s 区元素
S区元素(化学竞赛)
锂和铍的离子半径小，不容易失电子，形成的化 合物是共价型的。（有一部分锂的化合物是离子 型的）。少数镁的化合物也是共价型的。
常温下，在S区元素的盐类水溶液中，金属离子 大多数不发生水解反应。
除铍以外，S区元素的单质都能溶于液氨生成蓝 色的还原性溶液。
S区元素的单质
一、单质的物理性质和化学性质 二、S区元素的存在和单质的制备
3.氢化物的化学性质
离子型氢化物的热稳定性差异大，分解温度各不相 同。碱金属氢化物中，LiH最稳定，熔点为850C。 碱土金属氢化物的热稳定性比碱金属氢化物的高一 些，BaH2具有较高的熔点（1200 C）。 离子型氢化物与水都发生剧烈的水解反应。
M H H 2O MO H H 2
2M 2H 2O 2MO H 2 H
2M H 2 2M H 2M X 2 2M X
6L iN 2 2L 3N i3 3MEM3E MHg贡 齐
碱土金属同的周化期学的碱反土应金属与水反
应不如碱金属激烈。铍、
镁与冷水作用很慢，原因
2MO22MO在难于溶金的属氢表氧面化物形，成了阻一止了层
稀有元素：一般是指在自然界中含量少，或被人 们发现较晚，或对其研究较少，或比较难以提炼， 以致在工业上应用得也较晚的元素。
在自然界中只有少数元素（如稀有气体，O2，N2， S，C，Au，Pt等）以单质的形态存在，大多数 以化合态，而且主要以氧化物、硫化物、卤化物 和含氧酸盐的形式存在。）
结 构 分 区
单质的物理性质和化学性质
1.物理性质
具有金属光泽的银白色（铍为灰色）金属。 它们都是轻金属。碱金属的密度都小于2gcm-3，
能浮在水面上；碱土金属的密度都小于5gcm-3。 碱金属、碱土金属的硬度很小，除铍、镁外，硬
s区元素
熔点低 导电、导热性好
s区单质的熔、沸点变化
2.化学性质 •与氧、硫、氮、卤素反应 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化 物：锂和碱土金属还能生成氮化物。 Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO BaO2 Na2O2
通性：
1.s区元素是最活泼的金属元素，只有一种 氧化态； 2.s区元素所形成的化合物大多数是离子型 的（铍、多数锂、少数镁的化合物是共 价型的）； 3.s区元素性质变化规律
IA
金 属 性 、 还 原 性 增 强
IIA
Be Mg Ca Sr Ba
电 离 能 、 电 负 性 减 小
原 子 半 径 增 大
4LiH+ AlCl3 Li[AlH4 ] + 3LiCl 铝氢化锂
（无水）乙醚
Li[AlH4 ] 受潮时强烈水解
LiAlH4 + 4H2 O LiOH + Al(OH)3 + 4H2
Li[AlH4 ] 具有很强的还原性，可将醛、酮、 羧酸还原为醇，将硝基还原为氨基等。
12.3.2 氧化物
１．锂的熔点较高；
２．氢氧化锂的溶解度较小。
§12.2 s区元素的单质
12.2.1 单质的物理性质和化学性质 12.2.2 s区元素的存在和单质的制备
12.2.1 单质的物理性质和化学性质
1.物理性质
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
单质的物理性质： 有金属光泽 密度小（ Li, Na, K,
它 碱土金属的氯化物基本上都是离子型的。 ★铍的化合物热稳定性较差，易水解。 ★铍的氢氧化物Be(OH)2呈两性。 Be(OH)2 + 2H+ + 2H2O → [Be(H2O)4]2+ Be(OH)2 + 2OH- → [Be(OH)4]2-
第十二章 S 区元素
第十二章S 区元素·教学基本要求·⑴熟悉碱金属和碱土金属的通性。
⑵掌握碱金属和碱土金属的氢化物、氧化物、过氧化物、超氧化物的生成和基本性质； 熟悉碱金属和碱土金属氢氧化物碱性强弱的变化规律、重要盐类的溶解性和热稳定性。
⑶了解锂、铍的特殊性和对角线规则。
·重点内容摘要·⒈ s 区元素的通性S 区元素包括ⅠA 族和ⅡA 族元素，即碱金属和碱土金属。
碱金属和碱土金属原子的价层电子构型分别为 1ns 和 2ns ，它们很容易失去 ns 电子。
