大连理工大学无机化学教研室《无机化学》笔记和课后习题(含考研真题)详解(s区元素)【圣才出品】

第12章s区元素

12.1 复习笔记

一、s区元素概述

1．s区元素

s区元素：包括ⅠA族碱金属（Li，Na，K，Rb，Cs，Fr）和ⅡA族碱土金属（Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Ra）。

2．s区元素的活泼性质

（1）易与H2直接化合成MH、MH2离子型氢化物；

（2）易与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物；

（3）易与H2O反应生成相应氢氧化物（除Be、Mg外）；

（4）与非金属作用形成相应的化合物；

（5）s区元素通常只有一种稳定的氧化态。碱金属和碱土金属常见的氧化值分别为＋l 和＋2。

3．s区元素性质的变化规律

同一族元素自上而下：核电荷数↑，原子半径↑，离子半径↑，金属性↑，还原性↑，电离能↓，电负性↓。

二、s区元素的单质

1．单质的物理性质和化学性质

（1）物理性质

单质的物理性质包括：金属光泽、硬度小、密度小、熔点低、导电、导热性好。

（2）化学性质

①与非金属（如：氧、硫、氮、卤素）作用形成相应的化合物；

②与水作用：2M（s）＋2H2O（l）→2MOH＋H2（g）

③与液氨作用：2M（s）＋2NH3（l）→2MNH2＋H2（g）

（3）焰色反应

①定义：s区元素及其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。

②作用：鉴定某种元素的存在。Li：深红、Na：黄、K：紫、Rb：红紫、Cs：蓝、Ca：砖红（橙红）、Sr：深红、Ba：绿。

2．s区元素的存在和单质和制备

（1）存在形式

s区元素的高度活泼性质使其只能以化合物的形式存在于自然界中。

钠长石：Na[AlSi3O8]、光卤石：KCl·MgCl2·6H2O、明矾石：K（AlO）3（SO4）2·3H2O、锂辉石：LiAl（SiO3）2、绿柱石：Be3Al2（SiO3）6、菱镁矿：MgCO3、石膏：CaSO4·2H2O、大理石：CaCO3、萤石：CaF2、天青石：SrSO4、重晶石：BaSO4。

（2）制备

通常采用电解其化合物的熔融盐的方法制取单质。

【注意】由于K 、Rb 、Cs 单质易溶于熔融液，因此工业上对其的制备并不采用电解熔融盐的方法，而是采用热还原法。

3．s 区元素的化合物

（1）氢化物

①来源

s 区元素的单质（Be 、Mg 除外）均可与氢气作用形成离子型氢化物。 ②特点

a ．均为白色晶体，熔、沸点高、热稳定性差异大；

b ．强还原性；

钛的冶炼：4NaH ＋TiCl 4→Ti ＋4NaCl ＋2H 2

剧烈水解：MH ＋H 2O →MOH ＋H 2

c ．形成配位氢化物。

LiH 与AlCl 3在乙醚中反应生成铝氢化锂的反应式为

Li[AlH 4]遇水发生水解：Li[AlH 4]＋4H 2O →LiOH ＋Al （OH ）3＋4H 2

（2）氧化物

①四类氧化物

s 区元素能与O 反应生成四类含氧化合物，如表12-1-1。

表12-1-1 四类氧化物

344LiH AlCl Li[AlH ]3LiCl +−−−−−→+（无水）乙醚

②制备

s区元素的氧化物制备分为直接法和间接法。具体元素如表12-1-2所示。

表12-1-2 s区元素氧化物的制备

③化学性质

a．与H2O反应

示例：Na2O2＋2H2O→2NaOH＋H2O2

b．与CO2反应

示例：4KO2＋2CO2→2K2CO3＋3O2

（3）氢氧化物

①来源

s区元素的氧化物能与水反应生成相应的氢氧化物。

②特点

a．均为白色固体；

b．易吸水潮解：金属离子半径越大，在水中溶解度越大，可用作干燥剂；

c．碱性：大部分为强碱或中强碱（除Be（OH）2为两性氢氧化物外），金属离子半径增大，碱性增强。

（4）重要盐类及其性质

①几种重要的盐

碱金属、碱土金属的盐主要包括：卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等。

②盐类的性质

a．晶体类型：绝大多数是离子晶体，熔、沸点较高。

b．极化力强：部分锂盐及碱土金属盐（如BeCl2、MgCl2）具有一定程度的共价性。

但随原子半径的增加，碱土金属盐的离子性顺序如下：

BeCl2＜MgCl2＜CaCl2＜SrCl2＜BaCl2

c．一般无色或白色。

d．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、醋酸盐外多数溶解度较小。

e．热稳定性较高，碱金属热稳定性高于碱土金属。碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强。

4．锂、铍的特殊性——对角线规则

（1）定义

对角线规则：元素周期表中某一元素的性质与其左上角（或右下角）的另一元素的性质具有相似性的情况，这种相似性称为对角线规则。

（2）Li与Mg的相似性

①与氧燃烧后均生成正常氧化物；

②与N 作用生成氮化物； ③氢氧化物均为中强碱，微溶于水；

④氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水，氯化物均易溶于有机溶剂中。

（3）Be 与Al 的相似性

①均为两性金属；

②能被冷的浓硝酸钝化；

③氢氧化物为两性；

④氯化物、溴化物、碘化物均易溶于水，氯化物为共价化合物。

12.2 课后习题详解

1．完成并配平下列反应方程式：

（1） （2） （3）CaH 2＋H 2O→

（4）NaH ＋HCl →

（5）Na 2O 2＋Na →

（6）Na 2O 2＋CO 2→

（7）Na 2O 2＋MnO 4－＋H ＋→

（8）BaO 2＋H 2SO 4（稀、冷）→

解：各配平的化学方程式如下：

（1） 2Na+H −−

→()2LiH −−−→电解

熔融22Na+H 2NaH ∆−−

→