9第十三章s-区元素

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1、s s 区元素区元素第第13章章上页上页下页下页目录目录返回返回1了解了解 s 区元素的物理性质和化学性质；区元素的物理性质和化学性质；6了解对角线规则和锂、铍的特殊性。了解对角线规则和锂、铍的特殊性。5会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律；会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律；4了解了解 s 区元素的重要盐类化合物，特别注意区元素的重要盐类化合物，特别注意 盐类溶解性的热力学解释；盐类溶解性的热力学解释；3了解了解s区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物 的性质，注意氢氧化物的碱性变化规律；的性质，注意氢氧化物的碱性变化规律；2了解物主要元素的矿资源及单质的制备了解物主

2、要元素的矿资源及单质的制备, 特特 别注意钾和钠制备方法的不同；别注意钾和钠制备方法的不同；本章教学要求本章教学要求上页上页下页下页目录目录返回返回13.1 单质单质 Simple substances13.2 化合物化合物 Compounds上页上页下页下页目录目录返回返回s区元素概述区元素概述上页上页下页下页目录目录返回返回S S区元素在周期表中的位置区元素在周期表中的位置上页上页下页下页目录目录返回返回碱金属碱金属 (alkalin metals) (A): ns1锂锂lithium钠钠sodium钾钾potassium铷铷rubidium铯铯caesium钫钫francium碱土金属碱

3、土金属 (alkalin earth metals) (A): ns2铍铍beryllium镁镁magnesium钙钙calcium锶锶strontium钡钡barium镭镭radium原原子子半半径径增增大大金金属属性性、还还原原性性增增强强电电离离能能、电电负负性性减减小小原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大电离能、电负性增大上页上页下页下页目录目录返回返回R碱金属碱金属(IA ): ns1(因为它们的氧化物的水溶液显碱性因为它们的氧化物的水溶液显碱性) Li, Na, K, Rb, Cs, FrR碱土金属碱土金属(IIA ): ns2(因为它们

4、的氧化物兼有碱性和土性因为它们的氧化物兼有碱性和土性) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, RaR土性土性 化学上把难溶于水和难熔融的性质称为化学上把难溶于水和难熔融的性质称为 “土性土性” 都是活泼金属都是活泼金属s区元素概述区元素概述上页上页下页下页目录目录返回返回A原子序数原子序数价电子构型价电子构型金属半径金属半径(pm)熔点熔点()沸点沸点()硬度硬度(金刚石金刚石=10)Li (锂锂)32s1157180.54 13470.6Na (钠钠)113s119197.81883.00.4K (钾钾)194s123563.65773.90.5Rb (铷铷)375s125039.0568

5、7.00.3Cs (铯铯)556s127228.4678.50.2s区元素概述区元素概述上页上页下页下页目录目录返回返回 A原子序数原子序数价电子构型价电子构型金属半径金属半径（pm）熔点熔点()沸点沸点()硬度硬度(金刚石金刚石=10)Be (铍铍)42s211112782970 5Mg (镁镁)123s2160648.810972.0Ca (钙钙)204s21978391483.61.5Sr (锶锶)385s22157691383.91.8Ba (钡钡)566s22177291637 2碱金属和碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割均可用刀切割CsCs是最软的金属是最软的金属上页上页下页下页

6、目录目录返回返回氧化数氧化数 +1 +1 +1 +1 +1氧化数氧化数 +2 +2 +2 +2 +2E (M+/M) -3.04 -2.713 -2.924 (-2.98) (-3.026) ( ( ( (V V) ) ) )E(M+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92 ( ( ( (V V) ) ) ) 密度密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 (kgcm(kgcm-3-3) )电负性电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7电负性电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 密度密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88 (

7、kgcm (kgcm-3-3) )A Li(A Li(锂锂锂锂) Na() Na(钠钠钠钠) K() K(钾钾钾钾) Rb() Rb(铷铷铷铷) Cs() Cs(铯铯铯铯) )A Be(铍铍) Mg(镁镁) Ca(钙钙) Sr(锶锶) Ba(钡钡)上页上页下页下页目录目录返回返回 都是最活泼的金属都是最活泼的金属 形成的化合物大多是离子型的形成的化合物大多是离子型的 通常只有一种稳定的氧化态通常只有一种稳定的氧化态 同一族自上而下性质的变化有规律同一族自上而下性质的变化有规律通通 性：性：上页上页下页下页目录目录返回返回13.1 单质单质 Simple substances13.1.1 物理和

