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1、第十章 元素化学,Chemistry of Element,10.1 元素概述 10.2 s区元素 10.3 p区元素 10.4 d区元素 10.5 ds区元素 10.6 f区元素,1了解元素的分布及其分类 2. 了解f区元素的一般性质 3熟悉重要元素及其化合物的性质 4掌握s区、p区、d区、ds区元素性质的一般规律 5了解元素化学的一些新进展,根据元素的性质进行分类，分为金属与非金属。 在元素周期表中，以BSiAsTeAt和AlGeSbPo两条对角线为界处于对角线左下方元素的单质均为金属，包括s区、ds区、d区、f区及部分p区元素；处于对角线右上方元素的单质为非金属，仅为p区的部分元素；处于
2、对角线上的元素称为准金属，其性质介于金属和非金属之间，大多数的准金属可作半导体。,一、S区元素,Na,Li,K,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Rb,Cs,与水作用,Ca,2M + 2H2O 2MOH + H2(g),焰色反应,深红 黄 紫,橙红 洋红 绿,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。,1.S区元素的通性, 价电子构型,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 Rb SrCs Ba,原子半径减小电离能、电负性增大金属性
3、、还原性减弱, 周期性规律,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,均以矿物形式存在：,锂辉石：,钠长石：,钾长石：,光卤石：,明矾石：,s区元素的存在,绿柱石：,菱镁矿：,萤石：,天青石：,大理石：,石膏：,重晶石：,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,.均为白色晶体， 热稳定性差,/ kJmol-1,(1 ) 氢化物,2.重要化合物,.还原性强,钛的冶炼：,剧烈水解：,.形成配位氢化物,受潮时强烈水解,单质在
4、空气中燃烧，形成相应的氧化物：,Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2,镁带的燃烧,（2）氧化物,（1）正常氧化物 碱金属中的锂和所有碱土金属在空气中燃烧，生成正常氧化物： 4Li + O2 = 2Li2O 2M + O2 = 2MO 其他碱金属的正常氧化物是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用而得到的。例如： Na2O2 + 2Na = 2Na2O 2KNO3 + 10K = 6K2O + N2 将碱土金属的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物等热分解也能得到氧化物MO： MCO3 MO + CO2 ,（2）过氧化物 除铍外，所有碱金属和所有碱土金属都能分
5、别形成相对应的过氧化物M2O2，MO2 2Na + O2 = 2Na2O2 Na2O2与H2O或稀酸反应，生成过氧化氢： Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4（稀） = Na2SO4 + H2O2 Na2O2与CO2反应，放出氧气： 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 ,（3）超氧化物 除了锂、铍、镁外，碱金属和碱土金属都分别能形成超氧化物MO2和M(O2)2。其中，钾、铷、铯在空气中能直接生成超氧化物MO2。 K + O2 = KO2因此，超氧化物也是强氧化剂。KO2与CO2作用放出氧气： 4KO2 + 2CO2 = 2K2
6、CO3 + 3O2 ,（4）臭氧化物 在冷冻条件下，O3可与KOH生成臭氧化钾KO3： 3KOH(s)+2O3 =2KO3(s)KOHH2O(s) O2 KO3与过氧化物、超氧化物相似，遇水反应放出氧气： 4KO3 + 2H2O = 4KOH + 5O2,（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,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 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
7、性,3. 盐类,重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。,晶体类型： 绝大多数是离子晶体,一般无色或白色溶解度：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。热稳定性：较高。 唯硝酸盐热稳定性较差。,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 BaCO3T分 / 100 540 900 1290 1360,稳定性 M2CO3 MCO3,A 族的Li与A族的Mg， A族的Be与A族的Al， A 族的B与A族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：,相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为
8、对角线规则。,对角线规则,锂与镁的相似性：单质与氧作用生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；氯化物均能溶于有机溶剂中；碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。,二、P区元素,p区元素概述硼族元素碳族元素氮族元素氧族元素6 卤素,p区元素概述,第二周期元素具有反常性 (只有2s,2p轨道) 第二周期元素单键键能小于第三周期元 素单键键能(kJ/mol-1) E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141 E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199,p区元素性质的特征,第四周期元素表现出异样性(d区插入),例如：溴
9、酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3 ，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。,最后三个元素性质缓慢地递变,K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+r/pm 133 99 62 53 47 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+r/pm 148 113 81 71 62 Cs+ Ba2+ Tl3+ Pb4+ Bi5+r/pm 169 135 95 84 74,(d区、f 区插入),价电子构型：ns2np1-5 例如：氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。惰性电子对效应：同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定。,多种氧化值,例如：Si(
10、II) Pb(IV) 价电子结构分别为Xe6s2，Xe,惰性电子对效应：,2.硼族元素,硼族(A)：B，Al，Ga，In，Tl价电子构型：ns2np1缺电子元素：价电子数价层轨道数缺电子化合物：成键电子对数价层轨道数例如：BF3，H3BO3。,缺电子化合物特点：,b. 易形成双聚物Al2Cl6,a. 易形成配位化合物HBF4,硼族元素的一般性质,B为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属氧化态：B，Al，Ga：（+3） In：（+1，+3） Tl：（+1）最大配位数：B：4 例：HBF4其它：6 例：Na3AlF6,1.硼的氢化物硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6 B4H
11、10 乙硼烷 丁硼烷 有CH4，但无BH3 最简单的硼烷：B2H6 其结构并非如右图所示：,硼的主要化合物,硼烷的结构,B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。（氢桥）,记作：,要点：B的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。,B4H10分子结构,B：sp2杂化,2. 硼酸 H3BO3结构：,一元弱酸 (固体酸),与多羟基化合物加合,=5.810-10,硼的含氧酸盐硼砂,硼酸根的结构：,构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ),水解呈碱性,硼砂珠实验：,硼的卤化物,BX3结构：,B：sp2杂化,BX3性质：,氧化铝：Al2O3 - Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。 - Al2O
12、3 ：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。,氧化铝和氢氧化铝,氢氧化铝：Al(OH)3,Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素,3.碳族元素,价电子构型：ns2np2,碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb,碳的化合物,一个键两个键,1.碳的氧化物(1) 一氧化碳(CO),C,O,结构： CO(6+8=14e-)与N2（27=14e-）是等电子体, 结构相似,性质：作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中C是配位原子。还原剂：,剧毒,(2) 二氧化碳 (CO2),经典的分子结构：O=C=O,CO2中，碳、氧之间键长116pm,C：sp杂化,固体二氧化碳干冰,2.碳酸及其盐,C：sp2杂化,碳酸及其盐的热稳定性：,H2CO3MHCO3M2CO3,同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/ 100 540 900 1290 1360,
