第15章 S区元素

1、Fujian Normal UniversityChapter 15第第15章章 s区元素区元素 定义定义最后一个电子最后一个电子填充在填充在s轨道轨道的就是的就是s区元素，类似的有区元素，类似的有p、d、f区元素。区元素。 碱金属（碱金属（IA）nS1：Li Na K Rb Cs Fr 碱土金属（碱土金属（IIA）nS2：Be Mg Ca Sr Ba Ra都是活泼金属都是活泼金属Fujian Normal UniversityChapter 15元素周期表元素周期表A01 11HAA A A A A2He2 23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 311Na12MgBBBBBBBBBB

2、BBBB13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn7 787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt11

3、0Uun111Uuu112Uub A中的钠、钾氢氧化物是典型中的钠、钾氢氧化物是典型“碱碱”，故，故A族元素又称为碱金属。族元素又称为碱金属。 A有时称为有时称为“土金属土金属”。 A中的钙、锶、钡氧化物性质介于中的钙、锶、钡氧化物性质介于“碱碱”与与“土土”族元素之间，所以把族元素之间，所以把A又称为碱土金属。又称为碱土金属。A、A为为s区元素区元素Fujian Normal UniversityChapter 1515.1 氢氢15.1.1 氢在周期表中的位置和同位素氢在周期表中的位置和同位素1. 氢在周期表中的位置氢在周期表中的位置 氢只有一个电子，是氢只有一个电子，是最轻最轻的元素，也

4、是的元素，也是含量最丰富含量最丰富的的元素。性质非常独特，元素。性质非常独特，兼有碱金属和卤素的性质，但兼有碱金属和卤素的性质，但又与它们区别又与它们区别，因此可以将它放入，因此可以将它放入A族或族或 A族，或族，或者将它独立放置。者将它独立放置。2. 氢的同位素氢的同位素 核素核素具有特定具有特定质子数和中子数质子数和中子数的原子。的原子。 同位素同位素质子数相同而质子数相同而中子数不同中子数不同的原子，即同种的原子，即同种元素的不同核素。元素的不同核素。Fujian Normal UniversityChapter 15符号符号 含量含量/% 1H （氕）（氕） H 99.98 2H （氘

5、）（氘） D 0.016 3H （氚）（氚） T 0.004氢有三种同位素氢有三种同位素111 由于三者之间质量差异较大，导致由于三者之间质量差异较大，导致性质性质差异差异也比别的同位素来得也比别的同位素来得大大，因此各自，因此各自有自己的名称。有自己的名称。Fujian Normal UniversityChapter 15 氘和氚的能源价值氘和氚的能源价值氘和氚是核聚变反应的原氘和氚是核聚变反应的原料，这种核聚变不仅是太阳能量的源泉，也是人料，这种核聚变不仅是太阳能量的源泉，也是人类利用核能中探索的方向。类利用核能中探索的方向。 原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化往往伴随着能量的释放。如

6、果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。 Fujian Normal UniversityChapter 15 由于原料氘在海水中的大量蕴藏，核聚变被视由于原料氘在海水中的大量蕴藏，核聚变被视为为“永久能源永久能源” ，也，也没有核废料的威胁没有核废料的威胁（主要（主要生成氦）。核聚变能产生上亿度的高温，虽然生成氦）。核聚变能产生上亿度的高温，虽然用磁场束缚（托卡马克法）使高温等离子体不用磁场束缚（托卡马克法）使高温等离子体不直接接触材料，但对材料要求还是十分苛刻，直接接触材料，但对材料要求还是十分苛刻，

7、如耐中子辐射、耐高温和抗氢脆等。因此，材如耐中子辐射、耐高温和抗氢脆等。因此，材料是聚变堆能否实用化的关键因素之一。料是聚变堆能否实用化的关键因素之一。Fujian Normal UniversityChapter 15同位素对原子量的影响同位素对原子量的影响 周期表上所列的原子量实际上是各种同周期表上所列的原子量实际上是各种同位素按位素按丰度加权的平均值（自学丰度加权的平均值（自学P616）。Fujian Normal UniversityChapter 1515.1.2 氢的制备、性质和用途氢的制备、性质和用途1. 氢的制备氢的制备 实验室：实验室：是利用是利用无机酸和锌无机酸和锌等活泼金

8、属的反等活泼金属的反应。由于试剂不纯，常导致应。由于试剂不纯，常导致H2含含有杂质有杂质。Zn + 2H+ Zn2+ + H2 野外：野外：CaH2(s) + 2H2O(l) = Ca(OH)2(s) + 2H2(g)Si(s) + 2NaOH(aq) + H2O(l) = Na2SiO3(aq) + 2H2(g)Fujian Normal UniversityChapter 15(1) 天然气或焦炭与水蒸气作用，天然气或焦炭与水蒸气作用， 得到得到水煤气水煤气（CO和和H2的混合物）的混合物）CH4 + H2O CO + 3H2800-900Ni、Co催化剂催化剂C + H2O CO + H

9、21000(2) 水煤气与水蒸气反应，得到水煤气与水蒸气反应，得到CO2和和H2的混合气的混合气CO + H2O CO2 + H2Fe、Cr催化剂催化剂(3) 用用高压水洗法高压水洗法除去除去CO2（溶解）可得较纯的（溶解）可得较纯的氢气。氢气。工业上：工业上：1. 水煤气法水煤气法 Fujian Normal UniversityChapter 15 电解电解15%20%氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 阴极：阴极：2H2O + 2e H2 + 2OH阳极：阳极：4OH- - 4e- 2H2O + O2 可制得高纯度的氢气，但可制得高纯度的氢气，但耗电量大，耗电量大，成本很高。成本很高。2. 电解法