8、化学性质物理和化学性质 Physico-chemical property13.1.2 矿物资源和金属单质制备矿物资源和金属单质制备 Natural recourses, elementary substance abstraction13.1.3 用途概述用途概述 Generality of application上页上页下页下页目录目录返回返回LiNaKRbBeMgCaSrBaCs它们都有金属光泽，密度小，硬度小，它们都有金属光泽，密度小，硬度小，它们都有金属光泽，密度小，硬度小，它们都有金属光泽，密度小，硬度小，熔点低，导电、导热性好的特点熔点低，导电、导热性好的特点熔点低，导电、导热性

9、好的特点熔点低，导电、导热性好的特点. . . . 1. 1. 单质的物理性质单质的物理性质上页上页下页下页目录目录返回返回单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2(1) 与氧、硫、氮与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物卤素反应，形成相应的化合物 2. 单质的化学性质单质的化学性质LiLi2 2OONaNa2 2OO2 2KOKO2 2镁镁镁镁带带带带的的的的燃燃燃燃烧烧烧烧这些氧化物的形式有什么不同？这些氧化物的形式有什么不同？这些氧化物的形式有什么不同？这些氧化物的形式

10、有什么不同？上页上页下页下页目录目录返回返回为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？QuestionQuestion 1 1Solution哪哪一一个个燃燃烧烧反反应应的的 负负值值最最大大，产产物物就就是是哪哪一一个个。 Na生生成成Na2O、Na2O2 和和 NaO2的的 分分别别是是 376 kJmol-1, 430 kJmol-1和和 389.2 kJmol-1, 因因此此燃烧产物就是燃烧产物就是 Na2O2 。上页上页下页下页目录目录返回返回(2) 与水作用与水作用 碱金属被水氧化的反应为碱金属被水氧化的反应为: 2 M(s) + 2 H2O (l) 2

11、M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) 钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃氢气能自燃氢气能自燃氢气能自燃. .LiNaK金金金金属属属属钠钠钠钠与与与与水水水水的的的的反反反反应应应应在在在在实实实实验验验验室室室室用用用用于于于于干干干干燥燥燥燥烃烃烃烃类类类类和和和和醚醚醚醚类类类类有有有有机机机机溶溶溶溶剂剂剂剂，但不能用于干燥醇与卤代溶剂。（但不能用于干燥醇与卤代溶剂。（但不能用于干燥醇与卤代溶剂。

12、（但不能用于干燥醇与卤代溶剂。（P238 13.3 13.4P238 13.3 13.4P238 13.3 13.4P238 13.3 13.4）2 Na(s) + CH3CH2OH(l) 2 CH3CH2ONa(l) + H2(g) 4 Na(s) + CCl4(l) 4NaCl (s) + 2 C(s) 上页上页下页下页目录目录返回返回碱土金属被水氧化的反应为碱土金属被水氧化的反应为: M(s) + 2 H2O (l) M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)钙、锶、钡与水的反应远不如钙、锶、钡与水的反应远不如钙、锶、钡与水的反应远不如钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那样剧

13、烈，相邻碱金属那样剧烈，相邻碱金属那样剧烈，相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和镁和铍在水和空气中因生成致密的氧化物保护膜而空气中因生成致密的氧化物保护膜而显得十分稳定。显得十分稳定。 上页上页下页下页目录目录返回返回 锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属与与水反应没有其他金属与水的反应激烈？水的反应激烈？ 电电极极电电势势属属于于热热力力学学范范畴畴，而而反反应应剧剧烈烈程程度度属属于于动动力力学范畴，两者之间并无直接的联系。学范畴，两者之间并无直接的联系。 Li与与水水反反应应不不激激烈烈，主主要要原原因因（

14、1）锂锂的的熔熔点点较较高高，与与水水反反应应产产生生的的热热量量不不足足以以使使其其熔熔化化; (2)与与水水反反应应的的产产物物溶溶解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中的在水中的溶解度溶解度/(molL- -1)QuestionQuestion 2 2Solution上页上页下页下页目录目录返回返回Li 的的E值为什么最负？值为什么最负？Be的的E值

15、最值最小？小？S 区金属元素相关电对的标准电极电势区金属元素相关电对的标准电极电势 E (单位单位：V)Li+/LiNa+/NaK+/KRb+/RbCs+/Cs-3.04-2.71-2.93-2.92-2.92Be2+/BeMg2+/MgCa2+/CaSr2+/SrBa2+/Ba-1.97-2.36-2.84-2.89-2.92QuestionQuestion 3 3Solution 锂锂的的原原子子半半径径最最小小、电电离离能能最最高高,但但其其溶溶剂剂化化程程度度(水水合合分分子子数数为为25.3)和和溶溶剂剂化化强强度度(水水合合焓焓为为-519 kJmol-1 ）却却是是最最大大。强强

