大学无机化学第十二章 S区元素
合集下载
s区和ds区元素吉林大学无机化学
H 2 (g)
HCl
③ Cu,Ag,Au可溶于氧化性酸
Cu 4HNO3 (浓) Cu(NO 3 )2 2NO2 2H 2O Ag 2HNO3 (浓) AgNO 3 NO2 H 2O Cu 2H 2SO4 (浓) CuSO 4 SO2 2H 2O 2Ag 2H 2SO4 (浓) Ag 2SO4 (s) SO2 2H 2O Au 4HCl(浓) HNO3 (浓)
3Hg 8HNO3 (稀,过量) Hg(NO 3 )2 2NO 4H 2O
6Hg(
过量)
8HNO
3
(稀)
冷
3Hg
2
(NO
3
)
2
(4) 锌与OH-，NH3反应
2NO 4H 2O
Zn
2OH
2H 2O
Zn(OH)
24
H2
Zn
4NH3
2H 2O
Zn(NH
4Au 8NaCN 2H2O O2 4Na[Au(CN)2 ] 4NaOH
2
Au(CN
)2
Zn
Zn(CN
)
2 4
2
Au
Solvay制碱法（氨碱法）
海水
饱和吸收氨的海水
NH3
NaCl,H2O
CaCO3 煅烧
CaCO3CaO+CO2
NaCl
CO2
H2O NH3
Na++Cl-+NH3+CO2+H2O NaHCO3(s)+NH4++Cl-
无机化学第五版第十二章s区元素2
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
对于碱金属，若不考虑 △ rSm 的差异， 可用△fHm(M+,aq )代替△f Gm (M+,aq )近似 估计E (M+/ M )的相对大小。
M (s) △fHm(M+,aq ) M+(aq)
△ subHm M (g)
△fHm(M+,g) △h Hm (M+,g)
I1
M+(g)
△fHm(M+,aq ) = △ subHm + I1 +△ h Hm (M+,g)
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
△fHm(M+,aq ) = △ subHm + I1 +△ h Hm (M+,g)
No Image
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
第2章 热化学-化学热力学基础
§2.1 热力学术语和基本概念 §2.2 热力学第一定律 §2.3 化学反应的热效应 §2.4 Hess定律 §2.5 反应热的求算
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
化学的意义与研究对象
第三篇
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
元素化学
第十二章 s区元素
§12.1 s区元素概述
§12.2 s区元素的单质
§12.3 s区元素的化合物
第十二部分s区元素教学-资料
13 族和 14 族元素的氢化物 B2H6、AlH3、GaH3、 SiH4 与水作用时放出氢气：
S iH 4 + 4 H 2 O H 4 S iO 4 + 4 H ↑2
14 族和15 族元素的氢化物 CH4、GeH4、SnH4、
无机化学 PH3、AsH3、SbH3 与水不发生任何作用；NH3 溶于水
离子型氢化物都能与水反应，放出氢气。反应 活性由锂到铯、由钙到钡依次增大。氢化钙的反应 活性远不如氢化锂。氢化钙与水温和地发生反应， 氢化锂、氢化锶、氢化钡则与水猛烈地发生反应， 而氢化钠、氢化钾、氢化铷、氢化铯则与水极为剧
无机化学 烈地发生反应。氢化钠与水反应放出的大量热能使
产生的氢气燃烧，氢化铷和氢化铯甚至可以在干燥 的空气中燃烧。
高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气：
1000℃
H 2O +C催化剂 H 2+C O 在野外工作时，常用氢化钙与水作用制取氢气：
C a H 2 + 2 H 2 OC a (O H )2 + 2 H 2 ↑ 也可以用硅与氢氧化钠溶液作用制取氢气：
S i+ 2 N a O H + H 2 ON a 2 S iO 3 + 2 H 2 ↑
才有
1个
3 1
H
原子。
D2O 称为重水，在原子能工业中大量地用作核
反应堆的减速剂和冷却剂，也用于制造氢弹的装料
──氘或氘化锂。重水还用于合成氘的各种标记化
合物。
氢气是一种无色无味的气体，在 0 ℃、101.325 kPa 下密度为 0.090 g·L-1，约为空气密度的 1/14。氢 气在水中的溶解度很小，0 ℃ 时 1 L 水仅能溶解 20 mL 氢气。
第十二章s区元素ppt课件
(ⅡA): ns2
减 电 加 金锂 原 lithium
小离 强属 子
能 性钠 半 sodium
、 电
、复钾
径 增potassium
负 性
原性铷 大rubidium
铯 caesium
铍 beryllium
镁 magnesium
钙
calcium
锶
s钡trontiumbarium
钫 francium
镭
radium
Gc2-704-18.8
Li
Na
K
Rb Cs
Gc2-711-18.14
图片
Be Mg Ca Sr
Ba
单质的物理性质: 有金属光泽 密度小 硬度小 熔点低 导电、导热性好
Gc2-705-18.9 图片
s区单质的熔点变化
单质的化学性质 1 与氧、硫、氮、卤素反响，构成相应的化合物
单质在空气中熄灭，构成相应的氧化物：
原子半径减小 金属性、复原性减弱 电离能、电负性增大
为什么会有以下这些通性？
● 都是最活泼的金属 ● 同一族自上而下性质的变化有规律 ● 通常只需一种稳定的氧化态 ● 构成的化合物大多是离子型的
锂的特殊性
Θ
E Li+/Li特别负，为什么?
