无机化学：第十二章 S区元素

1、第三篇 元素化学,元素通论,112种元素，94种存在于自然界，人体中含60多种,人体中的元素,宏量元素：11种，占99.95%，其中主要为O、C、H、N，占96,微量元素：15种，1,必需元素,有毒元素：Cd、Hg、Pb（剧毒），Be、Ga、In、Tl、Ge、Sn、As、Sb、Bi、Te,微量元素的生理功能,1）输送作用，如：血红蛋白 （2）催化作用，酶催化剂（1300多种） （3）参与激素的作用,周期表,12.1 s区元素概述,12.4 锂 、铍的特殊性 对角线规则,12.3 s区元素的化合物,12.2 s区元素的单质,第十二章 s区元素,S区元素在周期表中的位置,12.1 s区元素概述,易

2、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： 都是活泼金属，它们的活泼性有差异,通性,原子半径增大 电离能、电负性减小 金属性、还原性增强,IA IIA Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba,原子半径减小 电离能、电负性增大 金属性、还原性减弱,为什么E (Li+/Li)比E (Cs+/ Cs )还小,电极反应：Mz+(aq) + ze- M(s,zFE (Mz+/ M,Mz+,aq ),对于碱金属，若不考虑 的差异， 可用 (M+,aq

3、 )代替 (M+,aq )近似 估计E (M+/ M )的相对大小,I1,E (M+/ M)/V,M+,aq,注：以上物理量除E 外单位均为：kJmol-1,12.2.1 单质的物理性质和化学性质,12.2 s区元素的单质,12.2.2 s区元素的存在和单质的制备,12.2.1 单质的物理性质和化学性质,Na,Li,K,1.物理性质,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Rb,Cs,单质的物理性质,有金属光泽 密度小 硬度小 熔点低,s区单质的熔、沸点变化,导电、导热性好,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,与

4、氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物,2.化学性质,镁带的燃烧,与水作用,Ca,2M + 2H2O 2MOH + H2(g,碱土金属被水氧化的反应为: M(s) + 2 H2O (l) M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) 远不如相邻碱金属那样剧烈， 镁和铍在水和空气中因生成致密 的氧化物保护膜而显得十分稳定,与液氨的作用,M1(xy)NH3 = M1(NH3)y e(NH3)x（蓝色） M2(2xy)NH3 = M2(NH3)2y 2e(NH3)x（蓝色,3 焰色反应 (flame reaction,碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色

5、反应 (flame reaction)。可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外,地壳中的丰度。表示为每100 kg样品中金属质量（单位为g）的对数（以10为底,12.2.2 s区元素的存在和单质的制备,锂辉石,钠长石,钾长石,光卤石,明矾石,绿柱石,菱镁矿,石 膏,大理石,萤 石,天青石,重晶石,本区元素均以矿物形式存在,s区金属单质的制备方法,K Ca Rb Sr Cs Ba,两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序,顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排序较后元素在某些特定应用领域的重要意义,12.2.3 用途概述 Generality of application,金属锂

6、,制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做 有机化学中的还原剂和催化剂,制造合金Al-Li(含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空 间飞行器； 制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏 器等）； 同位素(在天然锂中约占.%)受中子轰击产生热核 武器的主要原料氚,在此裂变中，1kg锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭, 比U-235裂变产生的能量还要大8倍。1kg锂至少可以发出340千瓦的电力,金属锂 未来的新能源,安装在笔记本电脑中的锂离子电池是怎样工作的,LiCoO2 + 6 C(石墨) LiC6 + CoO2,充电,放电,电池充电时, Li+离子离开正极经由电解质流向负极,

