chap9s区元素

1第九章第九章 s区元素区元素9.1 9.1 s s 区元素概述区元素概述9.2 9.2 碱金属和碱土金属单质碱金属和碱土金属单质9.3 9.3 氢化物、氧化物和氢氧化物氢化物、氧化物和氢氧化物9.4 9.4 盐类盐类9.5 9.5 锂、铍的特殊性和对角线规则锂、铍的特殊性和对角线规则2 0.32：酸式电离：酸式电离 ，呈酸性，呈酸性 0.22 0.32：呈两性：呈两性 0.22：碱式电离，呈碱性：碱式电离，呈碱性晶型晶型注意极化对晶型的影响注意极化对晶型的影响溶解性溶解性正负离子半径接近（悬殊），不利（有利）溶解正负离子半径接近（悬殊），不利（有利）溶解热稳定性热稳定性M+反极化作用反极化作用O2:Li+O2 Li2O,Na+O2 Na2O2,K+O2 KO2H2:M(M)+H2 MH(M H2),MH+H2OH2+OH-H2O:Li特殊性原因特殊性原因S区元素区元素对角线规则对角线规则离子极化离子极化单质单质盐类盐类氢氧化物氢氧化物氧化物氧化物O2-:O2-+H2O OH-O22-:O22-+H2O OH-+H2O2 （Na2O2+CO2,Fe(CrO2)2+Na2O2 ）O2-:O2-+H2O OH-+H2O2+O239.1 9.1 s s 区元素概述区元素概述 碱金属碱金属(IA):ns1 Li,Na,K,Rb,Cs,Fr碱土金属碱土金属(IIA):ns2 Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra都是活泼金属都是活泼金属4碱金属元素的一些性质碱金属元素的一些性质元 素锂(Li)钠(Na)钾(K)铷(Rb)铯(Cs)原子序数311193755价电子构型2s13s14s15s16s1金属半径(pm)152186227248266离子半径(M+，pm)6095133148169固体密度(kg/m3，20C)53097086015301880硬度（金刚石=10）0.60.40.50.30.3熔点（C)18097.863.23928.5沸点（C)1317881.4756.5688705电负性1.00.90.80.80.7第一电离能(kJ/mol)520496419403376第二电离能(kJ/mol)72984562305126332230电极电势EMM/(V)-3.04-2.71-2.93-2.93-2.925碱土金属元素的一些性质碱土金属元素的一些性质元 素铍(Be)镁(Mg)钙(Ca)锶(Sr)钡(Ba)原子序数412203856价电子构型2s23s24s25s26s2金属半径(pm)111160197215217离子半径(M+，pm)316599113135固体密度(kg/m3，20C)18501740154026003510硬度（金刚石=10）42.01.51.8熔点（C)1280649839768727沸点（C)2500110514941381(1849)电负性1.51.21.11.10.9第一电离能(kJ/mol)890738590550503第二电离能(kJ/mol)1757145111451064965第三电离能(kJ/mol)148497732.849124210电极电势EMM/(V)-1.85-2.37-2.87-2.89-2.906IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba性质增加性质增加原子半径离子半径化学活泼性还原能力性质增加性质增加熔沸点硬度升华能电离能电负性水合能极化力s区元素一些性质的变化趋势区元素一些性质的变化趋势7注意：注意：碱金属和碱土金属元素在化合时，虽然多以离子结合为特征，但在某些情况下仍显一定程度的共价共价性性。其中锂、铍锂、铍由于原子半径相当小，电离能相对地高于其它同族的元素（或者说，或者说，Li+、Be2+的离子的离子极化力强极化力强），形成共价键的倾向比较显著形成共价键的倾向比较显著。碱金属和碱土金属的原子半径，从上至下依次增大，电离能和电负性依同样次序减小。因此，它们它们的金属活泼性也从上至下依次增强的金属活泼性也从上至下依次增强。