无机化学第七章S区元素.ppt

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1、无机化学,Chapter 7 s-Block Elements,主讲人 董秀丽,ns12,(n-1)d110ns2,(n-1)d10ns12,ns2np16,第七章 s区元素,7.1 s区元素的通性7.2 s区元素单质及其化合物的性质7.3 s区元素的生物学效应及常用药物,s-Block Elements,1、掌握碱金属、碱土金属的通性，掌握Na+、K+、Mg2+、Ca2+的鉴定方法；2、熟悉常见碱金属、碱土金属的重要化合物的结构及性质；3、了解金属离子的生物学效应。,A Li Na K Rb Cs,A BeMgCa SrBa,碱金属(IA):ns1(因为它们的氧化物的水溶液显碱性)Li,Na

2、,K,Rb,Cs,Fr碱土金属(IIA):ns2(因为它们的氧化物兼有碱性和土性)Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra土性 化学上把难溶于水和难熔融的性质称为“土性”,7.1 s区元素的通性,碱金属(alkalin metals)(A):ns1,碱土金属(alkalin earth metals)(A):ns2,7.1 s区元素的通性,因为原子的原子半径较大、核电荷较少,其金属晶体中的金属键很不牢固.故单质的熔、沸点较低，硬度较小,7.1 s区元素的通性,碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属,IA 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度 IIA 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度,碱金属

3、的基本性质,7.1 s区元素的通性,碱土金属的基本性质,氧化数与族号一致，常见的化合物以离子型为主由于Li+、Be2+半径小，其化合物具有一定共价性,7.1 s区元素的通性,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2.1 单质7.2.2 氧化物,7.2.3 氢氧化物,7.2.4 常见盐,7.2.5 配合物,7.2.7 离子鉴定,7.2.6 对角线规则,Li,Na,K,Rb,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,7.2.1 单质,Cs,金属钠,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,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.,1、物理性质,失去电子的倾向大，受到光照射时，金属表

4、面的电子易逸出，可制造光电管，由铯光电管制成的自动报警装置，可报告远处火警；制成的天文仪器可根据星光转变的电流大小测出太空中星体的亮度，推算星球与地球的距离。,碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,2 化学性质,碱 土 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,(1).与O2、S、N2、X2卤素反应,这些氧化物的形式有什么不同？,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,(2).与水作用,碱金属被水氧化的反应为:2 M(s)+2 H2O(l)2 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，过程中生成的氢气能

5、自燃.,金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,Ca,碱土金属被水氧化的反应为:M(s)+2 H2O(l)M2+(aq)+2 OH-(aq)+H2(g),钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致密的氧化物保护膜而显得十分稳定.,比较：2 M(s)+2 H2O(l)2 M+(aq)+2 OH-(aq)+H2(g),7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么 Li 与水反应没有其它金属与水的反应激烈？,电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之

6、间并无直接的联系.Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1)锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化;(2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行.,Question 1,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,(3)与液氨作用,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,碱金属和碱土金属的氨溶液：1.具有较高的导电性 2.与金属本身相同的化学反应 3.稀碱金属氨溶液是还原剂,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应.主要用途：鉴定化合物中某元素的存在；焰火.,7

7、焰色反应(flame reaction),Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,用途节日焰火,鉴定溶液中是否存在某种离子,红绿锶钡信号弹,信号弹,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2.2 氧化物,1、碱金属-三类氧化物，碱土金属-普通氧化物,正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)Li2O Na2O2 KO2,2 氧化物的制备,直接法,间接法,Question 5,如何制备Na2O，K2O？,3 氧化物的化学性质,(1)与H2O的作用（生成相应的碱）,（Li Cs剧烈程度）,（B

8、eO除外，剧烈程度）,（O2）,氧气发生剂,漂白剂,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,(2)与CO2的作用：,防毒面具的填料高空飞行或潜水作业的供氧剂CO2吸收剂,7.2.3 氢氧化物,（白色，易吸潮，吸CO2，腐蚀性）,（除BeO外）,在空气中易潮解，常作干燥剂。NaOH能溶解Al、Zn等两性金属及其氧化物，也能溶解许多非金属(Si、B等）及其氧化物。2Al+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H2Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O Si+2NaOH+H2O 熔融 Na2SiO3+2H2SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O

9、,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,（能腐蚀玻璃）因能溶解某些金属氧化物、非金属氧化物，在工业生产常用于分解矿石。熔融的氢氧化钠腐蚀性很强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。,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)溶解度增大,碱性增强,氢氧化物的酸碱性,Be(OH)2是两性氢氧化物，可溶于酸也可溶于碱Be(OH)22H+Be2+2H2O Be(OH)22OH Be(OH)4 2-,7.2 s区元素的单质及其化合物的性

10、质,重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐,1 晶体类型：绝大多数是离子晶体 Li,Be,Mg,例如碱土金属氯化物的熔点变化：BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点/405 714 782 876 962,离子性增强,7.2.4 重要盐类及其性质,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,颜色：所有s区元素的离子均为无色。有色的碱金属和碱土金属盐均为阴离子的颜色。,3 溶解性：碱金属盐类一般易溶于水；（除Li）碱土金属盐类一般难溶于水，（除卤化物、硝酸盐）但其酸式盐通常可溶。CaCO3 CaSO4 Ca3(PO4)2,4 热稳定性

