《区元素教学》PPT课件.ppt

第十二章 s 区元素第一节 氢第二节 碱金属和碱土金属元素概述第三节 碱金属和碱土金属元素的单质第四节 碱金属和碱土金属元素的化合物第五节 锂、铍的特殊性和对角线规则第一节 氢一、物理性质二、化学性质三、氢气的制备四、氢化物无机化学无机化学无机化学无机化学一、物理性质 氢元素在自然界主要以化合物的形式存在，水是含氢最丰富的化合物 氢元素有氕、氘、氚三种同位素自然界中的氢中， 的摩尔分数为 99.985%， 的摩尔分数为 0.015%， 的摩尔分数极小，大约 1017 个氢原子中才有 1个 原子 D2O 称为重水，在原子能工业中大量地用作核反应堆的减速剂和冷却剂，也用于制造氢弹的装料氘或氘化锂重水还用于合成氘的各种标记化合物无机化学无机化学无机化学无机化学 氢气是一种无色无味的气体，在 0 、101.325 kPa 下密度为 0.090 gL-1，约为空气密度的 1/14氢气在水中的溶解度很小，0 时 1 L 水仅能溶解 20 mL 氢气 氢气容易被镍、钯、铂等金属吸收而不改变金属的结构，钯对氢气的吸收能力最强，室温下 1 体积粉末状的金属铯大约吸收 900 体积的氢气 氢气的沸点为 20.38 K，凝固点为 13.92 K，无论在气态、液态或固态，氢气都不导电。

无机化学无机化学无机化学无机化学二、化学性质 HH 键的键能为 436 kJmol1，比一般共价单键高得多，而与共价双键接近因此，在常温下氢分子相对来说具有一定程度的化学惰性 氢气与氟气在暗处也能迅速反应，在250的低温也能与液态或固态氟反应在常温常压下,氢气与其他卤素单质和氧气都不发生反应 氢气与卤素单质或氧气的混合物经点燃或光照都会猛烈地发生化合反应在某些温度下，当混合气体中氢气的体积分数在一定范围内时甚至会发生爆炸氢气与氯气或溴气的混合物在高于400 时, 在暗处发生爆炸式化合反应, 而氢气与碘则在温度高于 500 时才能化合在室温下，在强光照射下氢气与氯气的混合气体极易爆炸无机化学无机化学无机化学无机化学 氢气在氧气或空气中燃烧,火焰可高达3000 氢气与硫或硒在 250 时可直接化合氢气与氮气在催化剂存在下或电弧放电情况下才能化合 高温下氢气可以与碱金属、碱土金属(铍和镁除外)、第 14 族金属单质等直接作用生成氢化物 氢气与氧化锰及在金属活泼性顺序中排在锰后的金属的氧化物在适当温度下加热时，发生化学反应，金属氧化物被还原为金属： 在室温下，只要很少化合物直接被氢气还原，如氯化钯溶液在常温下被氢气还原为金属钯：无机化学无机化学无机化学无机化学 许多金属的卤化物或其他盐都能被氢气还原。

不能被氢气还原的卤化物，如果其中的金属元素能生成氢化物，可以加入一种不生成氢化物的金属单质作还原剂，来制备前一种金属元素的氢化物:无机化学无机化学无机化学无机化学三、氢气的制备 实验室常利用稀盐酸或稀硫酸与锌、铁等活泼金属反应制取少量氢气 在氯碱工业中，氢气是电解饱和食盐水溶液制取 NaOH 的副产品在工业生产中，主要是利用在高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气：1000催化剂 在野外工作时，常用氢化钙与水作用制取氢气：也可以用硅与氢氧化钠溶液作用制取氢气：无机化学无机化学无机化学无机化学四、氢化物 氢元素与其他元素生成的二元化合物，称为氢化物氢化物分为离子型氢化物、金属型氢化物和分子型氢化物一) 离子型氢化物 氢元素与碱金属元素和碱土金属元素(Be、Mg 元素除外)形成的氢化物称为离子型氢化物 离子型氢化物都是白色晶体，常因含少量金属而呈淡灰色至黑色，当温度超过 500 时熔化或分解离子型氢化物的密度都比相应金属的密度大无机化学无机化学无机化学无机化学 离子型氢化物都能与水反应，放出氢气反应活性由锂到铯、由钙到钡依次增大氢化钙的反应活性远不如氢化锂氢化钙与水温和地发生反应，氢化锂、氢化锶、氢化钡则与水猛烈地发生反应，而氢化钠、氢化钾、氢化铷、氢化铯则与水极为剧烈地发生反应。

