s区元素
S区元素(化学竞赛)
锂和铍的离子半径小，不容易失电子，形成的化 合物是共价型的。（有一部分锂的化合物是离子 型的）。少数镁的化合物也是共价型的。
常温下，在S区元素的盐类水溶液中，金属离子 大多数不发生水解反应。
除铍以外，S区元素的单质都能溶于液氨生成蓝 色的还原性溶液。
S区元素的单质
一、单质的物理性质和化学性质 二、S区元素的存在和单质的制备
3.氢化物的化学性质
离子型氢化物的热稳定性差异大，分解温度各不相 同。碱金属氢化物中，LiH最稳定，熔点为850C。 碱土金属氢化物的热稳定性比碱金属氢化物的高一 些，BaH2具有较高的熔点（1200 C）。 离子型氢化物与水都发生剧烈的水解反应。
M H H 2O MO H H 2
2M 2H 2O 2MO H 2 H
2M H 2 2M H 2M X 2 2M X
6L iN 2 2L 3N i3 3MEM3E MHg贡 齐
碱土金属同的周化期学的碱反土应金属与水反
应不如碱金属激烈。铍、
镁与冷水作用很慢，原因
2MO22MO在难于溶金的属氢表氧面化物形，成了阻一止了层
稀有元素：一般是指在自然界中含量少，或被人 们发现较晚，或对其研究较少，或比较难以提炼， 以致在工业上应用得也较晚的元素。
在自然界中只有少数元素（如稀有气体，O2，N2， S，C，Au，Pt等）以单质的形态存在，大多数 以化合态，而且主要以氧化物、硫化物、卤化物 和含氧酸盐的形式存在。）
结 构 分 区
单质的物理性质和化学性质
1.物理性质
具有金属光泽的银白色（铍为灰色）金属。 它们都是轻金属。碱金属的密度都小于2gcm-3，
能浮在水面上；碱土金属的密度都小于5gcm-3。 碱金属、碱土金属的硬度很小，除铍、镁外，硬
s区元素
熔点低 导电、导热性好
s区单质的熔、沸点变化
2.化学性质 •与氧、硫、氮、卤素反应 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化 物：锂和碱土金属还能生成氮化物。 Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2 Na2O2
通性：
1.s区元素是最活泼的金属元素，只有一种 氧化态； 2.s区元素所形成的化合物大多数是离子型 的（铍、多数锂、少数镁的化合物是共 价型的）； 3.s区元素性质变化规律
IA
金 属 性 、 还 原 性 增 强
IIA
Be Mg Ca Sr Ba
电 离 能 、 电 负 性 减 小
原 子 半 径 增 大
4LiH+ AlCl3 Li[AlH4 ] + 3LiCl 铝氢化锂
（无水）乙醚
Li[AlH4 ] 受潮时强烈水解
LiAlH4 + 4H2 O LiOH + Al(OH)3 + 4H2
Li[AlH4 ] 具有很强的还原性，可将醛、酮、 羧酸还原为醇，将硝基还原为氨基等。
12.3.2 氧化物
１．锂的熔点较高；
２．氢氧化锂的溶解度较小。
§12.2 s区元素的单质
12.2.1 单质的物理性质和化学性质 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
1.物理性质
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
单质的物理性质： 有金属光泽 密度小（ Li, Na, K,
它 碱土金属的氯化物基本上都是离子型的。 ★铍的化合物热稳定性较差，易水解。 ★铍的氢氧化物Be(OH)2呈两性。 Be(OH)2 + 2H+ + 2H2O → [Be(H2O)4]2+ Be(OH)2 + 2OH- → [Be(OH)4]2-
元素化学 第二章s区元素
碱金属与碱土金属
(4)溶解度 碱金属氢氧化物（MOH）易溶于水,放热 碱土金属氢氧化物在水中溶解度小于碱金 属氢氧化物。
氢氧化物 溶 解 度 -1 /m o l· L B e(O H ) 2 8× 10
-6
M g (O H ) 2 5× 10
-4
C a(O H ) 2 1 .8 × 1 0
-2
1
1. s区元素概述 1.1 s区元素 碱金属(IA ): ns1 氧化态为＋1 s区 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 碱土金属(IIA ): ns2 氧化态为＋2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属
2
碱金属与碱土金属
存在形式 (1)钠和钾: 熔盐NaCl、海水 天然氯化钾、光卤石(KCl) (2)钙和镁: 白云石 、方解石 、菱镁矿 、石膏 (3)锶和钡: 天青石(SrSO4) ，重晶石(BaSO4)
2NH
2
H 2 (g)
2 Na( s) 2 NH 3 (l ) 2 NaNH 2 H 2 ( g )
(4) 焰色反应 碱金属和碱土金属中的钙、锶、钡及其挥发 性化合物在无色火焰中灼烧，火焰有特征颜橙红 深红 绿
Li
Be
B
Al
C
Si
34
Na Mg
碱金属与碱土金属
4.2 锂与镁的相似性 ⑴ 单质与氧作用生成正常氧化物 ⑵ 氢氧化物均为中强碱,且水中溶解度不大 ⑶ 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶 ⑷ 氯化物均能溶于有机溶剂中 ⑸ 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物
碱金属与碱土金属
3.3 氢氧化物 制备: M 2O
H 2 O 2 MOH
MO H 2 O M ( OH ) 2
普通化学S区元素
的电力。一座100千瓦的电厂一年消耗5吨锂。（扎布耶湖）
S区元素用途
金属钠
1. 作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别
是还原制备钛：
加热
TiCl4 + 4 Na
Ti + 4 NaCl
