无机化学教学课件 12章 s区元素
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高淑娟大连理工大学无机化学课件第12章-s区元素
和O2,S,H,N2,X2等反应，空 气中易氧化
强
Ca与水 的反应
第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
• 3.作冶金、无机合成、有机合成的还原剂
4. 与液氨作用 Ca、Sr、Ba及碱金属等与液氨作用生成蓝色
溶液,放置时能缓慢释放H2。
第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
2Na(s)+2NH3(l)→2Na+(am)+2NH2-(am) +H2(g) M(S)→M+(am)+е－(am)（深蓝色) [在-33°液氨溶剂中] –强还原能力
电负性 1.57
Mg 743.94 1.31
Ca 596.1 1.00
Sr 555.7 0.95
Ba 508.9 0.89
是化学活泼性很强的金属元素；
两个族中从上到下，元素的第一电离 能和电负性依次降低；
最活泼的金属是铯。
2019/8/10
14
第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
铌 钼 锝ns1钌~n铑s2 钯 银 镉
Ga 镓 In 铟
Ge 锗 Sn 锡
As 砷 Sb 锑
Se 硒 Te 碲
Br 溴 I 碘
Kr 氪 Xe 氙
从 IA 族到 IIA 族 6
Cs Ba Lu 铯钡镥
Hf 铪
Ta 钽
W 钨
Re Os 铼锇
Ir 铱
Pt Au Hg Tl 铂金汞铊
2019/8/10
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§12.2 s区元素的单质
(the Elementary Substances of s-Block Elements)
强
Ca与水 的反应
第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
• 3.作冶金、无机合成、有机合成的还原剂
4. 与液氨作用 Ca、Sr、Ba及碱金属等与液氨作用生成蓝色
溶液,放置时能缓慢释放H2。
第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
2Na(s)+2NH3(l)→2Na+(am)+2NH2-(am) +H2(g) M(S)→M+(am)+е－(am)（深蓝色) [在-33°液氨溶剂中] –强还原能力
电负性 1.57
Mg 743.94 1.31
Ca 596.1 1.00
Sr 555.7 0.95
Ba 508.9 0.89
是化学活泼性很强的金属元素；
两个族中从上到下，元素的第一电离 能和电负性依次降低；
最活泼的金属是铯。
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第十二章 s区元素
§12.2 s区元素的单质
Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
铌 钼 锝ns1钌~n铑s2 钯 银 镉
Ga 镓 In 铟
Ge 锗 Sn 锡
As 砷 Sb 锑
Se 硒 Te 碲
Br 溴 I 碘
Kr 氪 Xe 氙
从 IA 族到 IIA 族 6
Cs Ba Lu 铯钡镥
Hf 铪
Ta 钽
W 钨
Re Os 铼锇
Ir 铱
Pt Au Hg Tl 铂金汞铊
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§12.2 s区元素的单质
(the Elementary Substances of s-Block Elements)
无机化学第五版第十二章s区元素2
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
对于碱金属，若不考虑 △ rSm 的差异， 可用△fHm(M+,aq )代替△f Gm (M+,aq )近似 估计E (M+/ M )的相对大小。
M (s) △fHm(M+,aq ) M+(aq)
△ subHm M (g)
△fHm(M+,g) △h Hm (M+,g)
I1
M+(g)
△fHm(M+,aq ) = △ subHm + I1 +△ h Hm (M+,g)
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
△fHm(M+,aq ) = △ subHm + I1 +△ h Hm (M+,g)
No Image
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
第2章 热化学-化学热力学基础
§2.1 热力学术语和基本概念 §2.2 热力学第一定律 §2.3 化学反应的热效应 §2.4 Hess定律 §2.5 反应热的求算
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
化学的意义与研究对象
第三篇
《无机化学Inorganic Chemistry 》 第二章 热化学 CAI 课件
元素化学
第十二章 s区元素
§12.1 s区元素概述
§12.2 s区元素的单质
§12.3 s区元素的化合物
第十二部分s区元素教学-资料
13 族和 14 族元素的氢化物 B2H6、AlH3、GaH3、 SiH4 与水作用时放出氢气：
S iH 4 + 4 H 2 O H 4 S iO 4 + 4 H ↑2
14 族和15 族元素的氢化物 CH4、GeH4、SnH4、
无机化学 PH3、AsH3、SbH3 与水不发生任何作用；NH3 溶于水