10、电解法Fujian Normal UniversityChapter 152. 氢的性质和用途氢的性质和用途化学性质化学性质 氢不太活泼，在常温常压下，不与氢不太活泼，在常温常压下，不与氟氟以外以外的物质反应，但氢与的物质反应，但氢与氧或氯氧或氯的混合物在火的混合物在火花或紫外线照射下会花或紫外线照射下会爆炸爆炸。 加热加压加热加压下，氢的下，氢的活泼性大大增加活泼性大大增加，可与，可与元素直接化合成许多元素直接化合成许多氢化物氢化物（如（如NH3）。）。Fujian Normal UniversityChapter 15物理性质物理性质 氢分子间氢分子间范德华范德华力很弱力很弱，因此熔沸点很

11、低，因此熔沸点很低。 液氢、固氢的液氢、固氢的密度密度在所有液体、固体中在所有液体、固体中最最低低。 氢气在水中的氢气在水中的溶解度很小溶解度很小，但可大量溶于，但可大量溶于镍、钯、铂等镍、钯、铂等金属金属中。中。 储氢材料储氢材料Fujian Normal UniversityChapter 15用途用途 冶金工业中常作为冶金工业中常作为高温还原剂高温还原剂CuO(s) + H2(g) = Cu(s) + H2O(g)Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O(g) 主要用于加氢反应主要用于加氢反应，如石油加氢、食用，如石油加氢、食用油加氢等。油加氢等。Fujian

12、Normal UniversityChapter 15补充资料油脂氢化油脂氢化是指液态油脂或软脂在一定条件下与氢气发生加成反应，使油脂分子中双键得以饱和的过程。经过氢化的油脂称为“氢化油”，极度氢化的油脂亦称为“硬化油”。油脂氢化降低了油脂的不饱和度，提高了油脂的熔点、固脂含量、抗氧化稳定性及热稳定性，改善油脂的色泽、气味和滋味，扩大了用途，具有很高经济价值。Fujian Normal UniversityChapter 15如使棉籽油、豆油等液态植物油充分代替原先的乳类脂肪、肉类脂肪，生产人造奶油基料、起酥油（主要用来酥化或软化烘培食品，品种丰富）基料、生产工业用油等。Fujian Norm

13、al UniversityChapter 15 传统化石能源传统化石能源面临枯竭和污染双重困难。面临枯竭和污染双重困难。 氢能理论上是上述问题的完美解决。氢可氢能理论上是上述问题的完美解决。氢可以从水中获得，燃烧也不会产生污染，而以从水中获得，燃烧也不会产生污染，而且且燃烧值燃烧值（单位（单位质量质量物质燃烧产生的热量物质燃烧产生的热量）很高。）很高。H2 (g) + O2 (g) H2O (g) rHm = -241.84 kJmol-1，温度达到，温度达到28003. 氢能源氢能源Fujian Normal UniversityChapter 15020406080100120140160

14、氢气氢气汽油汽油木炭木炭烟煤烟煤木材木材氢气氢气汽油汽油木炭木炭烟煤烟煤木材木材几种物质的燃烧值（几种物质的燃烧值（kJ.g-1）Fujian Normal UniversityChapter 15氢能利用的关键氢能利用的关键氢的制备氢的制备 如何从水（分解）中经济高效地制备氢还是有待解如何从水（分解）中经济高效地制备氢还是有待解决的问题，人们甚至在尝试藻类决的问题，人们甚至在尝试藻类如鱼腥藻生物如鱼腥藻生物制氢（制氢（P619 图图15.1）。）。电镜下的鱼腥藻电镜下的鱼腥藻Fujian Normal UniversityChapter 15氢的贮存传统有两种方式。一种是采用压缩贮氢的方式，

15、用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气。钢瓶贮存氢气的容积很小，即使加压到150个大气压，瓶里所装氢气的质量还不到气瓶质量的1%，而且还有爆炸的危险。另一种是采用液化贮氢的方式（如我国的“长征”火箭就以液氢为燃料），将氢气降温到-253变为液体进行贮存。氢气液化的费用非常昂贵，它几乎相当于三分之一液氢的成本；而且，液氢的贮存容器异常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化而避免浪费。Fujian Normal UniversityChapter 15新出路在1960年，荷兰菲利浦公司研制出吸氢能力最强的贮氢材料：镧镍系列吸氢合金，但成本很高。怪事 1974年，日本松下公司的一个氢气瓶

16、前一个晚上从10个大气压降低到不足1个大气压。经仔细检查，氢瓶并没有漏气。查来查去，原来问题出在制造气瓶的材料上。气瓶制造厂知道钛锰合金强度高，耐压保险，就用它装氢气。不料它有很强的吸氢能力，把瓶内的大部分氢气吸进瓶壁里去了。现在，全世界已研究出多种储氢合金，除钛锰合金外，还有镁镍合金、镁铜合金、铝锰合金、锆铬合金和各种含稀土的储氢合金。Fujian Normal UniversityChapter 1515.1.3 氢化物氢化物 狭义狭义氢与氢与电负性比它小电负性比它小的元素（如金属的元素（如金属）生成的化合物。）生成的化合物。 广义广义含有氢（这里的讨论基于此）含有氢（这里的讨论基于此）。

