无机化学第七章 S区元素

无机化学Chapter7

s-BlockElements主讲人董秀丽ns1~2(n-1)d1~10ns2(n-1)d10ns1~2ns2np1~6第七章s区元素§7.1s区元素的通性§7.2

s区元素单质及其化合物的性质§7.3s区元素的生物学效应及常用药物s-BlockElements本章教学要求1、掌握碱金属、碱土金属的通性，掌握Na+、K+、Mg2+、Ca2+的鉴定方法；2、熟悉常见碱金属、碱土金属的重要化合物的结构及性质；3、了解金属离子的生物学效应。

ⅠALi

Na

KRbCsⅡABeMgCaSrBa碱金属(IA):ns1(因为它们的氧化物的水溶液显碱性)

Li,Na,K,Rb,Cs,Fr碱土金属(IIA):ns2(因为它们的氧化物兼有碱性和土性)Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra✦土性—化学上把难溶于水和难熔融的性质称为“土性”

都是活泼金属§7.1s区元素的通性碱金属(alkalinmetals)(ⅠA):ns1碱土金属(alkalinearthmetals)(ⅡA):ns2lithiumsodiumpotassiumrubidiumcaesiumfranciumberylliummagnesiumcalciumstrontiumbariumradium原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大§7.1s区元素的通性ⅠA原子序数价电子构型金属半径(pm)熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Li(锂)32s1152180.513420.6Na(钠)113s118697.82882.90.4K(钾)194s122763.257600.5Rb(铷)375s124838.896860.3Cs(铯)556s126528.40669.30.2ⅡA原子序数价电子构型金属半径（pm）熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Be(铍)42s2111127829704Mg(镁)123s2160648.811072.0Ca(钙)204s219783914841.5Sr(锶)385s221576913841.8Ba(钡)566s221772516401.25因为原子的原子半径较大、核电荷较少,其金属晶体中的金属键很不牢固.故单质的熔、沸点较低，硬度较小§7.1s区元素的通性碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属IA核电荷原子半径熔、沸点硬度

∧∨∧∧IIA核电荷原子半径熔、沸点硬度

元素性质LiNaKRbCs原子半径/pm152153.7227.2247.5265.4离子半径/pm6897133147167第一电离势kJ/mol521499421405371第二电离势72954591308826752436电负性0.980.930.820.820.79标准电极电势(酸)-3.045-2.711-2.923-2.925-2.923M+(g)水合热/kJ·mol-1519406322293264碱金属的基本性质§7.1s区元素的通性

元素性质BeMgCaSrBa原子半径/pm111.3160197.3215.1217.3离子半径/pm356699112134第一电离势kJ/mol905742593552564第二电离势1768146011521070971第三电离势149397658494243513575电负性1.571.311.000.950.89标准电极电势(酸)-1.85-2.375-2.76-2.89-2.90标准电极电势(碱)-2.28-2.69-3.02-2.99-2.97M2+(g)水合热/kJ·mol-124941921157714431305碱土金属的基本性质氧化数与族号一致，常见的化合物以离子型为主由于Li+、Be2+半径小，其化合物具有一定共价性§7.1s区元素的通性§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2.1单质§7.2.2氧化物§7.2.3氢氧化物§7.2.4

常见盐§7.2.5

配合物§7.2.7

离子鉴定§7.2.6

对角线规则LiNaKRbBeMgCaSrBa§7.2.1单质Cs金属钠§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质它们都有金属光泽，密度小，硬度小，熔点低，导电、导热性好的特点.1、物理性质

密度0.530.970.861.531.88(kg·cm-3)

密度1.851.741.542.63.51

(kg·cm-3)ⅠALi(锂)Na(钠)K(钾)Rb(铷)Cs(铯)ⅡABe(铍)Mg(镁)Ca(钙)Sr(锶)Ba(钡)电负性1.00.90.80.80.7电负性1.51.21.01.00.9金属性递增金属性递增

