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1、12.1 s区元素概述,12.4 锂 、铍的特殊性 对角线规则,12.3 s区元素的化合物,12.2 s区元素的单质,第十二章 s区元素,掌握碱金属和碱土金属的结构和性质、 存在、制备及用途之间的关系； 2. 了解碱金属和碱土金属氧化物的类型以 及氢化物的性质； 3. 掌握碱金属和碱土金属氢氧化物溶解 度、碱性等变化规律； 4. 掌握碱金属和碱土金属盐类的一些重要性质如溶解性、热稳定性等； 5. 通过对比锂镁性质的相似性掌握对角线规则。,元素有111种，其中金属约有89种，准金属 5种(硅、硒、碲、砷、硼)，非金属17种。,1轻有色金属：一般指密度在4.5gcm-3以 下的有色金属，包括铝、镁
2、、钠、钾、 钙、锶、钡。,2重有色金属：一般指密度在4.5 gcm-3 以上的有色金属，其中有铜、钴、镍、 锡、铅、锌、镉，汞、锑和铋等。,3贵金属：这类金属包括金，银和铂族元 素(锇、铱、铂、钌、铑和钯).,4准金属：一般指硅、硒、碲、砷、硼.,5稀有金属：通常是指在自然界中含量很 少(但不绝对，如Ti为0.45，在元素中 占第十位)，分布稀散、发现较晚，难以 从原料中提取的或在工业上制备和应用 较晚的金属。,12.1 s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
3、泼金属。,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. 易与H2O反应 ( 除Be、Mg外)， 与非金属作用形成相应的化合物。,注：它们的活泼性有差异,通性：,原子半径增大 金属性、还原性增强 电离能、电负性减小 电极电势降低，但是Li+/Li除外,IA IIA Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba,原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大,为什么E (Li+/Li) =-3.04V, 比 E (Cs+/ Cs )还小？,电极反应：Mz+(aq) + Ze- M(s),根据,I1,E (M+/ M
4、)/V,(M+,aq),注：以上物理量除E 外单位均为：kJmol-1,锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么 Li 与水反应没有其它金属与水的反应激烈？,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，两 者之间并无直接的联系. Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1）锂 的熔点较高，与水反应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，一旦生成 ，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继 续进行.,Question,12.2.1 单质的物理性质和化学性质,12.2 s区元素的单质,12.2.2 s区元素的存在和单质的制备,12.2.1 单质的物理性
5、质和化学性质,Na,Li,K,1. 物理性质,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Rb,Cs,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 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2,与氧、硫、氮、卤素反应， 形成相应的化合物。,2. 化学性质,镁带的燃烧,与水作用,Ca,2M + 2H2O 2MOH + H2(g),与液氨的作用,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. 溶于液氨的反应如下：,有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸
6、收波长的蓝光.这暗示各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种.后来实验这个物种是氨合电子，电子处于46个 NH3 的 “空穴” 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. 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.,碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,H2,碱 土 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,3. 焰色反应,均以矿物形式存在：,锂辉石：,钠长石：,钾长石：,光卤石：,明矾石：,12.2.2 s区元素的存在和单质的制备,绿柱石：,菱镁矿：,萤石：
7、,天青石：,大理石：,石膏：,重晶石：,热分解法 2MN3 = 2M + 3N2; M =Na,K,Rb,Cs,加 CaCl2 的作用 ( 助熔剂 ) 降低熔点，减少液Na挥发 混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面， 易于收集,单质的制备,金属钾能否采用类似 制钠的方法制备呢？,结论是不能采用同类方法. 其原因是： 金属 K 与 C 电极可生成羰基化合物 金属 K 易溶在熔盐中，难于分离 金属 K 蒸气 易从电解槽 逸出造成易 燃爆环境 制备原理: KCl+Na=K+NaCl,Question,首先，钾的第一电离能 (418.9 kJmol-1 ) 比钠的第一电离能 （495.8 kJmol-1
8、 ）小的缘故.,Question,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的数值.不难预料随Pk变小， D r Gm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D r Hm是个不大的正值，但钾的沸点（766 C）比钠的沸点（890 C ）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KCl 、NaCl 仍保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的T D r Sm项变大，有利于D r Gm变成负值，反应向右进行.,12.3.1 氢化物,12.3 s区元素的化合物,12.3.5 配合物,12.3.4 重要
