第十一章元素化学1

第十一章元素化学11.1元素概述11.2s区元素11.3p区元素无机及分析化学1第十一章元素化学11.1元素概述

11.1.1元素分布11.1.2元素分类无机及分析化学2第十一章元素化学11.1.1元素分布

迄今为止，人类已经发现的元素和人工合成的元素共112种，其中地球上天然存在的元素有92种。元素在地壳中的含量称为丰度，常用质量分数来表示。地壳包括岩石圈、水圈、大气圈，约占地球总重量的0.7%。地壳中含量居前十位元素见表11-1。无机及分析化学3第十一章元素化学

表11-1地壳中主要元素的质量百分数

由表可知，这10种元素占了地壳总质量的99.2%。而且轻元素含量较高，重元素含量较低。元素OSiAlFeCaNaKMgHTi质量百分数48.626.37.734.753.452.742.472.000.760.42无机及分析化学4第十一章元素化学元素ClNaMgSCaKBr质量百分数1.89801.05610.12720.08840.04000.03800.0065

海洋是元素资源的巨大宝库，人类一直在探索、开发海洋资源。表11-2列出海水中含量较大的前7种元素（不包括H、O）

表11-2海水中元素含量（未计水和溶解气体量）无机及分析化学5第十一章元素化学

除上表所列元素外，海水中尚含有C、Sr、B、Si、Al、F、N、Rb、Li、I及微量的U、Zn、Cu、Mn、Ag、Au、Ra等，共约50余种元素。这些元素大多与其它元素结合成无机盐的形式存在于海水中。由于海水的总体积（约1.4×109Km3）十分巨大，虽然某些元素的百分含量极低，但在海水中的总含量却十分惊人，如I2总量达7.0×1013Kg（而I元素的质量百分数仅为0.000005）。因此，海洋是一个巨大的物资库。无机及分析化学6第十一章元素化学

大气也是元素的重要自然资源，世界上向大气索取的O2、N2、稀有气体等物资，每年数以万吨计。

表11-3大气的主要成份（未计入水蒸气的量)气体体积分数﹪质量分数﹪气体体积分数﹪质量分数﹪N278.0975.51CH40.000220.00012O220.9523.15Kr0.000110.00029Ar0.9341.28N2O0.00010.00015CO20.03140.046H20.000050.000003Ne0.001820.00125Xe0.00000870.000036He0.000520.000072O30.0000010.000036无机及分析化学7第十一章元素化学11.1.2.元素分类根据研究目的的不同，元素的分类常见的有三种：1．金属与非金属

根据元素的性质进行分类，分为金属与非金属。在元素周期表中，以B—Si—As—Te—At和Al—Ge—Sb—Po两条对角线为界，处于对角线左下方元素的单质均为金属，包括s区、ds区、d区、f区及部分p区元素；处于对角线右上方元素的单质为非金属，仅为p区的部分元素；处于对角线上的元素称为准金属，其性质介于金属和非金属之间，大多数的准金属可作半导体。无机及分析化学8第十一章元素化学2．普通元素和稀有元素根据元素在自然界中的分布及应用情况，将元素分为普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然界中含量少，或被人们发现的较晚，或对它们研究的较少，或提炼它们比较困难，以致在工业上应用也较晚的元素。前四周期（Li，Be，稀有气体除外），ds区元素为普通元素，其余为稀有元素。通常稀有元素也可继续分为：轻稀有金属、高熔点稀有金属、分散稀有元素、稀有气体、稀土金属、放射性稀有元素等。无机及分析化学9第十一章元素化学3．生命元素与非生命元素根据元素的生物效应不同，又分为有生物活性的生命元素和非生命元素。生命元素又可根据在人体中的含量及作用再进行细分，可分为人体必需元素（essentialelements）（包括宏量元素和微量元素）和有毒元素（toxicelements）。无机及分析化学10第十一章元素化学无机及分析化学11第十一章元素化学

11.2s区元素11.2.1s区元素概述11.2.2单质的化学性质11.2.3氧化物和氢氧化物11.2.3盐类11.2.5锂、铍的特殊性和对角线规则无机及分析化学12第十一章元素化学11.2.1s区元素概述ⅠA（ns1

）LiNaKRbCsFr

碱金属ⅡA（ns2）BeMgCaSrBaRa

碱土金属碱金属：原子半径在同周期中最大，易失去电子，第一电离能最低，金属性最强。氧化值为+1。碱土金属：原子半径比碱金属小，金属性比碱金属略小。氧化值+2。同族元素：从上到下，原子半径增大，易失去电子，金属性增强。无机及分析化学14第十一章元素化学1.Li,Be的半径是同族元素中最小的，所以其化合物带有更多的共价性，如：LiI,BeI2。Li和Be与同族元素相比，性质差异较大。2.

