第十一章---元素化学1..ppt

无机及分析化学 第十一章元素化学 1 第十一章元素化学 11 1元素概述11 2s区元素11 3p区元素 无机及分析化学 第十一章元素化学 2 11 1元素概述 11 1 1元素分布11 1 2元素分类 无机及分析化学 第十一章元素化学 3 11 1 1元素分布迄今为止 人类已经发现的元素和人工合成的元素共112种 其中地球上天然存在的元素有92种 元素在地壳中的含量称为丰度 常用质量分数来表示 地壳包括岩石圈 水圈 大气圈 约占地球总重量的0 7 地壳中含量居前十位元素见表11 1 无机及分析化学 第十一章元素化学 4 表11 1地壳中主要元素的质量百分数由表可知 这10种元素占了地壳总质量的99 2 而且轻元素含量较高 重元素含量较低 无机及分析化学 第十一章元素化学 5 海洋是元素资源的巨大宝库 人类一直在探索 开发海洋资源 表11 2列出海水中含量较大的前7种元素 不包括H O 表11 2海水中元素含量 未计水和溶解气体量 无机及分析化学 第十一章元素化学 6 除上表所列元素外 海水中尚含有C Sr B Si Al F N Rb Li I及微量的U Zn Cu Mn Ag Au Ra等 共约50余种元素 这些元素大多与其它元素结合成无机盐的形式存在于海水中 由于海水的总体积 约1 4 109Km3 十分巨大 虽然某些元素的百分含量极低 但在海水中的总含量却十分惊人 如I2总量达7 0 1013Kg 而I元素的质量百分数仅为0 000005 因此 海洋是一个巨大的物资库 无机及分析化学 第十一章元素化学 7 大气也是元素的重要自然资源 世界上向大气索取的O2 N2 稀有气体等物资 每年数以万吨计 表11 3大气的主要成份 未计入水蒸气的量 无机及分析化学 第十一章元素化学 8 11 1 2 元素分类 根据研究目的的不同 元素的分类常见的有三种 1 金属与非金属根据元素的性质进行分类 分为金属与非金属 在元素周期表中 以B Si As Te At和Al Ge Sb Po两条对角线为界 处于对角线左下方元素的单质均为金属 包括s区 ds区 d区 f区及部分p区元素 处于对角线右上方元素的单质为非金属 仅为p区的部分元素 处于对角线上的元素称为准金属 其性质介于金属和非金属之间 大多数的准金属可作半导体 无机及分析化学 第十一章元素化学 9 2 普通元素和稀有元素根据元素在自然界中的分布及应用情况 将元素分为普通元素和稀有元素 稀有元素一般指在自然界中含量少 或被人们发现的较晚 或对它们研究的较少 或提炼它们比较困难 以致在工业上应用也较晚的元素 前四周期 Li Be 稀有气体除外 ds区元素为普通元素 其余为稀有元素 通常稀有元素也可继续分为 轻稀有金属 高熔点稀有金属 分散稀有元素 稀有气体 稀土金属 放射性稀有元素等 无机及分析化学 第十一章元素化学 10 3 生命元素与非生命元素根据元素的生物效应不同 又分为有生物活性的生命元素和非生命元素 生命元素又可根据在人体中的含量及作用再进行细分 可分为人体必需元素 essentialelements 包括宏量元素和微量元素 和有毒元素 toxicelements 无机及分析化学 第十一章元素化学 11 无机及分析化学 第十一章元素化学 12 11 2s区元素 11 2 1s区元素概述11 2 2单质的化学性质11 2 3氧化物和氢氧化物11 2 3盐类11 2 5锂 铍的特殊性和对角线规则 无机及分析化学 第十一章元素化学 13 无机及分析化学 第十一章元素化学 14 11 2 1s区元素概述 A ns1 LiNaKRbCsFr碱金属 A ns2 BeMgCaSrBaRa碱土金属碱金属 原子半径在同周期中最大 易失去电子 第一电离能最低 金属性最强 氧化值为 1 碱土金属 原子半径比碱金属小 金属性比碱金属略小 氧化值 2 同族元素 从上到下 原子半径增大 