2. 因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增
殖反应堆的致冷剂。
3. 制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。
(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 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。
元 素 Li
Na K
Rb
Cs
Ca
Sr
Ba
颜 色 深红 黄 紫 红紫 蓝 橙红 深红 绿
3.形成配位氢化物
4LiH AlCl 3 （无水）乙醚Li[AlH 4 ] 3LiCl
铝氢化锂
Li[AlH 4 ] 受潮时强烈水解 LiAlH 4 4H 2O LiOH Al(OH) 3 4H 2
12.3.2 氧化物
1.形成三类氧化物 正常氧化物(O2-)：1s2 2s2 2p6 过氧化物(O22-)：
钾的最主要用途是制造钾肥。
庄稼是非常需要钾的。庄稼缺乏钾，茎秆便不会硬挺直立，易倒伏，对外界的抵抗力也大大减强。平均起来，每收获一吨小麦或 一吨马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走2,500万吨钾！ 有 入 才 有 出 ， 这 也 就 是 说 ， 全 世 界 每 年 必 须 至 少 要 往 土 壤 中 施 加 合 钾 2,500 万 吨 的 钾 肥 ！ 含钾的化学肥料，主要有硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾。人们是从钾长石(花岗岩)、海水等中提取钾的化合物。特别是海水，含 有不少氯化钾。在农家肥料中，以草木灰，特别是向日葵灰，含钾最多，这是因为植物本来就从土壤中吸收了钾，那么，把它烧成灰 后，灰中当然也就含有钾了。在每吨粪便中，大约含有六公斤钾。
s区、d区、ds区重要元素及其化合物
s区、d区、ds区重要元素及其化合物(s Block, ds Block, d Block Elements and Compounds)9.1 s区元素s区元素中锂(Lithium)、钠(Sodium)、钾(Potassium)、铷(Rubidium)、铯(Cesium)、钫(Francium)六种元素被称为碱金属(alkali Metals)元素。
铍（Beryllium）、镁(Magnesium)、钙(Calcium)、锶(Strontium)、钡(Barium)、镭(Radium)六种元素被称为碱土金属(alkaline earth metals)元素。
锂、铷、铯、铍是稀有金属元素，钫和镭是放射性元素。
碱金属和碱土金属原子的价层电子构型分别为ns1和ns2，它们的原子最外层有1～2个电子，是最活泼的金属元素。
9.1.1 通性碱金属和碱土金属的基本性质分别列于表9-1和表9-2中。
表9-1碱金属的性质碱金属原子最外层只有1个ns电子，而次外层是8电子结构(Li的次外层是2个电子)，它们的原子半径在同周期元素中(稀有气体除外)是最大的，而核电荷在同周期元素中是最小的，由于内层电子的屏蔽作用较显著，故这些元素很容易失去最外层的1个s电子，从而使碱金属的第一电离能在同周期元素中最低。
因此，碱金属是同周期元素中金属性最强的元素。
碱土金属的核电荷比碱金属大，原子半径比碱金属小，金属性比碱金属略差一些。
s区同族元素自上而下随着核电荷的增加，无论是原子半径、离子半径，还是电离能、电负性以及还原性等性质的变化总体来说是有规律的，但第二周期的元素表现出一定的特殊性。
例如锂的EΘ(Li+/Li)反常地小。
表9-2碱土金属的性质s区元素的一个重要特点是各族元素通常只有一种稳定的氧化态。
碱金属的第一电离能较小，很容易失去一个电子，故氧化数为＋1。
碱土金属的第一、第二电离能较小，容易失去2个电子，因此氧化数为＋2。
在物理性质方面，s区元素单质的主要特点是：轻、软、低熔点。
s 区 元 素
s 区元素
一、 s区金属
1. s区元素的通性
s区金属又称为成碱金属，包括第Ⅰ A族的碱金属元素Li、Na、K、 Rb、Cs、Fr和第Ⅱ A族的碱土金属元素Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra。 它们以卤化物、硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐存在于地壳中。Rb、Cs在自 然界存在较少，是稀有金属；Fr和Ra是放射性金属，Fr放射性极强，半 衰期极短，在天然放射性衰变和核反应中可形成微量的Fr，而Ra首先被 玛丽·居里(Marie Curie)从沥青油矿中分离出来，其所有的同位素都具 有放射性且寿命最长，如226Ra的半衰期为1602年。
s区元素
成碱金属能与水迅速反应放出氢气，所以不能在水溶 液中用于还原任何物质，但可成为非水介质中有机化学反 应的重要还原剂。同时也是高温条件下从氧化物或氯化物 中制备稀有金属的重要还原剂。当然，这些反应必须在真 空或稀有气体保护下进行。
对比锂和镁的性质，不难发现在它们之间有许多相似 之处，如它们都能与氧或者氮直接化合生成氧化物、氮化 物，它们的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等都难溶于水。
s 区元素
成碱金属的基本性质列入表8-2中。成碱金属在物理 性质方面表现出金属的外观和良好的导电性，但硬度、熔 点和沸点与其他金属相比很低。这是因为成碱金属成键电 子数少，金属键弱，反映在宏观性质上表现出低熔点、低 沸点和低硬度的特点。第Ⅰ A和第Ⅱ A族元素的电子构型 分别为ns1和ns2，它们能失去1个或2个电子形成氧化数为 +1或+2的离子型化合物。同族中它们的有效核电荷相等， 但自上而下，原子（离子）半径依次增大，电离能、电负 性逐渐降低，金属活泼性增强。