碱 金属和碱土金属的常见氧化值分别为+1和+2。
S 区元素的化合物大多是离子型化合物。
碱金属和碱土金属都是轻金属，密度小，硬度小，熔点和沸点较低，导电性和导热性好。
碱金属和碱土金属都是活泼金属，具有强还原性。
S 区元素基本性质的递变规律归纳如下：⒉ s 区元素的氢化物金属性还原增强电离能、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I ALi Na K Rb Cs ⅡA Be Mg Ca Sr Ba⑴氢化物碱金属和碱土金属中的镁、钙、锶、钡可以分别形成离子型氢氧化物。
离子型氢氧化物具有强还原性，它们与水反应生成相应的氢氧化物和氢气。
⑵氧化物碱金属和碱土金属在空气中燃烧的主要产物如下：Li 2O (Li 3N) Na 2O 2 KO 2 RbO 2 CsO 2BeOMgO (Mg 3N 2)CaO (Ca 3N 2)SrO BaO (BaO 2)S 区元素的正常氧化物与水反应生成相应的氢氧化物；过氧化物与水反应生成氢氧化物 和 H 2O 2，例如：Na 2O 2 + 2H 2O ® 2NaOH + H 2O 2超氧化物与水反应生成氢氧化物、H 2O 2 和 O 2，例如：2KO 2 + 2H 2O ® 2KOH + H 2O 2 + O 2⑶氢氧化物碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解度大小和碱性强弱的次序如下：⑷重要盐类性质的递变规律碱金属的盐大多是离子型化合物，它们的熔点、沸点较高。
第十一章-S区元素ppt课件
图片
Be Mg Ca Sr
Ba
Chapter Eleven
5
单质的物理性质:
有金属光泽 密度小 硬度小 熔点低 导电、导热性好
Gc2-705-18.9 图片
s区单质的熔点变化
Chapter Eleven
6
Chapter Eleven
Chapter Eleven
11.2 单质的化学性质
一、与氧、硫、氮、卤素反应
钠长石: NaAlSi3O8
菱镁矿: MgCO3
钾长石: KAlSi3O8
石膏: CaSO4 2H 2O
光卤石:
KCl MgCl2 6H 2O
大理石: CaCO3 萤石 CaF2
明矾石:
天青石: SrSO4
K(AlO)3 (SO4 )2 3H 2O
锂辉石:LiAl(SiO3 )2
重晶石: BaSO4
25
2 锂与镁的相似性： ⑴ 单质与氧作用生成正常氧化物 ⑵ 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 ⑶ 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶 ⑷ 氯化物均能溶于有机溶剂中 ⑸ 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物
Chapter Eleven
26
六、S区元素的存在
均以矿物形式存在:
绿柱石:Be3Al2 (SiO3 )6
小阳离子和小阴离子或者大阳离子和大阴离子形 成的化合物的溶解度小，
小阳离子与大阴离子或大阳离子与小阴离子形成 化合物溶解度大。
Chapter Eleven
23
四、含氧酸盐的热稳定性
1. 硝酸盐热稳定性差
2. 碳酸盐
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
T分 /℃ ＜100 540
无机化学S区元素概述单质及其物理化学性质
无机化学S区元素概述单质及其物理化学性质S区元素是指周期表中第三周期的元素，包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn。
这些元素的单质是指它们在自然界中以纯态存在的形态。
下面将对这些S区元素的单质及其物理化学性质进行概述。
Scandium（Sc）是一种银白色金属，熔点1541℃，沸点2836℃。
它的密度为2.989 g/cm³，熔化热为15.8 kJ/mol。
Scandium的化学性质活泼，可以与氢气、氧气和氮气反应。