氢化钠与水反应放出的大量热能使产生的氢气燃烧，氢化铷和氢化铯甚至可以在干燥的空气中燃烧 氢化钙常用作氢气发生剂和干燥剂 氢化锂与某些缺电子化合物反应制备配位氢化物LiAlH4 和 LiBH4 都具有较强的还原性，常用于有机化学反应中 氢化钠比较价廉，而且又是比金属钠温和的还原剂，因此常用于有机还原反应中无机化学无机化学无机化学无机化学(二) 金属型氢化物 氢气与过渡金属加热时发生反应，生成金属型氢化物：金属氢化物有的是整比化合物，有的则是非整比化合物，即原子数不是简单整数比的化合物 金属型氢化物基本上保持着金属的外观，具有金属光泽，也能导电金属型氢化物从结构上可以看作是金属原子组成的金属晶体的空隙中接纳了半径较小的氢原子无机化学无机化学无机化学无机化学（三）分子型氢化物 氢元素与 p 区元素（稀有气体及铟、铊元素除外）形成的氢化物称为分子型氢化物分子型氢化物的熔点、沸点较低，在常温下多为气体 分子型氢化物的热稳定性差别很大，有些在室温下就发生分解，而有些在高温下也不分解元素的电负性越大，所形成的分子型氢化物的热稳定性越高 除氟化氢以外，其他分子型氢化物都具有还原性同一周期元素，从左到右，形成的分子型氢化物的还原性减弱；同一族元素，自上而下，形成的分子型氢化物的还原性增强。

无机化学无机化学无机化学无机化学 13 族和 14 族元素的氢化物 B2H6、AlH3、GaH3、SiH4 与水作用时放出氢气： 14 族和15 族元素的氢化物 CH4、GeH4、SnH4、PH3、AsH3、SbH3 与水不发生任何作用；NH3 溶于水与 H+ 加合，使溶液显弱碱性： 16 族和17 族元素的氢化物 H2S、H2Se、H2Te、HF 溶于水发生微弱解离，溶液显弱酸性例如：HCl、HBr、HI 溶于水发生解离，溶液显强酸性：第二节 碱金属和碱土金属元素概述 第 1 族中的锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称为碱金属元素 第 2 族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种元素，由于钙、锶、钡的氧化物的性质介于 “碱性的” 碱金属氧化物和“土性的” 难溶氧化物 Al2O3 之间，因此称为碱土金属元素，通常把铍和镁元素也包括在碱土金属元素之内无机化学无机化学无机化学无机化学碱金属元素的一些性质LiNaKRbCs价层电子组态2s13s14s15s16s1金属半径/pm152186227248265沸点/1341881.4759691668.2熔点/180.5497.8263.3839.3128.44密度/(gcm-3)0.5340.9680.891.5321.8785电负性1.00.90.80.80.7Ei,1/(kJmol-1)526.41502.04425.02409.22381.90Ei,2/(kJmol-1)72984562305126332230Eea/(kJmol-1)59.652.948.446.945E(M+/M)/V-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027氧化值+1+1+1+1+1无机化学无机化学无机化学无机化学碱土金属元素的一些性质BeMgCaSrBa价层电子组态2s23s24s25s26s2金属半径/pm111160197215217沸点/24671100148413661845熔点/1287651842757727密度/(gcm-3)1.84771.7381.552.643.51电负性1.51.21.01.00.9Ei,1/(kJmol-1)905.63743.94596.1555.7508.9Ei,2/(kJmol-1)1757145111451064965Ei,3/(kJmol-1)14849773349124210Eea/(kJmol-1)-48.2-38.6-28.9-28.9E(M2+/M)/V-1.968-2.357-2.869-2.899-2.906氧化值+2+2+2+2+2无机化学无机化学无机化学无机化学 碱金属元素的价层电子组态为 ns1。