16、的的水水合合作作用用使使锂锂比比同同族族其其他他元元素素高高出出的的水水合合能能（为负）补偿高出的电离能（为正）之合还有余。（为负）补偿高出的电离能（为正）之合还有余。 E(Be2+/Be) 明明显显低低于于同同族族其其余余电电对对,与与其其高高电电离离能能有有关关。无法被水合焓补偿：无法被水合焓补偿：上页上页下页下页目录目录返回返回 (3) 焰色反应焰色反应 (flame reaction)元元 素素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 颜颜 色色 深红深红 黄黄 紫紫 红紫红紫 蓝蓝 橙红橙红 深红深红 绿绿波波 长长 / nm 670.8 589.2 766.5 780.0 4

17、55.5 714.9 687.8 553.5 碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属的的化化合合物物在在无无色色火火焰焰中中燃燃烧烧时时，会会呈呈现现出出一一定定的的颜颜色色，称称为为焰焰色色反反应应 (flame reaction)。可可以以用用来来鉴鉴定定化化合合物物中中某某元元素素的的存存在在，特特别是在野外。别是在野外。 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 上页上页下页下页目录目录返回返回碱金属碱金属碱金属碱金属碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液可溶于液氨，形成深蓝色溶液可溶于液氨，形成深蓝色溶液可溶于液氨，形成

18、深蓝色溶液 碱金属碱金属碱金属碱金属 M(s) + (x+y)NHM(s) + (x+y)NH3 3 M M+ +(NH(NH3 3) )x x+ e+ e- -(NH(NH3 3) )y y 碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属 M(s)+(x+2y)NHM(s)+(x+2y)NH3 3 M M2+2+(NH(NH3 3) )x x+2e+2e- -(NH(NH3 3) )y y (4) 与液氨与液氨的作用的作用上页上页下页下页目录目录返回返回碱金属在液氨中的溶解度碱金属在液氨中的溶解度 (- -35)碱碱 金金 属属 元元 素素 M Li Na K Rb Cs 溶解度溶解度/ (mol L-

19、-1) 15.7 10.8 11.8 12.5 13.0 碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达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：到了超出人们想象的程度：上页上页下页下页目录目录返回返回 有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波长的蓝光同一吸收波长的蓝光同一吸收波长的蓝光同一吸收波长的蓝光. .这暗示各种金属的溶液中存在着某一这暗示各种金属的溶液中存在着某一这暗示各种金属的溶液中存在着某一这暗示各种金属的溶液中

20、存在着某一共同具有的物种共同具有的物种共同具有的物种共同具有的物种. .后来实验这个物种是氨合电子，电子处于后来实验这个物种是氨合电子，电子处于后来实验这个物种是氨合电子，电子处于后来实验这个物种是氨合电子，电子处于4646个个个个 NHNH3 3 的的的的 “ “空穴空穴空穴空穴” ” 中中中中. . 如果液氨保持干燥和足够高的如果液氨保持干燥和足够高的如果液氨保持干燥和足够高的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）纯度（特别是没有过渡金属离子存在）纯度（特别是没有过渡金属离子存在）纯度（特别是没有过渡金属离子存在），溶液就相当稳定，溶液就相当稳定，溶液就相当稳定，溶液

21、就相当稳定. . 用作有机合成的用作有机合成的用作有机合成的用作有机合成的还原剂。还原剂。还原剂。还原剂。 钠溶于某些干燥的有机溶剂钠溶于某些干燥的有机溶剂钠溶于某些干燥的有机溶剂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（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色（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，颜用钠回流干燥这些溶剂时，颜用钠回流干燥这些溶剂时，颜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色的出现可看作溶剂处于干燥状态的色的出现可看作溶剂处于干燥状态的色的出现可看作溶剂处于干燥状态的标志标志标志标志. .上页上

22、页下页下页目录目录返回返回 金属钠与水、液氨、乙醇的金属钠与水、液氨、乙醇的反应有何不同？反应有何不同？ 2 Na(s) + 2 H2O(l) Na+ (aq) + 2 OH- - (aq) + H2(g) 2 Na(s) + CH3CH2OH(l) 2 CH3CH2ONa(l) + H2(g) Na(s) + (x+y) NH3 (l) Na+(NH3) x + e- - (NH3) yQuestionQuestion 4 4Solution上页上页下页下页目录目录返回返回M3PM3N (M = Li)MHMNH2 + H2MOH + H2汞齐汞齐MX （X = 卤素卤素）M2O （M =

23、Li, Na）M2CO3M+ (am) + e- (am)M2SM2O2 （M = Na, K, Rb, Cs）MO2 （M = K, Rb, Cs）碱碱 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应PN2NH3(溶液或气态溶液或气态)H2OMX2S液液NH3有有 Fe 存在存在HgO2O2 + CO2上页上页下页下页目录目录返回返回碱碱 土土 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应M3N2 (M = Mg)MO + H2(M = Be, Mg)MO2 (M = Ba), MOM(OH)2 + H2(M = Ca, Sr, Ba)MH2 (M =