它可以形成多种化合物，如ScCl3、Sc2O3等。
Titanium（Ti）是一种银灰色金属，熔点1668℃，沸点3260℃。
它的密度为4.506 g/cm³，熔化热为13.8 kJ/mol。
Titanium具有低密度、高强度和良好的耐腐蚀性。
它与氧、氮、氢等非金属元素反应生成化合物，如TiO2、TiN等。
Vanadium（V）是一种银白色金属，熔点1890℃，沸点3380℃。
它的密度为6.0 g/cm³，熔化热为21.5 kJ/mol。
Vanadium的化学性质活泼，可以与氧气、氮气和氟气反应。
它可以形成多种氧化态，如V2O5、VO2等。
Chromium（Cr）是一种银灰色金属，熔点1907℃，沸点2672℃。
它的密度为7.18 g/cm³，熔化热为20.5 kJ/mol。
Chromium的外层电子构型为3d54s1，具有良好的抗腐蚀性。
它可以形成多种化合物，如Cr2O3、CrCl3等。
Manganese（Mn）是一种银灰色金属，熔点1244℃，沸点1962℃。
它的密度为7.21 g/cm³，熔化热为13.2 kJ/mol。
Manganese与氧气反应生成二氧化锰（MnO2），具有一定的催化性能。
它还可以形成多种化合物，如MnCl2、MnSO4等。
Iron（Fe）是一种银灰色金属，熔点1538℃，沸点2861℃。
它的密度为7.874 g/cm³，熔化热为13.8 kJ/mol。
元素化学 第二章s区元素
碱金属与碱土金属
(4)溶解度 碱金属氢氧化物（MOH）易溶于水,放热 碱土金属氢氧化物在水中溶解度小于碱金 属氢氧化物。
氢氧化物 溶 解 度 -1 /m o l· L B e(O H ) 2 8× 10
-6
M g (O H ) 2 5× 10
-4
C a(O H ) 2 1 .8 × 1 0
-2
1
1. s区元素概述 1.1 s区元素 碱金属(IA ): ns1 氧化态为＋1 s区 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 碱土金属(IIA ): ns2 氧化态为＋2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属
2
碱金属与碱土金属
存在形式 (1)钠和钾: 熔盐NaCl、海水 天然氯化钾、光卤石(KCl) (2)钙和镁: 白云石 、方解石 、菱镁矿 、石膏 (3)锶和钡: 天青石(SrSO4) ，重晶石(BaSO4)
2NH
2
H 2 (g)
2 Na( s) 2 NH 3 (l ) 2 NaNH 2 H 2 ( g )
(4) 焰色反应 碱金属和碱土金属中的钙、锶、钡及其挥发 性化合物在无色火焰中灼烧，火焰有特征颜橙红 深红 绿
Li
Be
B
Al
C
Si
34
Na Mg
碱金属与碱土金属
4.2 锂与镁的相似性 ⑴ 单质与氧作用生成正常氧化物 ⑵ 氢氧化物均为中强碱,且水中溶解度不大 ⑶ 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶 ⑷ 氯化物均能溶于有机溶剂中 ⑸ 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物
碱金属与碱土金属
3.3 氢氧化物 制备: M 2O
H 2 O 2 MOH
MO H 2 O M ( OH ) 2
s区、d区、ds区重要元素及其化合物
s区、d区、ds区重要元素及其化合物(s Block, ds Block, d Block Elements and Compounds)9.1 s区元素s区元素中锂(Lithium)、钠(Sodium)、钾(Potassium)、铷(Rubidium)、铯(Cesium)、钫(Francium)六种元素被称为碱金属(alkali Metals)元素。
铍（Beryllium）、镁(Magnesium)、钙(Calcium)、锶(Strontium)、钡(Barium)、镭(Radium)六种元素被称为碱土金属(alkaline earth metals)元素。
锂、铷、铯、铍是稀有金属元素，钫和镭是放射性元素。
