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1、第八章 s区元素8.1 S区元素概述18.2 S区元素的一些规则38.3 重要单质与化合物108.4 制备188.5 S区元素的生物作用208.1 S区元素概述8.1.1 碱金属S区元素价电子构性、氧化还原性及其变化规律 S区元素包括周期系中的A族碱金属和A族碱土金属。表8-1 A A金属离子半径增大电离能电负性减小锂Li铍Be钠Na镁Mg钾K钙Ca铷Rb锶Sr铯Cs钡Ba钫Fr镭RaA和A的特征氧化态为1和2，但还存在低氧化态，如等。 从标准电极电势（E），均具有较大的负值。金属单质都是强的还原剂,如纳、钾、钙等常用作化学反应的还原剂。 表8-2 S区元素电极电势 电对E（v）电对E（v）-
2、3.03-1.85-2.71-2.37-2.93-2.87-2.93-2.89-2.92-2.91由于它们都是活泼的金属元素，只能以化合状态存在于自然界。如钠和钾的主要来源分别为熔盐NaCl、海水；天然氯化钾、光卤石KClMgCl26H2O等。钙和镁主要存在于白云石、方解石、菱镁矿、石膏等矿物中，锶和钡的矿物有天青石和重晶石等。 岩盐 白云石 菱镁矿 重晶石8.1.2 碱土金属2.碱土金属 碱金属和碱土金属元素在化合时，多以形成离子键为主要特征。氢氧化物除具有两性，为中强碱外，其他均是强碱。 【问题1】铍与锂具有一定的共价性，为什么？ 由于锂和铍原子半径和离子半径小，且为2电子构型，有效核电荷
3、大，极化力强，因此它们的化合物，具有一定的共价性。 碱金属元素的原子也可以共价键结合成分子，如等碱金属单质的双原子分子就是共价分子。 IA和IIA族金属的一些基本性质列于表中。 表8-3 碱金属与碱土金属的基本性质 元素性质 Li Na K Rb Cs Be Mg Ca Sr Ba 密度/0.534 0.968 0.856 1.532 1.90 1.848 1.738 1.55 2.63 3.62 熔点/K 453.5 370.8 336.7 311.9 301.7 1557 922 1112 1042 993 沸点/K 1620 1165 1030 961 978 3243 1363 175
4、7 1657 1913 硬度（金刚石 =10） 0.6 0.4 0.5 0.3 0.2 4 2.0 1.5 1.8 -升华热/ 161 109 90.0 85.8 78.8 320 150 192 164 175 Mn+(g)的水合热/ -522 -406 -322 -297 -266 -2494 -1921 -1602 -1443 -1305 【问题2】为什么A金属的熔沸点升华热高于IA？A离子水合放热更多？ 因为A金属中有两个电子参与形成金属键，金属键较强，所以熔沸点及升华热均高于IA。A离子带有两个正电荷，更容易与水结合，会放出更多的热量。8.2 S区元素的一些规则8.2.1 对角线规则
5、（1）锂和镁的相似性S区元素的一些规律 1对角线规则 第二周期元素Li、Be、B的性质和第三周期处于对角位置的元素Mg、Al、Si一一对应，它们的相似性称为对角线规则。(1).锂和镁的相似性 a.锂、镁在氧气中燃烧，均生成氧化物（和），不生成过氧化物。b.锂、镁在加热时直接和氮反应生成氮化物（和），而其它碱金属不能和氮作用。c.锂、镁和氟化物（LiF、）、碳酸盐（、）、磷酸盐（、）均难（或微）溶于水，其他相应化合物为易溶盐。 d.水合锂、镁氯化物晶体受热发生水解。 e.锂和镁、硝酸盐分解产物相似。自测：写出其他碱金属硝酸盐分解方程式？ f.IA中只有锂能直接和碳生成，镁和碳生成(C=C=C)4