Θ
E Li+/Li = －3.05v E Na+/Na= －2.72v
顺序大体是按世界年产量大小陈列的，表示不出 排序较后元素在某些特定运用领域的重要意义。
金属锂
1. 制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做 2. 有机化学中的复原剂和催化剂；
2. 制造合金Al-Li(含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空 3. 间飞行器； 4. 制造高功率长效电池〔用于手表、计算机、心脏起搏 5. 器等〕； 6. 同位素(在天然锂中约占７.５%)受中子轰击产生热核 7. 武器的主要原料氚：
无机化学教学课件 12章 s区元素
钾比钠活泼，为什么可以通过如下 反应制备金属钾？
KCl + Na 熔融 NaCl + K
首先，钾的第一电离能 (418.9 kJ·mol-1 ) 比钠的第一电离能
（495.8 kJ·mol-1 ）小的缘故.
其次，通过计算可知固相反应的D r Hm是个不大的正值，但钾 的沸点（766 ºC）比钠的沸点（890 ºC ）低，当反应体系的温度控 制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和KCl 、NaCl 仍 保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的T D r Sm 项变大，有利于D r Gm变成负值，反应向右进行.
Li
Na K
Rb Cs
Be Mg
Ca Sr
Ba
12-1-2 化学性质
(1) 与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物 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 Ba2O2
你能发现这些氧化物的形式有 什么不同？
Li2O Gc2-706-18.12
Na2O2
镁 带 的 燃 烧
KO2
Question 1
为什么在空气中燃烧碱金属 所得的产物不同？
该问题可以从以下几个方面讨论：
1. 燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测. 哪一个燃烧反应的 DG负值最大，产物就 是哪一个. 例如，Na 生成Na2O、Na2O2 和 NaO2的DG 分别是 -376 kJ·mol-1, -430 kJ·mol-1和 –389.2 kJ·mol-1, 因此燃烧产物就是 Na2O2 .
1．了解 s 区元素的物理性质和化学性质，能够解释 Li 的 标准电极电势为什么最低 ，能解释碱金属与水、醇和液 氨反应的不同；
第十二章S区元素
第十二章 S区元素一、教学基本要求1、重点掌握Na,K,Mg,Ca,Sr,Ba的单质及其氧化物，氢氧化物和重要盐类的物理化学性质。
2、了解某些变化规律，并会解释某些现象。
二、内容要点（一） s区元素概述1、价电子构型为ns1-2 ,均为活泼金属2、只有一种稳定氧化态M+，M2+ ，绝大多为离子型化合物，但Li,Be可形成少数共价化合物，如BeCl2。
3、Li，Be比较反常，且其有相似之处。
（二）单质1、物理性质碱金属和碱土金属均为轻金属，具有金属光泽，具有良好的导电导热，因金属键较弱，其熔沸点低，硬度小，且易形成合金。
2、化学性质因Eθ（M+/M）,Eθ(M2+/M)均很小，其电离能很小，故碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属，还原能力极强。
M+2H2O→M（OH）2+H22M+2H2O→2MOH+H2TiCl4+4Na→Ti+4NaClE θ（M+/M ），自Na →Cs 随着核电荷数的递增而减小，锂却有E θ（Li+/Li ）<E θ(Cs+/Cs),但实际上Li 与水的反应还不如Na 激烈，这主要是因为Li 的升华热大，不易活化，加之反应生成的LiOH 溶解度小，覆盖在Li 表面上而减缓了反应速度。
（三） 化合物 1、 氢化物碱金属及Ca,Sr,Br 可与氢气反应生成离子型氢化物MH 和MH 2，其中的氢以H 存在。
离子型氢化物具有强还原性，E θ（H 2/H ¯）= －2.23V ，且与水易发生强烈水解而放出氢气。
MH+H 2O →MOH+H 2 MH 2+2H 2O →M （OH ）2+2H 2 2、 氧化物 ① 正常氧化物4Li+O 2 →2Li 2O 2M+O 2 →2MO② 过氧化物 []2O O ----2Na+O 2 →Na 2O 2 Ba+O 2 →BaO 2Na 2O 2(淡黄)是强氧化剂，易吸水，工业上用作漂白剂，供氧剂和引火剂。