碱金属和碱土金属原子的价层电子构型分别为ns1和ns2，它们的原子最外层有1～2个电子，是最活泼的金属元素。
9.1.1 通性碱金属和碱土金属的基本性质分别列于表9-1和表9-2中。
表9-1碱金属的性质碱金属原子最外层只有1个ns电子，而次外层是8电子结构(Li的次外层是2个电子)，它们的原子半径在同周期元素中(稀有气体除外)是最大的，而核电荷在同周期元素中是最小的，由于内层电子的屏蔽作用较显著，故这些元素很容易失去最外层的1个s电子，从而使碱金属的第一电离能在同周期元素中最低。
因此，碱金属是同周期元素中金属性最强的元素。
碱土金属的核电荷比碱金属大，原子半径比碱金属小，金属性比碱金属略差一些。
s区同族元素自上而下随着核电荷的增加，无论是原子半径、离子半径，还是电离能、电负性以及还原性等性质的变化总体来说是有规律的，但第二周期的元素表现出一定的特殊性。
例如锂的EΘ(Li+/Li)反常地小。
表9-2碱土金属的性质s区元素的一个重要特点是各族元素通常只有一种稳定的氧化态。
碱金属的第一电离能较小，很容易失去一个电子，故氧化数为＋1。
碱土金属的第一、第二电离能较小，容易失去2个电子，因此氧化数为＋2。
在物理性质方面，s区元素单质的主要特点是：轻、软、低熔点。
s 区 元 素
s 区元素
一、 s区金属
1. s区元素的通性
s区金属又称为成碱金属，包括第Ⅰ A族的碱金属元素Li、Na、K、 Rb、Cs、Fr和第Ⅱ A族的碱土金属元素Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra。 它们以卤化物、硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐存在于地壳中。Rb、Cs在自 然界存在较少，是稀有金属；Fr和Ra是放射性金属，Fr放射性极强，半 衰期极短，在天然放射性衰变和核反应中可形成微量的Fr，而Ra首先被 玛丽·居里(Marie Curie)从沥青油矿中分离出来，其所有的同位素都具 有放射性且寿命最长，如226Ra的半衰期为1602年。
s区元素
成碱金属能与水迅速反应放出氢气，所以不能在水溶 液中用于还原任何物质，但可成为非水介质中有机化学反 应的重要还原剂。同时也是高温条件下从氧化物或氯化物 中制备稀有金属的重要还原剂。当然，这些反应必须在真 空或稀有气体保护下进行。
对比锂和镁的性质，不难发现在它们之间有许多相似 之处，如它们都能与氧或者氮直接化合生成氧化物、氮化 物，它们的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等都难溶于水。
s 区元素
成碱金属的基本性质列入表8-2中。成碱金属在物理 性质方面表现出金属的外观和良好的导电性，但硬度、熔 点和沸点与其他金属相比很低。这是因为成碱金属成键电 子数少，金属键弱，反映在宏观性质上表现出低熔点、低 沸点和低硬度的特点。第Ⅰ A和第Ⅱ A族元素的电子构型 分别为ns1和ns2，它们能失去1个或2个电子形成氧化数为 +1或+2的离子型化合物。同族中它们的有效核电荷相等， 但自上而下，原子（离子）半径依次增大，电离能、电负 性逐渐降低，金属活泼性增强。
碱金属氢化物中以LiH最稳定，加热到熔点也不分解。其他碱金 属氢化物的稳定性较差。LiH能与AlCl3在无水乙醚中反应生成LiAIH4 （氢配合物）：
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2. DG 的大小则由 D r Gm= D r Hm-T D r 决定. 其中熵变一般对 DG的贡献比较小S，m DG的大小主要由D r Hm来决定. D r Hm则要 由设计的 Born-Haber 循环来决定. 而循环中的晶格能值的大小
对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大.
3. 晶格能又正比于阴、阳离子电荷的乘积，反比于阴、阳离子的 距离. 这样就要求阴、阳离子具备一定的 “匹配” 条件，产生 最好的能量效应. 此即所谓的“大-大，小-小”规则. 请参看第 二章有关内容.