24、Ca, Sr, Ba)M(NH2)2 + H2HMO2- + H2 (M = Be)N2H2O水蒸气水蒸气MO2NH3MX2NaOH上页上页下页下页目录目录返回返回13.1.2 矿物资源和金属单质制备矿物资源和金属单质制备地壳中的丰度。表示为每地壳中的丰度。表示为每100 kg样品中金属质量样品中金属质量（单位为（单位为g）的对数（以）的对数（以10为底）。为底）。Ca、Na、Mg、K的丰度分别排在第五、第六、第七、第八位的丰度分别排在第五、第六、第七、第八位上页上页下页下页目录目录返回返回锂辉石锂辉石:钠长石钠长石:钾长石钾长石:光卤石光卤石:明矾石明矾石:绿柱石绿柱石:菱镁矿菱镁矿:石石

25、膏膏: 大理石大理石:萤萤 石石:天青石天青石:重晶石重晶石: 本区元素均以矿物形式存在本区元素均以矿物形式存在上页上页下页下页目录目录返回返回s s区金属单质的制备方法区金属单质的制备方法K CaRb SrCs BaLi BeNa Mg金属热还原法金属热还原法电解含电解含5859 (CaCl2) 的熔融的熔融 NaCl: 2Cl- - Cl2 +2e- -2 Na+ + 2 e- - 2 Na2 NaCl(l) 2 Na (l) + Cl2(g)(阴极阴极) (阳极阳极)熔盐电解法熔盐电解法上页上页下页下页目录目录返回返回一般采用电解熔融盐的方法一般采用电解熔融盐的方法一般采用电解熔融盐的方

26、法一般采用电解熔融盐的方法碱金属的制备碱金属的制备碱金属的制备碱金属的制备580580下电解下电解下电解下电解40%NaCl40%NaCl和和和和60%CaCl60%CaCl2 2的混合物的混合物的混合物的混合物 钠钠钠钠 450 450下电解下电解下电解下电解55%LiCl55%LiCl和和和和 45%KCl45%KCl的熔融混合物（降低熔的熔融混合物（降低熔的熔融混合物（降低熔的熔融混合物（降低熔化温度）化温度）化温度）化温度）锂锂锂锂850850下，用金属还原氯化钾，下，用金属还原氯化钾，下，用金属还原氯化钾，下，用金属还原氯化钾，钾熔于熔钾熔于熔钾熔于熔钾熔于熔融氯化钾而难以分离，不用

27、熔融盐电解融氯化钾而难以分离，不用熔融盐电解融氯化钾而难以分离，不用熔融盐电解融氯化钾而难以分离，不用熔融盐电解法制备。法制备。法制备。法制备。钾钾钾钾800800左右、减压下，左右、减压下，左右、减压下，左右、减压下，用钙用钙用钙用钙还原氯化物还原氯化物还原氯化物还原氯化物铷、铯铷、铯铷、铯铷、铯钾和钠制备方法的不同钾和钠制备方法的不同KCl (l)+ Na(l) NaCl(l) + K(g)熔融熔融850850上页上页下页下页目录目录返回返回一般采用电解熔融盐的方法一般采用电解熔融盐的方法一般采用电解熔融盐的方法一般采用电解熔融盐的方法碱土金属的制备碱土金属的制备1. 350-4001.

28、350-400下电解下电解下电解下电解NaClNaCl和和和和BeClBeCl2 2的熔融盐的熔融盐的熔融盐的熔融盐 2. 2. 用镁还原氯化铍用镁还原氯化铍用镁还原氯化铍用镁还原氯化铍铍铍铍铍1. 1. 先脱去水合氯化镁所含的水，再电解先脱去水合氯化镁所含的水，再电解先脱去水合氯化镁所含的水，再电解先脱去水合氯化镁所含的水，再电解2. 2. 硅热还原硅热还原硅热还原硅热还原 2(MgOCaO)+FeSi 2(MgOCaO)+FeSi 2Mg+Ca 2Mg+Ca2 2SiOSiO4 4+Fe +Fe 镁镁镁镁1.700-800 700-800 下，电解下，电解下，电解下，电解CaClCaCl2

29、 2 和和和和KClKCl的混合物的混合物的混合物的混合物2. 2. 铝热法：铝热法：铝热法：铝热法： 钙钙钙钙铝热法或硅还原法铝热法或硅还原法铝热法或硅还原法铝热法或硅还原法锶锶锶锶、钡钡钡钡上页上页下页下页目录目录返回返回 钾钾的的第第一一电电离离能能(418.9 kJmol-1 )比比钠钠的的 (495.8 kJmol-1)小小,但但通通过过计计算算可可知知固固相相反反应应的的rHm是是个个不不大大的的正正值值。钾钾的的沸沸 点点 (766 C)比比 钠钠 的的 (890 C )低低 ,当当 反反 应应 体体 系系 的的 温温 度度（850850）控控制制在在两两沸沸点点之之间间,使使金