易失去电子 金属性增强 无机及分析化学 第十一章元素化学 15 1 Li Be的半径是同族元素中最小的 所以其化合物带有更多的共价性 如 LiI BeI2 Li和Be与同族元素相比 性质差异较大 2 水合能 Mz g H2OMz aq 过程的热效应 离子半径越小 电荷越高 水合能越大 放出热量 3 电极电势 Li特别小 是因为Li有较大的水合能 无机及分析化学 第十一章元素化学 16 11 2 2单质的化学性质 1 与O2反应在氧气中燃烧 形成碱金属 正常氧化物M2O M Li 过氧化物M2O2 M Na 超氧化物MO2 M K Rb Cs 碱土金属 正常氧化物MO M Be Mg Ca Sr Ba 无机及分析化学 第十一章元素化学 17 2 与H2反应除Be Mg 在高温下均与氢化合 生成离子型氢化物 2Na H2 2NaHCa H2 CaH2离子型氢化物与水反应 放出H2NaH H2O NaOH H2 离子型氢化物是强还原剂TiCl4 4NaHTi 4NaCl 2H2 无机及分析化学 第十一章元素化学 18 3 与H2O反应均可与水反应2Na 2H2O 2NaOH H2 H2OpH 7 C H 10 7mol L 1 H H2 0 414V电势低于 0 414V的金属均可与水反应 锂的电势最低 但反应不如钠 钾剧烈 电势高低反映了反应的可能性 和反应速率无直接关系 锂与水反应速率慢的主要原因有 1 反应产物LiOH溶解度较小 阻碍反应进行 2 锂的熔点高 反应产生的热量不能使其熔化 铍 镁与冷水作用很慢 也是因为产物在水中溶解度小 无机及分析化学 第十一章元素化学 19 11 2 3氧化物和氢氧化物1 氧化物 1 正常氧化物锂和碱土金属在空气中燃烧 得到正常氧化物 其他碱金属正常氧化物可利用金属还原硝酸盐 10M 2MNO3 6M2O N2 碱土金属氧化物还可由碳酸盐 硝酸盐加热分解得到 CaCO3 CaO CO2 2Sr NO3 2 2SrO 4NO2 O2 氧化物与水作用生成氢氧化物Na2O H2O 2NaOH同一族从上到下 反应剧烈程度增加 Li2O BeO MgO反应缓慢 无机及分析化学 第十一章元素化学 20 2 过氧化物除Be外都可形成过氧化物Na2O2白色粉末 工业品一般为黄色 可用作氧化剂 漂白剂和氧气发生剂 性质 与水 稀酸 CO2作用Na2O2 2H2O 2NaOH H2O2Na2O2 H2SO4 Na2SO4 H2O2Na2O2 2CO2 2Na2CO3 O2 H2O2易分解H2O2 2H2O O2 2Na2O2 2H2O 热 4NaOH O2 无机及分析化学 第十一章元素化学 21 3 超氧化物除Li Be Mg 都可形成超氧化物 性质 与水 稀酸 CO2作用2KO2 2H2O 2KOH H2O2 O2 2KO2 H2SO4 K2SO4 H2O2 O2 4KO2 2CO2 2K2CO3 3O2 无机及分析化学 第十一章元素化学 22 2 氢氧化物 BeO几乎不与水作用 MgO与水缓慢反应 其余氧化物遇水都生成碱 溶解性 碱金属氢氧化物 除LiOH 都溶于水 碱土金属氢氧化物 Be OH 2 Mg OH 2难溶 从Be OH 2到Ba OH 2溶解度增大 碱性 Be OH 2为两性 LiOH Mg OH 2中强碱 其余为强碱 碱性 ROH 的强弱可用离子势来判断 z r 离子势 z R的电荷 r R的半径 无机及分析化学 第十一章元素化学 23 R O H 发生酸式解离 溶液呈酸性R O H 发生碱式解离 溶液呈碱性 同一主族从上到下碱性逐渐增强 同一周期碱金属氢氧化物的碱性强于碱土金属 越大 电荷高 半径小 越易发生酸式解离 越小 越易发生碱式解离 无机及分析化学 第十一章元素化学 24 性质 NaOH和KOH是重要的碱 NaOH价格便宜 应用更广泛 碱能与酸 酸性氧化物 盐反应 还可与两性金属和某些非金属作用 放出H2 