7、在那里嵌入石墨形成所谓的“嵌入化合物”,放电时向相反方向流动,锂离子电池成功运行的关键因素是, 两个电极都能充当 Li+ 离子的主体 (Li+离子本身是客体), 并因此被称之为“摇椅电池”,金属钠,金属钾,工业用途小，世界年产量只及钠的 0.1% ！主要用于制造（生氧剂）和低熔点钠钾合金（用做干燥剂和还原剂），也用做核反应堆的冷却剂,金属铯和铷,制造光电池的良好材料。133Cs 厘米波的振动频率(9192631770 s-1) 在长时间内保持稳定, 因而将振动这次所需要的时间规定为 SI 制的时间单位 s。利用此特性制作的铯原子钟 ( 测准至 1.0 10-9 s ) 在空间科学的研究中用于高

8、精度计时,1999年花费65万美元,安放在美国国家标准和技术研究所.2000万年内误差不超过1 s,最近由中科院研制的铯原子钟, 200万年内误差不超过1 s,香港市民在对时. 100万年内误差不超过1 s,12.3.1 氢化物,12.3 s区元素的化合物,12.3.5 配合物,12.3.4 重要盐类及其性质,12.3.3 氢氧化物,12.3.2 氧化物,s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物,LiH NaH KH RbH CsH NaCl -90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -441,1.均为白色晶体， 热稳定性差,kJmol-1,12.3.1 氢化物

9、,2.还原性强,钛的冶炼,剧烈水解,3.形成配位氢化物,铝氢化锂,受潮时强烈水解,1.形成四类氧化物,臭氧化物(O3-)：顺磁性,正常氧化物(O2,过氧化物(O22,超氧化物(O2-)：顺磁性,12.3.2 氧化物,稳定性:O2- O2- O22,2.化学性质,与H2O的作用,Li Cs剧烈程度,BeO除外,与CO2的作用,12.3.3 氢氧化物,碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体,易吸水而潮解,MOH易溶于水，放热。 碱土金属溶解度（20,溶解度增大,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba

10、(OH)2 两性 中强 强 强 强,箭头指向)碱性增强，溶解度增大,碱性,氢氧化物酸碱性判断标准,R拉电子能力与离子势 有关:=Z/r (r以pm 为单位,LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2,ROH,RO + H+,R+ + OH,解离方式与拉 电子能力有关,酸性增强,碱 性 增 强,12.3.4 重要盐类及其性质,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,离子性增强,重要盐类： 卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐,BeCl

11、2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ 415 714 775 874 962,2.一般无色或白色，盐的颜色取决于阴离子的颜色。 3.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,A易溶 难溶: K2PtCl6、 NaSb(OH)6、 KClO4、 Li3PO4 、 K2NaCo(NO2)3,A难溶 MCO3 、MC2O4、 M3(PO4)2、 MSO4、MCrO4,溶解度增大,溶解度减小,巴索洛规则： 当阴阳离子电荷绝对值相同, 阴阳离子半径较为接近则难溶；否则，易溶,F、OH,SO42、CrO42、I,BaSO4 BeSO4,LiF

12、LiI,CsI CsF,A MClO4 NaSb(OH)6 K2PtCl 6,A,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 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 / 100 540 900 1290 1360,稳定性 M2CO3 MCO3,4.热稳定性：较高,12.4 锂 、铍的特殊性对角线规则,12.4.1 锂的特殊性,12.4.3 对角线规则,12.4.2 铍的特殊性,A 族的Li与A族的Mg， A族的Be与A族的Al， A 族的B与A族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置,相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相

13、似性称为对角线规则,12.4.3 对角线规则,1. B、Si的相似性 2B + 6NaOH = 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2 其单质为原子型晶体，BO、SiO十分稳定,原因：Z / r 比较相似。处于周期表中左上右下对角线位置上的邻近两个元素，由于电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近，从而使它们的化学性质有许多相似之处,Al 、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。 Al(OH)3+OH = Al(OH)4 Be(OH)2+2OH= Be(OH)42 Al3+ 、Be2+易水解。 均有共价性：在蒸气中，氯化物两分子缔合,2. Be、Al