30、金属属钾钾变变成成气气态态,金金属属钠钠和和KCl、NaCl 仍仍保保持持在在液液态态,钾钾由由液液态态变变成成气气态态,熵熵值值大大为为增增加加,反反应应的的TrSm项项变变大大,有有利利于于rGm变变成成负负值值使使反反应应向向右右进进行行。同同时时,钾钾变变成成蒸蒸气气,设设法法使使其其不不断断离离开开反反应应体体系系,让让体体系系中中其其分分压压始始终终保保持持在在较较小小的的数数值值。rGm向向负负值值的的方方向向变变动动,有利于反应向右进行。有利于反应向右进行。 钾比钠活泼，为什么可以通过钾比钠活泼，为什么可以通过如下反应制备金属钾？如下反应制备金属钾？QuestionQuesti

31、on 7 7SolutionKCl (l)+ Na(l) NaCl(l) + K(g)熔融熔融850850上页上页下页下页目录目录返回返回两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：13.1.3 用途概述用途概述 顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排序较后元素在某些特定应用领域的重要意义。序较后元素在某些特定应用领域的重要意义。 金金 属属: Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物化合物: Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be上页上页下页下页目录目录返回

32、返回金属锂1.制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做 有机化学中的还原剂和催化剂；有机化学中的还原剂和催化剂；2.制造合金制造合金Al-Li(含锂含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空因质量轻和强度大而用于空 间飞行器；间飞行器；3.制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏 器等）；器等）；4.同位素同位素(在天然锂中约占在天然锂中约占.%)受中子轰击产生受中子轰击产生热核热核 武器的主要原料武器的主要原料氚：氚：上页上页下页下页目录目录返回返回 金属钠 金属钾 工工业业用用途途小小，世

33、世界界年年产产量量只只及及钠钠的的 0.1% ！主主要要用用于于制制造造KO2（生生氧氧剂剂）和和低低熔熔点点钠钠钾钾合合金金（用用做做干干燥燥剂剂和和还还原剂），也用做核反应堆的冷却剂。原剂），也用做核反应堆的冷却剂。1. 作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别 是还原制备钛：是还原制备钛： TiCl4 + 4 Na Ti + 4 NaCl3. 因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增 殖反应堆的冷却剂。殖反应堆的冷却剂。4. 制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。制作钠电缆、钠基电

34、池和钠硫电池等。加热加热上页上页下页下页目录目录返回返回 金属铯和铷制制造造光光电电池池的的良良好好材材料料。133Cs 厘厘米米波波的的振振动动频频率率(9192631770 s-1) 在在长长时时间间内内保保持持稳稳定定, 因因而而将将振振动动这这次次所所需需要要的的时时间间规规定定为为 SI 制制的的时时间间单单位位 s。利利用用此此特特性性制制作作的的铯铯原原子子钟钟 ( 测测准准至至 1.0 10-9 s ) 在在空空间间科科学学的的研研究究中中用用于于高精度计时。高精度计时。1999年花费年花费65万美元万美元,安放在美国国家标准安放在美国国家标准和技术研究所和技术研究所.2000

35、万年内误差不超过万年内误差不超过1 s最近由中科院研制的铯原子钟最近由中科院研制的铯原子钟, 200万年内误差不超过万年内误差不超过1 s上页上页下页下页目录目录返回返回 金属铍 “轻轻金金属属”，70 %80 % 用用来来制制造造铍铍铜铜合合金金。 金金属属铍铍和和铍铍基基合合金金的的弹弹性性-质质量量比比、拉拉伸伸应应力力和和导导热热性性都都较较高高，因因而而用用于于各各种种空空间间飞飞行行器器。还还用用于于制制造造氧氧化化物物陶陶瓷瓷、原原子子能能反应堆中的中子减速剂。反应堆中的中子减速剂。 金属镁 最轻的一种结构金属，也是用途最大的最轻的一种结构金属，也是用途最大的碱土金属。耗量的碱土

36、金属。耗量的70 % 用来制造合金。用来制造合金。 广广泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼还原剂。还原剂。上页上页下页下页目录目录返回返回13.2.1 与氧的二元化化物与氧的二元化化物 Binary compounds of alkalin metals with oxygen13.2.2 氢氧化物氢氧化物 Hydroxides13.2.3 盐类化合物盐类化合物 Salt compounds13.2.4 大环配位配合物大环配位配合物 Macrocyclic coordination compounds13.2 化合物化合物 Compounds上页上页下

