《S区元素》PPT课件.ppt

第十章S区元素 元素化学概述S区元素概述S区元素的单质S区元素的化合物对角线规则 第一节元素化学概述 1 元素化学 常被称为叙实化学或描述化学元素化学主要讨论元素及其化合物的存在 性质 制备和用途 2 元素的丰度 化学元素在地壳中的含量 地球表面下16Km厚的岩石层称为地壳 较轻的元素含量较多 较重的元素含量较少 原子序数为偶数的元素含量较多 原子序数为奇数的元素含量较少 丰度可以用质量分数表示 也可用原子分数表述 分别称为质量Clarke值和原子Clarke值 同一元素二者的值并不相同 氧是地壳中含量最多的元素 其次是硅 二者的总质量约占地壳的75 氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁8中元素的总质量占地壳的90 以上 人体中大约含有30多种元素 11中为常量元素 约占人体质量的99 95 其余的为微量元素或超微量元素 3 元素的分类 普通元素和稀有元素 稀有元素 一般是指在自然界中含量少 或被人们发现较晚 或对其研究较少 或比较难以提炼 以致在工业上应用得也较晚的元素 在自然界中只有少数元素 如稀有气体 O2 N2 S C Au Pt等 以单质的形态存在 大多数以化合态 而且主要以氧化物 硫化物 卤化物和含氧酸盐的形式存在 s区 ns1 2p区 ns2np1 6 He无p电子 d区 n 1 d1 10ns1 2 Pd无s电子 f区 n 2 f1 14 n 1 d0 2ns2 结构分区 第二节S区元素概述 1 S区包括哪些元素 碱金属 第 A元素 锂 钠 钾 铷 铯 钫 碱土金属 第 A元素 铍 镁 钙 锶 钡 镭 2 S区元素的特点 S区元素是最活泼的金属元素 原子半径 核电荷数 第一电离能 同一族元素自上而下性质的变化是有规律的 原子半径 离子半径 电离能 电负性 金属性 还原性 各族元素通常只有一种稳定的氧化态 S区元素的单质是最活泼的金属 除铍和镁外 都较易与水反应 形成稳定的氢氧化物 这些氢氧化物大多是强碱 S区元素所形成的化合物大多是离子型的 锂和铍的离子半径小 极化作用较强 形成的化合物是共价型的 有一部分锂的化合物是离子型的 少数镁的化合物也是共价型的 常温下 在S区元素的盐类水溶液中 金属离子大多数不发生水解反应 除铍以外 S区元素的单质都能溶于液氨生成蓝色的还原性溶液 碱金属的标准电极电势都很小 且从钠到铯逐渐减小 但锂出现反常性 第三节S区元素的单质 一 单质的物理性质和化学性质二 S区元素的存在和单质的制备 一 单质的物理性质和化学性质 1 物理性质具有金属光泽的银白色 铍为灰色 金属 它们都是轻金属 碱金属的密度都小于2g cm 3 能浮在水面上 碱土金属的密度都小于5g cm 3 碱金属 碱土金属的硬度很小 除铍 镁外 硬度都小于2 金属键较弱 碱金属 碱土金属具有良好的导电性 导热性 轻 软 低熔点 2 化学性质碱金属和碱土金属是化学活泼性很强或较强的金属元素 它们能直接或间接地与电负性较大的非金属元素形成相应的化合物 碱金属有很高的反应活性 在空气中极易形成M2CO3的覆盖层 因此需保存在无水的煤油中 锂的密度小 能浮在煤油上 因此需保存在液体石蜡中 碱土金属的活泼性不如碱金属 铍和镁表面形成致密的氧化物保护膜 碱金属的化学反应 A 碱金属和碱土金属的标准电极电势很小 相应金属的还原性强 都能与水反应 并生成氢气 钠 钾与水反应激烈 放出大量的热 使钠 钾熔化 同时使氢燃烧 B 锂的反应不如钠激烈 原因在于锂的升华焓很大 不易活化 因而反应速率较小 另外 反应生成的氢氧化锂溶解度较小 覆盖在金属表面上 从而也降低了反应速率 C 常将钠与钙作为某些有机溶剂的脱水剂 但不能用钠脱除醇中的水 因为钠与醇反应能生成醇钠和氢气 碱土金属的化学反应 A 同周期的碱土金属与水反应不如碱金属激烈 铍 镁与冷水作用很慢 原因在于金属表面形成了一层难溶的氢氧化物 阻止了金属与水的进一步作用 钡 钙可以用作真空管中的脱气剂 除去少量的氮 氧等气体 镁在炼钢中作为除氧剂和脱硫剂 B 卤代烃与金属镁在醚中反应生成烃基卤化镁 称为格氏 Grignard 试剂 