碱金属氢化物中以LiH最稳定，加热到熔点也不分解。其他碱金 属氢化物的稳定性较差。LiH能与AlCl3在无水乙醚中反应生成LiAIH4 （氢配合物）：
普通化学S区元素
S区元素概述
(2) 与水作用 ● 碱金属被水氧化的反应为: 2 M(s) + 2 H2O (l) → 2 M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)
Li
●
Na
K
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
S区元素概述
(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 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。
元 颜 素 色 Li 深红 670.8 Na 黄 589.2 K 紫 766.5 Rb 红紫 780.0 Cs 蓝 455.5 Ca 橙红 714.9 Sr 深红 687.8 Ba 绿 553.5
密的氧化物保护膜而显得十分稳定。
S区元素概述
Question 2
Solution
锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极 电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属 与水的反应激烈？ Li Na 453.69 370.96 5.3 26.4 K Rb Cs 336.8 312.04 301.55 19.1 17.9 25.8
金属锂
S区元素用途
1. 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； 2. 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；
3. 制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏 器等）； 4. 同位素(在天然锂中约占７.５%)受中子轰击产生热核 武器的主要原料氚：
普通化学S区元素
超氧化物(O2-)
KK(σ 2s )2 (σ * 2s )2 (σ 2p )2 (π 2p )4 (π * 2p )3
稳定性: O2- > O2- > O22-
2.制备：
直接：2Na O2 Na 2O2 K O2 KO 2
ns2铍beryllium镁magnesium钙calcium原子半径增大金属性还原原子半径增大金属性还原性电离能电负电离能电负性钾potassium铷rubidium铯caesium钫francium钙calcium锶strontium钡barium镭radium性增强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原子半径减小金属性还原性减弱电离能电负性增大s区元素概述有金属光泽密度小硬度小熔点低导电导热性好的特点有金属光泽密度小硬度小熔点低导电导热性好的特点1
钾的最主要用途是制造钾肥。
庄稼是非常需要钾的。庄稼缺乏钾，茎秆便不会硬挺直立，易倒伏，对外界的抵抗力也大大减强。平均起来，每收获一吨小麦或 一吨马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走2,500万吨钾！ 有 入 才 有 出 ， 这 也 就 是 说 ， 全 世 界 每 年 必 须 至 少 要 往 土 壤 中 施 加 合 钾 2,500 万 吨 的 钾 肥 ！ 含钾的化学肥料，主要有硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾。人们是从钾长石(花岗岩)、海水等中提取钾的化合物。特别是海水，含 有不少氯化钾。在农家肥料中，以草木灰，特别是向日葵灰，含钾最多，这是因为植物本来就从土壤中吸收了钾，那么，把它烧成灰 后，灰中当然也就含有钾了。在每吨粪便中，大约含有六公斤钾。
无机化学课件12-s区元素
对土壤的影响
土壤污染
S区元素在工业生产过程中 可能通过废渣、废气等途 径进入土壤，导致土壤污 染。
土壤质量下降
这些元素在土壤中积累， 可能影响土壤的理化性质 ，导致土壤质量下降。
农产品安全问题
被污染的土壤可能影响农 作物的生长和品质，进而 影响农产品安全。
对大气的影响
大气污染
S区元素可能以气态或颗粒物的形 式排放到大气中，造成大气污染 。
SUMMAR Y
01
S区元素的概述
定义与特性
定义
S区元素指的是元素周期表中第12族（IIIB族）的元素，包括钪（Sc）、钇（Y ）、镧（La）、锕（Ac）等。
特性
S区元素都是金属元素，具有金属的通性，如导电、导热、延展性等。它们在化 学反应中通常表现出较强的还原性，易于失去电子成为正离子。
S区元素在自然界中的存在形式
金属氢化物是S区元素与氢反应生成的化合物，它们具有高的能量密度和稳定性。金属氢化物在能源储存和转换领域有潜在的 应用价值。
金属氢化物在工业中有一定的应用，如作为储氢材料和制备其他金属氢化物的原料。此外，一些金属氢化物还具有特殊的物 理和化学性质，可用于制备新型材料和器件。
REPORT
CATALOG
环保催化剂
利用硫元素制备的催化剂可用于 处理工业废气，降低污染物排放 。
合成新物质
含硫化合物
硫单质或硫化物可与其他元素合成多 种含硫化合物，如硫酸、硫代硫酸盐 等。
高分子材料
含硫元素的高分子材料具有特殊性能 ，如耐高温、抗氧化等，在航空、航 天等领域有广泛应用。
REPORT
CATALOG
DATE
REPORT
CATALOG
DATE
第七章 S区元素
Li+
红
Na+
黄
K+ 紫
Rb+ 紫红
Cs+ 紫红
Sr2+ 红
Ca2+ 橙红
Ba2+ 黄绿
无机化学 特别注意：焰色反应是物理变化，不是化学变化
s区元素的单质及其化合物的性质
（1）单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： Li2O BeO Na2O2 MgO KO2 CaO RbO2 SrO CsO2 BaO2
