碱金属碱土金属.ppt

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1、第十二章 碱金属 碱土金属The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals,A A A A A A A A 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar19K 20Ca 31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr37Rb 38Sr 49In 50Sn 51Sb 52Te 53I 54Xe55Cs 56Ba 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn87Fr 88Ra,S区元素,P区元素,教学要求,1、掌握A、

2、A族元素单质、氧化物、氢氧化物的性质、制备和用途。熟悉性质变化的规律性,2、掌握A、A族金属盐类的一些重要性质。,3、通过对比锂、镁的相似性了解对角线规则。,第一节 金属单质,第IA族包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中钫是放射性元素。,第IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土金属。现在习惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱土金属元素。其中镭是放射性元素。,A,A,LiNaKRbCsFr,BeMgCaSrBaRa,碱

3、金属元素的一些基本性质,碱金属是活泼性最强的金属元素，都是强还原剂,不能完全体现还原性，因为锂离子水化热最负，所以从水化锂离子还原到锂需要耗能更多，导致电极电势试验计算结果很负。,碱土金属元素的一些基本性质,碱土金属仍是活泼性相当强的金属元素，也是强还原剂，,密度最小的金属元素是Li，其次是K、Na。Li的密度只有水的一半，可以浮在煤油上。碱金属可以用小刀切割，具有金属光泽，但很快会被氧化而失去光泽。,物理性质,由于碱土金属的原子半径较小，所以形成的金属键比碱金属强得多，因此它们的熔沸点、密度和硬度等都比碱金属的高。但碱土金属的密度比常见金属如Cu、Zn、Fe还是小得多，碱土金属也属轻金属。除

4、了铍和镁以外，其它金属都很软，可以用刀子切割。它们的单质都有良好的导电性和延展性。,成键特征,1、以离子键为主，A族是离子键特征最强的元素，其次是A族；2、可以形成共价化合物的元素是：Li、Be、Mg等，气态的Na2、Cs2也是共价分子。,碱金属具有密度小、硬度小、熔沸点低、升华热低、导电性强等特性,存 在,海水（NaCl、MgCl2、KCl）光卤石(KClMgCl6H2O)。,钠长石(NaAlSi3O8)钾长石(KAlSi3O8)锂辉石(Li2Al2O34SiO2),明矾(K2SO4Al2(SO4)324H2O)石膏(CaSO42H2O)重晶石(BaSO4)天青石(SrSO4),大理石（(C

5、aCO3）石灰石(CaCO3)菱镁矿(MgCO3),氯化物,硅酸盐矿,硫酸盐矿,碳酸盐矿,单质的物理性质,密度较小但硬度大 镁和铍用于制轻质合金，如镁铝合金和电子合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度大，硬度高弹性好等优点。碱土金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差,一、碱金属特殊物理性质：,密度小 钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。硬度小 用小刀可以切割它们。熔沸点较低 随原子量的增大而降低。导电性强 Cs、Rb用于作光电材料。,二、碱土金属的物理物质,三、液态合金,碱金属在常温下能形成液态合金：K-Na合金（K:77.2%Na:22.8%m.p.=260.7 K）具有较高的比热和较

6、宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂。Na-Hg合金(称钠汞齐 m.p.=236.2 K)用于有机合成中作还原剂,单质的化学性质,A族是最活泼的金属元素，其次是A族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强,切割一小块钠放在水中，可观察到钠浮在水面上与水激烈反应而来回运动着：2Na+2H2O=2NaOH+H2钾可在水面上燃烧呈现紫红色火焰。Li反应时由于产物溶解度小而吸附在金属表面上，使反应缓慢进行。,一、与水和空气的反应,碱金属与水的反应,4LiO22Li2O6LiN22Li3N4NaO22Na2ONa2OCO2Na2CO3,碱金属在常温下可以与空气中的O2、CO2、水汽等反应,碱土金属一般要

7、加热才能进行反应。这是因为它的表面容易生成氧化膜保护层。,3CaN2=Ca3N2 3MgN2=Mg3N2,在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物,与空气反应,想一想：活泼金属应当如何保存？,要避免与空气接触。锂要保存于蜡中，钾、钠、钙等应保存于煤油中。,常温下锂可与氮气反应,二、用作高温还原剂,如Na、Mg、Ca等：SiO22Mg=Si2MgO TiCl44Na=Ti4NaCl,三、与非金属反应生成二元化合物,2M(熔化)H2=2MH MLi,Na 研磨NaS=Na2SNaP=Na3P,四、溶解于液氨中生成溶剂合离子和电子,M(s)(x+y)NH3(l)=M(NH3)x+e(N

