第一章s区元素

1、第三篇第三篇 元素化学元素化学第一章第一章 s s区元素区元素第二章第二章 p p区元素（一）区元素（一）第三章第三章 p p区元素（二）区元素（二） 第四章第四章 d d区元素（一）区元素（一）第五章第五章 d d区元素（二）区元素（二）元素的丰度化学元素在地球系统中的平均含量称为丰度。通常用克拉克（clark）值表示（质量百分比或原子百分比）。质量clark值 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H C Mn 47 28 8.8 5.1 3.6 2.6 2.6 2.1 0.6 0.15 0.1 0.09原子clark值 O Si H Al Na Ca Fe Mg K Ti P

2、 Cl C Mn 54 18 14 5.6 2.3 1.7 1.6 1.6 0.8 0.2 0.07 0.054 0.05 0.032人体元素O C H N Ca P K S Na Cl Mg65 18 10 3 2 1 0.35 0.25 0.15 0.15 0.05地壳中元素的丰度地壳中元素的丰度人体必需的元素自然界元素分布1.2 s区元素概述区元素概述1.5 锂锂 、铍的特殊性、铍的特殊性 对角线规则对角线规则1.4 s区元素的化合物区元素的化合物1.3 s区元素的单质区元素的单质第一章第一章 s s区元素区元素1.1 氢氢1.氢在自然界的分布氢在自然界的分布: （1）氢是宇宙中最丰富的

3、元素）氢是宇宙中最丰富的元素 地壳三界（大气、水、岩石）地壳三界（大气、水、岩石）:以化合物形式存在以化合物形式存在,原子百分比原子百分比:17%.仅次于氧仅次于氧,排第二位排第二位. （整个宇宙充满了氢）（整个宇宙充满了氢）: 是太阳大气的主要成份是太阳大气的主要成份:原子百分比原子百分比:81.75% 是木星大气的主要成份是木星大气的主要成份: 原子百分比原子百分比:82%（2）氢的同位素）氢的同位素 （氕（氕,H）:丰度最大丰度最大,原子百分比原子百分比:99.98% （氘（氘,D）:丰度可变丰度可变.平均原子百分比平均原子百分比:0.016% （氚（氚,T）:放射性同位素放射性同位素.

4、在大气层在大气层,宇宙射线裂变宇宙射线裂变产物中产物中:1021个个H含有一个含有一个31H.1.1 氢氢人造同位素人造同位素:H31:n10 +Li63 H31 + He42三种同位素三种同位素,核外均为核外均为1e,所以化学性质相似所以化学性质相似,但质量但质量1,2,3相差较大相差较大,所以导致了它们的单质所以导致了它们的单质,化合物物理性化合物物理性质上的差异质上的差异 . H2. b.p :20.2 K , D2. b.p :23.3 K2.氢的成键特征氢的成键特征: 由于氢的电子结构由于氢的电子结构: 1s1 .且电负性为且电负性为x=2.2,所所以它与其他元素的原子化合时以它与其

5、他元素的原子化合时,有以下几种成键情况有以下几种成键情况: （1）形成离子键）形成离子键: KH ,NaH ,CaH2 . 离子型氢化物离子型氢化物: H （2）形成共价键）形成共价键: a.形成非极性共价键形成非极性共价键 :如如H2单质单质,表现表现0氧化态氧化态.b.形成极性共价键形成极性共价键: 与非金属元素的原子化与非金属元素的原子化合合:HCl,HBr,H2O,等等,表现表现”+1”氧化态氧化态.（3）独特的键型）独特的键型 a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中,形形成一类非整比化合物成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物一般称之为

6、金属氢化物.例例:ZrH1.75和和LaH2.78 b.在硼氢化合物（如在硼氢化合物（如B2H6）和某些过渡金属配合）和某些过渡金属配合物中均以桥键存在物中均以桥键存在: B：利用利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。 （氢桥）（氢桥）记记作：作：HHBBHHHH要点要点：B的杂化方式，三中心两电子氢桥键。的杂化方式，三中心两电子氢桥键。 c. 氢键：氢键：在含有强极性键的共价氢化物中（例在含有强极性键的共价氢化物中（例H2O，HF，HCl，NH3中）由于氢原子与一个电负性很中）由于氢原子与一个电负性很强的原子相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的强的原子