17、Fujian Normal UniversityChapter 151. 分子型氢化物（甲烷、氨、水等）分子型氢化物（甲烷、氨、水等） 氢与氢与AA族元素的二元化合物，又称族元素的二元化合物，又称共价型氢化物共价型氢化物。 熔、沸点较低，大多数为无色气体（除水熔、沸点较低，大多数为无色气体（除水等）等） 。大多数在固态时属分子晶体。大多数在固态时属分子晶体。 结构简单，但化学性质差异较大。结构简单，但化学性质差异较大。Fujian Normal UniversityChapter 152. 离子型（类盐型）氢化物离子型（类盐型）氢化物 氢与氢与A、A族族元素的二元化合物，如元素的二元化合物，如

18、H2(g) + 2Na(s) = 2NaH(s) 纯的为白色晶体，不纯的为浅灰色至黑色；纯的为白色晶体，不纯的为浅灰色至黑色； 具有具有离子化合物特征离子化合物特征，如熔、沸点较高，如熔、沸点较高， 熔融时能导电；熔融时能导电；高温高温Fujian Normal UniversityChapter 15 H存在的重要化学证据存在的重要化学证据电解电解时阳极时阳极放放H2： 2 H- - H2 + 2e- - 是是极强的还原剂极强的还原剂， 在高温下可还原金属氯在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐。化物、氧化物和含氧酸盐。TiCl4 + 4NaH Ti + 4NaCl + 2H2如如400

19、O2(g) + 2NaH(s) = Na2O(s) + H2OFujian Normal UniversityChapter 15 H半径较大，有半径较大，有未共用电子对未共用电子对，因此，因此是是强的路易斯碱强的路易斯碱，可作配位体，形成，可作配位体，形成复复合氢化物（如氢化铝锂合氢化物（如氢化铝锂LiAlH4 ）。AlCl3 (s) + 4LiH(s) = LiAlH4 (s) + 3LiCl (s) 复合氢化物在合成化学中广泛用作复合氢化物在合成化学中广泛用作还原还原剂剂。Fujian Normal UniversityChapter 15020406080100120140160180

20、LiNaKRuCsCaSrBa一些碱金属和碱土金属氢化物的一些碱金属和碱土金属氢化物的标准摩尔生成热（标准摩尔生成热（kJ.mol-1）远小于碱金属远小于碱金属卤化物卤化物的标准摩尔生成热（的标准摩尔生成热（420 kJ.mol-1左右），说明左右），说明H-的稳定性较小的稳定性较小。Fujian Normal UniversityChapter 153. 金属型氢化物金属型氢化物 某些金属（特别是某些金属（特别是过渡金属过渡金属）加热时与氢）加热时与氢生成金属氢化物（生成金属氢化物（ 1体积体积Pd 可吸收可吸收 700 体体积积 H2 ）。）。 减压或加热减压或加热可使氢化物分解，可使氢化

21、物分解，因此被用来因此被用来贮氢和制备超纯氢贮氢和制备超纯氢，即，即贮氢材贮氢材料料（合金）。（合金）。吸氢吸氢放氢放氢2M(U)(s) + xH2(g) 2MHx(s) 这些物质在吸氢前后性能是类似的（外观、这些物质在吸氢前后性能是类似的（外观、反应性、导电等）。反应性、导电等）。Fujian Normal UniversityChapter 15由于压差和由于压差和H原原子在子在Pd中的流动性中的流动性（吸氢、受热分解）（吸氢、受热分解），氢以原子形式迅速，氢以原子形式迅速扩散穿过扩散穿过PdAg合金合金，而杂质气体则不能，而杂质气体则不能。超纯氢的制备超纯氢的制备Fujian Norma

22、l UniversityChapter 1515.2 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属LiNa KRbCsBeMgCa SrBaFujian Normal UniversityChapter 15A原子原子序数序数价电子价电子构型构型金属半径金属半径(pm)熔点熔点()沸点沸点()硬度硬度(金刚石金刚石=10)Li (锂锂)32s1152180.513420.6Na (钠钠)113s118697.82882.90.4K (钾钾)194s122763.257600.5Rb (铷铷)375s124838.896860.3Cs (铯铯)556s126528.40669.30.2 A原子原子序数序数价

23、电子价电子构型构型金属半径金属半径（pm）熔点熔点()沸点沸点()硬度硬度(金刚石金刚石=10)Be (铍铍)42s2111127829704Mg (镁镁)123s2160648.811072.0Ca (钙钙)204s219783914841.5Sr (锶锶)385s221576913841.8Ba (钡钡)566s22177251640-碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属的性质Fujian Normal UniversityChapter 1515.2.1 金属金属1.1.存在存在 由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，决定了它们由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，决定了它们不可能以单

24、质的形式不可能以单质的形式存在于自然界。存在于自然界。 碱金属碱金属Na和和K的丰度较高，主要有的丰度较高，主要有NaCl、KCl等。等。Li、Rb、Cs含量少。含量少。Fr很少而且半衰期很短，因此很少很少而且半衰期很短，因此很少研究。研究。 碱土金属碱土金属除除Be和和Ra外，其余都以外，其余都以难溶碳酸盐和硫酸难溶碳酸盐和硫酸盐盐的形式大量存在于地壳中。的形式大量存在于地壳中。如白云石CaCO3.MgCO3、菱镁矿MgCO3 、方解石CaCO3 、碳酸锶矿SrCO3 、石膏CaSO4 .2H2O 、天青石SrSO4和重晶石BaSO4等。Fujian Normal UniversityCha

