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第 20 章 s 区金属. [ 基本要求 ] 1 .掌握碱金属、碱土金属单质的性质,了解其存在、制备及用途与性质的关系。 2 .掌握碱金属、碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质及用途。 3 .了解碱金属、碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律。 4 .掌握碱金属、碱土金属重要盐类的性质及用途,了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。. 碱金属 (IA ) : ns 1. Li Na K Rb Cs Fr. Be Mg Ca Sr Ba Ra. 碱土金属 (IIA ) : ns 2.

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第 20 章 s 区金属

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20 s

第20章 s 区金属

[基本要求]

1.掌握碱金属、碱土金属单质的性质,了解其存在、制备及用途与性质的关系。

2.掌握碱金属、碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质及用途。

3.了解碱金属、碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律。

4.掌握碱金属、碱土金属重要盐类的性质及用途,了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。


20 s

碱金属(IA ):ns1

Li Na K Rb Cs Fr

Be Mg Ca Sr Ba Ra

碱土金属(IIA ):ns2

20-1 碱金属和碱土金属的通性

1、碱金属的通性

见书表20-1。

电离势:与同周期元素相比电离势最小。

氧化数:+Ⅰ(-Ⅰ)。

键型:离子键,气态时有极少的共价键。

活泼性:φθM+/M很低,M很活泼。


20 s

2、碱土金属的通性

表20-2。

电离势:与同周期元素相比电离势仅高于碱金属。

氧化数:+Ⅱ。

键型:离子键。Be有一定的共价倾向。

活泼性:φθM2+/M很低,M很活泼。活泼性弱于碱金属。


20 s

3、s区元素 性质变化的主要倾向

IA IIA

Li Be

Na Mg

K Ca

Rb Sr

Cs Ba

金属性、还原性增强

电离能、电负性减小

原子半径增大

原子半径减小

电离能、电负性增大

金属性、还原性减弱


20 s

为什么φ (Li+/Li)比φ (Cs+/ Cs )还小?

电极反应:Mn+(aq) + ne- M(s)

4、Li 的特殊性:

①Li+(2e), 半径小, I大, 极化力强;

② 共价趋势大;

③ 碱金属的I以Li为最大,但φθ Li+/Li最低。

jθM+/M= [△fGθ(Mn+)]/(nF)


20 s

△h

△sub

△sub

△h

(M+,aq )

(M+,g)

(M+,g)

(M+,aq ) = + I1 +

H

H

H

H

m

m

m

m

M(s)

M+(aq)

I1

M(g)

M+(g)


20 s

φ

φθ Li+/Li最低:原子半径最小,水合热很大。


20 s

20-2 碱金属和碱土金属的单质

20-2-1单质的物理性质和化学性质

一、物理性质

A、碱金属:

a、晶格类型:

常温碱金属都是体心立方晶格。

b、金属键弱:

原因:只有一个电子参与形成金属键,原子半径相对较大。


20 s

从Li到Cs,半径增大,金属键减弱,且晶格类型相同,使物理性质表现出规律。

有金属光泽

密度小

硬度小

熔沸点低

导电、导热性好

S 区单质的熔沸点变化


20 s

c、光电效应:

光电效应:金属受光照而释放电子的现象。

d、液态合金:

常温下易于相互溶解形成液态合金。

B、碱土金属:

a、晶格类型:

Be、Mg为六方晶格;Ca、Sr为立方晶格;Ba为体心立方晶格。


20 s

Ba

Be

Mg

Ca

Sr

b、金属键弱:

碱土金属的金属键强于碱金属。

碱土金属的晶格类型不同,其相关物理性质无规律性。


20 s

二、化学性质

碱金属、碱土金属的活泼性的差异表现在反应的类型上,也表现在反应的程度上。

主要反应:

a、与氮反应:

常态下: 6Li + N2 → 2Li3N

b、与水反应:

碱金属:M + H2O → MOH + 1/2H2↑

反应大量放热。

反应激烈程度递增:燃烧(K),或爆炸(Rb、Cs)。


20 s

Na

Li

K

Ca


20 s

Li与H2O反应平缓:

1、Li的熔点相对较高,反应放热不足以使其融化,因而固体锂与水接触的机会不如液态钠;

2、LiOH溶解度较小,覆盖在Li表面,阻碍反应的进行。

可见, 反应是否剧烈取决于:

①金属的熔点

② 生成的氢氧化物的溶解性


20 s

碱土金属:

M + H2O(g) → MO + H2 (Be、Mg)

M + H2O → M(OH)2 + H2 (Ca、Sr、Ba)

Be、Mg与H2O(g)反应生成致密氧化物,Ca、Sr、Ba与H2O反应平缓,原因与Li相同。

c、与氧的反应:

碱金属:M + O2 → Li2O

→ Na2O2

→ MO2 (K、Rb、Cs)

反应程度:Na、K稍微加热即燃烧,Rb、Cs遇空气即爆炸。


20 s

d、与液氨的反应:

⑴、稀溶液中:

M+(x+y)NH3→[M(NH3)x]++[e(NH3)y]-(碱金属)

M+(6+2y)NH3→[M(NH3)6]2++2[e(NH3)y]-(碱土金属)

氨合电子[e(NH3)y]-中的电子存在于液氨的孔腔(300-400nm)中,松散地溶剂化,电子的行为相当自由。

稀溶液的特性:

①、都呈亮蓝色;②、溶液的体积比金属和溶剂的体积大得多;③、是极好的导电体;④、具有顺磁性。


20 s

⑵、浓溶液中:

出现液态金属的聚集相,呈古铜色。饱和时,全变为古铜色。

称为“稀释的金属”。

(3)、性质:

①、碱金属氨溶液不稳定,缓慢分解:

NH3+ e- → NH2-+ 1/2H2

许多过渡金属化合物可加速分解。

②、碱金属和碱土金属的液氨溶液显强碱性,是良好的还原剂。


20 s

③、碱金属在液氨中若有微量过渡金属盐,则反应生成氨基化物:

Na + NH3(l) NaNH2 + 1/2H2

光催化上反应。

e、还原反应:

碱金属具有强还原能力。

如:TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl

f、形成M-离子

M-离子在特定条件下存在。

SiO2+2Mg=Si+2MgO

有一定的稳定性: M+> M-> M。


20 s

20-2-2 s区元素的存在和单质的制备

均以矿物形式存在.

制备 P.652

1 、电解:NaCl. BeCl2. MgCl2等

注:不能电解KCl,因为会产生KO2和K,发生爆炸

2、 热还原:

1)C还原法

2)碳化物还原

3)铝热还原法


20 s

3、 金属置换

KCl+Na=NaCl+K↑

(K比Na易挥发,离开体系; NaCl晶格能大于KCl )

4. 热分解

4KCN====4K+4C+2N2

2MN3====2M+3N2

M=Na、K、Rb、Cs


20 s

20-3 碱金属和碱土金属的化合物

20-3-1 氧化物

1.形成四类氧化物

正常氧化物(O2-):

过氧化物(O22-):

超氧化物(O2-): 顺磁性

稳定性:O2- > O2- > O22-


20 s

臭氧化物(O3-):顺磁性

2.制备:

直接:

间接:


20 s

3.化学性质

① 与H2O的作用:

(Li  Cs剧烈程度)

(BeO除外)


20 s

② 与CO2的作用:

③ 酸解:

Na2O2+H2SO4=H2O2+Na2SO4


20 s

④氧化还原性:

Na2O2+Cr2O3 =

Na2CrO4+Na2O

Na2O2+MnO2

=Na2MnO4

5O22- + 2MnO 4 - + 16H + → 2Mn 2+ + 5O 2 ↑ + 8H 2 O

20-3-2、氢氧化物

1、溶解性

① MⅠAOH的溶解性>MⅡA(OH)2

② 同族自上而下溶解性增加

(从上→下,S↑因为U↓)