水合能：

Mz+(g)+H2OMz+(aq)过程的热效应

离子半径越小，电荷越高，水合能越大（放出热量）。

3.电极电势：Li特别小，是因为Li有较大的水合能无机及分析化学15第十一章元素化学11.2.2

单质的化学性质1.与O2反应在氧气中燃烧，形成碱金属：正常氧化物M2O（M=Li）过氧化物M2O2

（M=Na）超氧化物MO2

（M=K,Rb,Cs）碱土金属：正常氧化物MO（M=Be,Mg,Ca,Sr,Ba）无机及分析化学16第十一章元素化学2.与H2反应除Be,Mg，在高温下均与氢化合，生成离子型氢化物。2Na+H2=2NaHCa+H2=CaH2离子型氢化物与水反应，放出H2NaH+H2O=NaOH+H2离子型氢化物是强还原剂

TiCl4+4NaH

Ti+4NaCl+2H2无机及分析化学17第十一章元素化学3.与H2O反应均可与水反应2Na+2H2O=2NaOH+H2H2OpH=7，C(H+)=10-7

mol·L-1

(H+/H2)

=－0.414V电势低于－0.414V的金属均可与水反应。锂的电势最低，但反应不如钠、钾剧烈。电势高低反映了反应的可能性，和反应速率无直接关系。锂与水反应速率慢的主要原因有：（1）反应产物LiOH溶解度较小，阻碍反应进行，（2）锂的熔点高，反应产生的热量不能使其熔化。铍、镁与冷水作用很慢，也是因为产物在水中溶解度小。无机及分析化学18第十一章元素化学11.2.3

氧化物和氢氧化物

1、氧化物（1）.正常氧化物

锂和碱土金属在空气中燃烧，得到正常氧化物。其他碱金属正常氧化物可利用金属还原硝酸盐：10M+2MNO3=6M2O+N2碱土金属氧化物还可由碳酸盐、硝酸盐加热分解得到：

CaCO3=CaO+CO22Sr(NO3)2=2SrO+4NO2+O2氧化物与水作用生成氢氧化物

Na2O+H2O=2NaOH同一族从上到下，反应剧烈程度增加。Li2O,BeO,MgO反应缓慢。无机及分析化学19第十一章元素化学（2）.过氧化物除Be外都可形成过氧化物Na2O2

白色粉末（工业品一般为黄色），可用作氧化剂，漂白剂和氧气发生剂。性质：与水、稀酸、CO2作用Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4=Na2SO4+H2O2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2H2O2易分解H2O2=2H2O+O22Na2O2+2H2O（热）=4NaOH+O2无机及分析化学20第十一章元素化学（3）.超氧化物除Li、Be、Mg，都可形成超氧化物。性质：与水、稀酸、CO2作用

2KO2+2H2O

=2KOH+H2O2+O22KO2+H2SO4=K2SO4+H2O2+O24KO2+2CO2=2K2CO3+3O2无机及分析化学21第十一章元素化学2、氢氧化物BeO几乎不与水作用，MgO与水缓慢反应，其余氧化物遇水都生成碱。溶解性：碱金属氢氧化物，除LiOH，都溶于水。碱土金属氢氧化物：Be(OH)2,Mg(OH)2难溶，从Be(OH)2到Ba(OH)2溶解度增大。碱性：

