普通化学S区元素

1、S区元素区元素S Block ElementsS S区元素概述区元素概述S S区元素概述区元素概述碱金属碱金属 (alkalin metals) (A): ns1锂锂lithium钠钠sodium钾钾potassium铷铷rubidium铯铯caesium钫钫francium碱土金属碱土金属 (alkalin earth metals) (A): ns2铍铍beryllium镁镁magnesium钙钙calcium锶锶strontium钡钡barium镭镭radium原子半径增大原子半径增大金属性、还原性增强金属性、还原性增强电离能、电负性减小电离能、电负性减小原子半径减小原子半径减小金属性、

2、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大S S区元素概述区元素概述 有金属光泽，密度小，硬有金属光泽，密度小，硬度小，熔点低、导电、导热度小，熔点低、导电、导热性好的特点性好的特点1. 1. 单质的物理性质单质的物理性质S S区元素概述区元素概述单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2(1) 与氧、硫、氮与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物卤素反应，形成相应的化合物 2. 单质的化学性质单质的化学性质钾（橙黄）、铷（深棕）、铯（深黄）易生成超氧化物钾

3、（橙黄）、铷（深棕）、铯（深黄）易生成超氧化物为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？QuestionQuestion 1 1Solution哪一个燃烧反应的哪一个燃烧反应的 负值最大，产物就是负值最大，产物就是哪一个。哪一个。 Na生成生成Na2O、Na2O2 和和 NaO2的的 分别是分别是 376 kJmol-1, 430 kJmol-1和和 389.2 kJmol-1, 因此因此燃烧产物就是燃烧产物就是 Na2O2 。 GGS S区元素概述区元素概述S S区元素概述区元素概述(2) 与水作用与水作用碱金属被水氧化的反应为碱金属被水氧化的反应为: 2 M(s)

4、 + 2 H2O (l) 2 M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)碱土金属被水氧化的反应为碱土金属被水氧化的反应为: M(s) + 2 H2O (l) M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致密的氧化物保护膜而显得十分稳定。密的氧化物保护膜而显得十分稳定。LiLiNaNaKKS S区元素概述区元素概述 锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属与水反应没有其他金属与水的反应激烈？与水的

5、反应激烈？ 电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并无直接的联系。两者之间并无直接的联系。 Li与水反应不激烈，主要原因与水反应不激烈，主要原因（1）锂的熔点较高，）锂的熔点较高，与水反应与水反应产生的热量不足以使其熔化产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的产物溶解度较小，易覆与水反应的产物溶解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.

6、8 312.04 301.55MOH 在水中的在水中的溶解度溶解度/(molL- -1)QuestionQuestion 2 2SolutionS S区元素概述区元素概述 (3) 焰色反应焰色反应 (flame reaction)元元 素素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 颜颜 色色 深红深红 黄黄 紫紫 红紫红紫 蓝蓝 橙红橙红 深红深红 绿绿波波 长长 / nm 670.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5 碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应时，

7、会呈现出一定的颜色，称为焰色反应 (flame reaction)。可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特。可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外。别是在野外。S S区元素概述区元素概述图Cpp-262LiNaKCaSrBa著名的炼丹家和医药大师陶弘景著名的炼丹家和医药大师陶弘景(456 563) (456 563) 在他的在他的本本草经集注草经集注中就有这样的记载中就有这样的记载“以火烧之，紫青烟以火烧之，紫青烟起，云是真硝石起，云是真硝石( (硝酸钾硝酸钾) )也也”。说明我国人民很。说明我国人民很早就知道用焰色反应鉴别硝酸钾。由于当时及以后的许多早就知道用焰色反应鉴别硝酸钾。由于当

8、时及以后的许多年里，生产力水平不高，这种方法一直没有得到广泛的应年里，生产力水平不高，这种方法一直没有得到广泛的应用及发展。用及发展。M3PM3N (M = Li)MHMNH2 + H2MOH + H2汞齐汞齐MX （X = 卤素卤素）M2O （M = Li, Na）M2CO3M+ (am) + e- (am)M2SM2O2 （M = Na, K, Rb, Cs）MO2 （M = K, Rb, Cs）碱碱 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应PN2MH3(溶液或气态溶液或气态)H2OMX2S液液NH3有有 Fe 存在存在HgO2O2 + CO2 氮化锂是碱金属氮化物