防毒面具的填料 高空飞行或潜水作业的供氧剂 CO2吸收剂
无机化学
s区元素的单质及其化合物的性质
氢氧化物的酸碱性
LiOH 中强 Be(OH)2 两性 NaOH KOH 强 强 Mg(OH)2 Ca(OH)2 中强 强 RbOH CsOH 强 强 Sr(OH)2 Ba(OH)2 强 强
(箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强
180.5 1342 97.82 882.9 63.25 760 38.89 686 28.40 669.3
原子序数 Ca 价电子构型 碱金属和 、 Sr 、 Ba （pm ） 均可用刀切割 (℃ ) (℃ ) ∧ (金刚石=10) ∧ ∨ ∧ 属晶体中的金属键很不牢固. 故单质的熔、沸
IA 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度 因为原子的原子半径较大、核电荷较少 ,其金 硬度 金属半径 熔点 沸点 点较低，硬度较小 原子半径 熔、沸点 2 3s 160 648.8 Cs 是最软的金属
Li
无机化学
Na
K
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
2 s区元素的单质及其化合物的性质
氧化物的化学性质
(1) 与H2O的作用（生成相应的碱）
元素分区
s区元素蓝色代表s区元素，氦也属于s区元素。
s区元素主要包括元素周期表中IA族元素和IIA族元素，IA族元素包括氢、锂、钠、钾、铷、铯、鍅七种元素，由于钠和钾的氢氧化物是典型的碱，因此除氢外的这六种元素又称碱金属，IIA族元素包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种元素，由于钙，锶，钡的氧化物之性质介于碱金属与稀土元素之间，因此又称碱土金属。
由于氦的电子排布为1s2，故被分为S区元素。
钫和镭都是放射性元素。
锂最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6）。
钠主要以氯化钠溶液的形式存在于海洋，盐湖及岩石中。
钾的主要矿物是钾石盐（2KCl·MgCl2·6H2O）。
铍的主要矿物是绿柱石（3BeO·Al2O3·6SiO2）。
镁的主要矿石是菱镁矿（MgCO3）及白云石。
另外，钙，锶，钡则主要以碳酸盐及硫酸盐的形式存在，如方解石（碳酸钙），石膏（二水合硫酸钙），天青石（硫酸锶），重晶石（硫酸钡）。
在本区元素中同一主族从上到下、同一周期从左至右性质的变化都呈现明显的规律性。
p区元素p区元素包括元素周期表中IIIA族元素~VIIIA族元素。
IIIA族元素又称为硼族元素，包括硼、铝、镓、铟、铊等元素；IVA族元素又称作碳族元素，包括碳、硅、锗、锡、铅等元素；VA族元素又称作氮族元素，包括氮、磷、砷、锑、铋等元素；VIA族元素又称为氧族元素，包括氧、硫、硒、碲、钋等元素；VIIA族元素又称卤素，包括氟、氯、溴、碘、砹等元素；VIIIA族元素或0族元素，又称为稀有气体或惰性气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡等元素。
d区元素d区元素是元素周期表中的副族元素，即第3至第12族元素。
这些元素中具有最高能量的电子是填在d轨道上的。
这些元素有时也被称作过渡金属。
D区的D来自英语的“diffuse”。
ds区元素ds区元素是指元素周期表中的ⅠB、ⅡB两族元素，包括铜、银、金、锌、镉、汞6种自然形成的金属元素和錀、鎶2种人工合成元素。
第九章 s区元素
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，
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 卤素、硫、磷等在碱中能发生歧化反应。
X2 + 2NaOH = NaX + NaXO + H2O X=Cl,Br,I
9.4 盐 类
9.4.1 晶型 9.4.2 溶解性 9.4.3 含氧酸盐的热稳定性
同一族从上到下，反应剧烈程度增加。Li2O, BeO, MgO反应缓慢。
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 + H2O2 Na2O2 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O2 Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 H2O2易分解 H2O2 = 2H2O + O2 2Na2O2 + 2 H2O（热） = 4NaOH + O2
第九章 s区元素
9.1 s区元素概述 9.2 单质的化学性质 9.3 氧化物和氢氧化物 9.4 盐类 9.5 锂、铍的特殊性和对角线规则
无机化学S区元素概要
工业制造方法
industrial preparation methods
工业生产上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到的。
水蒸气转化法
1 273 K
CH4(g) + H2O(g)
3 H2(g) + CO(g)
利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢气。
1 273 K
C (s) + H2O(g)
H2(g) + CO(g)
中文名 氕*(音撇) 氘 (音刀) 氚(音川)
英文名称 表示方法 符号 说明
protium
1H
H 稳定同位素
deuterium 2H
D 稳定同位素
tritium
3H
T 放射性同位素
* 氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有 时又叫“重氢”.