碱金属元素的原子半径在同一周期中都是最大的碱金属元素的第一电离能在同一周期中是最小的，很容易失去一个电子而呈 +1 氧化值，因此碱金属元素是金属性很强的金属元素从碱金属元素具有很大的第二电离能来看，它们不会失去第二个电子，因此不会表现出其他氧化值 碱土金属元素的价层电子组态为 ns2碱土金属元素的原子半径较同周期的碱金属为小，要失去一个电子比同一周期的碱金属原子要难，但仍是活泼性较强的金属元素碱土金属元素的第二电离能约为第一电离能的 2 倍，而第三电离能却相当大，在化学反应中能失去两个电子，而失去第三个电子是不可能的碱土金属元素在化合物中呈现 +2 氧化值无机化学无机化学无机化学无机化学 碱金属元素和碱土金属元素在与非金属元素化合时，多以形成离子键为特征，但在某些情况下仍呈现出一定程度的共价性锂和铍元素由于原子半径小，电离能较其他同族元素高，形成共价键的倾向比较显著，常常表现出与同族其他元素不同的化学性质 在同一族中，碱金属元素和碱土金属元素从上至下，原子半径依次增大，电离能和电负性依次减小，金属活泼性依次增强 碱金属元素和碱土金属元素的金属性很强，只能以化合物的形式存在于自然界中第三节 碱金属和碱土金属元素的单质一、物理性质二、化学性质无机化学无机化学无机化学无机化学一、物理性质 碱金属和碱土金属都具有金属光泽，有良好的导电性和延展性。

除了铍和镁单质以外，其他碱金属和碱土金属都很软，可以用刀切割金属锂、钠和钾的密度小于 1 gcm-3，比水的密度小 碱金属元素的原子只有一个价电子，而且原子半径较大，形成的金属键很弱，所以碱金属单质的熔点、沸点较低，其中铯的熔点只有 碱土金属元素的原子有两个价电子，与同周期的碱金属元素相比，它们的原子半径较小，所形成的金属键显然比碱金属强得多，因此碱土金属单质的熔点和沸点都比碱金属单质高，其密度和硬度也比碱金属单质大无机化学无机化学无机化学无机化学二、化学性质 碱金属和碱土金属都是活泼金属，能直接或间接地与电负性较高的非金属元素单质形成相应的化合物除了锂、铍和镁元素的某些化合物具有较明显的共价性外，其他碱金属和碱土金属元素的化合物一般是离子型化合物 在碱金属和碱土金属中，除金属铍和镁由于表面形成一层致密的保护膜对水稳定外，其他单质都容易与水发生反应 金属钠与水发生猛烈作用；金属钾、铷、铯遇水发生燃烧，甚至发生爆炸金属锂、钙和钡与水反应比较缓慢，其原因是这几种金属的熔点较高，反应中放出的热不足以使它们熔化成液体；另外这几种金属元素的氢氧化物的溶解度较小，覆盖在金属固体表面，减慢了金属与水的反应速率。

无机化学无机化学无机化学无机化学 从碱金属元素和碱土金属元素的电负性和单质所在电对的标准电极电势看，不论是在固态或在水溶液中碱金属和碱土金属都具有很强的还原性虽然金属锂在碱金属单质中是相对稳定的，但由于 Li+ 的半径相当小，水合时放出的热比金属钠等其他金属还多，因此 最小，锂在水溶液中的还原性相当强第四节 碱金属和碱土金属元素的化合物一、氧化物二、氢氧化物三、盐类四、焰色反应无机化学无机化学无机化学无机化学一、氧化物(一) 正常氧化物 碱金属在空气中燃烧时，锂主要生成正常氧化物，钠主要生成过氧化物，而钾、铷和铯主要生成超氧化物通常采用碱金属还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐的方法制取氧化物例如： 碱土金属与氧气反应，一般形成氧化物工业生产上，利用碱土金属的碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解反应制取碱土金属氧化物无机化学无机化学无机化学无机化学碱金属氧化物的某些性质物理性质Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜 色白色白色淡黄色亮黄色橙红色熔点/K19731548(升华)623(分解)673(分解)673(分解)-595.8-415.9-493.7330.1317.6碱土金属氧化物的某些性质物理性质BeOMgOCaOSrOBaO颜 。