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1、元素化学讲义要点第1章 S区元素教学要求a. 掌握I A、IIA族元素通性和单质的结构、性质、存在及钠、钾、镁的制备；b. 掌握I A、IIA族元素的氢化物、氧化物、过氧化物的一般性质；c. 掌握I A、IIA族元素的氢氧化物的碱性及溶解性，重要盐类的溶解性、热稳定性等性质的变化规律；d. 了解锂、铍的特性及LiMg，BeAl相似性，进一步理解对角线规则；e. 全面认识离子晶体盐类的溶解性的规律及内在原因。重点与难点重点：碱金属和碱土金属单质及化合物的化学性质；碱金属和碱土金属氢氧化物、盐的性质变化规律。 难点：R-O-H规则及用离子势判断氢氧化物的酸碱性。 教学内容1.1 碱金属及碱土金属的
2、通性（0.5学时）1.2 碱金属及碱土金属单质（1学时）1.3 化合物（1.5学时）1.4 离子晶体盐类的溶解性1.1 s区元素概述1 碱金属和碱土金属的基本性质 碱金属元素的一些基本性质 性 质 锂 钠 钾 铷 铯 符 号 原子序数 原子量 价电子构型 常见氧化态 原子半径 /pm 离子半径 /pm 第一电离能 /(kJ/mol) 第二电离能 /(kJ/mol) 电负性 M + 水化能 /(kJ/mol) 标准电势 / V Li 3 6.941 2s 1 +1 123 60 520 7298 1.0 519 -3.045 Na 11 22.99 3s 1 +1 154 95 496 4562
3、 0.9 406 -2.710 K 19 39.10 4s 1 +1 203 133 419 3051 0.8 322 -2.931 Rb 37 85.47 5s 1 +1 216 148 403 2633 0.8 293 -2.925 Cs 55 132.9 6s 1 +1 235 169 376 2230 0.7 264 -2.923 碱土金属元素的一些基本性质 性 质 铍 镁 钙 锶 钡 符 号 原子序数 原子量 价电子构型 常见氧化态 原子半径 /pm 离子半径 /pm 第一电离能 /(kJ/mol) 第二电离能 /(kJ/mol) 第三电离能 /(kJ/mol) 电负性 M + 水化
4、能 /(kJ/mol) 标准电势 / V Be 4 9.012 2s 2 +2 89 31 900 1757 14849 1.5 2494 -1.85 Mg 12 24.31 3s 2 +2 136 65 738 1451 7733 1.2 1921 -2.372 Ca 20 40.08 4s 2 +2 174 99 590 1145 4912 1.0 1577 -2.868 Sr 38 87.62 5s 2 +2 191 113 550 1064 4320 1.0 1443 -2.89 Ba 56 137.3 6s 2 +2 198 135 503 965 0.9 1305 -2.91 2存
5、在由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，因此在自然界均以化合态形式存在。钠、钾在地壳中分布很广，其丰度均为 2.5% 。锂、铷、铯在自然界中的储量很小且分散，被列为稀有金属。碱土金属的重要矿物较多，铍为稀有金属。Li 锂: 锂辉石 LiAl(SiO3)2 Na 钠:（第6位）海水 NaCl, 矿物 NaCl, 钠长石 NaAlSi3O8芒硝 Na2SO410H2OK 钾:（第7位）海水中的 K+，钾长石 KAlSi3O8Rb铷和Cs铯: 与K共生Be 铍: 绿柱石 3BeOAl2O36SiO2Mg 镁: (第8位）光卤石 KMgCl36H2O白云石 CaMg(CO3)2菱镁矿 MgCO3Ca
6、钙(第5位), Sr 锶, Ba 钡(第17位): 碳酸盐及硫酸盐矿物，石膏CaSO42H2O，重晶石BaSO41.2. s区元素的单质1.2.1 单质的物理性质和化学性质1. 单质的物理性质碱金属和碱土金属单质除铍为钢灰色外，其它均为银白色光泽。碱金属具有密度小、硬度小、熔点低的特点，是典型的轻、软金属。碱金属还具有良好的导电性。碱土金属的熔点、沸点比碱金属高，硬度较大，导电性低于碱金属，规律性不及碱金属强。3. 生成合金液体合金: 一定比例的Na和K( K 77.2%, Na 22.8%)可得常温下的液体合金, (m.p. 260.7K). (合金的凝固点低!)钠汞齐: 钠溶于汞中得到,
7、也是液体合金, Na还原性强, 反应猛烈, 但NanHg钠汞齐却是平和的还原剂, 反应不剧烈, 可以控制:2(NanHg) + 2H2O= 2NaOH + H2 + 2nHg(汞齐, 是金属溶解于汞中形成的溶液, 经常做还原剂使用)3. 化学反应由于碱金属和碱土金属的核外电子数较少，原子半径较大，核对价电子的吸引力较小，因此碱金属和碱土金属的化学活泼性很活泼，表现在： 易与水的反应，碱金属与水反应更剧烈，产生的氢气着火燃烧。和H2反应剧烈(除Be、Mg之外):Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 易氧化，生成氧化物、过氧化物、超氧化物等。 与氢的反应，活泼的碱金属均能与氢在高温下直