25、pter 152. 制备制备（1）熔融电解法）熔融电解法（常用）（常用）A：石墨阳极：石墨阳极 D：网状隔：网状隔膜膜F：铁阴极：铁阴极 G：收集器：收集器H：阳极罩：阳极罩 R：环形槽：环形槽阳阳 极：极：2Cl - 2e = Cl2阴阴 极：极：2Na+ + 2e= 2Na总反应：总反应：2NaCl(l) = 2Na(l) + Cl2 (g)A+DDRHFGNaCl2熔融电解法制钠熔融电解法制钠FFujian Normal UniversityChapter 15（2）热还原法）热还原法2MgO(s) + 2CaO(s) + Si (s) 2Mg(g) + Ca2SiO4(s)MgO(s)

26、 + C(s) CO(g) + Mg(g)白云石白云石CaCO3.MgCO3分解物分解物Fujian Normal UniversityChapter 15金属钾能否采用类似制钠的方法制备呢？金属钾能否采用类似制钠的方法制备呢？不能不能，原因是：，原因是：金属金属 K 因因 C 电极（电极（CO）生成羰基钾；）生成羰基钾；金属金属 K 易溶在熔盐中，难于分离；易溶在熔盐中，难于分离；金属金属 K 蒸气易从电解槽逸出造成易燃爆环境；蒸气易从电解槽逸出造成易燃爆环境；在电解槽中容易与在电解槽中容易与O2生成超氧化钾，此化合物生成超氧化钾，此化合物与金属钾有爆炸性反应。与金属钾有爆炸性反应。热热(1

27、620F)热热热热N2K合金合金 (或或K)N2N2K合金合金 (或或K)蒸气蒸气排泄阱排泄阱NaCl 渣和渣和 N2NaNaCl 渣渣KCl(1550F)熔融熔融不锈钢环不锈钢环NaCl 渣渣Na 蒸气蒸气N2N2Na工业上钾的提取工业上钾的提取热热热热KCl + Na NaCl + K熔融熔融Fujian Normal UniversityChapter 15Fujian Normal UniversityChapter 1515.2.2 单质通性单质通性 碱金属的最外层是碱金属的最外层是ns1，容易失去呈现，容易失去呈现+1氧化态。由于第二电离能很大，因此不氧化态。由于第二电离能很大，因

28、此不表现出别的氧化态。表现出别的氧化态。 碱土金属的氧化态一般是碱土金属的氧化态一般是+2。Fujian Normal UniversityChapter 15物理性质物理性质 因为碱金属和碱土金属的原子半径较大，价电因为碱金属和碱土金属的原子半径较大，价电荷较少，其金属晶体中的荷较少，其金属晶体中的金属键不太牢固金属键不太牢固，所，所以它们的以它们的熔点、沸点、强度、硬度较低。熔点、沸点、强度、硬度较低。其中其中Cs的熔点最低，仅为的熔点最低，仅为28.5，放在，放在手心手心即可熔化。即可熔化。除除Be、Mg外，均可用刀切削，外，均可用刀切削， Cs 最软最软。它们。它们的的密度也较低密度也

29、较低（Li是最轻的金属，仅是最轻的金属，仅0.53g/cm3）。）。 从从Li到到Cs原子半径增加，金属键强度降低，电原子半径增加，金属键强度降低，电离能减小。因此离能减小。因此Cs容易出现容易出现光电效应光电效应（发射电（发射电子）。子）。Fujian Normal UniversityChapter 15化学性质化学性质 碱金属和碱土金属都是碱金属和碱土金属都是活泼金属，尤其是碱金属活泼金属，尤其是碱金属。同族元素内，活泼性同族元素内，活泼性从上而下增加从上而下增加。 碱金属容易与空气（的氧和水蒸气）或水反应，因碱金属容易与空气（的氧和水蒸气）或水反应，因此应在此应在煤油煤油中贮存。中贮存

30、。2M(s) + 2H2O (l) = 2MOH (aq) + H2 (g) Li与水的反应较平稳，与水的反应较平稳，Na剧烈，剧烈，K燃烧，燃烧，Rb和和Cs爆爆炸。炸。LiNaKFujian Normal UniversityChapter 15锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么，为什么 Li 与水反应没有其它金属与水的反与水反应没有其它金属与水的反应激烈？应激烈？电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并不等同。力学范畴，两者之间并不等同。Li与水反应没有其它碱金属与水

31、反应激烈，主要原与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有因有:(1）锂的）锂的熔点较高熔点较高，与水反应产生的热量不足与水反应产生的热量不足以使其熔化以使其熔化; (2)与水反应的产物与水反应的产物溶解度较小溶解度较小，一旦生，一旦生成成 ，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。 性质性质LiNaK RbCs熔点熔点/K453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 水中溶水中溶解度解度/(molL-1)5.326.419.117.925.8Fujian Normal UniversityChapter 15 碱土金属