9、中热稳定性最高的化合物，也氮化锂是碱金属氮化物中热稳定性最高的化合物，也是当中唯一一个可以在室温下制备的化合物。氮化物熔点是当中唯一一个可以在室温下制备的化合物。氮化物熔点很高，常温下为紫色或红色的晶状固体。很高，常温下为紫色或红色的晶状固体。 细粉状的氮化锂可在空气中起火燃烧，因此氮化锂必细粉状的氮化锂可在空气中起火燃烧，因此氮化锂必须在惰性气氛中储存和处理。须在惰性气氛中储存和处理。 氮化锂是超强碱，其碱性比负氢离子还要强，因此可氮化锂是超强碱，其碱性比负氢离子还要强，因此可以将氢去质子化：以将氢去质子化：Li3N (s) + 2 H2 (g) LiNH2 (s) + 2 LiH (s)

10、氮化锂在氢气中加热时可相继得到氨基锂（氮化锂在氢气中加热时可相继得到氨基锂（LiNH2）、亚）、亚氨基锂（氨基锂（Li2NH），最终转化为氢化锂，并放出氨。），最终转化为氢化锂，并放出氨。 s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均为白色晶体， 热稳定性差/ kJmol-1fHm12.3.1 氢化物2.还原性强 钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH2242H4NaClTiTiCl4NaH剧烈水解：(g)HMOHOHMH22(g)H2Ca(OH)OH2CaH22

11、22V)23. 2)/H(H(2-=-E3.形成配位氢化物3LiClLiAlHAlCl4LiH43（无水）乙醚铝氢化锂LiAlH4受潮时强烈水解23244HAl(OH)LiOHO4HLiAlH1.形成三类氧化物622p2s2s 1稳定性:O2- O2- O22-42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物(O2-)：过氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)32p4p22p222s22s)()()()()(*KK12.3.2 氧化物2.制备：直接：间接：222ONaO2Na22KOOKO2Na2NaONa222223NO6K10K2KNO(g)COMO MCO233.化学性

12、质与H2O的作用：2MOHOHOM22（Li Cs剧烈程度）（BeO除外）22222OH2NaOHO2HONa2MOHOHOM2222222OOH2KOHO2H2KO与CO2的作用：3222COLiCOOLi)g(OCO2Na2COO2Na232222)(g3OCO2K2CO4KO23222碱碱 土土 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应M3N2 (M = Mg)MO + H2(M = Be, Mg)MO2 (M = Ba), MOM(OH)2 + H2(M = Ca, Sr, Ba)MH2 (M = Ca, Sr, Ba)M(NH2)2 + H2HMO2- + H

13、2 (M = Be)N2H2O水蒸气水蒸气MO2NH3MX2NaOHS S区元素单质制备区元素单质制备化学元素在地壳中存在的多寡，称为丰度。由于它是一种相对比较的数化学元素在地壳中存在的多寡，称为丰度。由于它是一种相对比较的数值，习惯上称为相对丰度。就地壳中化学元素的分布情况来看。氧是丰值，习惯上称为相对丰度。就地壳中化学元素的分布情况来看。氧是丰度占第一位的元素，它几乎占了地壳中元素总量的一半。丰度占第二位度占第一位的元素，它几乎占了地壳中元素总量的一半。丰度占第二位的是硅，它约占元素总量的的是硅，它约占元素总量的1/4。硅是粘土的主要成分，也是某些矿物和。硅是粘土的主要成分，也是某些矿物和

14、岩石的组分。丰度为第三位和第四位的元素是最常见和最有用的金属岩石的组分。丰度为第三位和第四位的元素是最常见和最有用的金属铝和铁。在地壳中含量最丰富的铝和铁。在地壳中含量最丰富的12种元素是种元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛、碳、氯、磷钾、镁、氢、钛、碳、氯、磷，它们占地壳总量的，它们占地壳总量的99.50%。S S区元素单质制备区元素单质制备23)LiAl(SiO锂辉石锂辉石:83OAlSiNa钠长石钠长石:83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)2243钾长石钾长石:光卤石光卤石:明矾石明矾石:绿柱石绿柱石:菱镁矿菱镁矿:3MgC

15、O石石 膏膏:O2HCaSO24大理石大理石:3CaCO萤萤 石石:2CaF天青石天青石:4SrSO重晶石重晶石:4BaSO 本区元素均以矿物形式存在本区元素均以矿物形式存在S S区元素单质制备区元素单质制备绿柱石绿柱石（Beryl）铍铝硅酸盐矿物铍铝硅酸盐矿物 含铬绿柱石称为：祖母绿（Emerald），它和钻石、红宝石、蓝宝石、金绿宝石一起被誉为世界五大名贵宝石，在国际市场上，优质祖母绿的价格比钻石还贵。五月的生辰石。 含致色离子铁者呈天蓝色或海蓝色，这就是海蓝宝石（Aquamarine）。 S S区元素单质制备区元素单质制备s s区金属单质的制备方法区金属单质的制备方法K CaRb SrC

