無機化學課件：第十二章s區(qū)元素

1、12.1 s區(qū)元素概述12.4 鋰 、鈹?shù)奶厥庑?對角線規(guī)則12.3 s區(qū)元素的化合物12.2 s區(qū)元素的單質(zhì)第十二章 s區(qū)元素第三篇 元素化學教學目的1.熟悉堿金屬和堿土金屬的通性。2.了解堿金屬的物理性質(zhì)，掌握單質(zhì)化學性質(zhì)3.掌握堿金屬的氫化物、氧化物、過氧化物基本性質(zhì)；4.熟悉s區(qū)元素氫氧化物的堿性強弱的變化規(guī)律。重要鹽類的溶解性和熱穩(wěn)定性。5.了解鋰、鈹?shù)奶厥庑院蛯蔷€規(guī)則。2、各族從上到下電子層、原子半徑、電離能、電極電勢、還原性、化學活潑性如何變化？氧化值？3、根據(jù)同族元素原子結(jié)構(gòu)的異同推測同族元素化學性質(zhì)的異同？5、以氫化物、氧化物、氫氧化物、碳酸鹽為主，討論其物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關

2、系。6、鋰的特殊性和對角線規(guī)則。學習提綱4、比較IA族、IIA族性質(zhì)的差異？1、IA、IIA元素名稱、元素符號、價電子構(gòu)型 12.1 s區(qū)元素概述堿金屬(IA )： ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 鋰， 鈉， 鉀， 銣， 銫，鈁堿土金屬(IIA )：ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 鈹，鎂，鈣，鍶，鋇，鐳1、元素名稱、元素符號、價電子構(gòu)型 （1）原子結(jié)構(gòu)異同點：2、通 性:價電子容易失去，都是活潑金屬。異：各族從上到下電子層增加、半徑增大、活潑性增強。活潑性IAIIA。同：價電子最少、原子半徑是同周期最大。r增大，失e-能力增強電離能和電極電勢減小電負性

3、和還原性減小金屬性和活潑性增強IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Bar減小，失e-能力減小電離能和電負性增大（2）性質(zhì)遞變規(guī)律(差異)電子層？ r？ 失e能力？電離能？電極電勢？電負性？還原性？金屬性？活潑性？還原性和金屬性減弱E (Li+/Li)=-3.040、E (Cs+/ Cs)=-3.027，為什么？ 電極反應：Li+(aq) + ze- Li(s)= zFE (Li+/ Li )其逆反應： Li(s) Li+(aq) +e-H2O = zFE (Li+/ Li )=-T根據(jù) 對于堿金屬，若不考慮 ,可用 代替 近似估算E (Li+/ Li )的相對大小。Li+

4、(aq) Li (s) Li+(g) Li (g) I1升華熱水和熱=-TLiNaKRbCs159.37107.3289.2480.8876.065526.41502.04425.02409.22318.90-535.27-420.48-337.64-312.27-287.24150.51188.88176.62177.83170.72-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027I1E (Li+/ Li)/注：除E 外單位均為：kJmol-1 由于Li+半徑小,易與水形成水合離子而放出較多水合能，導致鋰標準電極電勢反常的小。而還原性最強的是Cs.升華熱水合熱 為什么 Li 與水

5、反應沒有其它金屬反應激烈？電極電勢屬于熱力學范疇，反應劇烈程度屬于動力學范疇，兩者無直接聯(lián)系。 Li與水反應不激烈，主要原因有:(1）鋰熔點較高，與水反應所產(chǎn)生的熱量不足以使其熔化； (2) 生成的LiOH溶解度小，一旦生成，就覆蓋在鋰表面，阻礙反應進行。 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性 質(zhì) Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 溶解度/(molL-1)288K12.2.1 單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)12.2 s區(qū)元素的單質(zhì)12.2.2 元素的存在和單質(zhì)的制備12.2.1 單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)NaL

6、iKBeMgCaSrBaRbCs金屬光澤密度、硬度小熔、沸點低、且逐漸降低導電、導熱性好單質(zhì)熔點1.物理性質(zhì)單質(zhì)沸點單質(zhì)在空氣中燃燒，形成不同的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgOCaO SrO BaO2（1）與典型非金屬反應，生產(chǎn)對應化合物。2.化學性質(zhì)通性Li、Mg還與N2反應。與鹵素、O2、S、H2反應。（2）與水作用LiNaKCa2M + 2H2O 2MOH + H2(g)*（3）與液氨的作用-+e（NH3）M(NH3)(l)NH3M(s)+此溶液具有較高的導電性、有與金屬本身相同的化學性質(zhì)。隨堿金屬增加顏色變深，當鈉超過1M后由藍變?yōu)榍嚆~色。溶液具有