这是一种亲核性极强的试剂 可与许多有机 无机化合物发生反应 3 焰色反应碱金属和碱土金属中的钙 锶 钡及其挥发性化合物在无色的火焰中灼烧时 其火焰都具有特征的焰色 称为焰色反应 原因是它们的原子或离子受热时 电子容易被激发 当电极从较高能级跃迁到较低能级时 相应的能量以光的形式释放出来 产生线状光谱 S区元素的火焰颜色 二 S区元素的存在和单质的制备 在自然界中不存在碱金属和碱土金属的单质 这些元素多以离子型化合物的形式存在 钠 钾和除镭外的碱土金属在自然界中的分布均很广 钠和镁等S区主要金属的制备一般采用电解熔融盐的方法 但实际生产中 钾的制备并不采用电解KCl熔盐的方法 工业上采用热还原法 类似的 用金属钙还原可以生产金属铷和铯 铝热法可以生产锶和钡 原因在于钾太容易熔化在KCl中 以致不能浮在电解槽的上部加以分离收集 而且钾在操作温度下迅速气化 增加了不安全因素 第四节S区元素的化合物 一 氢化物二 氧化物三 氢氧化物四 重要盐类及其性质 一 氢化物 1 氢化物的制备 2 氢化物的物理性质 常温下离子型氢化物都是白色晶体 熔点 沸点较高 熔融时能够导电 碱金属氢化物具有NaCl型晶体结构 钙 锶 钡的氢化物具有像某些重金属氯化物 如斜方PbCl2 那样的晶体结构 在碱金属氢化物中 H 的离子半径在126pm LiH 到154pm CsH 这样大的范围内变化 3 氢化物的化学性质 离子型氢化物的热稳定性差异大 分解温度各不相同 碱金属氢化物中 LiH最稳定 熔点为850 C 碱土金属氢化物的热稳定性比碱金属氢化物的高一些 BaH2具有较高的熔点 1200 C 离子型氢化物与水都发生剧烈的水解反应 离子型氢化物都具有强还原性 二 氧化物 A 制备 1 正常氧化物 碱金属中的锂和碱土金属在空气中燃烧时 可以生成正常氧化物LiO2和MO 其他碱金属的正常氧化物是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用得到的 碱土金属的碳酸盐 硝酸盐等热分解也能得到氧化物MO B 性质 碱金属氧化物与水化合生成碱性氢氧化物MOH Li2O与水反应很慢 Rb2O和Cs2O与水发生剧烈反应 BeO几乎不与水反应 MgO与水缓慢反应生成相应的碱 CaO SrO BaO遇水都能发生剧烈反应生成相应的碱 并放出大量的热 BeO和MgO可作耐高温材料 与M 相比 M2 的电荷多 离子半径小 碱土金属氧化物具有较大的晶格能 熔点很高 硬度也较大 2 过氧化物 过氧化钠 Na2O2 将金属钠在铝制容器中加热到300 C 并通入不含二氧化碳的干空气 得到淡黄色的颗粒状Na2O2粉末 过氧化钠与水或稀硫酸在室温下反应生成过氧化氢 过氧化钠与二氧化碳反应 放出氧气 氧气发生剂和二氧化碳吸收剂 过氧化钠是强氧化剂 工业上用作漂白剂 熔融时不分解 但遇到棉花 木炭或铝粉等还原性物质时会爆炸 使用时注意安全 3 超氧化物 A 制备 一般金属性较强的的元素容易形成含氧较多的氧化物 因此钾 铷 铯容易生成超氧化物 B 性质 超氧化物与水反应立即产生氧气和过氧化氢 其为强氧化剂 去除CO2和湿气并提供氧气 三 氢氧化物 1 物理性质溶解度 碱金属氢氧化物易溶于水 LiOH稍小 溶解时放出大量的热 碱土金属氢氧化物的溶解度较小 铍 镁的氢氧化物难溶 从铍到钡溶解度逐渐增大 2 化学性质除铍的氢氧化物为两性氢氧化物外 其他的都是强碱或中强碱 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH中强碱强碱强碱强碱强碱 Be OH 2 Mg OH 2 Ca OH 2 Sr OH 2 Ba OH 2两性强碱强碱强碱强碱 氢氧化钠 NaOH 俗称烧碱 工业上制备采用电解食盐水溶液的方法 用碳酸钠和熟石灰反应 苛化法 也可以制备 氢氧化锂 LiOH 在宇宙飞船和潜水艇等密封环境中用于吸收二氧化碳 氢氧化钙 Ca OH 2 俗称熟石灰或消石灰 可由CaO与水反应制得 四 重要的盐类及其性质 1 盐的种类卤化物 硝酸盐 硫酸盐 碳酸盐等 2 盐的性质晶体类型 溶解度 热稳定性等 A 晶体类型碱金属的盐大多数是离子晶体 