无机化学教学课件-12章-s区元素

1、第12 章 碱金属和碱土金属Chapter 12 Alkali Metals and Alkaline-earth Metals 原子的起源和演化1 宇宙之初2 氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧3 过程、e过程4 重元素的诞生5 宇宙大爆炸理论的是非 元素通论大气圈：O2、N2、CO2、稀有气体水圈：O、H、Cl、Na、Mg岩石圈：Si、O、H、金属地壳气态：H2、N2、O2、Cl2、F2、He、Ne、Ar、Kr、Xe（11种）液态：Hg、Br2（2种）固态：剩余大多数元素单质（常温）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、

2、N，占96%微量元素：15种， O2- O22-正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)(1) 多样性 “能量效应”要求体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定.(2) 制备直接间接Li2ONa2O2KO2(3) 化学性质 与 H2O 的作用 (生成对应的碱)：(Li Cs剧烈程度) (BeO除外) 熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀. 熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸,使用时要倍加小心 与CO2的作用Li2O + CO2 Li2CO32 Na2O2 + 2CO2 2 Na2CO3 + O2(g)4

3、 KO2 + 2 CO2 2 K2CO3 + 3 O2(g)不溶于水不溶于水 与矿石一起熔融分解矿物可溶于水可溶于水12-2-2 氢氧化物 Hydroxid（除Be(OH)2为两性外）易吸水溶解 鉴于对区元素氢氧化物比较熟悉，这里仅介绍一些规律. 除外，其它碱金属氢氧化物在水中溶解度都很大. 碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（20） ：氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2溶解度/ 810-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1molL-1 规律：阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大，相近的溶解度较小，即 “

4、相差溶解” 规律.溶解度与碱性氢氧化物的酸碱性A以MOH为代表的氢氧化物，可以存在两种离解方式： BMOH酸碱性的判据 (1) 以Z/r 作为依据，Z为离子电荷数，r为离子半径，Z/r称为离子势， = Z / r。 显然值越大，静电引力越大，M吸引氧原子的电子云能力越强，OH被削弱，越易酸式电离；反之，越易碱式电离。 (2) 若r以Pm为单位，则判断氢氧化物酸碱性的标准为 C. 同一主族元素的金属氢氧化物，由于离子的电荷数和构型均相同，故其 值主要取决于离子半径的大小。例如 LiOH0.13Be(OH)22.54NaOH0.10Mg(OH)21.76KOH0.085Ca(OH)21.42RbO

5、H0.081Sr(OH)21.33CsOH0.077Ba(OH)21.22重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐12-3 盐类（1）键型和晶型：绝大多数是离子型晶体，但锂和铍的某些盐有一定的共价性.由于Be2+极化力强， BeCl2的共价性非常明显. BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点 / 405 714 782 876 962 (2) 颜 色：一般无色或白色(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、硝酸盐多数溶解度较小 溶解度依然符合“相差溶解”规律离子性增强 盐溶解的热力学解释结果：离子半径 影响 晶格能 离子电荷 水合焓 左图显示，

6、溶解焓较负（即溶解性较大）的化合物都是阴、阳离子水合焓差值（包括正值和负值）较大的化合物，也是阴、阳离子半径相差较大的化合物.Question 7 一般的钠盐或钾盐是易溶的，一般的高氯酸盐也是易溶的，但为什么 NaClO4 的溶解度不大，而 NaClO4更难溶？ Na+、K+、ClO4 都是电荷少、半径大的离子，溶于水后离子水合程度不大. 故这些盐类的溶解一般都是熵增过程，有利于溶解. 溶解过程的焓变主要来自晶格能和水合能. Na+、K+、ClO4电荷少、半径大，因而它们的晶格能小. NaClO4 、NaClO4 虽然晶格能比前者更小些，但净减小值不会很大，因为前者的晶格能本来就不大，但后者的

7、水合能比前者却有较大的减小. 因此，对由大阳离子和大阴离子组成的化合物来说，它们的晶格能虽然很小，但水合能更小，它们在水中就变得难溶了. 影响碱金属高氯酸盐溶解度的另一个因素是大阴离子与小阳离子不 “匹配”. 稳定性 M2CO3 MCO3(4) 热稳定性较高 碳酸盐热分解有规律 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 / 100 573 1110 1370 1570规律：含有大阴离子(如CO32-)的热不稳定性化合物的分解温度随 阳离子半径的增大而而增高.分解反应 MCO3(s) = MO(s) + CO2(g) 的热力学数据 （298K）Mg+48.3+100.6+

8、175.0Ca+130.4+178.3+160.6Sr+183.8+234.6+171.0Ba+218.1+269.3+172.1M 硝酸盐热稳定性差反应焓越高 分解温度越高 规律的热力学解释部分依赖于MO和MCO3正、负离子平衡距离之差3DUr = DUMO DUMCO依赖于铍族碳酸盐的分解温度性 质 阳离子极化力/pm-110-2 分解温度/KBeCO3 21.3 298MgCO3 13.1 813CaCO3 9.7 1183SrCO3 8.1 1563BaCO3 7.2 1663 自然，我们也可以用离子用极化理论来解释 MCO3的分解温度.其结果与上面从热力学角度解释的结果一致.12-4

9、 锂 、铍的特殊性内容LiBeBCNaMgAISi 在周期表中，除了我们常说的族和周期的规律性外，还会出现某一小块区域的规律性. 例如，在第 2 周期和第 3 周期开头几个元素间出现的相似性，我们称为对角线规则 (diagonal rule). 第 2 周期的 Li、Be、B 3元素和其右下脚第 3 周期的 Mg、Al、Si 3元素及其化合物的性质有许多相似之处.原因对角线规则可由离子极化的观点给以粗略的解释. 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. 反映出物质的性质与结构的内在联系. 单质与氧作用生成正常氧化物 Li+和Mg2+的水合能力较强 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正