16、s BaLi BeNa Mg金属热还原法金属热还原法 可利用可利用Ellingham图图 进行判断进行判断电解含电解含5859 (CaCl2) 的熔融的熔融 NaCl: 2Cl- - Cl2 +2e- -2 Na+ + 2 e- - 2 Na2 NaCl(l) 2 Na (l) + Cl2(g)(阴极阴极) (阳极阳极)熔盐电解法熔盐电解法S S区元素用途区元素用途两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序： 顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排序较后元素在某些特定应用领域的重要意义。序较后元素在某

17、些特定应用领域的重要意义。 金金 属属: Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物化合物: Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be1. 制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做 有机化学中的还原剂和催化剂；有机化学中的还原剂和催化剂；2. 制造合金制造合金Al-Li(含锂含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空因质量轻和强度大而用于空 间飞行器；间飞行器；3. 制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏 器等）；器等）；4. 同位素同位素(在天然锂中约

18、占在天然锂中约占.%)受中子轰击产生热核受中子轰击产生热核 武器的主要原料氚：武器的主要原料氚：HeHLi n42316310S S区元素用途区元素用途 在此裂变中，在此裂变中，1kg锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭, 比比U-235裂变产生的能量还要大裂变产生的能量还要大8倍。倍。1kg锂至少可以发出锂至少可以发出340千瓦千瓦的电力。一座的电力。一座100千瓦的电厂一年消耗千瓦的电厂一年消耗5吨锂。（扎布耶湖）吨锂。（扎布耶湖）金属锂金属锂 未来的新能源未来的新能源锂矿石冶炼锂矿石冶炼锂盐锂盐同位素分离同位素分离锂锂 - 6重重 水水 生生 产产 氘

19、氘氘化锂氘化锂 - 6氢弹氢弹氚氚锂锂 6元件元件(锂锂 - 铝合金铝合金)反应堆辐照反应堆辐照分离纯化分离纯化S S区元素用途区元素用途 1. 作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别 是还原制备钛：是还原制备钛： TiCl4 + 4 Na Ti + 4 NaCl2. 因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增 殖反应堆的致冷剂。殖反应堆的致冷剂。3. 制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。4. 制作钠灯。制作钠灯。加热加热S S区元素用途区元素用途S

20、S区元素用途区元素用途 工业用途小，世界年产量只及钠的工业用途小，世界年产量只及钠的 0.1% ！主要用于制造（生氧！主要用于制造（生氧剂）和低熔点钠钾合金（用做干燥剂和还原剂），也用做核反应堆剂）和低熔点钠钾合金（用做干燥剂和还原剂），也用做核反应堆的冷却剂。的冷却剂。另外，在制造电子管时，也用它来吸收真实管内剩余的另外，在制造电子管时，也用它来吸收真实管内剩余的氧气与水汽。金属钾与金属钠的合金，熔点很低，在常温下是液体氧气与水汽。金属钾与金属钠的合金，熔点很低，在常温下是液体，可以用来代替水银制造温度计。，可以用来代替水银制造温度计。 钾的最主要用途是制造钾肥。钾的最主要用途是制造钾肥。

21、庄稼是非常需要钾的。庄稼缺乏钾，茎秆便不会硬挺直立，易倒伏，对外界的抵抗力也大大减强。平均起来，每收获一吨小麦或庄稼是非常需要钾的。庄稼缺乏钾，茎秆便不会硬挺直立，易倒伏，对外界的抵抗力也大大减强。平均起来，每收获一吨小麦或一吨马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走一吨马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走2,5002,500万吨钾！万吨钾！有 入 才 有 出 ， 这 也 就 是 说 ， 全 世 界 每 年 必 须 至 少 要 往 土 壤 中 施 加 合 钾有 入 才 有

