《chap9s区元素》PPT课件.ppt

1,第九章 s区元素 9.1 s 区元素概述 9.2 碱金属和碱土金属单质 9.3 氢化物、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,2,3,9.1 s 区元素概述,碱金属(IA ): ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 碱土金属(IIA ): ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属,4,碱金属元素的一些性质,5,碱土金属元素的一些性质,6,7,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性。其中锂、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，Li+、Be2+的离子极化力强），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。,8,9.2 碱金属和碱土金属单质 1 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,9,2 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,10,3 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:,绿柱石: 菱镁矿: 石膏: 方解石: 萤石 天青石: 重晶石:,11, 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：,（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),12,4 单质的应用 （1）金属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）金属钠的应用 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）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）金属镁、钙的应用 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。,16,9.3 氢化物、氧化物和氢氧化物 氢化物,碱金属和碱土金属与氢反应，除铍、镁生成过渡型金属氢化物外，其余都生成离子型氢化物。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LiAlH4，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 +3LiCl,18,（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。 碱金属中只有锂和氧直接反应生成普通氧化物，,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,19,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，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 + H2O2,20,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，如：K + O2 =KO2,在冷冻条件下，臭氧与氢氧化钾生成臭氧化钾 3KOH +2O3 = 2KO3(s) + KOHH2O(s) +(1/2)O2 臭氧化钾遇水反应放出氧气： 4MO3 + 2H2O = 4MOH + 5O2,21,实验表明，在过氧化物中存在过氧离子，在超氧化物中存在超氧离子，其结构分别为：,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)2,23,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判断。 = Z/r 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：,24,25,（4）盐类 碱金属和碱土金属的盐最常见的有卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐等，除少数锂、铍、镁的盐有共价性外，其余盐类主要是离子型化合物。值得注意的是，碱土金属中铍的盐类毒性很大，可溶性的钡盐也有毒。,26,晶型 绝大多数碱金属、碱土金属盐类属于离子晶体，它们具有较高的熔点和沸点，常温下是固体，熔化时能导电。, 只有Be2+半径小，电荷多，极化能力较强，当它与易变形的阴离子，如：Cl-、Br-、I-结合时，其化合物已过渡为共价化合物。