11、：规律1：离子半径越小，正电荷越高，盐的热稳定性越差。结果：碱金属盐 碱土金属盐 M2CO3 MCO3 同族中，离子半径越大，稳定性越高。规律2：硝酸盐热稳定性差，碳酸盐次之，其它的都稳定。,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,碳酸盐热分解有规律 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分/100 573 1110 1370 1570,几乎所有的锂盐是水合的，钠盐约有75是水合的，钾盐有25%是水合物，铷盐和铯盐仅有少数是水合盐。,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,5 水合物，结晶水合物：规律1：离子半径越小，所带电荷越多，水合作用越强 结果：碱金属离子 碱土金属

12、离子 同族中，自上而下，水合作用逐渐减弱。应用：纺织工业，利用MgCl2吸湿，保持棉纱的湿度。标准试剂，炸药等，用K盐而不用Na盐，防吸水。,7.2.5 配合物,大环配位化合物(macrocyclic coordination compound),冠醚和穴醚统称为大环配位化合物。作为配位体的冠醚和穴醚，不同大小、不同形状的穴腔对碱金属阳离子具有选择性。穴醚几乎能够实现对K+和Na+离子的完全分离，选择性可高达 105：1.,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,C.Pedersen 美国化学家首次报道“冠醚”(crown ether),D.Cram 美国有机化学家提出“主-客体化学”（hos

13、t-guest chemistry）,J.M.Lehn 法国生物化学家首次报道“穴醚”(cryptant),大环配位化合物的发展得利于3位Nobel 奖的获得者：,冠醚，又称“大环醚”，是对含有多个氧原子的大环化合物的总称。常见的冠醚有15-冠-5、18-冠-6，机理：冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可作催化剂。特点：冠醚最大的特点就是能与正离子，尤其是与碱金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合。碱金属18-冠-6配合物在非水溶液中几乎能无限期稳定存在.,(1)冠醚(crown ether),18：环原子数 6：环氧原子数,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,穴

14、醚是一类人工合成的，可以与阳离子发生配位的双环和多环多齿配体特点：与单环的冠醚相比，穴醚配合物更加稳定，对底物分子的选择性也更强。碱金属阳离子的穴醚配合物比冠醚配合物更稳定，甚至能存在于水溶液中,（2）穴醚(cryptant),数字表示在两个N桥头之间每个桥上的O原子个数。,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,即,在周期表中，除了我们常说的族和周期的规律性外，还会出现某一小块区域的规律性.例如，在第 2 周期和第 3 周期开头几个元素间出现的相似性，我们称为对角线规则(diagonal rule).,第 2 周期的 Li、Be、B 3种元素和其右下脚第 3 周期的 Mg、Al、Si 3元素

15、及其化合物的性质有许多相似之处.,7.2.6 对角线规则,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,7.2.7 离子鉴定,1.焰色反应,Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba,2.化学反应,K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鉴定,中性或弱酸性,碱性,中性或稀醋酸环境,7.2 s区元素的单质及其化合物的性质,【学习要点】,第七章 s区元素,一、s区元素的通性1.周期表中最典型的金属，化学性质极其活泼，在自然界中都以化合态的形式存在2.族内元素的基本性质递变十分规律（锂和铍除外），并具有氧化数单一化合物离子性突出和配位化学性质较弱等特征。3.锂

16、和铍因为次外层为2电子构型，有效核电荷大，极化作用强，因而表现出许多不同于本区元素的特殊性。,二、单质1.还原性极强，与水反应剧烈（锂、铍和镁除外），常在固态反应和有机反应中作还原剂。2.与O2、H2、N2、X2、S等非金属单质直接化合生成离子型化合物。3.低温条件下，与液氨缓慢作用，生成氨合金属阳离子和氨合电子，该溶液具有特殊的物理性质和强还原性。4.焰色反应可用于初步鉴定s区元素的单质和离子。,三、重要化合物1.过氧化物（M2O2）和超氧化物（MO2）与水或者CO2作用时会放出氧气，可用作供氧剂和CO2吸收剂。最重要和最常用的有Na2O2，NaO2和KO2。2.碱金属氢氧化物最突出的化学性

17、质是强碱性和强腐蚀性。苛性钠（NaOH）和苛性钾（KOH）是重要的化工原料和化学试剂。碱土金属氢氧化物中Ca(OH)2是常用的干燥剂和廉价的强碱。3.常见的碱金属盐均易溶于水（锂盐除外），钾盐因吸湿性小于钠盐，常用作基准剂。4.除硝酸盐和氯化物外，碱土金属的盐类通常难溶于水，且溶解度从Ca到Ba依次减小，但其酸式盐通常可溶。,随堂练习1,1下列金属中最软的是 A.Li B.Na C.Cs D.Be,C,2与同族元素相比,有关铍的下列性质中描述不正确的是 A.有高熔点 B.有最大密度 C.有最小的原子半径 D.硬度最大,B,3金属锂应存放在 A.水中 B.煤油中 C.石蜡中 D.液氨中,C,4不能在空气中直接形成正常氧化物的是A、Li B、Be C、Na D、Ba,C,5常用做防毒面具、高空飞行、潜水作业的供氧剂是A、CaO B、Na2O C、BeO D、KO2,D,