2Al 2NaOH 6H2O 2Na Al OH 4 3H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 卤素 硫 磷等在碱中能发生歧化反应 X2 2NaOH NaX NaXO H2OX Cl Br I 无机及分析化学 第十一章元素化学 25 11 2 4盐类1 晶型 碱金属盐大多为离子型的 其熔沸点高 碱土金属离子电荷大 半径小 极化力较碱金属离子强 它们的盐有一定共价性 Li Be2 半径小 极化力强 化合物共价性明显 LiCl有一定共价性 熔点最低 其余均为离子键 从NaCl CsCl 随半径增大 离子键强度减小 熔点降低 无机及分析化学 第十一章元素化学 26 从BeCl2 BaCl2 随半径增大 离子极化作用减小 共价性减弱 离子性增强 熔点升高 无机及分析化学 第十一章元素化学 27 2 溶解性 碱金属盐大多易溶于水 除Li盐 有少数难溶盐 如 Na Sb OH 6 白色 KClO4 白色 K2 PtCl6 淡黄色 K B C6H5 4 白色 NaAc Zn Ac 2 3UO2 Ac 2 9H2O 黄绿色 碱土金属的卤化物 除氟化物 硝酸盐 醋酸盐是易溶的 而碳酸盐 硫酸盐 磷酸盐 草酸盐 铬酸盐多是难溶的 离子型化合物溶解性规律 阴离子和阳离子半径相差越大 溶解度越大 无机及分析化学 第十一章元素化学 28 碱金属和碱土金属离子属于大阳离子 从Mg2 Ba2 与小阴离子F OH 形成的化合物溶解度增大 与大阴离子SO42 CrO42 CO32 形成的化合物溶解度减小 表9 8一些碱土金属难溶化合物的溶度积 无机及分析化学 第十一章元素化学 29 碱金属卤化物的溶解性 LiFNaFKFRbFCsF溶解度小大LiINaIKIRbICsI溶解度大小 无机及分析化学 第十一章元素化学 30 3 含氧酸盐的热稳定性 碱金属含氧酸盐 一般热稳定性高 除碳酸氢盐 硝酸盐 碱土金属含氧酸盐 热稳定性低 并且随半径增大 分解温度升高 BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3热稳定性增加分解温度升高 无机及分析化学 第十一章元素化学 31 含氧酸盐热稳定性变化规律可用离子极化来解释 以碳酸盐 MCO3 为例 CO32 为平面三角形 C4 对三个O2 产生极化 M2 与其接近时 对邻近的一个O2 也产生极化作用 该极化与C4 对O2 的极化作用方向相反 称为反极化 无机及分析化学 第十一章元素化学 32 M2 反极化作用导致C4 与O2 的连接减弱 M2 反极化作用足够强 可使O2 偶极颠倒 导致CO32 分解为MO和CO2 因此 金属离子极化力越强 碳酸盐越易分解 H 半径很小 极化力强 所以 热稳定性 碳酸盐 碳酸氢盐 碳酸碱金属盐 碱土金属盐碱土金属盐随半径增大 热稳定性增加 无机及分析化学 第十一章元素化学 33 11 2 5锂 铍的特殊性和对角线规则在周期表中 某元素的性质和它左上方或右下方的另一元素性质相似 称为对角线规则 这种相似性明显存在于下列三对元素之间 LiBeBCNaMgAlSi 无机及分析化学 第十一章元素化学 34 1 锂与镁的相似性 锂与镁的相似性表现在 1 在空气中燃烧形成正常氧化物 其他碱金属一般形成过 超氧化物 2 都能与N2直接化合生成氮化物 Li3N Mg3N2 其他碱金属不与N2直接化合 3 氟化物 碳酸盐 磷酸盐均难溶于水 其它碱金属相应盐均为易溶盐 无机及分析化学 第十一章元素化学 35 4 氢氧化物均为中强碱 在水中溶解度不大 加热易分解为氧化物 其它碱金属氢氧化物均为强碱 不分解 5 硝酸盐加热分解产物相同 均为氧化物 二氧化氮和氧气 其它碱金属硝酸盐分解为亚硝酸盐和氧气 6 氯化物具有共价性 能溶于有机溶剂 水合氯化物受热时发生水解 LiCl H2O LiOH HCl MgCl