7、相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的原子使氢变成近乎裸露的原子使氢变成近乎裸露的H+，可以与另一个电负，可以与另一个电负性高，有孤对电子的原子形成氢键。性高，有孤对电子的原子形成氢键。冰的空间构型冰的空间构型3.氢的性质和用途氢的性质和用途(1)单质氢单质氢a.物理性质物理性质: HH：无色可燃气体。无色可燃气体。 273K时，时， 1dm3水溶解水溶解0.02dm3H2。 分子量最小。分子间作用力弱，所以难分子量最小。分子间作用力弱，所以难 液化，液化，20K时才液化。时才液化。 密度最小，比空气轻密度最小，比空气轻14.38倍，倍， 故常用故常用 来填充气球。来填充气球。74pmb.化学性

8、质化学性质:HH D=436KJ/mol 比一般单键比一般单键 高，接近双键的解离能。所以常温下高，接近双键的解离能。所以常温下 惰性，但特殊条件下反应迅速进行。惰性，但特殊条件下反应迅速进行。i.与卤素反应：与卤素反应： H2 + F2 2HF （低温，暗处，爆炸，激烈）（低温，暗处，爆炸，激烈） H2 + Cl2 2HCl （h?光照，点燃，才能反应）光照，点燃，才能反应） H2 + Br2 2HBr （h?光照，点燃，才能反应）光照，点燃，才能反应） H2 + I2 2HI (高温反应，且可逆）高温反应，且可逆）.与氧反应：与氧反应： 2H2 + O2 2H2O注：注：H2在在O2中安全

9、燃烧生成中安全燃烧生成H2O，温度可达，温度可达 3273K，故可切、焊金属。，故可切、焊金属。 爆炸混合物：爆炸混合物： H2 ：O2 = 2 ：1（体积比）（体积比） ， 或或H2含量：含量：667% （氢气（氢气空气混合物）空气混合物） .与金属氧化物、卤化物反应与金属氧化物、卤化物反应制高纯金属制高纯金属 CuO + H2 H2O + Cu （加热）（加热） Fe3O4 + 4H2 4H2O + 3Fe（加热）（加热） WO3 + 3H2 3H2O + W （加热）（加热） TiCl4 + 2H2 4HCl + Ti （加热）（加热）.与与CO、不饱和烃反应：、不饱和烃反应： CO +

10、 2H2 CH3OH CH2=CH2 + H2 CH3CH3 有机反应有机反应.与活泼金属反应：与活泼金属反应：高温下高温下 ：2Na + H2 2Na H 制离子型氢化物方法制离子型氢化物方法 Ca + H2 Ca H2结论：结论：H2的化学性质以还原性为主要特征。的化学性质以还原性为主要特征。 ZnOCuPTcat, K653K573423（2）.原子氢原子氢a. 制备：制备： H2 2 H （电弧或低压放电）（电弧或低压放电） H仅存在半秒钟，又结合为仅存在半秒钟，又结合为H2，放热。，放热。b.应用：应用：原子氢焰：原子氢焰： 将原子氢流通向金属表面，则形成将原子氢流通向金属表面，则形

11、成H2时放时放 热，可达热，可达4273K高温，用于焊接高熔点金属。高温，用于焊接高熔点金属。c.化学性质：强还原性化学性质：强还原性 .与与Ge、Sn、As、Sb、S直接反应：直接反应： As + 3H As H3 S + 2H H2S 加热.还原金属氧化物和卤化物：还原金属氧化物和卤化物： CuCl2 + 2H 2HCl + Cu . .还原金属含氧酸盐：还原金属含氧酸盐： BaSO4 + 8H BaS + 4H2O 4.氢的制备：氢的制备：（1）实验室法：）实验室法： . Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 （Fe） （H2SO4） .用用Pd、Ni吸附吸附H2 高纯高纯H2 加热

12、加热 .电解法：电解法： 25%的的KOH或或NaOH电解液：电解液： 阴极：阴极：2H2O + 2e H2 + 2OH 阳极：阳极：4OH - 4e O2 + 2 H2O（2）工业制备法：）工业制备法： .氯碱工业制氯碱工业制H2：电解饱和食盐水：电解饱和食盐水： 阴极：阴极：2H2O + 2e H2+ 2OH 阳极：阳极： 2Cl - 2e Cl2 .C还原水蒸气：还原水蒸气： C（赤热）（赤热） + H2O（g） H2 + CO（水煤气）直接做工业燃料。（水煤气）直接做工业燃料。 纯化纯化 H2： CO + H2 + H2O（g） CO2 + 2H22106Pa（20atm），水洗去），