8、H3)y-金属的氨溶液呈蓝色，若挥发掉溶剂，又可得到金属。金属氨溶液具有高导电性，顺磁性，和强还原性，常用于有机制备反应，如：2Na 2NH3(l)2NaNH2H2,热还原法,金属置换法,热还原法中常用碳可碳化物作还原剂，从金属氧化物或碳酸盐中还原出金属。,K2CO32C=2K3CO,1473K 真空,MgO+C=CO+MgMgO+CaC2=Mg+CaO+2C,2KFCaC2=CaF22K2C,1273-1473 K,用活泼金属作还原剂的热还原法称金属置换法，常用还原剂金属有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。,KCl+Na=NaCl+K2RbCl+Ca=CaCl2+2Rb3CaO+2Al=3C

9、a+Al2O3,1473K,真空,K通常不用电解法而用置换制备，这是因为它易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸，所以不用电解法制钾。Rb和Cs也是这样。,上述是熔盐中的置换反应，它不同于溶液中的置换反应，熔点低的物质容易被置换出来。,制备,金属的制备,电解熔盐法,电解熔盐法是最强的氧化还原手段，由于卤化物的熔点较低，所以常用电解氯化物法制备活泼金属：阳极放出氯气：2Cl-=Cl2+2e阴极析出金属：M+e=M电解反应：2MCl=2M+Cl2,在电解中，必要时要混入适当的助熔剂，如在氯化钠的电解中，是加入CaCl2为助熔剂，其作用是：1、降低熔点（钠熔点=10

10、73K，混合盐熔点=873K）2、防止钠的挥发3、减小钠的分散性（熔盐密度大，钠密度小，易浮于熔盐上面进行分离）,如Li、Na、Mg、Ca等金属是用电解金属氯化物的方法制备的：2NaCl=2Na+Cl2 MgCl2=Mg+Cl2,热还原法,金属置换法,热分解法,4KCN=4K4C2N2 2MN3=2M3N2 MNa、K、Rb、Cs 668K2RbN3=2Rb3N2 真空 663K2CsN3=2Cs3N2,热分解法,一些不稳定的盐可用热分解法，如氰化物、叠氮化物。因碱金属的叠氮化物容易纯化，加热分解不爆炸。所以是制备它们的好方法。,想一想,1、为什么自然界没有游离态的碱金属和碱土金属？它们主要以

11、哪些形式存在？2、碱金属有哪些特殊的物理性质？3、工业上常用电解方法制备的碱金属和碱土金属有哪些？为什么不用电解法制备金属钾。,2、碱金属的特殊物理性质：密度小、硬度小、导电性强、容易形成液态合金。,3、工业上常用电解的方法制备的碱金属是锂和钠，碱土金属是镁和钙。钾一般不用电解法制备，因为它熔点低，易挥发，生成的K易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸。,1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。,第二节 碱金属和碱土金属的化合物,2-1 氧化物

12、,普通氧化物,过氧化物,超氧化物,臭氧化物,Li2O、MO(M=碱土金属),Na2O2、BaO2,MO2(M=K、Rb、Cs),MO3(M=K Rb、Cs),:O:,2-,:OO:,2-,:OO:,-,O,O,O,-,35,抗磁性,抗磁性,顺磁性,顺磁性,结 构,一、普通氧化物,Li、A金属与空气作用或由碳酸盐加热分解时均生成氧化物：4MO2=4M2O（M=碱金属，常温）6Li+N2=2Li3N（常温）2MO2=2MO（M=碱土）MCO3=MOCO2（M=碱土）,制 备,性 质,它们都是白色固体，化学性质主要表现为碱性氧化物，与水、酸、酸性氧化物反应，BeO则表现两性,M2O+H2O=2MOH

13、(M=碱金属)M2O+CO2=M2CO3(M=碱金属)MO+H2O=M(OH)2(M=碱土金属)MO+CO2=MCO3(M=碱土金属)BeO+NaOH=Na2Be(OH)4(铍酸钠)BeO+2HCl=BeCl2+H2O,二、其它氧化物的制备,453-473K4NaO2=2Na2O 573-673K2Na2OO2=2Na2O2 773-793K2BaOO2=2BaO2,燃烧MO2=MO2,臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物：6KOH+4O3=4KO3+2KOH H2O+O2,过氧化物,超氧化物,臭氧化物,钠在空气中燃烧可制得黄色的过氧化钠粉末,氧化钡在氧气中燃烧可得白色的过氧化