32、中碱土金属中Be和和Mg遇水（或氧）会生成遇水（或氧）会生成氧化膜氧化膜，阻碍了进一步反应，阻碍了进一步反应，Ca、Sr、Ba则与水则与水剧烈剧烈作用（生成碱），但程度不如碱金属作用（生成碱），但程度不如碱金属。 碱金属和碱土金属还能和许多非金属元素，如卤碱金属和碱土金属还能和许多非金属元素，如卤素、硫、氧、氮、氢等素、硫、氧、氮、氢等直接作用直接作用生成相应的化合生成相应的化合物。物。CaFujian Normal UniversityChapter 15 碱金属和碱土金属可溶于碱金属和碱土金属可溶于液氨液氨，生成，生成溶剂合阳离子溶剂合阳离子、溶剂合电子、溶剂合电子，形成，形成深蓝色溶液深

33、蓝色溶液，具有较高导电性，具有较高导电性，与金属本身具有，与金属本身具有相同相同的化学反应。的化学反应。导电性超过任导电性超过任何电解质溶液，类似金属。何电解质溶液，类似金属。 碱金属碱金属 M(s) + (x+y)NH3 = M+(NH3)x+ e-(NH3)y碱土金属碱土金属 M(s)+(x+2y)NH3 = M2+(NH3)x+2e-(NH3)y与液氨的作用与液氨的作用Fujian Normal UniversityChapter 15对角线规则对角线规则 指周期表中指周期表中位于对角位于对角的典型元素性质相似的典型元素性质相似，如，如Li和和Mg、Be和和Al、B和和Si等。等。 周期

34、表横排周期表横排自左而右自左而右，元素，元素金属性减弱金属性减弱；纵行纵行自上而下自上而下，元素，元素金属性增强金属性增强。这两个。这两个效应在处于对角线位置的两元素中得到一效应在处于对角线位置的两元素中得到一定程度的定程度的抵消抵消，造成两元素性质相接近，造成两元素性质相接近，甚至相似性超过本族的其他元素甚至相似性超过本族的其他元素。Fujian Normal UniversityChapter 15RaFr7ABaSrCaMgBeACsRbKNaLiH0Rn At Po Bi Pb Tl 6Xe I Te Sb Sn In 5Kr Br Se As Ge Ga 4Ar Cl S P Si

35、Al 3Ne F O N C B 2He AAAAA1 对角线规则对角线规则原因：原因：Z / r 比较相似比较相似Fujian Normal UniversityChapter 15单质的用途单质的用途 Na溶于汞形成的溶于汞形成的汞齐汞齐是化学中有效的是化学中有效的还原剂还原剂。 Na的最大用途是用于制备四乙基铅的最大用途是用于制备四乙基铅Pb(C2H5)4，为汽，为汽油抗震剂（如果汽油在到达适当部位前即行被点燃油抗震剂（如果汽油在到达适当部位前即行被点燃，就会使机械发生强烈震动）。无铅汽油的问世使，就会使机械发生强烈震动）。无铅汽油的问世使其用量减小，用其用量减小，用Fe(CO)5等等替

36、代。替代。 Be对对X射线的吸收很小，常作为射线的吸收很小，常作为X射线管的窗材料。射线管的窗材料。Be熔点相对较高，而中子俘获截面小，因此可在核熔点相对较高，而中子俘获截面小，因此可在核工业中发挥作用（如中子减速）。工业中发挥作用（如中子减速）。 Mg在合金中应用广泛，由于比重（在合金中应用广泛，由于比重（1.74）比）比Fe（7.8）低得多，所以特别适于制备轻质结构合金。）低得多，所以特别适于制备轻质结构合金。Fujian Normal UniversityChapter 1515.2.3 卤化物卤化物 碱金属卤化物都是碱金属卤化物都是离子型离子型化合物，它们的化合物，它们的标准摩尔生成焓

37、标准摩尔生成焓的绝对值都的绝对值都较大较大。 碱金属和碱土金属卤化物碱金属和碱土金属卤化物大都易溶大都易溶，但，但LiF微溶，碱土金属微溶，碱土金属氟氟化物也不易溶于水。化物也不易溶于水。Fujian Normal UniversityChapter 15 无水氯化钙无水氯化钙有强烈的吸水性，是一种有强烈的吸水性，是一种廉价的干燥廉价的干燥剂剂。氯化钙还可以作。氯化钙还可以作致冷剂致冷剂，将，将CaCl2.6H2O和冰和冰水水以不同比例混合，可以导致不同的低温，最低以不同比例混合，可以导致不同的低温，最低可达可达-54.9。 氯化钡氯化钡是最重要的可溶性钡盐（可溶钡盐都是最重要的可溶性钡盐（可

38、溶钡盐都有毒有毒 ）。氯化钡可用）。氯化钡可用盐酸和碳酸钡盐酸和碳酸钡制得。工业上则是制得。工业上则是在高温下用在高温下用煤粉还原重晶石煤粉还原重晶石BaSO4：BaSO4(s)+4C (s) = BaS (s) + 4CO(g)BaS (s) + 2HCl(aq) = BaCl2 (aq) + H2S(g)Fujian Normal UniversityChapter 1515.2.4 氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物 1. 氧化物氧化物 碱金属（和碱土金属）的氧化物有四种类型；碱金属（和碱土金属）的氧化物有四种类型；普普通氧化物通氧化物M2O、过氧化物、过氧化物M2O2 、超氧化物、超氧化