13、水洗去CO2 H2（纯）（纯）.甲烷催化分解或水蒸气转化：甲烷催化分解或水蒸气转化： CH4 C + 2H2 CH4 + H2O CO + 3H2红热红热Fe2O3Kcat 1273,KcaT11731073.,.烷烃脱烷烃脱H2： C2H6（g） CH2=CH2 + H2（直接合成氨（直接合成氨)加热（3）野外生氢）野外生氢H2： Si +2NaOH（aq）+ H2O 2H2 + Na2SiO3 Si（s） +2NaOH（s）+ Ca（OH）2（s） 2H2 + Na2SiO3+ Ca加热5.氢化物：氢化物： 氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。（周期

14、（周期表中除稀有气体外，其它大多数元素均可与氢直接或表中除稀有气体外，其它大多数元素均可与氢直接或间接形成氢化物）。根据元素电负性不同，氢化物分间接形成氢化物）。根据元素电负性不同，氢化物分三种类型：三种类型：（1）离子型氢化物：）离子型氢化物： H2与与A、A（除（除Be）生成的氢化物，）生成的氢化物，H（Si、Fe粉）粉）2M + H2 2MH（M：A） NaCl晶型晶型 M + H2 MH2（ M：A） 金红石金红石 TiO2晶型晶型高温高温 (2)金属型（过渡型）氢化物：金属型（过渡型）氢化物： Cu、Zn、BB、B：Cr、 族：族：Pd、Ni 可与可与 H2 生成稳定的松散氢化物生成

15、稳定的松散氢化物. Pt:任何条件下不生成氢化物，但铂或镍在表面任何条件下不生成氢化物，但铂或镍在表面与与H2形成吸附氢化物，从而使形成吸附氢化物，从而使Pt在在加加H2催化中起很催化中起很重要的作用重要的作用。 a.组组 成成: 整比：整比：PdH、CrH2、ZnH2 非整比：非整比：LaH2.87、VH0.56等等b. 物物 性性: 具有金属外观特征，有光泽，能导电。具有金属外观特征，有光泽，能导电。 加热加热 H原子逸出可得高纯原子逸出可得高纯H2。（3）分子型氢化物：分子型氢化物： P区元素（除稀有气体、区元素（除稀有气体、In、Tl）,在一定条件在一定条件下均与下均与H2生成分子型氢

16、化物。根据生成分子型氢化物。根据Lewis结构中的结构中的电子数或键数的差异，有三种形式。电子数或键数的差异，有三种形式。.富电子氢化物：富电子氢化物： NH3、H2O、HF及同族氢化物：中心原子成键及同族氢化物：中心原子成键后有剩余的孤对电子，未参与成键，其分子结构后有剩余的孤对电子，未参与成键，其分子结构可用可用VSEPR（价层电子对互斥理论）规则推测。（价层电子对互斥理论）规则推测。.满电子氢化物：满电子氢化物： CHCH4 4及同族氢化物，中心原子价电子全部成及同族氢化物，中心原子价电子全部成 键，无剩余非键电子。键，无剩余非键电子。 a. 形式：形式：.缺电子氢化物：缺电子氢化物：

17、B2H6：B中心原子未满足中心原子未满足8e，有有2个个3C2e键。键。6.氢能源：氢能源： 1Kg H2完全燃烧放热完全燃烧放热120918KJ，故是高能燃故是高能燃料，无污染、环保型燃料。目前有关氢能源研料，无污染、环保型燃料。目前有关氢能源研究，存在着三大课题：发生、储存、利用。究，存在着三大课题：发生、储存、利用。（1）发生：）发生： 从能量的观点看，利用太阳能光解海水最适从能量的观点看，利用太阳能光解海水最适宜。目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂，宜。目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂，光解海水远未达到生产规模。光解海水远未达到生产规模。（2) 储存：储存： 因密度小，不安全，装