14、钡,钾、铷、铯与氧气可生成三种类型氧化物：M2O、M2O2、MO2。在空气中燃烧时生成超氧化物,用液氨结晶KO3可得桔红色的KO3晶体,三、氧化物的性质比较,Na2O22H2OH2O22NaOH2H2O22H2OO22MO22H2OO2H2O22MOH2MO32H2O2O2H2O22MOH,与水反应,M2O+CO2=M2CO32M2O2+CO2=2M2CO3+O24MO22CO22M2CO33O2,与CO2反应,Cr2O3+3Na2O2=2Na2CrO4+Na2OMnO2+Na2O2=Na2MnO4,强氧化性,过氧化物用于把某些难溶氧化物氧化为高价的易溶物：,四、氧化物的主要用途,碱土氧化物,

15、氧化剂,漂白剂,供氧剂,引火剂,碱土金属的BeO,MgO具有很高的熔点和硬度，用于制耐火材料和金属陶瓷。CaO俗称石灰或生石灰，作建筑材料，也用做干燥剂，炼钢工业上用于除去Si、P杂质。,过氧化物、超氧化物、臭氧化物都是强氧化剂。,由于它们的强氧化性，可用于纸张、织物等的漂白剂,利用它们与二氧化碳反应生成氧气的性质作为潜水、登山、高空作业的供氧剂,过氧化钡常用于爆破作业上作强火剂,CaOSiO2=CaSiO3 3CaOP2O5=Ca3(PO4)2,2-2 氢氧化物,碱金属的氢氧化物对皮肤和纤维有强烈的腐蚀作用，所以又称为苛性碱。,物理性质,碱金属和碱土金属的氢氧化物均为白色固体。,颜色和状态,

16、碱金属氢氧化物的熔点较低：LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 723 591 633 574 545碱土金属氢氧化物在熔点前脱水分解,熔点(K),溶解性molL-1,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2810-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1,碱金属氢氧化物溶于水放出大量热，在空气中很快潮解，可用作干燥剂。它是重要的工业原料,强碱性反应,化学性质,碱金属氢氧化物,酸性氧化物,CO2,碳酸盐,硅酸盐,铝酸盐,SiO2,Al2

17、O3,非金属岐化,酸,盐+水,卤素,XO3-+X-,P,S,H2PO2-+PH3,SO32-+S2-,非金属置换,Al、Zn、B、Si,含氧酸盐+H2,重要的氢氧化物有NaOH、KOH、Ca(OH)2等,制 备,1).电解食盐水法制备NaOH:2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2,2).氧化物与水反应:CaCO3=CaO+CO2CaO+H2O=Ca(OH)2,2-3 氢化物,制 备,碱金属和碱土金属的Ca、Sr、Ba 与氢在高温下反应生成离子型氢化物：2MH22MH（M碱金属）MH2MH2（MCa、Sr、Ba）,氢化物中以LiH最稳定，加热到熔点(961K)也不分解,性 质,离子型氢

18、化物都是强还原剂，在水中水解放出氢气：TiCl44NaHTi4NaCl2H2LiH H2OLiOHH2CaH22H2OCa(OH)22H2,LiH、CaH2常用于作为野外产生氢气的原料。,1 kg 氢化锂,H22800 dm3,碳酸盐：都难溶硫酸盐：以BaSO4最难溶，MgSO4易溶草酸盐：以CaC2O4的最小，它是所有钙盐中溶解度最小的。铬酸盐：除铬酸镁易溶外，其他的难溶。,3 盐类,一、盐类的溶解性,碱金属的大部分盐是可溶的，少数难溶盐的数目是随着碱金属离子半径的增大而增多，一些难溶盐如下：,锂盐：氟化锂 LiF、碳酸锂Li2CO3、磷酸锂Li3PO4.5H2O钠盐：六羟基锑酸钠 NaSb

19、(OH)6（白）醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(CH3COO)99H2O（黄绿）钾盐：KClO4(白色)、KHC4H4O6(酒石酸氢钾，白色)、K4PtCl6(淡黄色)、K2NaCo(NO2)6(亮黄色)、KB(C6H5)4(四苯硼酸钾白色),碱土金属的难溶盐很多,凡难溶弱酸盐都易溶于酸。,Na+的检验：Na+ZnAc2+3UO2Ac2+HAc+9H2O=NaAcZnAc23UO2Ac29H2O(黄)+H+,K+检验:2K+Na+Co(NO2)63-=K2NaCo(NO2)6(黄),二、钠盐和钾盐的性质差异,、溶解性 钠盐溶解度较特殊的是，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，NaCl的溶解