碱金属的第二电离能（ns1,要失去内层全满的p轨道上电子）、碱土金属（ns2要失去内层全满的p轨道上电子）的第三电离能特别大。89.2 9.2 碱金属和碱土金属单质碱金属和碱土金属单质1 1 物理性质物理性质有金属光泽导电、导热性好延展性好密度小硬度小熔沸点低92 2 化学性质化学性质易与H2直接化合成MH、MH2离子型化合物与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物易与H2O反应(除Be、Mg外），放出氢气。与非金属作用形成相应的化合物注：它们的活泼性有差异103 3 制备方法制备方法由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，决定了它们不可能以单质的形式存在于自然界中，均以矿物形式存在。钠长石:钾长石:光卤石:锂辉石:83OAlSiNa83OAlSiKO6HMgClKCl2223)LiAl(SiO绿柱石:菱镁矿:石膏:方解石:萤石天青石:重晶石:6323)(SiOAlBe3MgCOO2HCaSO243CaCO2CaF4SrSO4BaSO11 碱金属和碱土金属具有较强的还原性，要使M+和M2+还原为M，通常采用的方法有两种：熔盐电解法和热还原法。（1）电解熔融的氯化钠电解用的原料是氯化钠和氯化钙的混合盐。电极反应如下：在阳极上：2Cl-=Cl2+2e-在阴极上：2Na+2e-=2Na总反应为：通电通电2NaCl=2Na+Cl2（2）氧化镁的热还原法MgO(s)+C(s)=CO(g)+Mg(g)(高温电弧炉内进行)124 4 单质的应用单质的应用（1）金属锂锂主要用在四个方面：制造氢化锂、氨基锂和合成有机锂化合物，有机锂化合物在有机化学中用作还原剂和聚合反应催化剂；制造铝-锂合金，这种合金因质量轻和强度大而用于空间飞行器；制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起博器和车辆等）；同位素（在天然锂中约占7.5%）受中子轰击可产生热核武器的主要原料氚。13（2 2）金属）金属钠钠的应用的应用由铅钠合金与烷基氯生产汽油抗震剂(四乙基铅)4PbNa+4C2H5Cl=(C2H5)4Pb+3Pb+4NaCl 作为还原剂：TiCl4+4Na=Ti+4NaCl 在快速增殖反应堆中用作冷却剂 钠电池像锂电池一样是有前途的高功率电池。14（3 3）金属钾、铷、铯、铍的应用）金属钾、铷、铯、铍的应用钾主要用于制造超氧化钾（供氧剂）和低熔点钾钠合金（常为液体），用作干燥剂、还原剂、核反应堆冷却剂。铷和铯的消耗量极小，主要用于制造光电池。133Cs的振动频率（9192631770/s）在长时间内保持稳定，是标准国际单位制的时间标准。铍（与镁和铝）属“轻金属”，主要制造铍铜合金用于电器设备。铍及铍基合金弹性-质量比、拉伸应力和导热性都较高，被用于各种飞行器。氧化铍用于特种陶瓷。15（4 4）金属镁、钙的应用）金属镁、钙的应用镁镁是最轻的结构金属，也是用途最大的碱土金属。镁合金质轻,机械强度高，被广泛用于航天工业，目前发射到空间轨道上的飞行器中镁比其它任何金属都多。钙钙很少用于制合金，在某些特殊金属（如：锆、钍、铀、镧系金属）和钐钴永磁合金的制造中用作还原剂。钙是合成CaH2（造氢剂）的起始物，也用作钢、铜、镁、钽、铅等金属冶炼过程的精炼剂。169.3 9.3 氢化物、氧化物和氢氧化物氢化物、氧化物和氢氧化物(1)氢化物碱金属和碱土金属与氢反应，除铍、镁铍、镁生成过渡型金属氢化物外，其余都生成离子型氢化物离子型氢化物。例如：2K+H2=2KH Sr+H2=SrH2离子型氢化物能被水强烈地分解放出氢气和产生相应的碱：MH+H2O=MOH+H2 NaH+H2O=H2+Na+OH-17碱金属离子氢化物还可与AlCl3,BF3等形成配位氢化物，其中最主要的是氢化铝锂LiAlHLiAlH4 4，它是由氢化锂在非极性乙醚中与三氯化铝反应而成的：4LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiCl它在有机合成中用作还原剂，在无机合成上用于制备一些氢化物，如：3BCl3+3LiAlH4=2B2H6+3AlCl3+3LiCl18（2）氧化物碱金属和碱土金属与氧反应可生成四种类型的氧化物：普通氧化物、过氧化物、超氧化物和臭氧化物。