2. 同位素效应
一般情况下不同的同位素形成的同型分子表 现为极为相似的物理和化学性质。然而，质量 相对差特大的氢同位素却表现不同：
3.1 氢
1. 成键方式 2. H+半径 3. 形成电子对键 4. 共价化合物
二、氢的独特键型
1. 非整比化合物 2. 氢桥键 3. 氢键 4. 氢化合物
有文献报道，加热(383～423K)加压 (1013～3039kPa)，效率可提高到 90% 以上。
最近，日本有人把太阳能电池板与水电解槽 连接在一起，电解部分的材料在产生氢气一侧使 用钼氧化钴，产生氧气一侧则使用镍氧化钴。使 用1平方米太阳能电池板和100毫升电解溶液，每 小时可制作氢气 20 升，纯度为 99.9%。
CO2 + 2 H2O, ΔHmθ = – 803.3 kJ•mol–1
这样靠“内部燃烧”放热，供焦炭或天然气与水作
s区元素及稀有气体知识归纳
数较小的氦、氖尚未制得化合物。有人从理论上预言了它们的化
合物是可以制得的。不久澳洲国立大学的拉多姆宣布了化学上一 奇闻，氦能够与碳结合形成分子。像CHexx＋不仅存在，而且能 够用实验手段观察到，并借助计算机算出了CHe33＋、CHe44＋的 键长分别为：0.1209 nm，0.1212 nm。 1、Ne、He的化合物难以合成的主要原因是什么？ 2、如果CHe33＋、CHe44＋果真存在的话，请写出它们的立体结构 式；
3、今拟制取分压为1 atm（1.013×105 Pa）的XeF2，其中XeF4 的含量须低于1%。试计算起始的Xe︰F2分压比值至少为多少？ （提示：可利用Xe（g）＋XeF4（g）=2XeF2（g）减少XeF4的 生成）
1、523 K时和673 K时，最有利的反应为（2）； 523 K时和673 K时，最不利的反应分别为（1）和（3）。
S区元素
K通常不用电解法而用置换制备，这是因为它易溶 在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧 化物与金属钾会发生爆炸，所以不用电解法制钾。 Rb和Cs也是这样。
（3）金属置换法
高温低压下
KCl + Na = NaCl + K 2RbCl +Ca = CaCl2 + 2Rb
2CsAlO2 + Mg = MgAl2O4 + 2Cs
碱金属是活泼性最强的金属元素， -519 -406 -322 -293 -254 都是强还原剂; Li+的水合热特别大
表2 碱土金属元素的一些基本性质
元素 性质 价电子构型 主要氧化数 第一、二电离能 (kJ.mol-1) 第三电离能 (kJ.mol-1) E0(M2+/M)(V) M2+ 水合热 (kJ.mol-1) 906 1757 14849 -1.85 -2494 744 1451 7733 -2.36 -1921 Be 2S2 Mg 3S2 Ca 4S2 +2 596 1145 4912 -2.87 -1577 556 1064 4210 -2.89 -1443 509 965 3575 -2.91 -1305 Sr 5S2 Ba 6S2
•3KOH(s)
•
+2O3(g) =
2KO3(s) + KOH·H2O(s) +1/2O2(g)
•KO3 桔红色晶体，缓慢分解为KO2 + O2
•与水反应放出O2
三类氧化物的比较
•1、生成何种氧化物
•原则：半径：大配大；小配小 • 电荷：高配高；低配低 • 高电荷-小半径更稳定
•2、与水反应
正常氧常氧 H 2 O 氢氧化物 过氧化物 H 2 O 氢氧化物 H 2 O 2 超氧氧化 H 2 O 氢氧化物 H 2 O 2 O 2
s区元素
碱金属和碱土金属的存在
主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO4· 2H2O)、
主要以菱镁石（ Li Na MgCO K Rb Fr ⅠA 3)、 Cs 主要矿物是绿柱石 重晶石 (BaSO ) 、毒重石 (BaCO ) 4 3 白云石 [MgCa(CO )2]存在 （3BeO· Al2O3 · 6SiO 3 2) 等碳酸盐、硫酸盐形式存在 锂 钠 钾 铷 铯 钫 ⅡA Be Mg Ca 钙 Sr 锶 Ba 钡 Ra 镭
天青石(SrSO4)、碳酸锶矿(SrCO3)、
铍 镁
第二节s区元素概述
第二节
单质的化学性质
9-2 单质的化学性质
