s区元素教学讲解课件

第十二章s区元素

(s

-BlockElements)

§12.1s区元素概述§12.2s区元素的单质§12.3s区元素的化合物本章目录§12.4元素的相关性11/22/202210IIAIAIIBIVBIIIBVBVIBVIIBVIIIIBVIIAIIIAIVAVAVIAH

氢He氦Li

锂Be铍B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖Na钠Mg镁Al铝Si硅P磷S硫Cl氯Ar氩K钾Ca钙Sc钪Ti钛V钒Cr铬Mn锰Fe铁Co钴Ni镍Cu铜Zn锌Ga镓Ge锗As砷Se硒Br溴Kr氪Rb铷Sr锶Y钇Zr锆Nb铌Mo钼Tc锝Ru钌Rh铑Pd钯Ag银Cd镉In铟Sn锡Sb锑Te碲I碘Xe氙Cs铯Ba钡Lu镥Hf铪Ta钽W钨Re铼Os锇

Ir铱Pt铂Au金Hg汞Tl铊Pb铅Bi铋Po钋At砹Rn氡Fr钫Ra镭Lr铹RfDbSgBhHsMtUun*Uun*Uun*镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱锕系Ac锕Th钍Pa镤U铀Np镎Pu钚Am镅Cm锔Bk锫Cf锎Es锿Fm镄Md钔No锘族周期1234567元素周期表p区s区d区f区s区s区s区s区最外电子层结构ns1~ns2从IA族到IIA族11/22/20222IA族和IIA族元素的价电子层结构和氧化态元素锂钠钾銣铯钫铍镁钙锶钡镭符号LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa序号3111937558741220385688电子结构2s13s14s15s16s17s12s23s24s25s26s27s2氧化态+1+1+1+1+1+1+2+2+2+2+2+212.1.1碱金属和碱土金属元素的价电子层结构和氧化态§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/20223价电子层结构是ns1，ns2;碱金属(AlkaliMetal)元素主要表现＋1氧化态；碱土金属(AlkaliSoilMetal)元素主要表现＋2氧化态。结论§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/2022412.1.2碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径元素LiNaKRbCs原子半径/pm122.5157.2202.5216235离子半径/pm6095133148169元素BeMgCaSrBa原子半径/pm122.5157.2202.5216235离子半径/pm316599113135§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/20225两族元素的原子有较大的原子半径，从上到下，原子半径增大；离子半径小于原子半径；锂和铍在各相应族中有特别小的原子半径和离子半径，故单质最稳定，形成的化合物有较高的共价性。结论§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/2022612.1.3碱金属和碱土金属元素形成化合物的成键特征IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBaLi+、Be2+、Mg2+主要形成共价型化合物大多数元素形成离子型化合物§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/20227

由于Li+有较小的半径，Be2+、Mg2+有较小半径和较高电荷，一定程度上容易形成共价键，表现出与同族元素不同的化学性质。结论§12.1

s区元素概述第十二章s区元素11/22/20228§12.2s区元素的单质12.2.1碱金属和碱土金属单质的性质12.2.2碱金属和碱土金属单质的重要化学反应(theElementarySubstancesof

s-BlockElements)11/22/2022912.2.1碱金属和碱土金属单质的性质1.物理性质碱金属和碱土金属的物理性质金属LiNaKRbCs密度/(g·mL-1)0.5340.9680.891.5321.879硬度(金刚石＝10)0.60.40.50.30.2熔点/℃180.5497.8263.3839.3128.44沸点/℃1341881.4759691668.2§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/202210金属BeMgCaSrBa密度/(g·mL-1)1.8481.7381.552.643.51硬度(金刚石＝10)-2.01.51.8-熔点/℃1287651842757727沸点/℃24671100148413661845§12.2s区元素的单质第十二章s区元素密度小，硬度低，熔沸点低；碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。结论11/22/202211碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形成离子型化合物。§12.2s区元素的单质第十二章s区元素2.化学性质（1）固态碱金属和碱土金属的电离能和电负性元素LiNaKRbCs电离能I1/(kJ·moL-1)526.41502.04425.02409.22381.90电负性0.980.930.820.820.7911/22/202212元素BeMgCaSrBa电离能I1/(kJ·moL-1)905.63743.94596.1555.7508.9电负性1.571.311.000.950.89§12.2s区元素的单质第十二章s区元素碱金属和碱土金属的电离能和电负性是化学活泼性很强的金属元素；两个族中从上到下，元素的第一电离能和电负性依次降低；最活泼的金属是铯。结论11/22/202213碱金属和碱土金属的标准电极电势（2）水溶液金属LiNaKRbCsE/V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027金属BeMgCaSrBaE/V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/202214标准电极电势值都很小，单质金属都是强的还原剂；从上到下，减小，还原性增强；小表现出反常性。最活泼的金属是锂。结论§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/2022153.焰色反应