6、-) g.锂、镁的氯化物均溶于有机溶剂中表现出共价特性。8.2.2 对角线规则（2）铍和铝、硼和硅的(2).铍和铝的相似性 a铍和铝均为两性金属，其氧化物和氢氧化物均为两性。 b无水氯化物为共价化合物，易生成双聚体（气态下）、易升华、溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。IIA族其他元素的为离子型化合物、熔融态能导电。c铍、铝和冷硝酸接触表面易钝化，其他IIA族金属易和硝酸反应。 d氧化铍和氧化铝都具有高硬度和高熔点。 (3).硼和硅的相似性 aB、Si 均能从NaOH 中置换出氧气。 b其单质为原子型晶体 cB-O、Si-O十分稳定。 问题1：为什么会出现对角相似？ 因为锂和镁，铍和铝，硼和硅Z/r比
7、较相似，极化能力相近，因此出现性质上的某种相似。8.2.3 ROH规则2R-OH规则 氢氧化物的强弱通常用的离子势=Z/r（Z为电荷数，r为离子半径）判断，简称 ROH 规则。我们把任何碱和含氧酸都统一表示为ROH的结构（R代表）。 以为例，在水溶液中存在两种解离方式： (1).酸式电离 值越大，的静电场越强，对氧原子上的电子云的吸引力就越强（MOH），MO之间呈现显著的共价性，而OH键受的强烈影响，其共用电子对强烈地偏向氧原子，以致OH键呈现显著的极性，即随MO键的增强，按酸式电离的趋势就越大。8.2.4 离子性盐类溶解性的判断方法3. 离子性盐类溶解性的判断方法 物质在溶剂中的溶解是较为复
8、杂的过程。根据相似相容原理，离子化合物易溶于极性溶剂中。在此，我们讨论具有8电子构性的金属离子所形成的盐的溶解度。 (1).水合能、晶格能与溶解度 以IA族无水卤化物溶解为例，设计下列热化学循环：为离子型盐溶解过程的标准自由能变 (为什么？) 在常温下，熵效应对贡献较小，可忽略。 从上述循环和晶格能、水和热的定义，我们能看出： 也就是说盐类在水中溶解的难易程度粗略地用晶格能和水合能（总的）的相对大小来判断。若水合能大于晶格能其盐类可以溶解或溶解度较大，反之则难溶。表8-3中列出碱金属氟化物和碳酸盐（钠）在水中溶解的热力学参数。 表8-3 碱金属氟化物和碳酸盐（钠）在水中溶解度的热力学参数 物质
9、总水合能晶格能 溶解度 LiF-103410390.1NaF-9219191.1KF-83781715.9RbF-80877912.5CsF-77973024.2Na2CO3-2056203029.4NaHCO3-7928110.3【问题1】此方法有什么优缺点？ 此方法数据易得，简单方便，适用于大多数溶解过程。但该方法忽略了熵对离子型盐的溶解性的影响，有些溶解过程熵的变化较大，则判断就会出现错误。8.2.5 巴索洛经验规则（2）巴索洛经验规则 阴阳离子之间有一定的匹配关系，在缺乏有关数据的前提下，可以作为判断盐类溶解性的一种定性方法。 巴索洛经验规则： 当阴阳离子电荷的绝对值相同而它们的半径相