Na2O2 MgO
KO2 CaO
RbO2 SrO
CsO2 Ba2O2
你能发现这些氧化物的形式有 什么不同？
Li2O Gc2-706-18.12
Na2O2
镁 带 的 燃 烧
KO2
Question 1
为什么在空气中燃烧碱金属 所得的产物不同？
该问题可以从以下几个方面讨论：
1. 燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测. 哪一个燃烧反应的 DG负值最大，产物就 是哪一个. 例如，Na 生成Na2O、Na2O2 和 NaO2的DG 分别是 -376 kJ·mol-1, -430 kJ·mol-1和 –389.2 kJ·mol-1, 因此燃烧产物就是 Na2O2 .
m.p./K MOH 在水中的 溶解度/(mol·L-1)
453.69 370.96 336.8 312.04 301.55 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8
Question 3 Li 的 Eq 值为什么最负？Be 的 Eq 值最小？
S 区金属元素相关电对的标准电极电势 Eq(Ox/Red) (单位：V)
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 Cs
Li+/Li Na+/Na K+/K Rb+/Rb Cs+/Cs
-3.04 -2.71 -2.93 -2.92 -2.92
Be2+/Be Mg2+/Mg Ca2+/Ca Sr2+/Sr Ba2+/Ba
-1.97 -2.36 -2.84 -2.89 -2.92
锂电对的数值乍看起来似乎反常，这个原子半径最小、电离
右图以自由能变给出了锂
和铯的热化学循环，该循环表 示了相关能量的补偿关系.根据 循环算得的标准电极电势与下 表中的数据十分接近.在计算时 要用到下面的公式：
D rGmq - nFE
碱金属溶于水的能量变化及标准电极电势
性质
升华能 S/kJ•mol-1 电离能 IM/kJ•mol-1 水合能 HM/kJ•mol-1 △H1q/kJ•mol-1 △H2q/kJ•mol-1 总焓变△Hmq/kJ•mol-1 q/V（计算值） q/V（实验值）
(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！
Li
Na
K
●碱土金属被水氧化的反应为:
caesium
beryllium
magnesium calcium strontium barium
francium
radium
原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大
9.2 单质 (simple substance)
● 都是最活泼的金属 ● 同一族自上而下性质的变化有规律 ● 通常只有一种稳定的氧化态 ● 形成的化合物大多是离子型的
S区元素在周期表中的位置
本章教学要求
1．了解 s 区元素的物理性质和化学性质，能够解释 Li 的 标准电极电势为什么最低 ，能解释碱金属与水、醇和液 氨反应的不同；
2．了解主要元素的矿物资源及单质的制备方法 ，特别注意 钾和钠制备方法的不同；
3．了解s区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物的性质，特别 注意氢氧化物的碱性变化规律；
9.1 概述 (generalization)
碱金属 (alkalin metals) 碱土金属 (alkalin earth metals)
(ⅠA): ns1
(ⅡA): ns2
电金原 离属子 能性半 、、径 电还增 负原大 性性 减增 小强
lithium
sodium potassium rubidium
M(s) + 2 H2O (l)→ M+(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.
Ca
Question 2
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？
4．了解 s 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；
5．会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律； 6．了解对角线规则和锂、铍的特殊性.
9.1 概述
generalization
9.2 单质
simple substance
9.3 化合物 compound
9.4 锂 、铍 special characteristic 的特殊性 of lithium and beryllium
能最高的元素倒成了最强的还原剂.显然与其溶剂化程度（水合 分子数为25 . 3）和溶剂化强度（水合焓为-519 kJ·mol-1 ）都是 最大的有关.
Eq(Be2+/Be) 明显低于同族其余电对，与其高电离能有关.无 法被水合焓补偿： I1 (Be) + I2 (Be) = 2 656 kJ·mol-1.
9.2.1 物理性质和化学性质 它们都有金属光泽，密度小，
1.单质的物理性质
s区单质的熔点变化
硬度小，熔点低，导电、导热性
好的特点.
Li
Na K
Rb Cs
Be Mg
Ca Sr
Ba
2.单质的化学性质
(1) 与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：
Li2O BeO