37、页下页目录目录返回返回1 1. . 多样性多样性 “能量效应能量效应”要求体积较大的过氧阴离子、要求体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子所稳定。13.2.1 与氧的二元化合物与氧的二元化合物K, Rb, Cs 还会形成臭氧化物：还会形成臭氧化物：正常氧化物正常氧化物(O2- -)过氧化物过氧化物(O22- -)超氧化物超氧化物(O2- -)稳定性稳定性:上页上页下页下页目录目录返回返回2. 2. 化学性质化学性质 与与 H2O 的作用的作用 (生成对应的碱生成对应的碱)：(Li Cs剧烈程度剧烈程度 ) (BeO除

38、外除外)臭氧化物与水反应不生成臭氧化物与水反应不生成H2O2。 上页上页下页下页目录目录返回返回 熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀。 熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸,使用时要倍加小心！ 与与CO2的作用的作用Li2O + CO2 Li2CO32 Na2O2 + 2CO2 2 Na2CO3 + O2(g)4 KO2 + 2 CO2 2 K2CO3 + 3 O2(g) 与矿石一起熔融分解矿物与矿石一起熔融分解矿物不溶于水不溶于水不溶于水不溶于水可溶于水可溶于水可溶于水可溶于水上页上页下页下页目录目录返回返回（碱性化合物，除（碱性化合物，除Be(OH

39、)2为两性外）为两性外） 易吸水溶解易吸水溶解 碱金属氢氧化物在水中溶解度都较大，除氢氧化锂外；碱金属氢氧化物在水中溶解度都较大，除氢氧化锂外；碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（2020）氢氧化物氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2溶解度溶解度/ 810- -6 510- -4 1.810- -2 6.710- -2 210- -1(molL- -1) 规律：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，较大，阴、阳离子半径相近的溶解度较小，即阴、

40、阳离子半径相近的溶解度较小，即 “相差溶解相差溶解” 规律规律. OH- -是体积小的阴离子与体积小的锂、铍、镁离子则易沉淀是体积小的阴离子与体积小的锂、铍、镁离子则易沉淀 溶解度与碱性溶解度与碱性13.2.2 氢氧化物氢氧化物上页上页下页下页目录目录返回返回重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐13.2.3 盐类化合物盐类化合物 绝绝大大多多数数的的碱碱金金属属形形成成离离子子型型化化合合物物，只只有有锂锂的的某些盐某些盐(例如例如LiCl)具有一定程度的共价性。具有一定程度的共价性。(1) (1) 键型键型 通通常常具具有有较较高高

41、的的热热稳稳定定性性, 惟惟有有硝硝酸酸盐盐的的热热稳稳定定性性比比较较低低, 加加热热分分解解的的过过程程过过程程中中产产生生O2。这这一一性性质质使使KNO3成为火药的一种成分：成为火药的一种成分：(2)(2)热稳定性热稳定性2 KNO3(s) 2 KNO2(s) + O2(g) 940K1.1.碱金属的盐类化合物碱金属的盐类化合物上页上页下页下页目录目录返回返回(3)(3)火焰的颜色火焰的颜色 前面已介绍过前面已介绍过“焰色反应焰色反应”。钠的发光机理为：。钠的发光机理为：Na+Cl-(g) Na(g) + Cl(g)Na(g) Na*(g)Na*(g) Na(g) + h (4)(4)

42、溶解性溶解性 许许多多盐盐在在水水中中易易溶溶，例例外外的的必必须须记记住住：例例如如锂锂的的LiF、Li2CO3和和Li3PO45H2O，钠钠的的NaSb(OH)6和和NaZn(UO2)3(CH3COO)96H2O（醋醋酸酸铀铀酰酰锌锌钠钠），钾钾、铷铷和和铯铯的的M3Co(NO2)6（钴钴亚亚硝硝酸酸盐盐），MB(C6H5)4（四四苯苯硼硼酸酸盐盐），MClO4（高高氯氯酸酸盐盐）和和M2PtCl6（氯氯铂铂酸酸盐盐）等等却是非常重要的（离子鉴定）。却是非常重要的（离子鉴定）。上页上页下页下页目录目录返回返回 绝大多数是离子型晶体，但绝大多数是离子型晶体，但Be2+极化力强，极化力强，Be

43、Cl2 的共价性非常明显。的共价性非常明显。 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点熔点 / 405 714 782 876 962 离子性增强离子性增强2.2.碱土金属的盐类化合物碱土金属的盐类化合物(1) (1) 键型键型(2)(2)溶溶 解解 性性 溶解度依然符合溶解度依然符合“相差溶解相差溶解”规律。对规律。对 和和 两个大阴离子而言，阳离子半径较小的铍盐和镁盐都是两个大阴离子而言，阳离子半径较小的铍盐和镁盐都是易溶盐，而阳离子半径较大的易溶盐，而阳离子半径较大的BaSO4和和BaCrO4溶解度都溶解度都很小。很小。 上页上页下页下页目录目录返回返回 稳定性稳定