8、接化合，生成离子型氢化物，由于氢负离子有较大的半径（ 2.08 ），容易变形，所以它仅能存在于干态的离子型氢化物晶体中，而不能成为水溶液中的水合离子。和H2的反应(除Be、Mg之外):2Na + H2 = 2NaHNaH: 白色晶体, H显负价, 是强还原剂. LiH, NaH, KH, RbH中, LiH最稳定. 原因: Li+半径最小, 极化能力强, 与H形成的离子键趋向共价键, 所以最稳定。使用氢化碱金属的还原反应:TiCl4 + 4NaH = Ti + 2H2 + 4NaCl2KH + 2H2O = 2KOH + 2H2钠能溶于液氨中生成蓝色溶液，该溶液具有导电性和顺磁性。在溶液中钠离
9、解生成钠正离子和溶剂合电子： Na (S) + (x+y)NH 3(l) Na(NH 3 ) x + + e (NH 3 ) y 其中的溶剂合电子是一种很强的还原剂。4、铍的反常性质Be 原子的价电子层结构为 2s 2 ，它的原子半径为 89pm ， Be 离子半径为 31pm ， Be 的电负性为 1.57 。铍由于原子半径和离子半径特别小（不仅小于同族的其它元素，还小于碱金属元素），电负性又相对较高（不仅高于碱金属元素，也高于同族其它各元素），所以铍形成共价键的倾向比较显著，不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质。（ 1 ）铍由于表面易形成致密的保
10、护膜而不与水作用，而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易与水反应。（ 2 ）氢氧化铍是两性的，而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。（ 3 ）铍盐强烈地水解生成四面体型的离子 Be(H 2 O) 4 ，键很强，这就削弱了 O H 键，因此水合铍离子有失去质子的倾向： Be(H 2 O) 4 2+ Be(OH) (H 2 O) 3 + + H + 因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素（镁除外）的盐均没有水解作用。1.2.2 s区元素单质制备1. 电解法以石墨为阳极, 以铁为阴极, 电解NaCl熔盐 Na的沸点(b.p.)与NaCl的熔点(m.p.)相近, 易挥发失掉Na, 要加助熔剂, 如
11、CaCl2, 这样, 在比Na的b.p.低的温度下即可熔化. Na液态, 密度小, 浮在熔盐上面, 易于收集. 但产物中总有少许Ca.2. 化学还原法MgO + C = CO + Mg (高温)反应常温下rGm 0，但 rSm 0, 高温下可能反应.KCl(l) + Na = NaCl + K(g) 2RbCl(l) + Ca= CaCl2 + 2Rb(g)问题: Na本不比钾活泼，但为何可以反应? 原因: K的沸点低, 汽化后, 平衡右移.1.3 s区元素的化合物1.3.1 氢化物(1) 制备及物理性质制备(2) 物理性质盐LiHNaHKHRbHCsHCaH2SrH2BaH2生成焓 fH/k
12、Jmol-1-91.2-56.5-57.7 -54.4-49.8-174.3-177-189.9MH 核间距/pm204244285302319232 285*249 306*267 328*H- 实测半径/pm137146152154152138138138晶格焓/(kJmol-1)(实验值)911.3806.2711.7646.06952 426.72 259.42 167.3*斜方晶格中有七个短MH键距和2个长 MH 键距(3) 化学性质 还原性强 应用 a.在有机合成中作强还原剂Li+/Li=-2.25Vb.钛的冶炼 剧烈水解性 形成配位氢化物受潮时强烈水解思考题 1如何证明其为离子型
13、氢化物，并含有H 电解熔融盐，阳极放出H2； 与水作用产生氢气 NaH + H2O = NaOH + H2 CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + H2（4）氢化物类型 离子型氢化物、共价型氢化物、过渡型氢化物（金属型氢化物）过渡型氢化物（金属型氢化物）特点: 没有确定的化学式；保持金属晶体的晶格性质: 吸收氢气用作贮氢材料，1体积钯室温下可吸收700体积以上的氢气，（化学式为PdH0.6）温度越高，吸收氢气量越小。373K真空下，溶解的氢全部放出。成键理论:无明显电荷分离的类合金模型；氢原子失去电子成为H，而电子则进入金属导带的质子模型；氢化物导带电子不足模型：氢原子从金属导带得电子
14、，导带中电子因此不足，但并未全部夺去，所以仍能显示金属性质。1.3.2 氧化物1 、普通氧化物 碱金属在空气中燃烧时，只有锂生成普通氧化物 Li 2 O ，钠生成过氧化物 Na 2 O 2 ，钾、铷、铯生成超氧化物 MO 2 （ M=K 、 Rb 、 Cs ）。要制备除锂以外的其它碱金属的普通氧化物，必须用其它方法。碱土金属在室温或加热时与氧化合，一般只生成普通氧化物 MO 。但实际生产中常从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制备。2 、过氧化物 过氧化物是含有过氧基（ -O-O- ）的化合物，除铍外，碱金属、碱土金属在一定条件下都能形成过氧化物。常见的是过氧化钠。过氧化钠 Na 2 O 2 呈强碱性，含有过氧