Na 2O 2+H 2SO 4(稀)→Na 2SO 4+H 2O 2 2Na 2O 2+2CO 2 →2Na 2CO 3+O 2 ③ 超氧化物 具有顺磁性K+O2 →KO22KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2↑3、氢氧化物①溶解度LiOH难溶，其余MOH易溶。
09第十二章s区元素
Na2O2 + 2Na = 2Na2O 2KNO3 +10K = 6K2O +N2
与氧气反应一般生 成氧化物。 18
性质：
Li2O——Cs2O 热稳定性↓
熔点高，BeO和MgO做耐火材料。
CaO(s)+H2O(l) = Ca(OH)2(s) 放热
19
(二) 过氧化物 除Li、Be外，碱金属、碱土金属都能生成过
如：2Na +2H2O = 2NaOH + H2↑ Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Na与水猛烈作用; K、Rb、Cs遇水发生燃烧,甚至 爆炸; Li、Ca、Sr、Ba与水反应较缓慢 。
2Na + 2NH3(l) = 2NaNH2 + H2↑ p306-1(1) 13
与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2（g） K
应用: 可溶性的钡盐有毒，致死剂量0.8克。 四、焰色反应
碱金属及Ca，Ba，Sr的挥发性化合物在无色火 焰中灼烧时，产生的火焰具有特征的颜色。
应用: 鉴定离子；
M(NO3)2 , KClO3，S粉制信号弹；
硝酸盐、氯酸盐、镁粉、松香、火药制焰火。 25
焰色反应
Li 红色 Na 黄色 K ,Rb,Cs 紫色
Li
Na
Ca
14
过氧化物 超氧化物
15
Li2O
Na2O2
KO2
16
Mg
17
3.单质的还原性 电对的标准电极电势小,为强还原剂。
第三节 碱金属和碱土金属元素的化合物
一、
氧化物
(一) 正常氧化物
正常氧化物 -2 过氧化物 -1 超氧化物 -1/2
09 第十二章 s区元素
烃类热裂解: 烃类热裂解: CH4(g) → C + 2H2(g)
1273K ,催化剂
6
第二节
碱金属和碱土金属元素概述
ns1
+1
ns2 +2
价层电子 氧化值
7
Ei,n:电离能 Eea:电子亲合能 E0:标准电极电势 电离能 电子亲合能 标准电极电势
8
Ei,n:电离能 Eea:电子亲合能 E0:标准电极电势 电离能 电子亲合能 标准电极电势
21
白色晶体,易吸水潮解. 白色晶体,易吸水潮解. 二,氢氧化物 氢氧化物易溶, 较小. 溶解度: 碱金属氢氧化物易溶 碱土金属s较小 溶解度: 碱金属氢氧化物易溶,碱土金属 较小.
中强碱
溶解度,碱性都依次增大 溶解度,
两性 中强碱
溶解度, Be(OH)2 , Mg(OH)2 难溶 溶解度,碱性都依次增大
焰色反应
Li
红色 图
Na 黄色
Cpp-262
K ,Rb,Cs 紫色
Ca 橙红色 Sr
洋红
Ba
绿色
26
第五节 锂,铍的特殊性和对角线规则 1,锂,铍的某些特性 , 单质:熔点,沸点,硬度分别远高于同族其他元素 分别远高于 单质:熔点,沸点,硬度分别远高于同族其他元素 导电性相对较 相对较弱 导电性相对较弱 锂化合物: 水合能大, ° 锂化合物:Li+的水合能大,E°(Li+/Li)反常低 反常低 铍化合物:BeCl2为共价化合物 为共价化合物 铍化合物: Be(OH)2+2NaOH =Na2[Be(OH)4]
2 2 2 2
工业制法: 电解饱和食盐水 工业制法: 电解饱和食盐水 制法 2 H2O + 2e- →H2↑+ 2OH2Cl--2e → Cl2↑ 阳极
第12章 s区元素
三、 溶解度
碱土金属盐﹤碱金属盐 碱金属盐类一般易溶于水；碱土金属盐类除 卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小。如：碳 酸盐、草酸盐、磷酸盐都是难溶盐。 【注】铍盐和可溶性钡盐都有毒！
【思考题】
钠盐的吸潮能力比相应钾盐大。 问能否用NaClO3、NaNO3代替KClO3、KNO3作炸 药？
知识窗—金属镁
ⅡA Be (铍) Mg (镁) Ca (钙) Sr (锶)
原子序数 4 12 20 38
价电子构型 2s2 3s2 4s2 5s2
金属半径 （pm） 111 160 197 215
熔点 (℃)
硬度 沸点 (℃) (金刚石=10) 4 2.0 1.5 1.8
1278 2970 648.8 1107 839 1484 769 1384
二、过氧化物