由于Li 半径很小 极化能力较强 它的某些盐 如卤化物 中表现出不同程度的共价性 碱土金属离子极化力比碱金属离子强 因此碱土金属盐四离子键特征比碱金属差 但同族元素随着金属离子半径的增大 键的离子性增强 碱金属离子和碱土金属离子是无色的 因而它们的盐类的颜色一般取决于阴离子的颜色 无色阴离子 X NO3 SO42 等 有色的阴离子盐如紫色的KMnO4 黄色的BaCrO4 橙色的K2Cr2O7等 B 溶解度碱金属的盐类大多数都易溶于水 少数碱金属的盐难溶于水 如LiF Li2CO3 Li3PO4等 少数大阴离子的碱金属盐是难溶的 碱土金属的盐比相应的碱金属盐溶解度小 而且不少是难溶的 如碳酸盐 磷酸盐以及草酸盐等都是难溶盐 六亚硝酸根合钴 酸钠与钾盐作用 生成亮黄色的六亚硝酸根合钴 酸钠钾沉淀 可用来鉴定K 醋酸铀酰锌与钠盐作用 生成淡黄色多面体形晶体NaAc ZnAc2 3UO2Ac2 9H2O 可以用来鉴定Na 钙盐中CaC2O4的溶解度最小 其为白色 可用来鉴定Ca2 BaSO4是唯一无毒的钡盐 可强烈吸收X射线 它溶解度特别小 不溶于酸 可用来鉴定SO4 利用黄色的BaCrO4沉淀可以鉴定Ba2 C 热稳定性碱金属的一般具有较强的热稳定性 卤化物在高温时挥发而不分解 硫酸盐在高温下既不挥发也难分解 碳酸盐中除Li2CO3在700 C部分分解外 其余的在800 C以下均不分解 硝酸盐稳定性差 加热时易分解 碱土金属盐的热稳定性比碱金属差 但常温下也都是稳定的 碱土金属的碳酸盐 硫酸盐等的稳定性都是随着金属离子半径的增大而增强 表现为分解温度一次升高 此规律可用离子极化来解释 Li 和Be2 的极化力在碱金属和碱土金属中是最强的 它们非常容易从CO32 中夺取O2 成为氧化物 因此它们的碳酸盐在各自同族元素的碳酸盐中都是最不稳定的 3 几种重要的盐 碳酸锂 Li2CO3 碳酸锂是制取其他锂化合物的原料 如制备氢氧化锂 氯化钠和碳酸钠 氯化钠是钠的最主要的矿物资源 是制备其他钠化合物和金属钠的原料 碳酸钠俗称纯碱或苏打 工业上 以NaCl为原料 采用联碱法制备碳酸钠 即将CO2通入含有NH3的NaCl饱和溶液中 将析出的NaHCO3分离后进行煅烧 分解为Na2CO3 氯化钾 KCl是制取其他钾化合物的基本原料 也用来制取金属钾 电解KCl水溶液可得到KOH 根据在热水中NaCl的溶解度较小 利用KCl和NaNO3溶液可以制得KNO3 第五节对角线规则 一 锂的特殊性二 铍的特殊性三 对角线规则 一 锂的特殊性 锂的熔点 硬度高于其他碱金属 但导电性较弱 锂的标准电极电势在同族元素中反常地低 原因在于Li 的水合热较大 锂在空气中燃烧时能与氮气直接作用生成氮化物 原因在于其离子半径小 对晶格能贡献大 LiOH红热时分解 但其他MOH不分解 LiH的热稳定性比MH高 LiF Li2CO3 Li3PO4难溶于水 二 铍的特殊性 锂的熔点 沸点 硬度比其他碱土金属高 但有脆性 铍的电负性较大 有较强的形成共价键的倾向 铍的化合物的热稳定性较差 易水解 铍的氢氧化物Be OH 2呈两性 三 对角线规则 在S区和p区元素中 除了同族元素的性质相似外 还有一些元素及其化合物的性质呈现出 对角线 相似性 1 锂与镁的相似性 在过量的氧气中燃烧时不生成过氧化物 而生成正常氧化物 都能与氮气直接化合生成氮化物 与水反应均较缓慢 它们的氢氧化物都是中强碱 溶解度都不大 在加热时可分解为Li2O和MgO 它们的某些盐类如氟化物 碳酸盐 磷酸盐均难溶于水 它们的碳酸盐在加热下均能分解为相应的氧化物和二氧化碳 它们的氯化物均能溶于有机溶剂中 表现出共价特征 1 铍与铝的相似性 它们都是两性金属 既能溶于酸 也能溶于强碱 它们的表征电极电势相似都能被冷的浓硝酸钝化 它们的氧化物均是熔点高 硬度大的物质 它们的氢氧化物都是两性氢氧化物 而且都难溶于水 它们的氟化物都能与碱金属的氟化物形成配合物 它们的氯化物 溴化物 碘化物都易溶于水 氯化物都是共价型化合物 易升华 易聚合 易溶于有机溶剂 离子极化作用 离子晶体的结构 1 离子晶体的定义2 离子晶体的特点3 离子晶体类型 靠正 负离子相互作用形成的离子键而