碱金属中只有锂锂和氧直接反应生成普通氧化物普通氧化物，碱土金属碱土金属在室温下和加热条件下与氧直接化合生成普通氧化物，也可通过它们的碳酸盐或硝酸盐的热分解而制得氧化物：2M+O2=2MO 4Li+O2=2Li2O点燃点燃 MCO3=MO+CO219在纯氧中，在一定条件下，除铍和镁外，碱金属和碱土金属都能生成相应的过氧化物过氧化物，其中只有钠和钡的过氧化物可由金属在空气中燃烧直接得到。2Na+O2=Na2O2过氧化钠与水或稀酸作用时会产生过氧化氢：Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2 Na2O2+H2SO4=Na2SO4+H2O220除锂、铍、镁外，碱金属和碱土金属都分别能形成超氧化物，一般地，金属性很强的元素容易形成含氧较多的氧化物。钾、铷、铯在过量的氧气中燃烧可直接制得黄色至橙色的固体超氧化物超氧化物，如：K+O2=KO2在冷冻条件下，臭氧与氢氧化钾生成臭氧化钾臭氧化钾3KOH+2O3=2KO3(s)+KOHH2O(s)+(1/2)O2臭氧化钾遇水反应放出氧气：4MO3+2H2O=4MOH+5O221实验表明，在过氧化物中存在过氧离子过氧离子，在超氧化物中存在超氧离子超氧离子，其结构分别为：O O 2-O O -过氧离子超氧离子(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2p)2(2p)4(*2p)4键级=1(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2p)2(2p)4(*2p)3键级=1.5,有顺磁性（有单电子存在）22（3）氢氧化物s区元素的氧化物中，氧化铍几乎不与水作用，氧化镁与水缓慢作用生成氢氧化镁，其他氧化物遇水都能发生剧烈反应，生成相应的碱：M2O+H2O=2MOH MO+H2O=M(OH)223碱金属和碱土金属的氢氧化物中，除Be(OH)2为两性，Mg(OH)2为中强碱外，其余均为强碱。金属氢氧化物碱性强弱可用金属的离子势金属氢氧化物碱性强弱可用金属的离子势 判断判断。=Z/r=Z/r 意义：意义：值大，表明M与O原子间的引力大，该氢氧化物易作酸式电离;反之,作碱式离解：M-O-H MO-+H+M-O-H M+OH-24LiOH0.13Be(OH)20.25NaOH0.10Mg(OH)20.18KOH0.087Ca(OH)20.14RbOH0.082Sr(OH)20.13CsOH0.077Ba(OH)20.12碱性增强碱性增强碱性增强金属氢氧化物呈碱性 032.金属氢氧化物呈两性022032.Mg(OH)2，(2)CaF2 MgF2，(3)MgC2O4 CaCrO4答：2小阳离子与小阴离子或大阳离子与大阴离子形成的化合物溶解度小，而小阳离子与大阴离子或大阳离子与小阴离子形成的化合物溶解度大。F-、OH-为小阴离子，C2O42-、CrO42-为大阴离子。44 0.32：酸式电离：酸式电离 ，呈酸性，呈酸性 0.22 0.32：呈两性：呈两性 0.22：碱式电离，呈碱性：碱式电离，呈碱性晶型晶型注意极化对晶型的影响注意极化对晶型的影响溶解性溶解性正负离子半径接近（悬殊），不利（有利）溶解正负离子半径接近（悬殊），不利（有利）溶解热稳定性热稳定性M+反极化作用反极化作用O2:Li+O2 Li2O,Na+O2 Na2O2,K+O2 KO2H2:M(M)+H2 MH(M H2),MH+H2OH2+OH-H2O:Li特殊性原因特殊性原因S区元素区元素对角线规则对角线规则离子极化离子极化单质单质盐类盐类氢氧化物氢氧化物氧化物氧化物O2-:O2-+H2O OH-O22-:O22-+H2O OH-+H2O2 （Na2O2+CO2,Fe(CrO2)2+Na2O2 ）O2-:O2-+H2O OH-+H2O2+O245作业：p184 6,7，8,10