20、度随温度的变化不大。难溶盐的种类以钾盐较多。,、吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强，因此在分析上一般用钾盐作标准试剂，如作标定用的邻苯二甲酸氢钾，重铬酸钾等。,、结晶水 钠盐之所以溶解度大，吸湿性强，很大的一个因素是它溶易形成结晶水合物，如Na2SO410H2O，Na2HPO412H2O，Na2S2O35H2O等。,三、焰色反应,Li,Na,K,Ca,Ba,离子 Li+Na+K+Rb+Cs+Ca2+Sr2+Ba2+颜色 红 黄 紫 紫红 紫红 橙红 洋红 黄绿波长 670.8 589.0 404.4 420.2 455.5 612.2 687.8 553.6(nm)589.6 404.7 62

21、9.8 459.3 616.2 707.0,碱金属和碱土金属的离子在无色火焰上燃烧时，当较高能级上的电子跳回较低能级轨道上时，要释放出特征波长的光，呈现出特征的颜色。,四、晶型,碱金属和碱土金属离子型晶体大多数为NaCl型和CsCl型,NaCl型：阳离子和阴离子均为面心立方构型，配位数均为6,CsCl型：阳离子和阴离子均为简单立方构型，配位数均为8,五、形成结晶水合物的倾向,Li+Na+K+Rb+Cs+Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+水合热 519 406 322 293 264 2494 1921 1577 1443 1305,一般说来，同族元素的金属离子，离子半径越小，形成离子水合

22、物的倾向越大。这与它们的水合热变化是一致的,在碱金属中，锂的所有盐几乎都是水合的，钠盐约有75%是水合的，钾盐有25%是水合的。碱土金属则以铍盐和镁盐的水合物较多。,形成结晶水的能力不仅与阳离子有关，还与阴离子有关，如在碱金属盐中：卤化物大多数是无水物；硝酸盐只有锂形成水合盐LiNO33H2O；硫酸盐中只有锂和钠形成水合盐Li2SO4 H2O，Na2SO4 10H2O；碳酸盐中则反常，除碳酸锂无水外，其余都有不同形式的水合物：Na2CO3 10H2O、K2CO3 5H2O、Rb2CO3 H2O Cs2CO3 3H2O,六、形成复盐的能力,由两种简单盐按一定比例组成的盐，而在溶液中又能离解出简单

23、盐离子的物质称为复盐。碱金属形成复盐的能力最强，按组成分为几种类型：,光卤石类,MClMgCl26H2O M=K+、Rb+、Cs+如光卤石KClMgCl26H2O,钾镁矾类,M2SO4 MgSO4 6H2OM=K+、Rb+、Cs+,明矾类,MM(SO4)2 12H2O或写为M2 SO4M2(SO4)3 24H2O M=Na+、NH4+、K+、Rb+、Cs+M=Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+如明矾KAl(SO4)2 12H2O,七、热稳定性,由于碱金属的原子半径在同周期元素中最大,离子的极化能力最弱,因此碱金属盐是最稳定的盐。只有锂的盐稳定性较差。碱土金属盐的稳定性比碱

24、金属盐差，同族元素随原子半径增大稳定性增强。,硝酸盐的分解：4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 2M(NO3)2=2MO+4NO2+O2(M=碱土离子)2NaNO3=2NaNO2+O2(K、Rb、Cs的盐分解类似),碱金属碳酸盐加热融化不分解(碳酸锂例外)；碱土金属碳酸盐熔点前分解为氧化物和二氧化碳。,八、几种重要的盐,常见氯化物,NaCl,KCl,MgCl2,CaCl2,BaCl2,MgCl2,氯化镁 可由盐卤水中提取，也可从光卤石(KClMgCl6H2O)中提取，从水中结晶出来的是MgCl26H2O，氧化镁有吸湿性，粗食盐易潮解的原因就是它含有氯化镁,408KMgCl26H2O=Mg

25、(OH)ClHCl5H2O 770KMg(OH)Cl=MgOHCl,在HCl气流中干燥MgCl26H2O或 MgOCCl2=MgCl2CO,MgCl26H2O受热失水并水解，最后产物为氧化物,无水氯化镁的制备：,因此无水盐的制备不能用加热的方法除去结晶水,无水氯化镁用于制金属镁,CaCl2,CaCl6H2O加热易失去结晶水，无水氯化钙是常用的干燥剂，但不能用它干燥氨气和乙醇，因为它与NH3结合生成氨合物或醇合物：CaCl28NH3，CaCl24C2H5OH。,BaCl2,氯化钡是重要的可溶性钡盐，由盐酸和硫化钡作用制备：BaSO4+4C=BaS+4COBaS2HClBaCl2H2S,凡可溶性钡