7、很強還原性，用于無機和有機制備。當溶液蒸發(fā)重新得到堿金屬。3.焰色反應 單質(zhì)和揮發(fā)性化合物在無色火焰中燃燒呈現(xiàn)特征顏色。呈現(xiàn)焰色的原因？ 紫紅 黃 淺紫磚紅 洋紅 黃綠 活潑元素以化合態(tài)存在，以礦物形式存在：鋰輝石：鈉長石：鉀長石：光鹵石：明礬石：12.2.2 s區(qū)元素的存在和單質(zhì)的制備綠柱石：菱鎂礦：螢石：天青石：大理石：石膏：重晶石：天青石重晶石螢石12.3.1 氫化物12.3 s區(qū)元素的化合物12.3.5 配合物12.3.4 重要鹽類及其性質(zhì)12.3.3 氫氧化物12.3.2 氧化物 s區(qū) (除Be、Mg外)均有離子型氫化物，熔、沸點較高，熔融時導電。LiH NaH KH RbH CsH

8、 NaCl-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3 -4411. 均為白色晶體， 熱穩(wěn)定性差/ kJmol-112.3.1 氫化物2.還原性強 用于鈦的冶煉、制備鈦：能劇烈水解，產(chǎn)生氫氣：V)23.2)/H(H(2-=-E3.易形成配合物：H-作配位原子鋁氫化鋰配合物仍具有強還原性，受潮強烈水解:也是重要的還原劑，常用于有機官能團的還原。1. 四類氧化物臭氧化物(O3-)：V型，順磁性氧化物O2-： ， s區(qū)所有元素過氧化物 (O22-)：超氧化物 (O2-)：12.3.2 氧化物-O-O- 2-部分元素2. 制備方法：直接：間接：3.化學性質(zhì)（1）與H2O反應：（Li Cs

9、劇烈程度）（BeO除外）（2）與CO2的作用： 12.3.3 氫氧化物都是白色固體。（1）溶解度MOH 易溶于水（LiOH溶解度較?。?。M(OH)2溶解度(20)較小，且從上到下溶解度增大。 氫氧化物Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 溶解度/molL-1 810-6 2.110-4 2.310-2 6.610-2 1.210-1原因：隨金屬離子半徑增大，與OH-間離子鍵減弱，易溶于水、溶解度增大。 Li OH 中強 NaOH 強 KOH 強 RbOH 強 CsOH 強結(jié)論：Mn+半徑增大、MOH溶解度增大、堿性增強。（2）堿性Be(OH)2兩性Mg

10、(OH)2中強Ca(OH)2 強 Sr(OH)2 強 Ba(OH)2 強重要的堿:燒堿、熟石灰。燒堿的制備：電解飽和食鹽水法、苛化法熟石灰制備：生石灰溶于水。MOH的酸堿性取決于解離方式：MO- + H+ MOH M+ + OH- Mn+極化力強，與氧之間的結(jié)合力強，使O-H鍵削弱，解離H+為主。解離方式與Mn+的電荷和半徑有關，以離子勢 =z/r，衡量陽離子的極化力強弱。Mn+極化力小、對氧之間的結(jié)合力小，使M-O鍵削弱，解離OH-為主。12.3.4 重要鹽類及其性質(zhì)1.晶體類型：如：BeCl2晶體內(nèi)， BeCl2分子間靠分子間力結(jié)合，熔點低、易升華 。鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽。 Be

11、Cl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔點/ 415 714 775 874 962絕大多數(shù)是離子晶體、有較高的熔、沸點。但Be2+半徑小、極化力強，遇到易變形陰離子(Cl-、Br-、I-)時由離子鍵向共價鍵過渡、離子鍵減弱、熔點降低。2.溶解度： 堿金屬鹽：一般易溶于水； 堿土金屬鹽：鹵化物、硝酸鹽多數(shù)易溶；鈹鹽多數(shù)易溶、鎂鹽部分易溶、鈣鍶鋇鹽多數(shù)難溶。3.熱穩(wěn)定性：堿金屬鹽：有較高的熱穩(wěn)定性，但硝酸鹽穩(wěn)定性較低。堿土金屬碳酸鹽：熱穩(wěn)定性稍差、但常溫下穩(wěn)定（鈹鹽除外），只有強熱下才分解 。 堿土金屬碳酸鹽穩(wěn)定性用離子極化理論解釋： BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO

12、3 BaCO3T分 / 100 540 900 1290 1360結(jié)論：金屬離子極化力強，鹽的熱穩(wěn)定性差，如：鈹鹽、 M2CO3 MCO32-M2+12.4 鋰 、鈹?shù)奶厥庑?對角線規(guī)則12.4.1 鋰的特殊性12.4.3 對角線規(guī)則12.4.2 鈹?shù)奶厥庑訪i Be B CNa Mg Al Si 這三對元素在周期表中處于對角線位置：兩元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處，這種相似性稱為對角線規(guī)則。12.4.3 對角線規(guī)則 鋰與鎂的相似性：單質(zhì)與氧氣作用只生成正常氧化物；氫氧化物均為中強堿，且水中溶解度不大；氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶；氯化物均能溶于有機溶劑中；碳酸鹽受熱分解，產(chǎn)物為相應氧化物

13、。作 業(yè)思考題：1，2，3，5（第一問），6習題： 1（1、3、6、7）； 2（15）； 3、配成飽和溶液，靜置過夜、過濾。 6、 7、 9、 10*（制備鈉、制純堿、制燒堿）兩族元素金屬和化合物的重要性可排出如下順序： 用途概述 順序大體是按世界年產(chǎn)量大小排列的 一些元素的某些重要用途分述如下： 金屬鋰制造氫化鋰、氨化鋰和合成有機鋰化合物，后者用做有機化學中的還原劑和催化劑；金 屬: Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物: Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be2. 制造合金Al-Li(含鋰3 % ),因質(zhì)量輕和強度大而用于空間飛行器；3. 制造

14、高功率長效電池（用于手表、計算機、心臟起搏器等）；4. 同位素受中子轟擊產(chǎn)生熱核武器的主要原料氚：在此裂變中，1公斤鋰具有的能量大約相當于兩萬噸優(yōu)質(zhì)煤炭,比U-235裂變產(chǎn)生的能量還要大8倍. 1公斤鋰至少可以發(fā)出340千瓦的電力.因此，有人說： 金屬鋰 未來的新能源鋰礦石冶煉鋰鹽同位素分離鋰 - 6重 水 生 產(chǎn) 氘氘化鋰 - 6氫彈氚鋰 6元件(鋰 - 鋁合金)反應堆輻照分離純化 金屬鈉 金屬鉀 工業(yè)用途小，世界年產(chǎn)量只及鈉的 0.1% ！主要用于制造（生氧劑）和低熔點鈉鉀合金（用做干燥劑和還原劑），也用做核反應堆的冷卻劑.1. 過去鈉的年產(chǎn)量與含鉛抗震劑的使用量有關；2. 作為還原劑制造

15、某些難熔的金屬如鈾、釷、鋯等，特別是還原制 備鈦： TiCl4 + 4 Na Ti + 4 NaCl3. 因具有高的導熱性和低的中子吸收能力，被用做快速增殖反應堆 的冷劑.4. 最近被開發(fā)的新用途有制作鈉電纜、鈉基電池和鈉硫電池等.加熱 金屬銫和銣由于在光照下逸出電子，因而是制造光電池的良好材料. 133Cs 厘米波的振動頻率(9192631770 s-1) 在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定, 因而將振動一次所需要的時間規(guī)定為 SI 制的時間單位 s. 利用此特性制作的銫原子鐘 ( 測準至 1.0 10-9 s ) 在空間科學的研究中用于高精度計時.1999年花費65萬美元,安放在美國國家標準和技術研究所.2000萬年內(nèi)誤差不超過1 s最近由中科院研制的銫原子鐘, 200萬年內(nèi)誤差不超過1 s香港市民在對時. 100萬年內(nèi)誤差不超過1 s 金屬鈹 屬于“輕金屬”，世界鈹耗量的70 % -80 % 用來制造鈹銅合金. 金屬鈹和鈹基合金的彈性-質(zhì)量比、拉伸應力和導熱性都較高，因而用于各種空間飛行器.另外還用于制造氧化物陶瓷、原子能反應堆中的中子減速劑. 金屬鎂