硬度 金属半径 熔点 沸点 ⅠA 原子序数 价电子构型 (pm) (℃) (℃) (金刚石=10) 3 2s1 152 180.5 1342 0.6 Li (锂) 11 3s1 186 97.82 882.9 0.4 Na (钠) 19 4s1 227 63.25 760 0.5 K (钾 ) 37 5s1 248 38.89 686 0.3 Rb (铷) 55 6s1 265 28.40 669.3 0.2 Cs (铯) 因为 原子的原子半径较大 、核电荷较少
1.0 0.9
是最轻的元素 金属性 金属性递增
金属性
Be(铍) Mg(镁) Ca(钙) Sr(锶) Ba(钡) 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 0.8 0.8 0.7
电负性
金属性递增
(kg· cm )
ⅠA 密度 -3
Li(锂) Na(钠) K(钾) Rb(铷) Cs(铯) 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88 0.9 +1 -2.713
电负性 1.0 氧化数 +1 φ (M+/M) -3.04
元素分区
s区元素蓝色代表s区元素，氦也属于s区元素。
s区元素主要包括元素周期表中IA族元素和IIA族元素，IA族元素包括氢、锂、钠、钾、铷、铯、鍅七种元素，由于钠和钾的氢氧化物是典型的碱，因此除氢外的这六种元素又称碱金属，IIA族元素包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种元素，由于钙，锶，钡的氧化物之性质介于碱金属与稀土元素之间，因此又称碱土金属。
由于氦的电子排布为1s2，故被分为S区元素。
钫和镭都是放射性元素。
锂最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6）。
钠主要以氯化钠溶液的形式存在于海洋，盐湖及岩石中。
钾的主要矿物是钾石盐（2KCl·MgCl2·6H2O）。
铍的主要矿物是绿柱石（3BeO·Al2O3·6SiO2）。
镁的主要矿石是菱镁矿（MgCO3）及白云石。
另外，钙，锶，钡则主要以碳酸盐及硫酸盐的形式存在，如方解石（碳酸钙），石膏（二水合硫酸钙），天青石（硫酸锶），重晶石（硫酸钡）。
在本区元素中同一主族从上到下、同一周期从左至右性质的变化都呈现明显的规律性。
p区元素p区元素包括元素周期表中IIIA族元素~VIIIA族元素。
IIIA族元素又称为硼族元素，包括硼、铝、镓、铟、铊等元素；IVA族元素又称作碳族元素，包括碳、硅、锗、锡、铅等元素；VA族元素又称作氮族元素，包括氮、磷、砷、锑、铋等元素；VIA族元素又称为氧族元素，包括氧、硫、硒、碲、钋等元素；VIIA族元素又称卤素，包括氟、氯、溴、碘、砹等元素；VIIIA族元素或0族元素，又称为稀有气体或惰性气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡等元素。
d区元素d区元素是元素周期表中的副族元素，即第3至第12族元素。
这些元素中具有最高能量的电子是填在d轨道上的。
这些元素有时也被称作过渡金属。
D区的D来自英语的“diffuse”。
ds区元素ds区元素是指元素周期表中的ⅠB、ⅡB两族元素，包括铜、银、金、锌、镉、汞6种自然形成的金属元素和錀、鎶2种人工合成元素。
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第9章 s 区元素【9-1】试说明碱金属和碱土金属在同一族从上到下，同一周期从左到右下列性质递变的情况：（1）离子半径，（2）电离能，（3）离子水和能。
并解释原因。
解：（1）碱金属和碱土金属从上到下离子半径增大，这是因为随着主量子数的增加，外层电子在核外出现概率最大的距离明显增加；在同一周期中，从左到右离子半径减小，这是因为随着核电荷的增加，核对于核外电子的吸引力（即有效核电荷）增强的缘故。
（2）碱金属和碱土金属从上到下电离能减小，是因为随着原子半径的增加，原子核对外层电子的束缚力减小；在同一周期中，从左到右电离能增大，这是因为随着有效核电荷的增加，和对外层电子的束缚力增加的缘故。
（3）碱金属和碱土金属从上到下水合能减小，这是因为随着原子序数增加，离子半径增加，正离子与水分子相互作用力减小的缘故。
在同一周期中，从左到右水合能增加，碱土金属离子在水溶液中，均为正二价离子，所以电荷高于正一价碱金属离子的缘故。