18、运难度大因密度小，不安全，装运难度大.目前使用高目前使用高压容器储存。使用不便，有危险。很多人正在从压容器储存。使用不便，有危险。很多人正在从事金属氢化物的可逆储氢研究。事金属氢化物的可逆储氢研究。 但但Pd、U均为贵金属，不经济，也有人正在均为贵金属，不经济，也有人正在从事多组分金属合金氢化物的研究从事多组分金属合金氢化物的研究 LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6(2-3)X105Pa微热微热 LaNi5合成方便，价格低，空气中稳定，储氢合成方便，价格低，空气中稳定，储氢量大，很有发展前途。量大，很有发展前途。180- 200200mlHmlH2 2/g./g.对于使用氢能源最近也有一

19、些反面的看法对于使用氢能源最近也有一些反面的看法清洁能源未必清洁清洁能源未必清洁美国学者提出氢能可能损伤美国学者提出氢能可能损伤 臭氧层臭氧层 氢燃料被誉为清洁燃料而大行其道，并有取代矿氢燃料被誉为清洁燃料而大行其道，并有取代矿物燃料的态势，但发表在物燃料的态势，但发表在2004年年6月月13日美国日美国科科学学杂志上的一篇论文却提出异议：杂志上的一篇论文却提出异议：氢燃料的大力推氢燃料的大力推广和使用，会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射广和使用，会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射的臭氧层的损害。的臭氧层的损害。 文中表示：这一论断并不能防止氢燃料电池的发文中表示：这一论断并不能防止氢燃料

20、电池的发展，展，但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重视。视。 与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的矿物燃料不同，矿物燃料不同，氢燃料电池在释放能量后氢燃料电池在释放能量后产生的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做产生的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做是发展前景绝佳的清洁能源。是发展前景绝佳的清洁能源。 布什总统将发展氢能源作为优先考虑的布什总统将发展氢能源作为优先考虑的高等能源，高等能源，氢能源便成为有关能源的辩论氢能源便成为有关能

21、源的辩论中最有力而时髦的字眼。中最有力而时髦的字眼。美国国会计划在美国国会计划在氢能源研究方面再投入几十亿美元的专款氢能源研究方面再投入几十亿美元的专款，布什政府也在讨论如何进一步在国际社布什政府也在讨论如何进一步在国际社会推进氢能源发展。会推进氢能源发展。 但是在这篇论文里，但是在这篇论文里，来自加利福尼亚科技来自加利福尼亚科技学院的研究者们提出了这样一种可能性：学院的研究者们提出了这样一种可能性：即氢即氢能源并非自始至终都无碍于环境。能源并非自始至终都无碍于环境。 如果氢燃料完全取代了矿物燃料，如果氢燃料完全取代了矿物燃料，1020的的氢可能会在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处氢可能会

22、在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原来的来的3倍。倍。它们升到平流层后会被氧化形成水。这将它们升到平流层后会被氧化形成水。这将降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质，降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质，令北极令北极与南极上空的臭氧层空洞增大，与南极上空的臭氧层空洞增大，损害面积甚至将达损害面积甚至将达8。 15Km5

23、0KmO3大气层大气层UV射线射线 臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会患上皮肤癌、白内障等疾病。患上皮肤癌、白内障等疾病。 加利福尼亚理工学院的研究员们认为，加利福尼亚理工学院的研究员们认为，在限制在限制使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧层损耗可得到控制。层损耗可得到控制。但一旦平流层的氢浓度迅速但一旦平流层的氢浓度迅速增加，增加，臭氧层的恢复进度将大为延误臭氧层的恢复进度将大为延误 德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层

24、德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层 德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成员于尔根员于尔根梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可能会带来负面效应。能会带来负面效应。 1.2 s区元素概述区元素概述碱金属(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。都是活泼金属。 碱金属和碱土金属的通性第第IA族包括锂、族包括锂、钠、钾、铷、铯钠、钾、铷、

25、铯和钫六种元素，和钫六种元素，由于它们的氢氧由于它们的氢氧化物都是易溶于化物都是易溶于水的强碱，所以水的强碱，所以称它们为碱金属称它们为碱金属元素。其中钫是元素。其中钫是放射性元素。放射性元素。第第IIA族包括铍、镁、钙、族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于物在性质上介于“碱性碱性的的”碱金属氧化物和碱金属氧化物和“土性的土性的” 难熔的氧化难熔的氧化物物Al2O3之间，所以称它之间，所以称它们为碱土金属。现在习们为碱土金属。现在习惯上把铍和镁也包括在惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱土金属元内，统称为碱土金属元素。其中