(FlameReaction)在分析化学上，这两族元素的金属单质或它们在高温下能挥发而不分解的化合物有一个重要性质，即在高温火焰中燃烧时产生有特征颜色的火焰，可用于这些元素的定性和定量分析，这个性质与这些原子的价电子容易激发有关。§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/202216碱金属和碱土金属的火焰颜色元素BeMgCaSrBa火焰颜色－极明亮眩目的光焰橙红深红绿波长/nm－－714.9687.8553.5元素LiNaKRbCs火焰颜色深红黄紫红紫蓝波长/nm670.8589.2766.5780.0455.5§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/20221712.2.2碱金属和碱土金属的重要化学反应碱金属单质的化学反应MPO2+CO2O2SN2H2H2OX2M3PM2CO3MOH+H2MHM2SMX（X=卤素）M3N(M=Li)M2O(M=Li)M2O2(M=Na)MO2(M=K,Rb,Cs)§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/202218§12.2s区元素的单质第十二章s区元素碱土金属单质的化学反应MNaOHNH3水蒸气H2X2M3N2(M=Mg)Be(OH)2-4+H2MH2MO+H2(M=Be,Mg)MO2(M=Ba),MOMX2M(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)N2H2OO2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H211/22/202219两族元素形成的化合物在性质上的异同主要是离子型的化合物；氧化物水合物一般是强碱；碱和盐多是强电解质；同强酸形成的盐基本不水解。

IA族元素的碱和盐大多是易溶于水的；而IIA元素的碱和盐一般有较低的溶解度。相似性差异性§12.2s区元素的单质第十二章s区元素11/22/202220§12.3s区元素的化合物12.3.1氢化物12.3.2氧化物12.3.3氢氧化物12.3.4重要的盐类的性质

——溶解性(theCompoundsofs-BlockElements)11/22/20222112.3.1氢化物(Hydride)氢与其他元素形成的二元化合物叫氢化物。氢化物共价型氢化物金属型氢化物离子型氢化物§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202222制备碱金属和碱土金属中的镁、钙、锶、钡，在氢气流中加热，可以分别生成离子型氢化物。如§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素2Na+H22NaH△Ca+H2CaH2△11/22/202223离子型氢化物不溶于非水溶剂，能溶于熔融的碱金属卤化物中；离子型氢化物熔化时能导电，在阳极上有H2放出；证实了离子型氢化物都含负氢离子H-

。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202224性质一：高反应活性性质性质二：强还原性性质三：配合性§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202225性质一：高反应活性离子型氢化物具有很高的反应活性,与水发生激烈反应，放出氢气，故称为生氢剂、干燥剂。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素NaH+H2O→NaOH+H2可用离子型氢化物（CaH2）除去水蒸气或溶剂中微量水分。

H-

+H+→H211/22/202226性质二：强还原性TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2400℃§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素离子型氢化物都是强还原剂，尤其在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐为金属。E(H2/Hˉ)=-2.23V11/22/202227性质三：配合性离子型氢化物在非水溶剂中能与一些缺电子化合物(B3+、Al3+、Ga3+)组成配合物而具有还原性。

2LiH+B2H6→2Li[BH4]（硼氢化锂）

4LiH+AlCl3→Li[AlH4]

+3LiCl（无水）（氢化铝锂）§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素创新思维11/22/202228§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素LiH、LiBH4、LiAlH4都是非常有用的实验室试剂，常用作提供H-的良好试剂、还原剂。实验室更喜欢用后者代替LiH、NaH，是因为它们在乙醚(Ether)中容易溶解。11/22/20222912.3.2氧化物通常条件下碱金属碱土金属氧的存在形式氧化物M2O(M=Li)M'OO2-过氧化物M2O2

(M=Na)M'O2(M'=CaSr

Ba),M'OO22-超氧化物MO2

(M=K,Rb,Cs)M'O4M'=CaSr

BaO2-臭氧化物MO3

(M=K,Rb,Cs）O3-碱金属、碱土金属的氧化物§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202230有趣的现象体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更容易被体积较大的正离子稳定。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/2022311.正常氧化物制备碱金属2Na+Na2O2→2Na2O10K+2KNO3→6K2O+N2间接方法制备§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素2M+O2→2MOMCO3→MO+CO2碱土金属2M(NO3)2→2MO+4NO2+O211/22/202232性质碱金属、碱土金属氧化物的物理性质物理性质§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素物质Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白白淡黄亮黄橙红熔点/℃1570920350400490(分解)(分解)(分解)物质BeOMgOCaOSrOBaO颜色白白白白白熔点/℃2578280029002430197311/22/202233§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素热稳定性总趋势:

从Li→Cs,从Be→Ba

逐渐降低结论碱土金属的氧化物（除BeO）都是NaCl型氧化物。原因11/22/202234化学性质（与水反应）M2O+H2O→2MOH§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素MO+H2O→M(OH)2（M=Ca、Sr、Ba）11/22/2022352.过氧化物(Peroxide)

O2分子结合两个电子，形成过氧离子O22-，或共价的过氧链－O－O－：构成离子型过氧化物（如Na2O2、BaO2

），或共价型过氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。[]2-结构O的氧化数为-1§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202236§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/2022372Na+O2