过氧化物是含有过氧基（ -O-O- ）的化合物，除铍外， 碱金属、碱土金属在一定条件下都能形成过氧化物。 常见的过氧化钠 Na 2 O 2 呈强碱性，含有过氧离 子，在碱性介质中过氧化钠是一种强氧化剂，常用作 氧化分解矿石的熔剂。例如：
Cr
2
O
3
＋ 3Na 2 O
2
2
＝ 2Na
2
2
CrO MnO
2MO2 ＋ 2H2O O2↑＋ H2O2 ＋ 2MOH (M ＝ K 、 Rb 、 Cs)
超氧化铷： RbO 2 超氧化铯：CsO 2
2. 与CO 2反应
超氧化物还能除去二氧化碳气并再生出氧气， 可以用于急救器、潜水和登山等方面。 4MO2 ＋ 2CO
2
2M 2CO3 ＋ 3O2
(M ＝ K 、 Rb 、 Cs)
(箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强
第四节
大学无机化学第十二章S区元素PPT课件
碱土金属的导电性和 导热性良好，其良好 的延展性也使其易于 加工。
碱土金属的密度较大， 且随原子序数增加而 增大。
碱土金属的化学性质
碱土金属的化学性质活泼，有较 强的还原性，容易失去电子成为
正离子。
碱土金属离子具有较强的水合能 力，易与水反应生成氢氧化物。
碱土金属的氧化物大多数为碱性 或两性氧化物，表现出较强的碱
镓的化合物在医药、农业和电子工业等领域也有广泛应用。
镓、铟、铊的性质和用途
铟的性质和用途
铟是一种银白色的软金属，具有较好的延展性和导电性，主要用于制作液晶显示 器和电子元件。
镓、铟、铊的性质和用途
铊的性质和用途 铊是一种银白色的金属，具有较低的熔点和沸点，主要用于制作高温温度计和光电管等器件。
铊的化合物在医药和农业等领域也有一定的应用。
铋的性质和用途
铅是一种青白色的金属，具有较高的密 度和耐腐蚀性，主要用于制作电池、颜 料和涂料等材料。
铅的化合物在医药、农药和染料等领域 也有广泛应用。
THANKS
感谢观看
S区元素在周期表中的位置
总结词
S区元素在周期表中占据第1列和第2 列的位置。
详细描述
在周期表中，S区元素占据第1列和第 2列的位置，这些位置对应于元素周期 表的s区和p区。这些元素具有相似的 电子构型和化学性质，通常表现出强 烈的金属性质。
S区元素的特点和性质
要点一
总结词
S区元素具有低原子序数、小原子半径、高电离能、低电子 亲和能等特点。
大学无机化学第十二章s 区元素ppt课件
• S区元素的概述 •氢 • 碱金属 • 碱土金属 • 其他S区元素
01
S区元素的概述
S区元素的定义
第12章 s区元素及其重要化合物
176 第12章s区元素及其重要化合物第12章 s区元素及其重要化合物s区元素包括周期表中ⅠA和ⅡA族元素，是最活泼的金属元素。
ⅠA族是由锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种金属元素组成。
由于它们氧化物的水溶液显碱性，所以称为碱金属（Alkali metals）。
ⅡA族是由铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及镭（Ra）六种元素组成，由于钙、锶、钡的氧化物难溶，难熔（类似于土），且呈碱性而得名碱土金属（Alkaline earth metals）。
ⅠA、ⅡA族元素中、钠、钾、镁、钙、锶、钡、发现较早，在1807-1808年由美国年轻科学家戴维（H，Davy）首次制得。
它们以化合物形式广泛存在于自然界，如人们与钠、钾的化合物（如食盐）打交道已有几千年的历史。
锂、铍、铷和铯的发现和游离制得相对稍晚些（1821-1861）年，它们在自然界存在较少，属于稀有金属。
钫和镭是放射性元素，钫（Fr）是1939年法国Marguerite perey发现的，元素名由France而来。
钫是有强放射性，半衰期很短的金属元素，在天然放射性衰变系（锕系）以及核反应（中子轰击镭）中形成微量的钫。
镭是1898年法国皮尔（pierre）和马利亚居里（Marie Curie）发现。
他们首先从沥青铀矿中分离出来。
镭的所有同位素都有放射性且寿命最长，如226Ra 的半衰期为1602年。
它是在238U的天然衰变系中生成。
12.1 碱金属、碱土金属单质碱金属、碱土金属元素的价层电子构型分别为ns1，ns2，它们的原子最外层有1～2个s电子，所以这些元素称为s区元素。
s区元素能失去1个或2个电子形成氧化态为+1、+2 的离子型化合物（Li、Be除外）。
12.1.1 通性碱金属，碱土金属的基本性质列于表12-1和表12-2中。
表12-1碱金属的基本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），12.1 碱金属、碱土金属单质 177240K 240K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为最低。