44、性 M2CO3 MCO3分解反应分解反应 MCO3(s) = MO(s) + CO2(g) 的热力学数据的热力学数据 （298K）Mg+48.3+100.6+175.0Ca+130.4+178.3+160.6Sr+183.8+234.6+171.0Ba+218.1+269.3+172.1M (2)(2)碳酸盐的热稳定性碳酸盐的热稳定性 碳酸盐热分解有规律碳酸盐热分解有规律 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分分 /K 100 573 1110 1370 1570规律：含有大阴离子规律：含有大阴离子(如如 )的热不稳定性化合物的分解的热不稳定性化合物的分解 温度随阳离

45、子半径的增大而增高温度随阳离子半径的增大而增高.上页上页下页下页目录目录返回返回铍族碳酸盐的分解温度铍族碳酸盐的分解温度性性 质质 阳离子极化力阳离子极化力/pm-110-2 分解温度分解温度/KBeCO3 21.3 298MgCO3 13.1 813CaCO3 9.7 1183SrCO3 8.1 1563BaCO3 7.2 1663 自然，我们也可以用离子极化理论来解自然，我们也可以用离子极化理论来解释释 MCO3的分解温度的分解温度.其结果与上面从热力其结果与上面从热力学角度解释的结果一致学角度解释的结果一致.上页上页下页下页目录目录返回返回 下面三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许

46、下面三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处，叫做多相似之处，叫做 对角线规则对角线规则 (diagonal rule)。 这这是是由由于于对对角角线线位位置置上上的的邻邻近近两两个个元元素素的的电电荷荷数数和和半半径径对对极极化化作作用用的的影影响响恰恰好好相相反反，使使得得它它们们离离子子极极化化力力相相近近而引起的。而引起的。锂锂 、铍的特殊性、铍的特殊性 Special characteristics of lithium and berylliumLiBeBCNaMgAISi上页上页下页下页目录目录返回返回锂的特殊性锂的特殊性1. 1. 锂的锂的锂的锂的E EO O (L

47、i(Li+ +/Li)/Li)比同族其他元素的反常地低比同族其他元素的反常地低比同族其他元素的反常地低比同族其他元素的反常地低2. 2. 锂在空气中燃烧时与锂在空气中燃烧时与锂在空气中燃烧时与锂在空气中燃烧时与2 2直接反应生成氮化物直接反应生成氮化物直接反应生成氮化物直接反应生成氮化物3. LiOH3. LiOH红热时分解，而其他红热时分解，而其他红热时分解，而其他红热时分解，而其他MOHMOH不分解不分解不分解不分解4. LiH4. LiH的热稳定性比其他的热稳定性比其他的热稳定性比其他的热稳定性比其他MHMH的高的高的高的高5. LiF5. LiF、LiLi2 2COCO3 3、LiLi

48、3 3POPO4 4难溶于水难溶于水难溶于水难溶于水上页上页下页下页目录目录返回返回铍的特殊性铍的特殊性1. 1. 铍熔点、沸点铍熔点、沸点铍熔点、沸点铍熔点、沸点、硬度比其他碱土金属的高硬度比其他碱土金属的高硬度比其他碱土金属的高硬度比其他碱土金属的高2. 2. 铍的电负性大，却有较强的形成共价键倾向铍的电负性大，却有较强的形成共价键倾向铍的电负性大，却有较强的形成共价键倾向铍的电负性大，却有较强的形成共价键倾向3. 3. 铍的化合物热稳定性较差，易水解铍的化合物热稳定性较差，易水解铍的化合物热稳定性较差，易水解铍的化合物热稳定性较差，易水解4. Be(OH)4. Be(OH)2 2显两性，

49、既溶于酸，也溶于碱显两性，既溶于酸，也溶于碱显两性，既溶于酸，也溶于碱显两性，既溶于酸，也溶于碱上页上页下页下页目录目录返回返回 单质与氧作用生成正常氧化物单质与氧作用生成正常氧化物 Li+和和Mg2+的水合能力较强的水合能力较强 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物加热分解为正常氧化物锂与镁的相似性锂与镁的相似性上页上页下页下页目录

50、目录返回返回 两者都是活泼金属，在空气中易形成致密两者都是活泼金属，在空气中易形成致密 的氧化膜保护层的氧化膜保护层 盐都易水解盐都易水解 卤化物均有共价型卤化物均有共价型 氧化物的熔点和硬度都很高氧化物的熔点和硬度都很高 两性元素，氢氧化物也属两性两性元素，氢氧化物也属两性铍与铝的相似性铍与铝的相似性 碳化物与水反应生成甲烷碳化物与水反应生成甲烷Be2C + 4 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4 上页上页下页下页目录目录返回返回 自然界均以化合物形式存在自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如易形成配合物，如 HBF4