失去电子的倾向大，受到光照射时，金属表面的电子易逸出，可制造光电管，由铯光电管制成的自动报警装置，可报告远处火警；制成的天文仪器可根据星光转变的电流大小测出太空中星体的亮度，推算星球与地球的距离。M3PM3N(M=Li)MHMNH2+H2MOH+H2汞齐MX（X=卤素）M2O（M=Li,Na）M2CO3M+(am)+e-(am)M2SM2O2

（M=Na,K,Rb,Cs）MO2

（M=K,Rb,Cs）碱金属单质的某些典型反应PN2NH3(溶液或气态)H2OMX2S液NH3有

Fe存在HgO2O2+CO22化学性质M3N2(M=Mg)MO+H2(M=Be,Mg)MO2(M=Ba),MOM(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)MH2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H2HMO2-+H2(M=Be)N2H2O水蒸气MO2NH3MX2NaOH碱土金属单质的某些典型反应§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2BeO MgOCaOSrO BaO2(1).与O2、S、N2、X2卤素反应Gc2-706-18.12Li2ONa2O2KO2镁带的燃烧这些氧化物的形式有什么不同？§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质(2).与水作用LiNaK

•碱金属被水氧化的反应为:2M(s)+2H2O(l)→2M+(aq)

+2OH-(aq)+H2(g)

钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃.金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质Ca•碱土金属被水氧化的反应为:M(s)+2H2O(l)→M2+(aq)

+2OH-(aq)+H2(g)►

钙、锶、钡与水的反应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.比较：2M(s)+2H2O(l)→2M+(aq)+2OH-(aq)+H2(g)§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么Li与水反应没有其它金属与水的反应激烈？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，两者之间并无直接的联系.Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1)锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化;(2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行.

5.326.419.117.925.8性质

LiNaKRbCsm.p./K453.69370.96336.8312.04301.55MOH在水中的溶解度/(mol·L-1)Question1§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质碱金属在液氨中的溶解度

(-35℃)碱金属元素M

LiNaKRbCs

溶解度/(mol·L-1)15.710.811.812.513.0(3)与液氨作用§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质

碱金属碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液

碱金属

M(s)+(x+y)NH3M+(NH3)x+e-(NH3)y⇌

碱土金属

M(s)+(x+2y)NH3M2+(NH3)x+2e-(NH3)y⇌碱金属和碱土金属的氨溶液：

1.具有较高的导电性

2.与金属本身相同的化学反应

3.稀碱金属氨溶液是还原剂§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质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，称为焰色反应.主要用途：鉴定化合物中某元素的存在；焰火.7焰色反应(flamereaction)元素

LiNaKRbCsCaSrBa颜色深红黄紫红紫蓝橙红深红绿波长(nm)670.8589.2766.5780.0455.5714.9687.8553.5

LiNaKRbCsCaSrBa特别注意焰色反应是物理变化，不是化学变化

§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质用途

节日焰火鉴定溶液中是否存在某种离子红绿锶钡信号弹信号弹§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2.2氧化物1、碱金属-三类氧化物，碱土金属-普通氧化物正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)Li2O

Na2O2

KO22氧化物的制备直接法间接法Question

5如何制备Na2O，K2O？3氧化物的化学性质(1)与H2O的作用（生成相应的碱）（LiCs剧烈程度）（BeO除外，剧烈程度

）（O2

）氧气发生剂漂白剂§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质(2)与CO2的作用：防毒面具的填料高空飞行或潜水作业的供氧剂CO2吸收剂§7.2.3氢氧化物（白色，易吸潮，吸CO2，腐蚀性）（除BeO外）在空气中易潮解，常作干燥剂。NaOH能溶解Al、Zn等两性金属及其氧化物，也能溶解许多非金属(Si、B等）及其氧化物。

2Al+2NaOH+6H2O＝2Na[Al(OH)4]+3H2↑

Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O

Si+2NaOH+H2O

熔融

Na2SiO3+2H2↑

SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质（能腐蚀玻璃）因能溶解某些金属氧化物、非金属氧化物，在工业生产常用于分解矿石。

熔融的氢氧化钠腐蚀性很强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH

中强强强强强Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2

两性中强强强强(箭头指向)溶解度增大,碱性增强氢氧化物的酸碱性Be(OH)2是两性氢氧化物，可溶于酸也可溶于碱

Be(OH)2＋2H+＝Be2++2H2O

Be(OH)2＋2OH－＝[Be(OH)4]2-§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐1晶体类型：绝大多数是离子晶体