10、近时，生成的盐类一般难溶于水。【问题1】比较 LiF、CsF； LiI、CsI溶解度大小? LiF是小与小配，CsI是大与大配，难溶于水。CsF、 LiI阴阳离子半径相差甚远，大小严重不匹配，易溶于水。【问题2】要使碱金属离子生成沉淀，需要那些的阴离子？ 从巴索洛经验规则可联想起要使碱金属这类大阳离子生成沉淀，必须找大阴离子作为沉淀剂，如等大阴离子与、等形成的化合物均难溶于水。【问题3】据巴索洛经验规则分析碱土金属盐类溶解度大致规律? 、为半径较小的阴离子,从阴离子半径增大,越来越不匹配,所以溶解度越来越大.而，则为半径较大的阴离子,从阴离子半径增大,越来越不匹配,因此与A离子形成盐的溶解度从
11、上到下越来越小。对其他族的阳离子和阴离子也可根据巴索洛经验规律加以预测。如下列的阳离子与阴离子可组成稳定的化合物（符合电荷绝对值相等，半径相近原则）。 阳离子 阴离子8.2.6 盐的稳定性4.盐的热稳定性 (1).碳酸盐的热稳定性 一般碱金属盐具有较高的热稳定性，除了在高温下部分分解外，其余碱金属碳酸盐难分解。碱土金属碳酸盐不稳定，按下式分解： 碳酸盐的热稳定性也可用离子极化观点来说明： 在中，既存在中心C原子对周围的作用，也存在对的作用。阳离子电荷愈高半径愈小，极化力愈强，愈容易从中夺取；成为MO。同时放出，表现为的热稳定性愈低，最易发生分解。【问题1】解释碱土金属碳酸盐的分解规律。 在碱土
12、金属碳酸盐中，阳离子半径从至增加，极化力随之降低（Z/r下降），即对的作用力随到减弱，热稳定性随之增加。的热分解温度由族往下逐渐升高，这与实验结果相一致，见下表。 碳酸盐分解温度/K373813117315631663【问题】为什么碳酸氢盐十分不稳定？ 因为其中半径较小，极化能力特别强，所以碳酸氢盐不稳定。碳酸氢盐都不及碳酸盐稳定，碱金属的碳酸氢盐受热时即分解为碳酸盐：(2).硝酸盐热稳定性 碱金属硝酸盐热稳定性低，在一定温度下就会分解。 8.3 重要单质与化合物8.3.1 单质的性质重要单质与化合物 1.单质的性质 (1).物理性质碱金属和碱土金属都是低熔点、低硬度的轻金属。除铍、镁较硬外，
13、其他金属均较软，能用刀切割。它们均具有金属的外观及良好的导电性。 (2).单质的化学性质IA、IIA族金属有很强的活泼性，都能同卤素、氧及活泼非金属发生反应，大多数能与氢、水作用，生成的相应化合物（除锂、铍的某些化合物外）一般是以离子键相结合。如NaH、等为离子型氢化物，而和为过渡型氢化物。与水之间的反应在实验室用来除去溶剂或惰性气体（如、Ar）中的痕量水： 【问题1】可用此脱去大量的水吗？ 不适合于脱除大量水，由于该反应为剧烈的放热反应，产生可燃性氢气是相当危险的。 锂、钠、钾分别投入水中，除锂外，反应非常激烈，同时放出大量的热。 碱金属和碱土金属（铍和镁除外）均溶于液氨，形成具有导电性的蓝
14、色溶液：蓝色是由溶剂合电子跃进引起的。碱金属的液氨溶液可以采用蒸发方法回收金属。金属的氨溶液是一种能够在低温下使用的非常强的还原剂。 【问题2】此蓝色溶液的磁性如何？ 此蓝色溶液（稀溶液）具有顺磁性，并随碱金属浓度的增加，顺磁性降低。随金属溶解量的增加，溶剂和电子配对作用加强，顺磁性降低。 液氨中碱金属同氨也有生成氨基化物的慢反应： 式中M=Na、K、Rb、Cs。如果在体系中有催化剂（如过渡金属氧化物、铁盐）存在时，反应会十分快速地进行。碱金属有很高的反应性，在空气中极易形成的覆盖层。（碱金属如何保存？） 要将它们保存在无水煤油中，锂保存在液体石腊中。（密度小，能浮在煤油上） 碱土金属的活泼性不如碱金属，铍和镁表面形成致密的氧化物保护膜。 8.3.2 氧化物和过氧化物2氧化物、过氧化物、超氧化物、臭氧化物 IA、IIA族金