51、 和和 H2SiF6 卤化物易水解卤化物易水解 由于由于BB和和SiSi键能较小，烷的数目比键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解碳烷烃少得多，且易水解 H3BO3 和和 H2SiO3 在水中溶解度不大在水中溶解度不大 氧化物是难熔固体氧化物是难熔固体 单质易与强碱反应单质易与强碱反应 硼与硅的相似性硼与硅的相似性上页上页下页下页目录目录返回返回1.碱金属的配合物为什么过去研究得很少？碱金属的配合物为什么过去研究得很少？ 主要是金属离子的的电荷和大体积使其配位能主要是金属离子的的电荷和大体积使其配位能 力比较小的缘故。力比较小的缘故。2.大环配位化合物大环配位化合物 然而，然而，“大环效

52、应大环效应”的的 发现使人们对该领域的兴发现使人们对该领域的兴 趣和系统研究迅速发展了趣和系统研究迅速发展了 起来！起来！13.2.4 大环配位配合物大环配位配合物上页上页下页下页目录目录返回返回C.Pedersen 美国化学家佩德森美国化学家佩德森首次报道首次报道“冠醚冠醚” (crown ether) D.Cram 美国有机化学家克拉美国有机化学家克拉姆提出姆提出“主主-客体化学客体化学”（host-guest chemistry）J.M.Lehn 法国生物化学家莱恩法国生物化学家莱恩首次报道首次报道“穴醚穴醚” (cryptant) 3. 大环配位化合物的发展得利于大环配位化合物的发展得

53、利于3位位Nobel 奖的获得者：奖的获得者：上页上页下页下页目录目录返回返回(1) 冠醚冠醚 (crown ether) 图图中中给给出出的的是是18-冠冠-6，18和和6分分别别表表示示环环原原子子数数和和环环氧氧原原子子数数，距距离离最最近近的的O原原子子间间以以 -CH2-CH2- 相相桥桥联联。冠冠醚醚 与与碱碱金金属属离离子子形形成成相相对对稳稳定定的的配配合合物物，碱碱金金属属18-冠冠-6配配合合物物在在非非水水溶溶液液中中几几乎乎能能无无限限期期稳稳定定存存在。在。18-冠冠-6 冠冠醚醚和和穴穴醚醚统统称称为为大大环环配配位位化化合合 物物 (macrocyclic coo

54、rdination compound)。 作作为为配配位位体体的的冠冠醚醚和和穴穴醚醚，不不同同大大小小、不不同同形形状状的的穴穴腔腔对对碱碱金金属属阳阳离离子子具具有有选选择择性性。穴穴醚醚几几乎乎能能够够实实现现对对K+和和Na+离离子子的的完完全全分分离离，选择性可高达选择性可高达 105 ：1。上页上页下页下页目录目录返回返回图图中中给给出出的的配配合合物物中中含含有有两两种种杂杂原原子子，由由于于分分子子结结构构形形似似地地穴穴，故故取取名名穴穴醚醚 (cryptant)。碱碱金金属属阳阳离离子子的的穴穴醚醚配配合合物物比比冠冠醚醚配配合合物物更更稳稳定定，甚甚至至能能存存在在于于水

55、水溶溶液液中中。 这这显显然然与与穴穴醚醚更更接近于实现对接近于实现对金属离子的完全包封有关。金属离子的完全包封有关。（2）穴醚穴醚 (cryptant) 穴穴状状配配体体穴穴醚醚2.2.1和和穴穴醚醚2.2.2醚醚表表示示3个个“氮氮氧氧氮氮”每每个个链链节节中中氧氧原原子子的的数数目目，穴穴状状配配体体的的两两种种双双环环结结构构会会显显示示对对不不同同碱碱金金属属阳阳离离子子的的选选择择性性，碱碱金金属属阳阳离离子子体体积积与与配配位位体体空空穴穴大大小小的的匹匹配配程度不同，表现出了配合物的不同稳定性。程度不同，表现出了配合物的不同稳定性。穴醚穴醚2.2.1穴醚穴醚2.2.2上页上页下页下页目录目录返回返回大环配体和金属离子分别是大环配体和金属离子分别是“主体主体” 和和“客体客体” ，主体根据客体的大小、分子构型等性质对客体进行主体根据客体的大小、分子构型等性质对客体进行“识别识别”(即选择配位即选择配位)形成形成“主主-客体配合物客体配合物”。 主体主体客体客体主客体配合物主客体配合物上页上页下页下页目录目录返回返回部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！