26、镭是放射性元素。其中镭是放射性元素素。AALiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa表表1-1 碱金属元素的一些基本性质碱金属元素的一些基本性质碱金属是活碱金属是活泼性最强的泼性最强的金属元素，金属元素，都是强还原都是强还原剂剂 元素 性质 Be Mg Ca Sr Ba 价电子构型 2S2 3S2 4S2 5S2 6S2 主要氧化数 +2 第一、 二电离势(kJ.mol-1) 905 1768 742 1460 593 1152 552 1070 564 971 第三电离势 (kJ.mol-1) 14939 7658 4942 4351 3575 E0(M2+/M)(V) -1.85 -2

27、.375 -2.76 -2.89 -2.90 M2+ 水合热 (kJ.mol-1) 2494 1921 1577 1443 1305 表表1-2 碱土金属元素的一些基本性质碱土金属元素的一些基本性质碱土金属仍碱土金属仍是活泼性相是活泼性相当强的金属当强的金属元素，也是元素，也是强还原剂，强还原剂，1. 易与H2直接化合成MH、MH2离子 型化合物；2. 与O2形成正常氧化物、过氧化物、 超氧化物；3. 与其他非金属作用形成相应的化合物；4. 易与H2O反应(除Be、Mg外)。注：它们的活泼性有差异通性：原子半径增大电离能、电负性减小金属性、还原性增强IA IIALi BeNa MgK Ca R

28、b SrCs Ba原子半径减小电离能、电负性增大金属性、还原性减弱为什么E (Li+/Li)比E (Cs+/ Cs )还小？电极反应：Mz+(aq) + ze- M(s)rGm= zFE (Mz+/ M )其逆反应： M(s) Mz+(aq) + ze-H2OrGmf Gm (Mz+,aq ) =f Gm (Mz+,aq ) = zFE (Mz+/ M )rSmrGmrHm=-T 对于碱金属，若不考虑 的差异，可用 (M+,aq )代替 (M+,aq )近似估计E (M+/ M )的相对大小。rSmf GmfHmM+(aq) M (s) fHm(M+,aq )M+(g) M (g) fHm(M

29、+,g)I1subHm(M+,g)Hmh(M+,aq ) = + I1 +fHmsubHm(M+,g)Hmh(M+,aq ) = + I1 +fHmsubHm(M+,g)HmhLiNaKRbCs159.37107.3289.2480.8876.065526.41502.04425.02409.22318.90-535.27-420.48-337.64-312.27-287.24150.51188.88176.62177.83170.72-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027subHmI1E (M+/ M)/VHmh(M+,g)fHm(M+,aq)注：以上物理量除E 外单位

30、均为：kJmol-11.3.1 单质的物理性质和化学性质单质的物理性质和化学性质1.3 s区元素的单质区元素的单质1.3.2 s区元素的存在和单质的制备区元素的存在和单质的制备1.3.1 单质的物理性质和化学性质单质的物理性质和化学性质NaLiK1.物理性质BeMgCaSrBaRbCs单质的物理性质：有金属光泽密度小硬度小熔点低s区单质的熔、沸点变化导电、导热性好单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2Li2ONa2O2KO2与氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物。镁带的燃烧2.化学性质与水作用LiNaKC

31、a2M + 2H2O 2MOH + H2(g)钠和同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃钠和同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃.金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇！金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇！钙、锶、钡与水的反应远不如碱金属那样剧烈，钙、锶、钡与水的反应远不如碱金属那样剧烈，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而显得十分稳定. 与液氨的作用(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+(am)e(am)M) s (M-+液氨溶剂碱金属在液氨中的溶解度碱

32、金属在液氨中的溶解度 (- -35)碱碱 金金 属属 元元 素素 M Li Na K Rb Cs 溶解度溶解度/ (mol L- -1) 15.7 10.8 11.8 12.5 13.0 碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达到了超出人碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达到了超出人们想象的程度们想象的程度. 溶于液氨的反应如下：溶于液氨的反应如下：)am(e)am(MM(s)(l)NH3+实验依据实验依据 碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小 液氨中随液氨中随 C(M+) 增大，顺磁性减少增大，顺磁性减少 有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸

33、收波有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波长的蓝光长的蓝光.这暗示各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种这暗示各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种.后后来实验证明这个物种是氨合电子，电子处于来实验证明这个物种是氨合电子，电子处于46个个 NH3 的的 “空穴空穴” 中中. 如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子存如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子存在），溶液就相当稳定在），溶液就相当稳定. 钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色. 用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出