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
12章s区元素
碱金属与水剧烈作用产生氢气并放出热：
2M(s) + 2H2O(l) = 2MOH(aq) + H2(g)
在上述反应中，锂作用较平稳，钠剧烈，钾 燃烧，铷和铯爆炸。从电极电势来看，锂的活 泼性与铯差不多，而锂对水作用的活性较低， 从本质上说这是动力学而不是热力学的原因。 由于锂较硬，锂的熔点(181℃)比其他碱金属高， 较不易熔化，加之反应产物LiOH在水中的溶解 度比其他MOH小得多，容易包覆在金属锂表面， 而阻碍锂与水的进一步作用，因而锂较其他碱 金属与水的作用慢。 铍和镁对氧和水的作用在动力学上是惰性的， 因为在它们的表面上生成氧化物保护膜，阻止金 属进一步作用。
MgO(s) + C(s) ＝ CO(g) + Mg(g)
3. 物理性质和化学性质
(1)物理性质和用途 碱金属和碱土金属具有金属光 泽，有良好的导电性。碱金属的密度小、硬度小、 熔点低，是典型的轻金属；碱土金属的密度、熔点 和沸点较碱金属高。 所有碱金属都溶于液氨，在形成的蓝色液氨溶 液中含有溶剂合阳离子和电子。碱金属容易溶于 汞生成汞齐。钠汞齐仅在钠含量低时呈液态，它 在有机化学和无机化学中都是很有用的还原剂。 在分析上用氧化还原滴定法测定金属离子以前， 可先将离子还原。
在电解条件下，钠的放电电位比钙低，故钙不 会大量析出，析出的少量钙不溶于熔融钠，熔融 钠的密度又比熔融氯化物小，因而液钠上升至熔 盐表面流出。电解钠含钙约1％。电解熔融盐时 的电极反应为
阳极 2Cl-(l) ＝ Cl2(g) + 2e阴极 2Na+(l) + 2e- ＝ 2Na(l) 总反应 2NaCl(l) = 2Na(l) + Cl2(g)
镁在合金中应用很广泛，由于镁的密度(1.74 g· -3)比铁(7.8g· -3)低很多，所以镁特别适用 cm cm 于制备轻质结构合金。 (2)化学性质 碱金属和碱土金属的化学性质都很 活泼，尤其碱金属的性质更为活泼。 按同族元素比较，活泼性随原子序数增加而 增加。碱金属在常温下就迅速同空气、水气等反 应，因此需将它们贮存在煤油中。锂、钠和钾尚 可在空气中处理，当然暴露在空气中的时间不能 长；但铷和铯就应在惰性气氛中操作。
2M(s) + 2H2O(l) = 2MOH(aq) + H2(g)
在上述反应中，锂作用较平稳，钠剧烈，钾 燃烧，铷和铯爆炸。从电极电势来看，锂的活 泼性与铯差不多，而锂对水作用的活性较低， 从本质上说这是动力学而不是热力学的原因。 由于锂较硬，锂的熔点(181℃)比其他碱金属高， 较不易熔化，加之反应产物LiOH在水中的溶解 度比其他MOH小得多，容易包覆在金属锂表面， 而阻碍锂与水的进一步作用，因而锂较其他碱 金属与水的作用慢。 铍和镁对氧和水的作用在动力学上是惰性的， 因为在它们的表面上生成氧化物保护膜，阻止金 属进一步作用。
MgO(s) + C(s) ＝ CO(g) + Mg(g)
3. 物理性质和化学性质
(1)物理性质和用途 碱金属和碱土金属具有金属光 泽，有良好的导电性。碱金属的密度小、硬度小、 熔点低，是典型的轻金属；碱土金属的密度、熔点 和沸点较碱金属高。 所有碱金属都溶于液氨，在形成的蓝色液氨溶 液中含有溶剂合阳离子和电子。碱金属容易溶于 汞生成汞齐。钠汞齐仅在钠含量低时呈液态，它 在有机化学和无机化学中都是很有用的还原剂。 在分析上用氧化还原滴定法测定金属离子以前， 可先将离子还原。
在电解条件下，钠的放电电位比钙低，故钙不 会大量析出，析出的少量钙不溶于熔融钠，熔融 钠的密度又比熔融氯化物小，因而液钠上升至熔 盐表面流出。电解钠含钙约1％。电解熔融盐时 的电极反应为
阳极 2Cl-(l) ＝ Cl2(g) + 2e阴极 2Na+(l) + 2e- ＝ 2Na(l) 总反应 2NaCl(l) = 2Na(l) + Cl2(g)
镁在合金中应用很广泛，由于镁的密度(1.74 g· -3)比铁(7.8g· -3)低很多，所以镁特别适用 cm cm 于制备轻质结构合金。 (2)化学性质 碱金属和碱土金属的化学性质都很 活泼，尤其碱金属的性质更为活泼。 按同族元素比较，活泼性随原子序数增加而 增加。碱金属在常温下就迅速同空气、水气等反 应，因此需将它们贮存在煤油中。锂、钠和钾尚 可在空气中处理，当然暴露在空气中的时间不能 长；但铷和铯就应在惰性气氛中操作。
第十二章 s区元素
计算该反应在 4. 写出 Ca (OH) 2 (s) 与氯化镁溶液反应的离子方程式，