→Na2O2制备（Na2O2）§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素性质一：碱性介质中是强氧化剂。性质性质二：氧气发生剂。性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。11/22/202238性质一：碱性介质中是强氧化剂。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素Na2O2常用作氧化分解矿石的溶剂11/22/202239性质二：氧气发生剂。易吸潮，呈强碱性Na2O2常用作漂白剂和氧气发生剂§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202240性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素Na2O2广泛用于防毒面具，高空飞行和潜水艇里，吸收人们放出的CO2，并供给O2性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。11/22/2022413.超氧化物(Hyperoxide)O2分子结合一个电子，形成超氧离子O2－

O2分子O2-离子[]-K+KO2

结构§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素在O2－离子中，O的氧化数为，如KO211/22/202242§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202243性质一：强氧化剂。(M=K,Rb,Cs)性质二：CO2吸收剂和氧气发生剂。性质§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/20224412.3.3氢氧化物(Hydroxide)1.碱性递变规律（1）现象LiOH中强碱Be(OH)2两性NaOH强碱Mg(OH)2中强碱KOH强碱Ca(OH)2强碱RbOH强碱Sr(OH)2强碱CsOH强碱Ba(OH)2强碱碱性增强氢氧化物的碱性§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202245（2）规律除Be(OH)2为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；同族：从上到下，碱性增强。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202246拓展三个规律I.同周期（如第三周期）：从左到右，酸性增强，碱性减弱§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202247II.同族（如VA）：酸性增强，碱性减弱从下到上III.同一元素不同氧化态（如氯元素）:高氧化态的氧化物和水合物酸性增强§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202248（3）解释——ROH理论R－Ｏ－Ｈ在水中有两种解离方式R—OHR++OH-碱式电离R—O—HRO-+H+酸式电离φ值大，有利于酸式电离；φ值小，有利于碱式电离。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202249§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素判断氢氧化物酸碱性的经验公式：11/22/2022502.溶解度变化规律（1）现象碱金属氢氧化物溶解度S/(mol·L-1)碱土金属氢氧化物溶解度S/(mol·L-1)LiOH13Be(OH)28×10-6NaOH109Mg(OH)25×10-4KOH112Ca(OH)21.8×10-2RbOH177Sr(OH)26.7×10-2CsOH330Ba(OH)22×10-1S增大氢氧化物在水中的溶解度§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202251阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大；阴、阳离子半径相近的离子化合物在水中溶解度较小。这种规律也可叫做相差溶解规律。（2）规律§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素适用性很广的一条溶解度规律是：11/22/20225212.3.4重要的盐类性质

——溶解性1.现象大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的若干锂盐：LiF、Li2CO3、Li3PO4K+、Rb

+

、Cs+、NH4+同某些较大阴离子的盐：KClO4、氯铂酸盐K2PtCl4§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202253大多数碱土金属盐难溶于水，仅少数易溶于水碳酸盐、磷酸盐、草酸盐难溶于水氯化物、硝酸盐易溶于水

§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202254碱金属氟化物、碘化物在水中的溶解度（mol·L-1)Li+Na+K+Rb+Cs+F-0.11.115.912.524.2I-12.211.88.67.22.8阳离子阴离子§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202255阳离子阴离子Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+SO42-易溶易溶0.2040.0150.00024CrO42-易溶易溶2.30.120.00035碱土金属盐在水中的溶解度(g/100gH2O)§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/2022562.离子型盐类溶解度的一般规律（2）负离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如I-、CrO42-

、SO42-

半径较大，它们的盐的溶解度从锂到铯、从铍到钡的顺序基本减小。（1）正离子为低电荷、大半径的盐往往是易溶的。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素11/22/202257（3）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如F-、OH-的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。§12.3

s区元素的化合物第十二章s区元素（4）一般来讲，盐中正负离子半径相差较大时，其盐的溶解度较大。相反，盐中正负离子半径相近时，其溶解度较小。11/22/202258§12.4元素的相关性12.4.1垂直相关性12.4.2对角相关性12.4.3水平相关性(CorrelativityofElements)11/22/20225912.4.1垂直相关性Li与碱金属、Be与碱土金属具有的共性叫垂直相关性。§12.4元素的相关性第十二章s区元素1.定义都是软金属：金属键弱，硬度低，半径大，密度小。都是活泼金属：在空气中容易形成氧化物（Li：Li2O、Li3N）

2.垂直相关性（以Li为例）遇水激烈反应：11/22/202260能生成M+离子：多数是离子化合物，易溶于水。产生特征颜色的焰色反应：§12.4元素的相关性第十二章s区元素LiNaKRbCs红

黄

紫

紫红

蓝11/22/20226112.4.2对角相关性

（即对角线规则，DiagonalRule）三对元素在周期表中处对角线的位置，相应的两元素及化合物的性质有许多近似之处，这种相似性称对角相关性。1.定义

IA

IIA

IIIA

IVA

Ｌi

Be

BCNaMg

Al

Si§12.4元素的相关性第十二章s区元素11/22/202262（2）锂和镁在过量氧中燃烧，不形成过氧化物，只形成正常氧化物。

2.对角相关性§12.4元素的相关性第十二章s区元素（1