Li,Be,Mg例如碱土金属氯化物的熔点变化：

BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔点/℃405714782876962离子性增强§7.2.4重要盐类及其性质§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质颜色：所有s区元素的离子均为无色。有色的碱金属和碱土金属盐均为阴离子的颜色。3溶解性：碱金属盐类一般易溶于水；（除Li）碱土金属盐类一般难溶于水，（除卤化物、硝酸盐）但其酸式盐通常可溶。CaCO3CaSO4Ca3(PO4)24热稳定性：规律1：离子半径越小，正电荷越高，盐的热稳定性越差。结果：碱金属盐>碱土金属盐M2CO3＞MCO3同族中，离子半径越大，稳定性越高。规律2：硝酸盐热稳定性差，碳酸盐次之，其它的都稳定。§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质•

碳酸盐热分解有规律

BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3T分/℃＜100573111013701570几乎所有的锂盐是水合的，钠盐约有75％是水合的，钾盐有25%是水合物，铷盐和铯盐仅有少数是水合盐。§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质5水合物，结晶水合物：规律1：离子半径越小，所带电荷越多，水合作用越强结果：碱金属离子<碱土金属离子同族中，自上而下，水合作用逐渐减弱。应用：纺织工业，利用MgCl2吸湿，保持棉纱的湿度。标准试剂，炸药等，用K盐而不用Na盐，防吸水。§7.2.5配合物大环配位化合物(macrocycliccoordinationcompound)冠醚和穴醚统称为大环配位化合物。作为配位体的冠醚和穴醚，不同大小、不同形状的穴腔对碱金属阳离子具有选择性。穴醚几乎能够实现对K+和Na+离子的完全分离，选择性可高达105：1.§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质C.Pedersen

美国化学家首次报道“冠醚”(crownether)D.Cram

美国有机化学家提出“主-客体化学”（host-guestchemistry）J.M.Lehn

法国生物化学家首次报道“穴醚”(cryptant)

大环配位化合物的发展得利于3位Nobel奖的获得者：冠醚，又称“大环醚”，是对含有多个氧原子的大环化合物的总称。常见的冠醚有15-冠-5、18-冠-6，机理：冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可作催化剂。特点：冠醚最大的特点就是能与正离子，尤其是与碱金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合。碱金属18-冠-6配合物在非水溶液中几乎能无限期稳定存在.(1)冠醚(crownether)

18：环原子数6：环氧原子数§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质穴醚是一类人工合成的，可以与阳离子发生配位的双环和多环多齿配体特点：与单环的冠醚相比，穴醚配合物更加稳定，对底物分子的选择性也更强。碱金属阳离子的穴醚配合物比冠醚配合物更稳定，甚至能存在于水溶液中（2）穴醚(cryptant)数字表示在两个N桥头之间每个桥上的O原子个数。§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质即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

(diagonalrule).第2周期的Li、Be、B3种元素和其右下脚第3周期的Mg、Al、Si3元素及其化合物的性质有许多相似之处.§7.2.6对角线规则§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2

s区元素的单质及其化合物的性质§7.2.7离子鉴定1.焰色反应

LiNa

KRbCsCaSrBa

2.化学反应离子鉴定试剂鉴定反应Na+Zn(Ac)2·UO2(Ac)2醋酸铀酰锌

Na++Zn2++3UO22++9Ac-+9H2O═NaAc·Zn(Ac)2·3UO2(Ac)2·9H2O↓

淡黄色沉淀K+Na3[Co(NO2)6]亚硝酸钴钠2K++Na++[Co(NO2)6]3-

K2Na[Co(NO2)6]↓(橙黄）Mg2+镁试剂Mg2++镁试剂天蓝色↓Ca2+(NH4)2C2O4草酸铵Ba2+K2CrO4铬酸钾

Ba2++CrO42-BaCrO4↓(黄色)✦K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鉴定中性或弱酸性碱性Ca2++C2O42-

Ca