39、物MO2和臭氧化物和臭氧化物MO3 。普通氧化物：普通氧化物： 碱土金属碱土金属在室温和加热条件下与氧气在室温和加热条件下与氧气直接化合直接化合生生成普通氧化物成普通氧化物MO；碱金属只有；碱金属只有Li直接和氧化合直接和氧化合生成生成单一的单一的Li2O，其余采用，其余采用间接方法间接方法制取。例如制取。例如：Fujian Normal UniversityChapter 15 Na2O2 + 2Na = 2Na2O2KNO3 + 10K = 6K2O + N2MCO3 = MO+CO2 这两族氧化物热稳定性、熔点总的趋势这两族氧化物热稳定性、熔点总的趋势从从上到下逐渐降低上到下逐渐降低。如

40、。如Li2O熔点高达熔点高达1973K，Na2O在在1548K时升华，而其余碱金属氧化时升华，而其余碱金属氧化物在末达到熔点前即开始分解。物在末达到熔点前即开始分解。Fujian Normal UniversityChapter 15 碱（碱土）金属氧化物能碱（碱土）金属氧化物能与水反应，与水反应，常常常常生成相应的生成相应的强碱强碱并放热，例如：并放热，例如：Na2O + H2O = 2NaOHCaO + H2O = Ca(OH)2 BeO和和MgO熔点高（熔点高（BeO：2803K， MgO：3073K），用作耐火材料；），用作耐火材料；CaO用用作建筑材料。作建筑材料。Fujian No

41、rmal UniversityChapter 15过氧化物和超氧化物：过氧化物和超氧化物： 碱金属在空气中碱金属在空气中燃烧燃烧时，除时，除Li以外均以外均生成过氧化物生成过氧化物M2O2，如淡黄色，如淡黄色Na2O2 、白色、白色K2O2 等。在等。在高温及高温及过量氧过量氧条件下，有的可生成条件下，有的可生成超氧化物超氧化物MO2 ，如橙黄，如橙黄色色KO2。它们皆。它们皆不稳定不稳定，当，当加热、遇水、遇加热、遇水、遇CO2时时都会分解或发生反应，放出都会分解或发生反应，放出O2，如，如Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH H2O + 1/2O2 + 2NaOH2Na2

42、O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2(g)2KO2 + 2H2O = O2+H2O2 + 2KOH 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2(g)Fujian Normal UniversityChapter 15 过氧化物中过氧化物中Na2O2最重要最重要，它是一种，它是一种强氧化剂强氧化剂。在。在分析化学中常用分析化学中常用Na2O2分解某些矿物（分解某些矿物（钠熔法钠熔法），），将矿物中的硫、锰、铬、钒等氧化成将矿物中的硫、锰、铬、钒等氧化成可溶性可溶性含氧含氧酸盐，从试样中酸盐，从试样中分离分离出来，例如：出来，例如：MnO2 + Na2O2 = Na2MnO4

43、 过氧化物和超氧化物经常在深井作业、潜水作业过氧化物和超氧化物经常在深井作业、潜水作业、宇宙航行和战地医院里用作、宇宙航行和战地医院里用作供氧剂、漂白剂供氧剂、漂白剂（氧化可使色素分子转变，颜色因而消去，且变成氧化可使色素分子转变，颜色因而消去，且变成可溶物被水洗去）可溶物被水洗去）和和CO2吸收剂吸收剂。Fujian Normal UniversityChapter 15臭氧化物：臭氧化物： 在在冷冻冷冻条件，条件，O3可和氢氧化可和氢氧化K（Rb、Cs）生）生成臭氧化物，其性质和过氧化物、超氧化物成臭氧化物，其性质和过氧化物、超氧化物性质性质类似类似。3KOH(s) + 2O3(g) =

44、2KO3(s) + KOHH2O(s) +1/2O2(g)4MO3(s) + 2H2O = 4MOH(l) + 5O2KO3 = KO2 + 1/2O2Fujian Normal UniversityChapter 15碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱中强碱强碱强碱强碱强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性两性中强碱中强碱强碱强碱强碱强碱强碱强碱2. 氢氧化物氢氧化物Fujian Normal UniversityChapter 15碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解性碱

45、金属和碱土金属氢氧化物的溶解性碱金属的氢氧化物易溶于水，碱金属的氢氧化物易溶于水， 但但LiOH溶解度较小。溶解度较小。碱土金属的氢氧化物碱金属氢氧化物碱土金属的氢氧化物碱金属氢氧化物因为因为 离子半径离子半径 M() M()使阳阴离子之间吸引力使阳阴离子之间吸引力 M() M()随着阳离子半径的增大，阳离子与阴离子之间的吸随着阳离子半径的增大，阳离子与阴离子之间的吸引力减小，引力减小，晶格能晶格能下降，易溶。（深入理解参考下降，易溶。（深入理解参考“相差溶解相差溶解”的讨论）的讨论） 。Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr (OH)2 Ba (OH)2溶解度增大溶解度增大Fu

46、jian Normal UniversityChapter 15 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体白色固体。在空。在空气中气中易吸水潮解易吸水潮解，所以，所以NaOH是常用的是常用的干燥剂干燥剂。在。在空气中吸收空气中吸收CO2生成碳酸盐。生成碳酸盐。 碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈腐蚀强烈腐蚀作用，因作用，因此称为此称为苛性碱苛性碱。熔融熔融的苛性碱会侵蚀玻璃和瓷器，的苛性碱会侵蚀玻璃和瓷器，也可破坏也可破坏Pt器皿，因此实验室用器皿，因此实验室用银坩埚银坩埚。 NaOH是强碱，不仅和是强碱，不仅和酸性酸性氧化物反应，还可与氧