= 1.0 × 10 −5 mol ⋅ L−1 。故 1.0m3 水中需要 CaF2 的质量为： M CaF ＝ (1.0 × 10 −5 × 78.083 × 10 3 )g = 0.78g
2
6. 计算 298K 标准状态下金属镁在 CO 2 中燃烧的焓变。根据计算结 果说明能否用 CO 2 作为镁着火时的灭火剂。
− 查附表得： ∆ sub H θ m ( Na , s) = 107.32kJ ⋅ mol ；
I 1 ( Na , g ) = (609.358 − 107.32)kJ ⋅ mol = 502.26kJ ⋅ mol ；
−1 −1
= 432.26kJ ⋅ mol −1 ∆ r Sθ m =
1 D(H − H) = 217.965kJ ⋅ mol −1 ； 2 A(H, g ) = (138.90 − 217.965)kJ ⋅ mol −1 = −78.975kJ ⋅ mol −1
−1 ∆ f Hθ m ( kJ ⋅ mol ) −1 ∆ f Gθ m ( kJ ⋅ mol ) −1 Sθ ⋅ K −1 ) m ( J ⋅ mol
− 601.70 − 569.43 26.94
0 0
5.740
− 110.525 − 137.168 197.674
0 0
32.68
∆ r Hθ m =
故 NaH 晶体的 n =
7+5 = 6。 2
z1 = z 2 = 1 ， R 0 = 245pm
U=
kAz1 z 2 1 1 − n R0
9.计算反应 MgO(s) + C(石墨） → CO(g ) + Mg(s) 的 ∆ r Hθ m ( 298K ) ，
= 1.0 × 10 −5 mol ⋅ L−1 。故 1.0m3 水中需要 CaF2 的质量为： M CaF ＝ (1.0 × 10 −5 × 78.083 × 10 3 )g = 0.78g
2
6. 计算 298K 标准状态下金属镁在 CO 2 中燃烧的焓变。根据计算结 果说明能否用 CO 2 作为镁着火时的灭火剂。
− 查附表得： ∆ sub H θ m ( Na , s) = 107.32kJ ⋅ mol ；
I 1 ( Na , g ) = (609.358 − 107.32)kJ ⋅ mol = 502.26kJ ⋅ mol ；
−1 −1
= 432.26kJ ⋅ mol −1 ∆ r Sθ m =
1 D(H − H) = 217.965kJ ⋅ mol −1 ； 2 A(H, g ) = (138.90 − 217.965)kJ ⋅ mol −1 = −78.975kJ ⋅ mol −1
−1 ∆ f Hθ m ( kJ ⋅ mol ) −1 ∆ f Gθ m ( kJ ⋅ mol ) −1 Sθ ⋅ K −1 ) m ( J ⋅ mol
− 601.70 − 569.43 26.94
0 0
5.740
− 110.525 − 137.168 197.674
0 0
32.68
∆ r Hθ m =
故 NaH 晶体的 n =
7+5 = 6。 2
z1 = z 2 = 1 ， R 0 = 245pm
U=
kAz1 z 2 1 1 − n R0
9.计算反应 MgO(s) + C(石墨） → CO(g ) + Mg(s) 的 ∆ r Hθ m ( 298K ) ，
第十二章 S区元素
典型的离子晶体。碱金属从上到下随着离子半径增加晶格能逐渐降
低，所以熔点下降。碱土金属离子极化力比碱金属离子大，而且从 上到下随半径增大极化力减弱。
（3）LI+、Be2+的卤化物熔点最低，这与它的半径最小、极化力最大有
关。
2. 溶解性
碱金属盐类的特点是易溶性，但存在少数难溶盐，如六羟基锑酸纳（白
色），高氯酸钾（白色）等，在实验室常利用这些难溶盐来鉴定Na+和
1. 锂铍的原子半径和离子半径分别是碱金属和碱土金属中
最小的，这时锂与其他碱金属元素、铍与其他碱土金属元
素性质差别的主要原因。特别是铍离子，其离子半径特别 小、电荷又高它的极化力是如此之强，使得其化合物共价 性往往超过了离子性。 2. 同一族元素从下而上不仅表现在水合能增加，而且离子 结合的水分子数也增多。虽然碱金属离子半径从上到下递 增，但在水溶液中，水合离子半径却是从上到下递减。
碱金属的含氧酸盐一般都具有较高的热稳定性。碱土金属的含氧酸盐热
稳定性比碱金属差，而且随着半径减小分解温度降低。
第五节 锂铍的特殊性和对角线规则
一般来说，碱金属和碱土金属元素性质的递变是很有规律的，但锂铍却出
现反常性。锂及其化合物的性质与其他碱金属元素及其化合物的性质有明
显的差异。锂铍也同样表现出与其他碱土金属元素性质上的差异。但是锂 与镁，铍与铝在性质上却表现出很多的相似性。 在周期系中某些元素的性质和它左上方或右下方的另一元素性质的相似性 称为对角线规则。这种相似性特别明显地存在于：Li-Mg，Be-Al，B-Si三 对元素之间。