【9-2】锂、钠、钾在氧气中燃烧生成何种氧化物？这些氧化物与水反应情况如何？以化学方程式来说明。
解：分别生成Li 2O 、Na 2O 2、KO 2 ； 【9-3】写出下列反应方程式： （1）Al 溶于NaOH 溶液中 （2）Ba(NO 3)2加热分解 （3）Na 2O 2+CO 2 （4）CaH 2+H 2O（5）Na 2O 2+Cr 2O 3（6）K+KNO 3解：(1) 2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2NaAl(OH)4 + 3H 2↑(2)Ba(NO 3)2 = Ba(NO 2)2 + O 2↑(3) 2Na 2O 2 + 2CO 2 =2NaCO 3 + O 2(4) CaH 2 + 2H 2O =Ca(OH)2 + 2H 2↑(5) 3Na 2O 2 + Cr 2O 3 = 2Na 2CrO 4 + Na 2O(6) 10K + 2KNO 3 = 6K 2O + N 2↑【9-4】比较下列性之的大小： （1）溶解度：CsI ，LiI ，CsF ，LiF ，LiClO 4，KClO 4 （2）碱性的强弱：Be(OH)2， Mg(OH)2，Ca(OH)2， NaOH （3）分解温度:Na 2CO 3，NaHCO 3，MgCO 3， K2CO 3 （4）水和能：Na +， K +，Mg 2+，Be 2+ 解：（1）溶解度：CsI<LiI; CsF>LiF; LiClO 4>KClO 4（2）碱性的强弱：Be(OH)2<Mg(OH)2<Ca(OH)2<NaOH （3）分解温度: K 2CO 3>Na 2CO 3> MgCO 3>NaHCO 3 （4）水和能：Na +>K +> Be 2+>Mg 2+【9-5】解释下列事实：（1）卤化锂在非极性溶剂中的溶解度大小顺序为LiI ＞LiBr ＞LiCl ＞LiF 。
（2）虽然电离能I(Li)＞I(Na)，但φθ(Li +/Li)＜φθ(Na +/Na)更低。
（3）虽然φθ(Li+/Li)＜φθ(Na+/Na)，但金属锂与水反应没有金属钠与水反应剧烈。
（4）锂的第一电离能小于铍的第一电离能，但锂的第二电离能大于铍的第二电离能。
（5）在实验室里，为什么标准溶液不能装在酸滴定管中，而只能装在碱滴定管。
解：（1）非极性或弱极性溶质的溶解性可以用相似相溶原理来说明，随着F －、Cl －、Br －、I －的离子半径增大，极化率增大，LiF 、LiCl 、LiBr 、LiI 的共价键成分增强，分子的极性减弱，所以在非极性溶剂中的溶解度依次增大。
（2）φθ(M ＋/M)与△f 0m G (M ＋，aq )有关，但从金属生成水合离子时，Li 与Na 的△r 0m S 相近，可忽略二者的差异，只考虑△f 0m H 。
虽然Li 在升华及电离时吸收的能量都比Na 多，但Li ＋半径很小，水合热比Na ＋大得多，足以抵消前两项吸热而有余。
因此，△f 0m H (Li ＋，aq )比△f 0m H (Na ＋，aq )更小，所以φθ(Li ＋/Li)比φθ(Na ＋/Na)小。
（3）虽然φθ(Li ＋/Li)＜φθ(Na ＋/Na)，但Li 熔点高，升华焓大，不易活化，同时Li 与H 2O 反应的产物LiOH 溶解度较小，覆盖在金属表面减缓了反应。
因此锂与水反应不如金属钠与水反应激烈。
（4）因原子半径Be 比Li 小，而有效核电荷Be 比Li 大，所以第一电离能Be 比Li 大。
第二电离能对 Li 来说是失去一个1s 电子所需的能量，对Be 来说是失去2s 电子所需的能量，2s 电子能量比1s 电子高得多，易失去。
【9-6】回答下列问:（1）在水溶液中，离子在电场作用下移动速度的快慢常用离子的迁移速率来描述。
为什么测得碱金属的迁移速率大小顺序是Cs +＞Rb +＞K +＞Na ＞+Li +（2）氯化钙加入冰中可获得低温，从致冷效果来看，采用无水CaCl 2还是CaCl 2·6H 2O 好？（3）为什么碱金属氯化物的熔点NaCl ＞KCl ＞RbCl ＞CsCl?而碱土金属的熔点MgCl 2＜CaCl 2＜SrCl 2＜BaCl 2？（4）加热CaCl 2·6H 2O 和MgCl 2·6H 2O 时,为什么前者得到CaCl 2而后者得到Mg(OH)Cl ？ 解：（1）离子越小水合程度越大,就水合离子半径而言，Li +Cs +递减，而水合离子半径越小迁移率就越大。