47、化物反应，还可与两两性性氧化物反应。氧化物反应。Al2O3+2NaOH=熔融熔融=2NaAlO2+H2O ZnO(s) + 2NaOH (aq) = Na2ZnO2 (aq) + H2O (l)Fujian Normal UniversityChapter 15还可以溶解金属还可以溶解金属Al、Zn和非金属和非金属B、Si：2Al (s) + 2NaOH (aq) + 6H2O (l) = 2NaAl(OH)4 (aq) + 3H2 (g)2B (s) + 2NaOH (aq) + 2H2O (l) = 2NaBO2 (aq) + 3H2 (g)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2

48、 （g）Ca(OH)2价格便宜，是制造漂白粉、氨和氢价格便宜，是制造漂白粉、氨和氢氧化钠的原料。氧化钠的原料。Fujian Normal UniversityChapter 151. 写出下列反应式：写出下列反应式： CaH2 + H2O ; LiH(熔融电解熔融电解) ; Si + NaOH + H2O ; U + H2 ; Na + H2O ; Na2O + H2O ; Na2O2 + H2O ; Na2O2 + Na ; Al2O3 + NaOH ; Al + NaOH + H2O 2. 碱金属和碱土金属常用什么方法制备？写出碱金属和碱土金属常用什么方法制备？写出代表性反应式。而制备代表

49、性反应式。而制备K的一般方法是什么的一般方法是什么？3. 对角线规则是什么？写出三对典型代表元素对角线规则是什么？写出三对典型代表元素。Fujian Normal UniversityChapter 1515.2.5 含氧酸盐含氧酸盐 常见的含氧酸盐有碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、常见的含氧酸盐有碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。磷酸盐等。 晶型晶型碱金属和碱土金属的含氧酸盐绝大多数碱金属和碱土金属的含氧酸盐绝大多数是是离子晶体离子晶体，但，但铍、锂、镁铍、锂、镁盐有不同程度的共价盐有不同程度的共价性。性。 颜色颜色除与有色阴离子（如除与有色阴离子（如紫红紫红、橙红橙红、黄黄）形成的盐外，其余均）形

50、成的盐外，其余均无色无色。Fujian Normal UniversityChapter 15盐溶解规律盐溶解规律 “相差溶解相差溶解” 规律规律指一般阴、阳离子指一般阴、阳离子半径相半径相差较大差较大的的离子离子型盐类在水中型盐类在水中溶解度较大溶解度较大，相近的溶，相近的溶解度较小（电荷大，半径小对水合焓和晶格能都有解度较小（电荷大，半径小对水合焓和晶格能都有利，但半径差大，对应水化焓更有利）。利，但半径差大，对应水化焓更有利）。 经验规律经验规律阴离子的阴离子的半径比较大半径比较大时，盐的溶解度时，盐的溶解度常随金属的原子序数的常随金属的原子序数的增大而减小增大而减小，相反，阴离子，相反

51、，阴离子的的半径比较小半径比较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数时，盐的溶解度常随金属的原子序数的的增大而增大增大而增大。1. 溶解度溶解度Fujian Normal UniversityChapter 15离子半径离子半径 影响影响 晶格能晶格能离子电荷离子电荷 水合焓水合焓更重要。是讨论依据。后者相对变动更大半径变化时时或是讨论依据；变动更大半径变化时时从数学的角度可知水合,XMXMXMHrrrrUrr盐溶解的热力学解释盐溶解的热力学解释)1()1()1(-X3M2XM1rfrfHrrfUUHH水合水合溶解f1，f2，f3是常数是常数 一般来说，溶解过程熵变的数值比较小。因此一般来说，溶解

52、过程熵变的数值比较小。因此溶解过程所涉及的热焓变化，常常成为盐类溶解度溶解过程所涉及的热焓变化，常常成为盐类溶解度大小的主要依赖因素。大小的主要依赖因素。Fujian Normal UniversityChapter 15左图显示，溶解焓较负（即溶解性较大）的化合物都是阴、阳离子水合焓差异较大（或正或负）的化合物，也是阴、阳离子半径相差较大（的盐类）化合物。Fujian Normal UniversityChapter 15碱金属含氧酸盐在水中的溶解度碱金属含氧酸盐在水中的溶解度（g/100g水，按无水盐计）水，按无水盐计）温度温度/oC锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯碳酸盐碳酸盐201.33 21.5

53、113 223 262酸式碳酸盐酸式碳酸盐209.6 33.3 116211硝酸盐硝酸盐20708831.6 53.3 23.0硫酸盐硫酸盐2034.8 19.4 11.1 48.2 179明矾明矾2543.1 7.23 1.81 0.50高氯酸盐高氯酸盐2550211 2.07 1.28 1.97Fujian Normal UniversityChapter 15 碱金属盐碱金属盐一般易溶于水，但一般易溶于水，但某些半径某些半径较大的阴离子（高氯酸根、高锰酸根）和较大的阴离子（高氯酸根、高锰酸根）和较重的碱金属较重的碱金属形成的盐常常溶解度有限。形成的盐常常溶解度有限。 少数少数Na、K的难