20 s

2、碱性

① MⅠAOH的碱性>MⅡ A(OH)2

② 同族自上而下碱性增加

(由φ值判断氢氧化物酸碱性的经验规律见书613页。)

3、热稳定性

① MⅠAOH热稳定性>MⅡ A(OH)2

② 同族自上而下热稳定性增加

(由φ↓,Mn+ 极化力↓,化合物稳定性↑)


20 s

20-3-3、氢化物

键型:MH、MH2都是离子型。 (除Be、Mg外)

晶体结构:

MH:NaCl型

MH2:斜方晶系。

其中H-离子的半径约为144pm,介于MF中F-半径(120pm)和MCl中Cl-半径(160pm)之间,故MH的性质类似于MX。


20 s

MH

M + H2

/ kJ·mol-1

M+H2 (LiH稳定)

MH(MH2)

MH、MH2的性质:

易分解、具有还原能力、配位性

1、电解

2、均为白色晶体, 热稳定性差

LiH NaH KH RbH CsH NaCl

-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -441


20 s

-

=

-

(

φ

(H

/H

)

2

.

23

V)

2

3.还原性强

*钛的冶炼:

*剧烈水解:


20 s

受潮时强烈水解

4.形成配位氢化物


20 s

20-3-4、盐类

颜色:M+、M2+离子无色,盐的颜色由阴离子决定。

键型:离子键(Li+、Be2+的盐有一定的共价性)。

一、盐类的通性

1、焰色反应

挥发性化合物在高温火焰中呈现特征的颜色。见书659页。


20 s

例如 红色焰火的简单配方:

质量百分比 KClO334% 、 Sr(NO3)2 45﹪、 炭粉10% 、 镁粉4%、松香7%

绿色焰火配方:质量百分比 Ba(ClO3)2 38% 、Ba(NO3)2 40% 、S 22%

2、晶型

绝大多数是离子晶体,但碱土金属卤化物有一定的共价性。


20 s

3、溶解性

碱金属的简单阴离子盐易溶(少数Li盐例外),大阴离子盐难溶,见书659页。

难溶的锂盐: LiF、 Li2CO3、 Li3PO4

MClO4、 M2Na[Co(NO2)6]、 M4[PtCl6] 微溶盐

M=K+、Rb+、Cs+

NaCl+k[Sb(OH)6] =Na[Sb(OH)6] ↓(白)+KCl

KCl+NaHC4H4O6= KHC4H4O6↓( 白)+NaCl

碱土金属的盐表现出微溶性。见书659页。


20 s

4、形成结晶水合物的倾向

盐是否形成结晶水取决于离子的水合能力,离子水合能力取决于离子的离子势φ。

φ越大,水合能力越强,越易形成结晶水。

阳离子的水合能力显著的强于阴离子。盐有否结晶水通常由阳离子决定。

碱金属离子和碱土金属离子离子势φ小,水合能力弱,形成结晶水的能力较弱。

碱金属盐形成结晶水的情况见书660页。


20 s

5、形成复盐的能力

6、热稳定性

热稳定性较高(极化能力弱),但NO3-,CO32-易分解

碱金属盐的热稳定性强于碱土金属。

二、重要的盐简介(自学)P.661

3-5、配位化合物

碱金属离子和碱土金属离子形成配合物的能力很弱。


20 s

Li Be B C

Na Mg Al Si

20-4 对角线规则

1.对角线规则:P675

在周期表中某一元素的性质和它左上方或右下方的另一元素性质的相似性,称为对角线规则。

产生相似性的原因:是由于它们的离子极化力相近的缘故。


20 s

  • 2.锂与镁的相似性:

  • 单质与氧作用生成正常氧化物;

  • 氢氧化物均为中强碱,且水中溶解度不大;

  • 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶;

  • 氯化物均能溶于有机溶剂中;

  • 碳酸盐受热分解,产物为相应氧化物。

作业(666页):

2、 4、5、6、11、12、13


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