali Metals and their Compounds Lithium （Li） Sodium （Na） Potassium （K） Rubidium （Rb） Cesium （Cs） Francium （Fr）它们之所以有碱金属元素之称，是由于它们的氢氧化物都易溶于水（除了LiOH的溶解度较小之外）的强

5、碱。一、General Properties 1Valence electron of alkali metals: （1） 其氧化数为+1，不会有其它正氧化态。因为碱金属的第二电离势特别大，有可能出现1氧化态。即在无水、无氧条件下，可以制得低氧化态的非寻常化合物，如钠化物。钠在乙二胺和甲胺中所形成的溶液具有导电性，可以观察到Na的光谱带，说明主要的导电体应是钠电离出的Na+ 和Na，即 2Na（s） + C20H36O6 Na（C20H36O6）+Na （2） 由于价电子数少，所以碱金属原子之间的作用力比绝大多数其他金属原子之间的作用力要小，因此碱金属很软，低熔、沸点，且半径大、密度小。Li

6、的密度是所有金属中最小的，它的密度比煤油还小，所以只能放在石蜡中保存。2在形成化合物时，碱金属元素以离子键结合为特征，也呈现一定程度的共价性。即使最典型的离子化合物CsF也有共价性。 （1） 气态双原子分子Na2（g）、Cs2（g） 以共价键结合，其半径称为共价半径，比其金属半径小。 （2） Li的一些化合物中共价成份最大，从Li Cs的化合物，共价倾向减小。 （3） 某些碱金属的有机物，有共价特征。例如Li4（CH3）4甲基锂 3LiNaKRbCsM+ + e M（sol）3.05*2.712.922.93M+ + e M（met）2.12.432.612.742.91 * 这是由于Li+离

7、子的水合焓高（enthalpy of hydration），使得 Born-Haber循环：二、Lithium and its Compounds1General properties：Li的性质与碱金属有很大区别，但与碱土金属，特别是Mg的化学性质相似，这种关系称为对角线关系（diagonal relationship）。Li与碱金属元素（Na、K、Rb、Cs）的区别： （1） 锂的硬度比其它碱金属都大，但与碱土金属相似。 （2） 锂形成正常氧化物，而不形成、的化合物。 （3） 锂与氮气形成氮化物，其他碱金属不能与N2直接化合，而碱土金属与N2能直接化合。 （4） 只有锂与碳反应生成Li2C

8、2（乙炔锂），碱土金属都能形成MC2。 （5） 三种锂盐（Li2CO3、Li3PO4和LiF）溶解度小，碱土金属这三种盐的溶解度也小。 （6） 锂的有机金属化合物与镁的有机金属化合物相似2Li（s） + C4H9ClLiC4H9 + LiCl（s）, C2H5Br+ MgC2H5BrMg （7） 许多锂的盐有高度的共价性，与镁相似。 （8） 锂的氢氧化物、碳酸盐加热（与Mg相似）分解：2LiOHLi2O + H2O，Li2CO3Li2O + CO2，其他碱金属的氢氧化物、碳酸盐加热难分解; 而氢化锂加热不分解，氢化钠加热分解：2NaHNa2（g） + H2。2The simple substa

9、nce （1） Lithium is a soft, silvery white metal, m.p.171 , b.p.1350 ,density 0.534gcm3 , the lightest of all metals. （2） preparation： （3） 与非金属反应加热时，它直接与S、C、H2反应 （4） 在空气中被氧化，生成Li2O和Li3N；在CO2中加强热，可以燃烧。 （5） 与金属（Mg、Zn、Al等）反应，生成金属互化物（intermetallic compounds），生成固溶体（solid solution）：某些成份相互溶解达到某一程度。 （6） 与H2O、

10、H+剧烈反应，但在水中反应会减慢，这是由于LiOH溶解度小，生成的LiOH阻碍金属锂与H2O或H+进一步反应。 （7） 它是Tritium的来源：因为它能捕获中子，所以可以作为反应堆的冷却剂（coolant）。3The compounds （1） Li的二元化合物的化学性质、溶解度和水解性与相应的Mg、Ca化合物相似 （2） LiF、Li2CO3、Li3PO4溶解度小 （3） LiOH的Kb = 6.75101，LiOHLi2O + H2O这与其它碱不同，LiOH可以作为蓄电池的电解质。 （4） 锂盐与相类似的其他碱金属盐形成 a低共熔混合物（eutectic mixtures） LiON3K

11、NO3（m.p. 132） LiNO3NaNO3KNO3（m.p. 120） b复盐（complex salts）M+LiSO4、Na3Li（SO4）26H2O （5） 过氧化物（peroxide）不是Li的特征，仅有Li2O2、Li2S2（persulfide）、Li2C2（percarbide） （6） Li的某些矿物：锂辉石（spodumene）：LiAl（SiO3）2、磷铝石（amblygonite）：LiAl（PO4）F、红云母（lepidolite）：Li2Al2（SiO3）3（F,OH）2和人造化合物可用来制备珐琅，可以制备特殊玻璃，透过紫外光。三、Sodium and its

12、Compounds1Existence：Na+在人体血液中占0.32%，在骨头中占0.6%，在肌肉中占0.6%到1.5%。在自然界中，Na存在岩盐（rock salt）：NaCl，芒硝（mirabilite）：Na2SO410H2O、冰晶石（cryolite）：Na3AlF6等矿物（minerals）中存在。 （1） 与O2反应： 一般 2Na + O2Na2O2 要得到Na2O需要Na2O2 + 2Na2Na2O （2） 熔融的钠与S反应，生成多硫化钠 2Na（l） + xS（s） Na2Sx x = 2 5 （3） 钠与熔融中的NaOH（l） 反应，生成氧化钠和氢化钠 2Na + NaOH（l） Na2O + NaH （4） 金属钠在低温下能溶于液氨，生成蓝色溶液Na（s） + （x + y）NH3（l） （蓝色）该溶液有顺磁性、导电性和强还原性。对于浓的钠氨溶液，由于氨合电子的增加，形成电子对，表现出顺磁性降低。当钠氨溶液蒸发时，溶液变成赤褐色，表现为液态金属。长时间放置或有过渡金属催化剂存在，溶液分解成：2Na+（NH3）x + 2NH3（l） + 2e2NaNH2（NH3）x + H2（g） （1） NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，可以用氨氯法（ammonia-chloride process）来制备：NaCl + NH4HCO3NaHCO3 +