54、溶盐的难溶盐醋酸铀酰锌钠醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(Ac)99H2O、焦锑酸氢钠、焦锑酸氢钠Na2H2Sb2O7、酒石酸氢钾、酒石酸氢钾KHC4H4O6可用可用于化学分析。于化学分析。Fujian Normal UniversityChapter 15碱土金属含氧酸盐在水中的溶解度碱土金属含氧酸盐在水中的溶解度（g/100g水，按无水盐计，水，按无水盐计，20 oC附近附近 ）铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡碳酸盐碳酸盐0.0011 0.00062 0.00059 0.00086硝酸盐硝酸盐10770.212970.89.1硫酸盐硫酸盐40.835.80.2030.0130.00024铬酸盐铬酸盐7

55、2.32.320.100.00035草酸盐草酸盐33.10.0300.00080.00420.0112高氯酸盐高氯酸盐 14799.8189310198Fujian Normal UniversityChapter 15 碱土金属盐碱土金属盐AB2型型盐多数盐多数易溶易溶于水，如硝于水，如硝酸盐、氯化物、醋酸盐，但酸盐、氯化物、醋酸盐，但氟化物除外氟化物除外。而。而AB型型盐类多数盐类多数不溶不溶于水，如草酸盐、碳酸盐于水，如草酸盐、碳酸盐、硫酸盐等。在钙盐中、硫酸盐等。在钙盐中 ，钡盐中，钡盐中的溶解度最小，常用于离子鉴定。的溶解度最小，常用于离子鉴定。 钙、锶、钡的碳酸盐溶于钙、锶、钡的碳

56、酸盐溶于过量的过量的CO2溶液中。溶液中。MCO3+CO2+H2O M(HCO3)2（MCa、Sr、Ba）Fujian Normal UniversityChapter 15 来源于水中的来源于水中的镁盐和钙盐镁盐和钙盐。 暂时硬度暂时硬度镁和钙的镁和钙的酸式碳酸盐酸式碳酸盐，可以，可以加热加热去除：去除：M(HCO3)2 (aq) MCO3 (s) +CO2 (g) +H2O (l) 永久硬度永久硬度其他镁盐和钙盐，通常是其他镁盐和钙盐，通常是硫硫酸盐酸盐，不能加热去除，但可以用，不能加热去除，但可以用Na2CO3去去除。除。水的硬度水的硬度Fujian Normal UniversityC

57、hapter 15补充资料：自然界中的饮用水中，雨水属软水，江、河、湖、塘等普通地面水的硬度大都不高，而地下水的硬度往往偏高。我国南方多软水，北方多硬水。水的软硬与口感有关系，硬水爽口，多数矿泉水硬度较高，使人感到清爽可口，软水显得淡而无味。但用硬水泡茶，冲咖啡等饮料时口感将受到影响。有些食品加工用水比较讲究，硬水将影响食品加工，易造成蛋白质沉淀、无机盐沉淀或较难煮熟。锅炉用水一般应使硬水软化，否则会因水垢太多而发生意外事故。硬水还会使肥皂大大降低去污能力。Fujian Normal UniversityChapter 15那么，喝硬水好还是软水好呢？钙镁离子是人体每天必需的营养素，如果水有一

58、定硬度（矿泉水），通过饮水可以补充一定量的钙镁离子（防止心血管疾病）。如果是长期服用软水的人，还需通过其它途径补充。但在水硬度较高地区，肾结石发病率却随水的硬度升高而升高。因此饮用水的硬度太高和太低都不好。我国饮用水标准中最适宜的饮用水属于轻度或中度硬水。Fujian Normal UniversityChapter 15 整体规律整体规律碱金属和碱土金属的含氧酸碱金属和碱土金属的含氧酸正正盐盐的热稳定性的热稳定性整体较高整体较高，碱金属盐碱金属盐比碱土金比碱土金属盐属盐更高更高。对同一族元素来说，。对同一族元素来说，由上而下由上而下分分解温度逐渐解温度逐渐升高升高。 以碳酸盐为例：以碳酸盐为

59、例：2. 热稳定性热稳定性Fujian Normal UniversityChapter 15阳离子极化阳离子极化（离子势（离子势Z/r）与碱与碱土碳酸盐分解温度土碳酸盐分解温度（P660）性质性质阳离子极化力阳离子极化力/pm-110-2分解温度分解温度/KBeCO321.3298MgCO313.1813CaCO39.71183SrCO38.11563BaCO37.21663Fujian Normal UniversityChapter 15金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_1.当无外电场时，当无外电场时，CO32-中三个中三个O2-被被C4+极化而变形

60、。极化而变形。2.金属离子相当于外电场，对临近的一个金属离子相当于外电场，对临近的一个O2-产生产生反极反极化作用（作用相反），削弱了碳氧键化作用（作用相反），削弱了碳氧键。3.金属离子的极化力越强，其反极化作用越强，碳酸金属离子的极化力越强，其反极化作用越强，碳酸盐越不稳定，易导致碳酸盐热分解。盐越不稳定，易导致碳酸盐热分解。4. H+极化力特强，反极化作用大，因此含氧酸稳定性极化力特强，反极化作用大，因此含氧酸稳定性总是比对应的盐小，而碳酸氢盐也比碳酸盐易分解。总是比对应的盐小，而碳酸氢盐也比碳酸盐易分解。M2+Fujian Normal UniversityChapter 15碳酸盐碳酸