22、 出 ， 这 也 就 是 说 ， 全 世 界 每 年 必 须 至 少 要 往 土 壤 中 施 加 合 钾 2 , 5 0 02 , 5 0 0 万 吨 的 钾 肥 ！万 吨 的 钾 肥 ！含钾的化学肥料，主要有硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾。人们是从钾长石含钾的化学肥料，主要有硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾。人们是从钾长石( (花岗岩花岗岩) )、海水等中提取钾的化合物。特别是海水，含、海水等中提取钾的化合物。特别是海水，含有不少氯化钾。在农家肥料中，以草木灰，特别是向日葵灰，含钾最多，这是因为植物本来就从土壤中吸收了钾，那么，把它烧成灰有不少氯化钾。在农家肥料中，以草木灰，特别是向日葵灰，含

23、钾最多，这是因为植物本来就从土壤中吸收了钾，那么，把它烧成灰后，灰中当然也就含有钾了。在每吨粪便中，大约含有六公斤钾。后，灰中当然也就含有钾了。在每吨粪便中，大约含有六公斤钾。 在动物与人体内也含有钾，特别是在肝脏、脾脏里含钾最多。整个说来，成年人的器官在动物与人体内也含有钾，特别是在肝脏、脾脏里含钾最多。整个说来，成年人的器官( (不包括血液、汗、尿等，仅是指器官而言不包括血液、汗、尿等，仅是指器官而言) )，钾多于钠。有趣的是，在婴儿的器官中，钠却多于钾。有些科学家就把这一点引来证明：陆上动物是起源于海中的有机体，因为在，钾多于钠。有趣的是，在婴儿的器官中，钠却多于钾。有些科学家就把这一点

24、引来证明：陆上动物是起源于海中的有机体，因为在海水小，钠多于钾。海水小，钠多于钾。S S区元素用途区元素用途 制造光电池的良好材料。制造光电池的良好材料。133Cs 厘米波厘米波的振动频率的振动频率(9192631770 s-1) 在长时间内保在长时间内保持稳定持稳定, 因而将振动这次所需要的时间规定因而将振动这次所需要的时间规定为为 SI 制的时间单位制的时间单位 s。利用此特性制作的。利用此特性制作的铯原子钟铯原子钟 ( 测准至测准至 1.0 10-9 s ) 在空间科学在空间科学的研究中用于高精度计时。的研究中用于高精度计时。1999年花费年花费65万美元万美元,安放在美国国家标准安放在

25、美国国家标准和技术研究所和技术研究所.2000万年内误差不超过万年内误差不超过1 s最近由中科院研制的铯原子钟最近由中科院研制的铯原子钟, 200万年内误差不超过万年内误差不超过1 s香港市民在对时香港市民在对时. 100. 100万年内误差不超过万年内误差不超过1 s1 s “轻金属轻金属”，70 %80 % 用来制造铍用来制造铍铜合金。铜合金。 金属铍和铍基合金的弹性金属铍和铍基合金的弹性-质量比质量比、拉伸应力和导热性都较高，因而用于各、拉伸应力和导热性都较高，因而用于各种空间飞行器。还用于制造氧化物陶瓷、种空间飞行器。还用于制造氧化物陶瓷、原子能反应堆中的中子减速剂。原子能反应堆中的中

26、子减速剂。 最轻的一种结构金属，也是用途最大的最轻的一种结构金属，也是用途最大的碱土金属。耗量的碱土金属。耗量的70 % 用来制造合金。用来制造合金。 广广泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼还原剂。还原剂。S S区元素用途区元素用途S S区元素用途区元素用途 在工业上，金属钙的用途很有限，如作为在工业上，金属钙的用途很有限，如作为还原剂，用来制备其他金属；用作脱水剂，制还原剂，用来制备其他金属；用作脱水剂，制造无水酒精；在石油工业上，用作脱硫剂，在造无水酒精；在石油工业上，用作脱硫剂，在冶金工业上，用它去氧或去硫。然而，钙的化冶金工业上，用它去氧或去硫。然而，钙的化合物，却有着极为广泛的用途，特别是在建筑合物，却有着极为广泛的用途，特别是在建筑工业上。工业上。 金属锶在工业上用途较少。氢氧化锶用金属锶在工业上用途较少。氢氧化锶用于精制甜菜糖。硝酸锶大量用于制造于精制甜菜糖。硝酸锶大量用于制造红色红色焰焰火和信号弹。碳酸锶可用于彩色电视显象管。火和信号弹。碳酸锶可用于彩色电视显象管。 S S区元素用途区元素用途 金属钡的主要用途是作消气剂，以除去真空金属钡的主要用途是作消气剂，以除去真空管和电视显象管内的痕量气体。在蓄电池极板的管和电视显象管内的痕量气体。在蓄电池极板