塞，不然时间长会腐蚀而黏住的。 Nhomakorabea第四节 盐类
1. 晶型
（1）碱金属和碱土金属氟化物和氯化物的熔点较高，多为离子晶体。 （2）碱金属的氟化物和氯化物的熔点在同一族中从上到下逐渐降低，而 碱土金属氟化物和氯化物的熔点从上到下逐渐升高。两者变化趋势 不同的主要原因：碱金属离子极化力小，它们的氟化物和氯化物是
大学无机化学第十二章 S区元素
N2
O2
MO2 (M = Ba), MO
H2O
M
NH3
M(NH2)2 + H2
水蒸气
MO + H2 (M = Be, Mg)
NaOH
HMO2- + H2 (M = Be)
MH2 (M = Ca, Sr, Ba)
3. 焰色反应
12.2.2 s区元素的存在和单质的制备
均以矿物形式存在： 钠长石： NaAlSi 3O8
I1
+,g) +,aq ) = △ (M H (M + I + fHm △ △subHm h m 1
+,g) +,aq ) = △ (M H (M + I + fHm △subHm △ h m 1
Li
Na
107.32 502.04
K
89.24 425.02
Rb
80.88 409.22
(2e e )
22
如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金 属离子存在），溶液就相当稳定. 钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电 子的颜色.
用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂处于 干燥状态的标志.
碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应
M3 P M3N (M = Li) P N2 X2 MX （X = 卤素） M2 S M2O （M = Li, Na） M2O2 （M = Na, K, Rb, Cs） MO2 （M = K, Rb, Cs）
3．贵金属：这类金属包括金，银和铂族元 素(锇、铱、铂、钌、铑和钯).
4．准金属：一般指硅、硒、碲、砷、硼. 5．稀有金属：通常是指在自然界中含量很 少(但不绝对，如Ti为0.45％，在元素中 占第十位)，分布稀散、发现较晚，难以 从原料中提取的或在工业上制备和应用 较晚的金属。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钾长石： KAlSi 3 O8 光卤石： KCl MgCl 2 6H2 O
明矾石： K(AlO)3 (SO 4 ) 2 3H2 O 锂辉石： LiAl(SiO3 ) 2
绿柱石：Be3 Al2 (SiO 3 ) 6
菱镁矿：MgCO3
CaSO 4 2H2 O 石膏： 大理石： CaCO3 萤石：CaF2
CaH2 2H2O Ca(OH)2 2H2 (g)
3. 形成配位氢化物
4LiH AlCl3 Li[AlH 4 ] 3LiCl 氢化铝锂
（无水）乙醚
Li[AlH4 ] 受潮时强烈水解
LiAlH LiOH Al(OH) 4 4H2O 3 4H2
12.3.2 氧化物
第十二章
s区元素
§12.1 s区元素概述
§12.2 s区元素的单质 §12.3 s区元素的化合物 §12.4 锂 、铍的特殊性 对角线规则
本章教学要求
1. 掌握碱金属和碱土金属的结构和性质、 存在、制备及用途之间的关系； 2. 了解碱金属和碱土金属氧化物的类型以 及氢化物的性质； 3. 掌握碱金属和碱土金属氢氧化物溶解 度、碱性等变化规律； 4. 掌握碱金属和碱土金属盐类的一些重要 性质如溶解性、热稳定性等； 5. 通过对比锂镁性质的相似性掌握对角线 规则。
(2e e )
22
如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金 属离子存在），溶液就相当稳定. 钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电 子的颜色.
用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂处于 干燥状态的标志.
碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应
M3 P M3N (M = Li) P N2 X2 MX （X = 卤素） M2 S M2O （M = Li, Na） M2O2 （M = Na, K, Rb, Cs） MO2 （M = K, Rb, Cs）
续进行.