（2）用CaCl 2·6H 2O 为好。
因为无水CaCl 2溶于水时水合作用强，放出大量的水合能不利于温度降低。
（3）碱金属氯化物都是离子晶体，因为离子半径Na + Cs +递增，所以NaClCsCl 晶格能递减;碱土金属正离子的极化力较大，因为极化力Mg 2+ Ba 2+递减，所以BaCl 2基本上还保持离子晶体，而MgCl 2向共价键过渡较多。
（4）Mg 2+半径小，它与O 2-结合力大，所以MgCl 2·6H 2O 加热时水解为Mg(OH)Cl 。
【9-7】如何鉴别下列各对物质？（1）Be(OH)2, Mg(OH)2 （2）BeCO 3, MgCO 3 （2）LiF, KF（4）NaClO 4, KClO 4解：（1）加过量碱，Be(OH)2溶于碱，而Mg(OH)2不溶。
（2）加热，BeCO 3分解温度低于100℃，而MgCO 3分解温度较高(540℃)。
（3）加水，KF 易溶于水，而LiF 难溶于水。
（4）加水，NaClO 4的溶解度比KClO 4大得多。
【9-8】商品NaOH 中为什么常含有杂质Na 2CO 3？怎样用简便的方法检验？并如何除去？ 解：2NaOH+CO 2(空气中)=Na 2CO 3+H 2O取试样少量，加入几滴BaCl 2溶液，若有白色沉淀生成，证明其中含有杂质Na 2CO 3。
先配制NaOH 的饱和溶液，Na 2CO 3因不溶于饱和的溶液而先沉淀析出，静置，过滤即可除去。
【9-9】Ca 2+和Mg 2+混合液可用如下操作予以分离：在混合液中先加NH 3-NH 4C l 混合液，然后再加入(NH 4)2CO 3溶液, 发现Ca 2+变成CaCO 3沉淀，而Mg 2+仍留在溶液中。
试用有关平衡理论解释之。
解：在N -NH 3缓冲溶液中,因存在NH 3·H 2ON+OH -的平衡,使溶液中[OH -]较低,从而促使C水解平衡C+H 2O HC+OH -向右移动。
由于大部分C 在此条件下以HC形式存在,造成较大的MgCO 3达不到溶度积,而较小的CaCO 3仍可达到溶度积。
【9-10】在某酸性BaCl 2溶液中，有少量FeCl 3杂质，现用BaCO 3调节溶液的PH ，可把Fe 3+沉淀为Fe(OH)3而除去。
试用有关平衡理论解释之。
解：因反应BaCO 3+2H +Ba 2++CO 2+H 2O 不断消耗H +，促使Fe 3+以下的水解平衡：Fe 3++H 2O Fe(OH)2++H + Fe(OH)2++H 2O Fe(OH+H +Fe(OH+H 2OFe(OH)3+H +向右移动,因此形成Fe(OH)3沉淀。
【9-11】一镁条在空气中燃烧后的余烬溶于60mmol 的盐酸后，过量盐酸需用12mmolNaOH 才完全中和。
然后在此溶液中加入碱蒸馏。
蒸出的氨通入10mmol 的盐酸中，剩余的盐酸需用的6mmol 碱中和。
求算原来的镁条质量。
(注：镁条燃烧产物为MgO 和M 3N 2的混合物。
)解：发生如下反应：反应（5）消耗的碱=10mmol-6mmol=4mmol则生成的4NH Cl 为4mmol ，32Mg N 为2mmol ，反应（4）消耗的HCl 16mmol ， 则反应（3）共消耗HCl=60mmol-16mmol-12mmol=32mmol323Mg MgO Mg N n n n ∴=+=16mmol+3×2mmol=22mmol Mg m =22mmol×24g/mol=0.53g【9-12】氧化钡是制备显像管和电真空管的吸氧剂和超导材料。
它可由BaCO 3和焦炭混合加热制得。
试用热力学原理估算此法制取BaO 所需的温度。
如果不用焦炭，直接将BaCO 3加热制取BaO ，则所需的温度为多高？解：1270 K ，不加焦碳 1562 K【9-13】图9-2给出BeCl2在不同温度下的三种结构式。
试指出这三种结构中Be的杂化类型，并给出这三种结构的电子结构式（正常共价键用“—”表示，配位键用“→”表示）。
解：室温:sp3杂化500℃sp2杂化1000℃sp杂化【9-14】试讨论镭一下几方面性质：（1）能否与水发生反应？（2）下列镭的化合物能否溶于水？Ra(OH)2，RaF2，RaSO4，RaCO3（1）Ra(OH)2碱性的强弱。
解：（1）镭是最活泼的碱土金属，与水反应剧烈，生成氢氧化镭和氢气。
（2）Ra(OH)2难溶，RaF2易溶，RaSO4难溶，RaCO3难溶。
（3）Ra(OH)2为强碱。