34、现可看作溶剂处于干燥状态用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂处于干燥状态的标志的标志.)e e2(22- 金属钠与水、液氨、甲醇金属钠与水、液氨、甲醇的反应有何不同？的反应有何不同？ QuestionQuestion 1 12 Na(s) + 2 H2O(l) Na+ (aq) + 2 OH- - (aq) + H2(g) 2 Na(s) + CH3CH2OH(l) 2 CH3CH2ONa(l) + H2(g) Na(s) + (x+y) NH3 (l) Na+(NH3) x + e- - (NH3) y 2Na(s) + 2NH3 (l) 2 NaNH2(am)+ H2(g)汞齐汞齐

35、汞与汞与其它金属其它金属形成的合金形成的合金液体或固体液体或固体 B B A A CZ S M AC P 碱碱 AH 金金 属属3.焰色反应 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 碱金属和碱土金属及其挥发性化合物在无色火焰中碱金属和碱土金属及其挥发性化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应燃烧时，会呈现出一定的

36、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，特别是可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外在野外.碱金属和碱土金属的离子在无色火焰上燃烧时，电碱金属和碱土金属的离子在无色火焰上燃烧时，电子易被激发，当电子从较高能级跃迁到较低能级时，子易被激发，当电子从较高能级跃迁到较低能级时，能量以光的形式释放出来，呈现出特征的颜色。能量以光的形式释放出来，呈现出特征的颜色。均以矿物形式存在：83OAlSiNa83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)224323)LiAl(SiO锂辉石：钠长石：钾长石：光卤石：明矾石：1.3.2 s

37、区元素的存在和单质的制备区元素的存在和单质的制备绿柱石：菱镁矿：萤石：天青石：大理石：6323)(SiOAlBe3MgCOO2HCaSO243CaCO2CaF4SrSO4BaSO石膏：重晶石：金属的制备金属的制备电解熔盐法如如Li、Na、Mg、Ca等等金属是用电解金属氯化金属是用电解金属氯化物的方法制备的：物的方法制备的：2NaCl = 2Na + Cl2 MgCl2 = Mg + Cl2电解熔盐法是最强的氧化还原手段，由电解熔盐法是最强的氧化还原手段，由于卤化物的熔点较低，所以常用电解氯于卤化物的熔点较低，所以常用电解氯化物法制备活泼金属化物法制备活泼金属：阳极放出氯气：阳极放出氯气：2Cl

38、- =Cl2+ 2e阴极析出金属：阴极析出金属：M+ +e = M电解反应：电解反应： 2MCl =2M + Cl2在电解中，必要时要混入适当的助在电解中，必要时要混入适当的助熔剂，如在氯化钠的电解中，是加熔剂，如在氯化钠的电解中，是加入入CaCl2为助熔剂，其作用是：为助熔剂，其作用是：1、降低熔点（氯化钠熔点、降低熔点（氯化钠熔点=1073K，混合盐熔点混合盐熔点=873K）2、防止钠的挥发防止钠的挥发3、减小钠的分散性（熔盐密度大，、减小钠的分散性（熔盐密度大，钠密度小，易浮于熔盐上面进行分钠密度小，易浮于熔盐上面进行分离）离）热还原法热还原法热还原法中常用碳或碳化物作还原剂，热还原法中

39、常用碳或碳化物作还原剂，从金属氧化物或碳酸盐中还原出金属。从金属氧化物或碳酸盐中还原出金属。2 2KFKFCaCCaC2 2=CaF=CaF2 22K2K2C2CK K2 2COCO3 32C=2K2C=2K3CO3CO1473K 真空MgO + C = CO +MgMgO + CaC2 = Mg + CaO + 2C1273 - 1473 K金属置换法金属置换法用活泼金属作还原剂的用活泼金属作还原剂的热还原法称金属置换法，热还原法称金属置换法，常用还原剂金属有：常用还原剂金属有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。KCl + Na =NaCl + K2RbCl + Ca =CaCl2 + 2Rb