26、盐均有毒,实验室常用氯化钡检验硫酸根，硫酸钡是溶解度最小的硫酸盐。但在浓硫酸中沉淀不完全：BaSO4+H2SO4=Ba(HSO4)2,1273K,碳酸盐,Na2CO3,NaHCO3,碳酸钠俗名纯碱，苏打。含水盐容易风化,它水解呈强碱性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和冶金等方面。,碳酸氢钠俗名叫小苏打(注意区别大苏打)，主要用于食品和医药工业。,侯氏制碱法,1)先用NH3将食盐水饱和,然后通入CO2,使溶解度较小的NaHCO3析出：NH3NaClH2OCO2=NaHCO3NH4Cl,2)煅烧NaHCO3得Na2CO3:600K2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2

27、O,在母液中加入NaCl，在278-283K下结晶出NH4Cl作为副产品，用于作化肥。所以侯氏法又称氨碱法,这也是区别碳酸钠和碳酸氢钠的方法之一,CaCO3,碳酸钙 自然界存在大量的碳酸钙矿石，如石灰石、大理石、方解石等，主要用于制CO2和石灰。,CaCO3=CaO+CO2,1098K,CaO+H2O=Ca(OH)2,碳酸钙溶于含CO2的水中:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 含有 Ca(HCO3)2的水称为硬水,它受热时会生成沉淀:Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O,石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解后再沉淀出来，就形成了钟

28、乳石和石笋。,硝酸钾,化工原料和化学试剂,黑火药KNO3+C+S,化肥,硫酸盐,Na2SO410H2O芒硝,硫酸钠是无色晶体，在空气中容易风化，无水物俗称元明粉。硫酸钠大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中，也用于制硫化钠和硫代硫酸钠等,一些反应例子如下:Na2SO4+C=2Na2SO3+CO2Na2SO4+2C=Na2S+2CO2Na2SO4+2C+CaCO3=Na2CO3+CaS+2CO2,硫酸钙,无水硫酸钙 CaSO42水硫酸钙 CaSO42H2O 俗称石膏。半水硫酸钙 CaSO40.5H2O 俗称生石膏2CaSO42H2O=2CaSO41/2H2O3H2O无水石膏不能与水化合，硫酸钙

29、难溶于水,生石膏吸水后变为石膏，并硬化膨胀，用于制模型和水泥等。,加热,加热,加热,硫酸钡,它是溶解度最小的硫酸盐，也是唯一无毒的钡盐。它的矿石称重晶石，是制备其他钡盐的原料：BaSO44C=BaS4CO BaS2HClBaCl2H2S BaSCO2H2OBaCO3H2S,硫酸镁,MgSO47H2O是无色晶体，易溶于水，俗称泻盐，用于作食物中毒导泻剂。,硫酸钡是唯一无毒的钡盐。它能强烈阻止X 射线，在医学上用于消化道的X射线造影检查。在为肠胃拍摄X光射线照片时，要先吃硫酸钡，半小时以后再拍摄，就能呈现肠胃的形状，帮助确诊病情。BaSO4与ZnSO4的混合物叫作立德粉，或叫锌钡白，是白漆的原料。

30、,第四节 对角线规则,在周期表中，在第二周期和第三周期元素中，处于对角线位置上的三对元素：LiMg、BeAl、BSi，它们的性质具有相似性。这种相似性称为“对角线规则”。,如何解释对角线规则？因为处于对角线上的元素，具有相近的离子势Z/r和电负性，对于相同的阴离子具有相似的极化能力，因而表现出相似的化学性质。,极化性:Na Li Be Na Mg Be 所以 LiMg Mg Be B Mg Al B 所以 BeAl Al B C Al Si C 所以 BSi,Li Be B CNa Mg Al Si,周期系中有些元素的性质常与它右下方相邻的另一元素类似，这种关系叫对角关系,硼与硅的相似性,a,10-10,2.锂与镁的相似性 单质在过量氧中燃烧时，均只生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱，而且在水中的溶解度都不大；氟化物、碳酸盐、磷酸盐等均难溶；氯化物都能溶于有机溶剂(如乙醇)；碳酸盐在受热时，均能分解成相应的氧化物（Li2O、MgO）。,3铍与铝的相似性单质均为活泼金属，其标准电极电势相近：E(Be2+/Be)=-1.847V,E(Al3+/Al)=-1.662V；单质均为两性金属，它们既能溶于酸也能溶于强碱；单质都能被冷、浓硝酸钝化；氯化物均为双聚物，并显示共价性，可以升华，且溶于有机溶剂,