Be(OH)2为两性，LiOH，Mg(OH)2中强碱，其余为强碱。碱性(ROH)的强弱可用离子势来判断。Ф=z/r

Ф：离子势；z：R的电荷；r：R的半径。无机及分析化学22第十一章元素化学R—O—H：发生酸式解离，溶液呈酸性R—O—H：发生碱式解离，溶液呈碱性LiOH

中强碱NaOH

强碱KOH

强碱RbOH

强碱CsOH

强碱Be(OH)2两性Mg(OH)2中强碱Ca(OH)2强碱Sr(OH)2强碱Ba(OH)2强碱

同一主族从上到下碱性逐渐增强；同一周期碱金属氢氧化物的碱性强于碱土金属。Ф越大，（电荷高，半径小）越易发生酸式解离Ф越小，越易发生碱式解离无机及分析化学23第十一章元素化学性质：NaOH和KOH是重要的碱。NaOH价格便宜，应用更广泛。碱能与酸、酸性氧化物、盐反应，还可与两性金属和某些非金属作用，放出H2。2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2卤素、硫、磷等在碱中能发生歧化反应。X2+2NaOH=NaX+NaXO+H2OX=Cl,Br,I无机及分析化学24第十一章元素化学11.2.4

盐类

1、晶型碱金属盐大多为离子型的，其熔沸点高。碱土金属离子电荷大、半径小，极化力较碱金属离子强，它们的盐有一定共价性。Li+、Be2+半径小，极化力强，化合物共价性明显。氯化物LiClNaClKClRbClCsCl熔点（℃）606801776715645LiCl有一定共价性，熔点最低。其余均为离子键，从NaCl→CsCl，随半径增大，离子键强度减小，熔点降低。无机及分析化学25第十一章元素化学从BeCl2→BaCl2，随半径增大，离子极化作用减小，共价性减弱，离子性增强，熔点升高。氯化物BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔点（℃）405714772873963无机及分析化学26第十一章元素化学2、溶解性碱金属盐大多易溶于水（除Li盐），有少数难溶盐。如：Na[Sb(OH)6]（白色）;KClO4

（白色）K2[PtCl6]（淡黄色）；K[B(C6H5)4]（白色）NaAc·Zn(Ac)2·3UO2(Ac)2·9H2O（黄绿色）碱土金属的卤化物（除氟化物）、硝酸盐、醋酸盐是易溶的，而碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、草酸盐、铬酸盐多是难溶的。离子型化合物溶解性规律：阴离子和阳离子半径相差越大，溶解度越大。无机及分析化学27第十一章元素化学碱金属和碱土金属离子属于大阳离子。从Mg2+→Ba2+,与小阴离子F-、OH-形成的化合物溶解度增大。与大阴离子SO42-、CrO42-、CO32-形成的化合物溶解度减小。表9-8一些碱土金属难溶化合物的溶度积OH-F-SO42-CrO42-CO32-Mg2+1.2×10-116.3×10-9--2.6×10-5Ca2+5.5×10-61.7×10-102.5×10-57.1×10-48.7×10-9Sr2+3.2×10-43.2×10-92.8×10-74.0×10-51.6×10-9Ba2+5×10-32.4×10-51.1×10-101.6×10-108.1×10-9无机及分析化学28第十一章元素化学碱金属卤化物的溶解性：

LiFNaFKFRbFCsF溶解度小大

LiINaIKIRbICsI溶解度大小无机及分析化学29第十一章元素化学3、含氧酸盐的热稳定性碱金属含氧酸盐：一般热稳定性高，除碳酸氢盐、硝酸盐。碱土金属含氧酸盐：热稳定性低，并且随半径增大，分解温度升高。

BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3热稳定性增加分解温度升高无机及分析化学30第十一章元素化学含氧酸盐热稳定性变化规律可用离子极化来解释：以碳酸盐（MCO3）为例：CO32-为平面三角形，C4+对三个O2-产生极化，M2+与其接近时，对邻近的一个O2-也产生极化作用，该极化与C4+对O2-的极化作用方向相反，称为反极化。无机及分析化学31第十一章元素化学M2+反极化作用导致C4+与O2-的连接减弱，M2+

反极化作用足够强，可使O2-偶极颠倒，导致CO32-分解为MO和CO2。因此，金属离子极化力越强，碳酸盐越易分解。H+半径很小，极化力强，所以：热稳定性：碳酸盐>碳酸氢盐>碳酸碱金属盐>碱土金属盐碱土金属盐随半径增大，热稳定性增加。+4+-+--++4-++--+M2+无机及分析化学32第十一章元素化学11.2.5锂、铍的特殊性和对角线规则

在周期表中，某元素的性质和它左上方或右下方的另一