40、3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O31473K真空K K通常不用电解法而用置换通常不用电解法而用置换制备，这是因为它易溶在制备，这是因为它易溶在熔融的熔融的KClKCl中，难于分离，中，难于分离，且电解中产生的超氧化物且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸，所与金属钾会发生爆炸，所以不用电解法制钾。以不用电解法制钾。RbRb和和CsCs也是这样。也是这样。上述是熔盐中的置换反应，它不同于溶液中的置换反应，上述是熔盐中的置换反应，它不同于溶液中的置换反应，熔点低的物质容易被置换出来。熔点低的物质容易被置换出来。金属置换法金属置换法用活泼金属作还原剂的用活泼金属作还原剂的热还原法称金

41、属置换法，热还原法称金属置换法，常用还原剂金属有：常用还原剂金属有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。KCl + Na =NaCl + K2RbCl + Ca =CaCl2 + 2Rb3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O31473K真空 4 4KCN=4KKCN=4K4C4C2N2N2 2 2MN2MN3 3=2M=2M3N3N2 2 M MNaNa、K K、RbRb、CsCs 668K 668K2RbN2RbN3 3=2Rb=2Rb3N3N2 2 真空真空 663 663K K2CsN2CsN3 3=2Cs=2Cs3N3N2 2热分解法热分解法一些不稳定的盐可用一些不稳定的盐可用热分

42、解法，如氰化物、热分解法，如氰化物、叠氮化物。因碱金属叠氮化物。因碱金属的叠氮化物容易纯化，的叠氮化物容易纯化，加热分解不爆炸。所加热分解不爆炸。所以是制备它们的好方以是制备它们的好方法。法。 金属钾能否采用类似金属钾能否采用类似制钠的方法制备呢？制钠的方法制备呢？结论是不能采用同类方法结论是不能采用同类方法. 其原因是：其原因是： 金属金属 K 与与 C 电极可生成羰基化合物电极可生成羰基化合物 金属金属 K 易溶在熔盐中，难分离易溶在熔盐中，难分离 金属金属 K 蒸气蒸气 易从电解槽易从电解槽 逸出，造成易逸出，造成易 燃爆环境燃爆环境QuestionQuestion 2 2热热(1620

43、F)热热热热N2K合金合金 (或或K)N2N2K合金合金 (或或K)蒸气蒸气排泄阱排泄阱NaCl 渣和渣和 N2NaNaCl 渣渣KCl(1550F)熔融熔融不锈钢环不锈钢环NaCl 渣渣Na 蒸气蒸气N2N2Na热热热热 首先，钾的沸点比钠的沸点低的缘故首先，钾的沸点比钠的沸点低的缘故. QuestionQuestion 3 3 钾比钠活泼，为什么可以通过如下钾比钠活泼，为什么可以通过如下反应制备金属钾？反应制备金属钾？KCl + Na NaCl + K熔融熔融 第三，由于钾变成蒸气，可设法使其不断离开反应体系，让第三，由于钾变成蒸气，可设法使其不断离开反应体系，让体系中其分压始终保持在较小

44、的数值体系中其分压始终保持在较小的数值.不难预料随不难预料随Pk变小，变小， D D r Gm向负值的方向变动，有利于反应向右进行向负值的方向变动，有利于反应向右进行. 其次，通过计算可知固相反应的其次，通过计算可知固相反应的D D r Hm是个不大的正值，但钾是个不大的正值，但钾的沸点（的沸点（766 C）比钠的沸点（比钠的沸点（890 C ）低，当反应体系的温度控）低，当反应体系的温度控制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和KCl 、NaCl 仍仍保持在液态，钾由液态变成气态保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的熵值大为增加

45、，即反应的T D D r Sm项变大，有利于项变大，有利于D D r Gm变成负值，反应向右进行变成负值，反应向右进行. 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： 用途概述用途概述 顺序大体是按世界年产量大小排列的顺序大体是按世界年产量大小排列的 一些元素的某些重要用途分述如下：一些元素的某些重要用途分述如下： 1.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；中的还原剂和催化剂；金金 属属: Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物化合物:

46、 Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be2. 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间飞行器；因质量轻和强度大而用于空间飞行器；3. 制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏器等）；制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏器等）；4. 同位素受中子轰击产生热核武器的主要原料氚：同位素受中子轰击产生热核武器的主要原料氚：在此裂变中，在此裂变中，1公斤锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭公斤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. 1公斤锂至少可以发出公斤锂至少可以发出340

47、千瓦的电千瓦的电力力.因此，有人说：因此，有人说： 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HeHLi n 42316310+ 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.1. 过去钠的年产量与含铅抗震