9、盐类及其性质,12.3.3 氢氧化物,12.3.2 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 -441,1. 均为白色晶体， 热稳定性差.,/ kJmol-1,12.3.1 氢化物,2. 还原性强,钛的冶炼：,剧烈水解：,3. 形成配位氢化物,氢化铝锂,受潮时强烈水解,1. 形成四类氧化物,稳定性:O2- O2- O22-,正常氧化物 (O2-)：,过氧化物 (O22-)：,超氧化物 (O2-),12.3.2 氧化物,臭氧化物(O3-)：顺磁性,“能量效应”要求体
10、积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定.,该问题可以从以下几个方面讨论：,为什么在空气中燃烧碱金属 所得的产物不同？,Question,2. 制备：,直接： 间接：,3. 化学性质,与H2O的作用：,（Li Cs剧烈程度）,（BeO除外，两性氧化物）,与CO2的作用：,与矿石一起熔融分解矿物,Cr2O3 + 3Na2O2= 2NaCrO4 + Na2O,12.3.3 氢氧化物,碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。,易吸水而潮解(干燥剂),MOH易溶于水，放热。 碱土金属溶解度（20）,溶解度增大,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强
11、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 （不都是强碱）,规律：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，相近的溶解度较小，即 “相差溶解” 规律.,12.3.4 重要盐类及其性质,1. 晶体类型： 绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤化物有一定的共价性。,例如：Be2+极化力强， BeCl2已过渡为共价 化合物。,离子性增强,一、重要盐类（通性）： 卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。,BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ 415 714 775
12、874 962,2. 一般无色或白色 3. 溶解度：碱金属盐类一般易溶于水； 碱土金属盐类除卤化物、硝酸 盐外多数溶解度较小。,离子型盐溶解度的一般规律： (1) 离子的电荷少、半径大的盐往往是易溶的。例如碱金属离子的电荷比碱土金属少，半径比碱土金属大，所以碱金属的氟化物比碱土金属氟化物易溶。 (2) 阴离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如 I-、SO42- 、 半径较大，它们的盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序(半径增大)基本减小。,(3) 相反，阴离子半径较小时，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（变形性小），其盐的溶解度按锂到铯，
13、铍到钡的顺序基本增大。 (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。 （晶格能、水合能）,Question,一般的钠盐或钾盐是易溶的，一般的高氯酸盐也是易溶的，但为什么 NaClO4 的溶解度不大，而 KClO4更难溶？,Na+、K+、ClO4 都是电荷少、半径大的离子，溶于水后离子水合程度不大. 故这些盐类的溶解一般都是熵增过程，有利于溶解. 溶解过程的焓变主要来自晶格能和水合能. Na+、K+、ClO4电荷少、半径大，因而它们的晶格能小. KClO4 虽然晶格能比前者更小些，但净减小值不会很大，因为前者的晶格能本来就不大，但后
14、者的水合能比前者却有较大的减小. 因此，对由大阳离子和大阴离子组成的化合物来说，它们的晶格能虽然很小，但水合能更小，它们在水中就变得难溶了.,影响碱金属高氯酸盐溶解度的另一个因素是大阴离子与小阳离子不 “匹配”.,难溶钠盐：六羟基锑酸钠NaSb(OH)6， 醋酸双氧铀酰锌钠 NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O为黄绿色结晶。,难溶钾盐： 高氯酸钾 KClO4 (白色) 酒石酸氢钾 KHC4H4O6 (白色) 六氯合铂酸钾 K2PtCl6 (淡黄色) 钴亚硝酸钠钾 K2NaCo(NO2)6 (亮黄色) 四苯硼酸钾 KB(C6H6)4 (白色),硝酸盐热稳定性差（易发生氧化还原反应）
15、碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强。 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 / 100 540 900 1290 1360,稳定性: M2CO3 MCO3,4. 热稳定性：较高。,5. 钠盐和钾盐的性质差异 溶解度：Na盐和K盐的溶解度都比较大,但相对来说Na盐K盐，NaHCO3K盐，所以分析中的基准物质用K盐：邻苯二甲酸氢钾、K2Cr2O7；炸药用KNO3和KClO3。, 结晶水：Na盐K盐 例Na2SO410H2O、Na2HPO412H2O，形成结晶水的倾向与离子的大小和所带的电荷有关，极化力大的离子水合热大，所以从Li到Cs水合能力依次降低。几乎
16、所有的锂盐都水合；钠盐有75%水合；钾盐25%水合；铷盐和铯盐只有少数是水合的。硝酸盐中只有Li盐水合，LiNO3H2O、LiNO33H2O。硫酸盐中只有Li2SO4H2O和Na2SO410H2O，碳酸盐中只有Li2CO3不水合，其余都有水合物。 Na2CO3K2CO3Rb2CO3Cs2CO3 1,7,10 1,5 1,5 3,5,6. 形成复盐的能力 除Li以外，碱金属都能形成复盐，复盐有三类：光卤石型：通式 MClMgCl2 6H2O ( M = K+、Rb+、Cs+) 矾类I：通式 M2SO4MgSO46H2O, 软钾镁矾 ( M = K+、Rb+、Cs+) 矾类II：通式 MM(SO4)212H2O, 明矾 (M