性 质 Li Na K Rb Cs
m.p./K
MOH 在水中的 溶解度/(mol· L- 1 )
453.69 370.96 336.8 312.04 301.55
5.3 26.4 19.1 17.9 25.8
§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
天青石：SrSO 4
重晶石：BaSO 4
单质的制备
Li Na
Be Mg
熔盐电解法
K Ca Rb Sr Cs Ba 金属热还原法
可利用Ellingham 图进行判断
电解含58~59% (CaCl2) 的熔融 NaCl: 2ClCl2 +2e2 Na+ + 2 e2 Na 2 NaCl(l) 2 Na (l) + Cl2(g)
Li2O
KO2
镁 带 的 燃 烧
•与水作用
Li
Na
K
2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) Ca
与液氨的作用 碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶 解度达到了超出人们想象的程度. 溶于液氨的反 应如下： NH 3 (l)
M(s) M (am) e (am)
碱金属在液氨中的溶解度 (-35℃) 碱金属元素 M Li Na K 溶解度/ (mol ·L-1) 15.7 10.8 11.8
注：以上物理量除E 外单位均为：kJ•mol-1
Question
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
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
硬度小 熔点低 导电、导热性好 s区单质的熔点变化
2. 化学性质 • 与氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物。 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2 Na2O2
N2
O2
MO2 (M = Ba), MO
H2O
M
NH3
M(NH2)2 + H2
水蒸气
MO + H2 (M = Be, Mg)
NaOH
HMO2- + H2 (M = Be)
MH2 (M = Ca, Sr, Ba)
3. 焰色反应
12.2.2 s区元素的存在和单质的制备
均以矿物形式存在： 钠长石： NaAlSi 3O8
I1
+,g) +,aq ) = △ (M H (M + I + fHm △ △subHm h m 1
+,g) +,aq ) = △ (M H (M + I + fHm △subHm △ h m 1
Li
Na
107.32 502.04
K
89.24 425.02
Rb
80.88 409.22
1. 形成四类氧化物 正常氧化物 (O2-)： 1s 2 2s 2 2p6 过氧化物 (O22-)：KK (σ2s )2 (σ* 2s )2 (σ2p )2 (π2p )4 (π* 2p )4
超氧化物
稳定性:
(O2-)
KK (σ2s )2 (σ* 2s )2 (σ2p )2 (π2p )4 (π* 2p )3
钾比钠活泼，为什么可以通过如下反 应制备金属钾？
KCl + Na
熔融
NaCl + K
首先，钾的第一电离能 (418.9 kJ· mol-1 ) 比钠的第一电离能 （495.8 kJ· mol-1 ）小的缘故. 其次，通过计算可知固相反应的 r Hm是个不大的正值，但钾 的沸点（766 º C）比钠的沸点（890 º C ）低，当反应体系的温度控 制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和KCl 、NaCl 仍 保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的T r Sm 项变大，有利于 r Gm变成负值，反应向右进行. 第三，由于钾变成蒸气，可设法使其不断离开反应体系，让 体系中其分压始终保持在较小的数值.不难预料随Pk变小， r Gm 向负值的方向变动，有利于反应向右进行.
3．贵金属：这类金属包括金，银和铂族元 素(锇、铱、铂、钌、铑和钯).
4．准金属：一般指硅、硒、碲、砷、硼. 5．稀有金属：通常是指在自然界中含量很 少(但不绝对，如Ti为0.45％，在元素中 占第十位)，分布稀散、发现较晚，难以 从原料中提取的或在工业上制备和应用 较晚的金属。
§12.1 s区元素概述
Rb 12.5
Cs 13.0
有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波长 的蓝光.这暗示各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种.后来 实验这个物种是氨合电子，电子处于4~6个 NH3 的 “空穴” 中.
实验依据
● 碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小
● 液氨中随 C(M) 增大，顺磁性减少
( 阴极) (阳极)
加 CaCl2 的作用 ( 助熔剂 ) ● 降低熔点，减少液Na挥发 ● 混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面， 易于收集
热分解法 2MN3 = 2M + 3N2; M =Na,K,Rb,Cs
Question
金属钾能否采用类似 制钠的方法制备呢？
结论是不能采用同类方法. 其原因是： ● 金属 K 与 C 电极可生成羰基化合物 ● 金属 K 易溶在熔盐中，难于分离 ● 金属 K 蒸气
§12.3 s区Βιβλιοθήκη 素的化合物12.3.1 氢化物 12.3.2 氧化物 12.3.3 氢氧化物
12.3.4 重要盐类及其性质
12.3.5 配合物
12.3.1 氢化物
s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢 形成离子型氢化物。 1. 均为白色晶体， 热稳定性差. LiH NaH KH RbH CsH NaCl -441
E
(Cs+/ Cs )还小？
电极反应：Mz+(aq) + Ze-
M(s)
△ rGm = － ZFE
其逆反应： M(s)
(Mz+/ M )
H2O
Mz+(aq) + Ze-
rGm △ f Gm(Mz+,aq ) =－ △
△ f Gm(Mz+,aq ) = ZFE
根据
(Mz+/ M )
rGm = △ rSm rHm -T△ △
对于碱金属，若不考虑 △ rSm 的差异， 可用 △ f Gm (M+,aq )近似 fHm (M+,aq )代替 △ 估计E (M+/ M )的相对大小。 M (s) △ subHm M (g)
+,aq ) (M H △ f m +,g) (M H △ f m
M+(aq) △ h Hm (M+,g) M+(g)
S
MH
H2
M
O2
O2 + CO2
MNH2 + H2 MOH + H2
NH3(溶液或气态)
有 Fe 存在
M2CO3
H2 O Hg 液NH3
汞齐
M+ (am) + e- (am)