48、剂的使用量有关；过去钠的年产量与含铅抗震剂的使用量有关；2. 作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、锆等，特别是还原制作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、锆等，特别是还原制 备钛：备钛： TiCl4 + 4 Na Ti + 4 NaCl3. 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 的冷剂的冷剂.4. 最近被开发的新用途有制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等最近被开发的新用途有制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等.加热加热 消耗量极小，由于在光照下逸出电消耗量极小，由于在光照下逸出电子，因而是制造光电池的良好材料子，因而是制造光电池的良

49、好材料. 133Cs 厘米波的振动频率厘米波的振动频率(9192631770 s-1) 在长在长时间内保持稳定时间内保持稳定, 因而将振动这次所需要因而将振动这次所需要的时间规定为的时间规定为 SI 制的时间单位制的时间单位 s. 利用此利用此特性制作的铯原子钟特性制作的铯原子钟 ( 测准至测准至 1.0 10-9 s ) 在空间科学的研究中用于高精度计时在空间科学的研究中用于高精度计时.19991999年花费年花费6565万美元万美元, ,安放在美国国家标准安放在美国国家标准和技术研究所和技术研究所.2000.2000万年内误差不超过万年内误差不超过1 1 s s最近由中科院研制的铯原子钟最

50、近由中科院研制的铯原子钟, 200, 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 1 s s 属于属于“轻金属轻金属”，世界铍耗量的，世界铍耗量的70 % -80 % 用来制造铍铜合金用来制造铍铜合金. 金属铍和铍基合金的弹金属铍和铍基合金的弹性性-质量比、拉伸应力和导热性都较高，因而质量比、拉伸应力和导热性都较高，因而用于各种空间飞行器用于各种空间飞行器.另外还用于制造氧化物另外还用于制造氧化物陶瓷、原子能反应堆中的中子减速剂陶瓷、原子能反应堆中的中子减速剂. 最轻的一种结构金属，也是最轻的一种结构金属，也是

51、用途最大的碱土金属用途最大的碱土金属.世界镁耗量世界镁耗量的的70 % 用来制造合金用来制造合金. 广泛用于广泛用于航空航天事业航空航天事业.也用于某些金属冶也用于某些金属冶炼还原剂炼还原剂.MgBe1.4.1 氢化物氢化物1.4 s区元素的化合物区元素的化合物1.4.5 配合物配合物1.4.4 重要盐类及其性质重要盐类及其性质1.4.3 氢氧化物氢氧化物1.4.2 氧化物氧化物 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-

52、1fHm1.4.1 氢化物氢化物2.还原性强 钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH2+242H4NaClTiTiCl4NaH+剧烈水解：(g)HMOHOHMH22+(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222+V)23. 2)/H(H(2E3.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)LiOHO4HLiAlH+1.形成四类氧化物622p2s2s 1臭氧化物(O3-)：顺磁性42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物(O2-)：过氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)：顺磁性32p4p22

53、p222s22s)()()()()(*KK1.4.2 氧化物氧化物2.制备：直接：间接：222ONaO2Na+22KOOK+O2Na2NaONa222+223NO6K10K2KNO+(g)COMO MCO23+3.化学性质与H2O的作用：2MOHOHOM22+（Li Cs剧烈程度）（BeO除外）22222OH2NaOHO2HONa+222M(OH)OHOM+22222OOH2KOHO2H2KO+与CO2的作用：3222COLiCOOLi+)g(OCO2Na2COO2Na232222+)(g3OCO2K2CO4KO23222+ 1.4.3 氢氧化物氢氧化物 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体

54、。易吸水而潮解MOH易溶于水，放热。碱土金属溶解度（20） 氢氧化物 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溶解度增大 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强(箭头指向)碱性增强，溶解度增大。碱性判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式： 以ROH为代表，它有两种离解方式： ROH R+ + OH- 碱式电离 RO- + H+ 酸式电离 究竟以何种方式电离，或两者兼有：这与R的电荷数Z（指离子的电荷数）与R的离子半径比值有关： = z/r：离子势，显然越大，离子静电引力越强，则R吸引氧原子上的电子云能力强： 结果结果 ：OH键被削弱，键被削弱，易断裂，以酸式电离为主易断裂，以酸式电离为主 相反，越小，则RO键强度越弱