,27,溶解性 碱金属盐类一般的易溶于水，并与水形成水合离子，这是碱金属盐类的最主要的特征之一。仅有少数是难溶于水。一类是若干锂盐(如氟化锂，碳酸锂，磷酸锂等)，另一类是钾、铷、铯同某些大阴离子形成的盐(如高氯酸钾、六氯合铂(IV)酸钾、四苯硼酸钾等)。 碱土金属盐大多数难溶于水的，除硝酸盐、氯化物、醋酸盐外，其他的如草酸盐、碳酸盐、硫酸盐、铬酸盐等都是难溶于水的。BaSO4和BaCrO4是其中溶解度最小的的难溶盐，而MgSO4和MgCrO4等则是易溶的。,28,经验规律由具有8e-构型金属离子生成的盐： 离子电荷小，半径大的盐往往是易溶的（碱金属的氟化物比碱土金属的氟化物溶解度大）； 阴离子的半径比较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小， 相反，阴离子的半径比较小时，则随金属原子序数增大而增大。 一般地，盐中正负离子半径相差较大时，其溶解度较大。相反，则溶解度较小。,29,例如： 由于F-,OH-半径较小，其盐的溶解度按LiCs;Be Ba的顺序基本增大， 而I-,SO42-,CrO42-半径较大，按LiCs;Be Ba的顺序基本减小。,30,热稳定性 碱金属和碱土金属的含氧酸正盐的热稳定性都较高，而且碱金属盐的热稳定性比碱土金属盐还要高。 碱金属盐具有较高的热稳定性。 卤化物在高温时挥发而不分解； 硫酸盐在高温时既不挥发，又难分解； 碳酸盐除碳酸锂在1000K分解为氧化锂和二氧化碳外，其余皆不分解； 唯有硝酸盐热稳定性差，加热到一定程度即可分解。 4LiNO3 =2Li2O +2N2O4 +O2/ 2NaNO3= 2NaNO2 + O2/ 2KNO3=2KNO2 + O2,31,碱土金属碳酸盐在常温下是稳定的，除BeCO3外，只有在强热的情况下，才能分解为相应的MO和CO2。碳酸盐的热稳定性由Be到Ba依次递增，这是同碱土金属离子的半径从Be到Ba逐渐增大有关。,在CO32-中C4+对O有极化作用; M2+接近CO32-时,也对邻近的O产生极化作用,但与C4+的极化作用方向相反,称反极化作用,它削弱C-O键. 金属离子极化力越大，碳酸盐越易分解。,32,颜色 所有碱金属离子M+，不论在晶体中，还是在水溶液中，都是无色的。所以，除了与有色阴离子形成的盐有颜色外，其余所有碱金属的盐类为无色。 碱土金属的盐类，也多是无色的离子晶体。,33,9.5 锂、铍的特殊性和对角线规则,在周期系中，某元素的性质与它左上方或右下方的另一元素性质具有相似性，这种关系称为对角线规则。这种相似性在第二、三周期的三对元素之间特别明显：,34,对角线规则可用离子极化的观点略加说明：一般来说，若正离子极化能力接近，它们形成化学键的性质就相近，因而相应化合物的性质便呈现出某些相似性来。 Li+的极化力比Na+、K+等大得多，但却与Mg2+相近，因为Mg2+半径虽比Li+大，但它的电荷也比Li+高。于是Li+与它右下方的Mg2+在性质上显示出某些相似性。,对角线规则的解释(p184),35, 在空气中燃烧都生成正常氧化物； 都能与N2直接化合生成氮化物； 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水； 氢氧化物均为中等强度的碱，在水中溶解度不大。加热时可分别分解为氧化锂和氧化镁。 硝酸盐加热分解产物均为氧化物、二氧化氮和氧气，而其它碱金属硝酸盐分解为亚硝酸盐和氧气。 氯化物都具有共价性，能溶于有机溶剂中，它们的水合氯化物晶体受热时都会发生水解反应。,（1）锂与镁的相似性：,36, 都是两性金属，既能溶于酸，也能溶于强碱。 都能被冷的浓硝酸钝化，而其它碱土金属均易于与硝酸反应。 氢氧化物均为两性，而其它碱土金属氢氧化物均为碱性。 氯化物都是共价型化合物，易升华、易聚合、易溶于有机溶剂。 氧化物均为高熔点、高硬度的物质。,（2）铍与铝的相似性：,37,思考题1：多用于宇航、水下等，作为吸收剂和供氧剂，这是基于下列反应 4KO2 + 2CO2+2H2O=2K2CO3 +2O2+2H2O2 2KO2= K2O2 + O2 2KO2 + 2H2O=O2 +2KOH +H2O2 4KO2 +2CO2 =2K2CO3 +3O2 答：4,38,思考题2：下列元素中具有最高的第一电离能的是（）；具有最高的第二电离能的是（）。 钠， 钾， 镁， 钙 答：3，1 从金属原子的半径、电荷的变化判断电离能的大小。半径越小，电荷数越高，电离能越大。,39,思考题3：下列元素中最可能形成共价化合物的是 钙， 锶， 镁， 铍 答：4 铍的半径小、极化力大，易形成共价化合物。,40,思考题4：锂和氧反应在空气中燃烧主要生成超氧化物的是 LiO， (2)LiO2， (3)Li2O, (4)Li2O2 答：3 在碱金属中仅锂和氧反应生成正常氧化物。,41,思考题5：下述氢化物中稳定性最大的是 NaH， (2)KH， (3)RbH, (4)LiH 答：4 碱金属氢化物的还原性从锂到铷增强，故稳定性减弱。,42,思考题