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
无机化学 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。
高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气：
1000℃
H 2O +C催化剂 H 2+C O 在野外工作时，常用氢化钙与水作用制取氢气：
C a H 2 + 2 H 2 OC a (O H )2 + 2 H 2 ↑ 也可以用硅与氢氧化钠溶液作用制取氢气：
S i+ 2 N a O H + H 2 ON a 2 S iO 3 + 2 H 2 ↑
才有
1个
3 1
H
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。
氢气是一种无色无味的气体，在 0 ℃、101.325 kPa 下密度为 0.090 g·L-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。
无机化学s区和p区元素ppt课件
氢卤酸的还原能力依HI>HBr>HCl>HF的次序减弱。
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7.2.3 卤化物
除了氮、氖和氩外，周期表中所有元素都能与其生成 卤化物。 •金属卤化物： 电负性小的活泼金属与卤素形成的卤化物多为离子型化 合物；电负性大的金属与卤素形成的多为共价型化合物。 不同氧化态的某一金属：FeCl2显离子型;FeCl3显共价型 7.2.4 卤素的重要含氧酸 除氟外，其余卤素几乎均可形成含氧酸及其盐，例如氯 的+1、+3、+5、+7的含氧酸及其盐，溴、碘类似。 通式：HXOn: n=1,2,3,4;(X:氯，溴，碘) 未见HIO2 次卤酸，亚卤酸，卤酸，高卤酸
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溶解性 碱金属盐大多易溶于水，并且在水溶液中完全电离，例 外有LiF、Li2CO3和等； 钠盐的吸湿性比钾盐强，因此分析化学中所用的基准物 质多是钾盐； 碱土金属盐：大多数碱土金属盐溶解度小； CaC2O4是钙盐中溶解度最小的,常用作定量分析; 钡餐:BaSO4+Na2SO4溶液中的糊状物(可溶性钡盐对人体 有毒)。
无机化学s区和 p区元素
7.1 碱金属和碱土金属化合物
Ca,Sr,Ba 碱性 “土性”： 氧化物难 溶于水
S区元素在周期表中的位置
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7.1.1 碱金属和碱土金属通性
有金属光泽，密度小，硬度 小，熔点低、导电、导热性好 的特点; 锂和铍由于原子半径小,而且 次外层为2电子构型,所以在同 族元素中熔点和沸点最高; 铯失电子的倾向很大,受光照 射金属表面的电子逸出(光电效 应),因此常用铯(也可有钾铷)来 制造光电管.
O -3
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过氧化物(O22-)： Na2O2常见 2Na+O2→ Na2O2
第十二章s区元素ppt课件
(ⅡA): ns2
减 电 加 金锂 原 lithium
小离 强属 子
能 性钠 半 sodium
、 电
、复钾
径 增potassium
负 性
原性铷 大rubidium
铯 caesium
铍 beryllium
镁 magnesium
钙
calcium
锶
s钡trontiumbarium
钫 francium
镭
radium
Gc2-704-18.8
Li
Na
K
Rb Cs
Gc2-711-18.14
图片
Be Mg Ca Sr
Ba
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
单质的化学性质 1 与氧、硫、氮、卤素反响，构成相应的化合物
单质在空气中熄灭，构成相应的氧化物：
原子半径减小 金属性、复原性减弱 电离能、电负性增大
为什么会有以下这些通性？
● 都是最活泼的金属 ● 同一族自上而下性质的变化有规律 ● 通常只需一种稳定的氧化态 ● 构成的化合物大多是离子型的
锂的特殊性
Θ
E Li+/Li特别负，为什么?
Θ
E Li+/Li = －3.05v E Na+/Na= －2.72v
顺序大体是按世界年产量大小陈列的，表示不出 排序较后元素在某些特定运用领域的重要意义。
金属锂
1. 制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做 2. 有机化学中的复原剂和催化剂；
2. 制造合金Al-Li(含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空 3. 间飞行器； 4. 制造高功率长效电池〔用于手表、计算机、心脏起搏 5. 器等〕； 6. 同位素(在天然锂中约占７.５%)受中子轰击产生热核 7. 武器的主要原料氚：
无机化学教学课件 12章 s区元素
钾比钠活泼，为什么可以通过如下 反应制备金属钾？
KCl + Na 熔融 NaCl + K
首先，钾的第一电离能 (418.9 kJ·mol-1 ) 比钠的第一电离能
（495.8 kJ·mol-1 ）小的缘故.
其次，通过计算可知固相反应的D r Hm是个不大的正值，但钾 的沸点（766 ºC）比钠的沸点（890 ºC ）低，当反应体系的温度控 制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和KCl 、NaCl 仍 保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的T D r Sm 项变大，有利于D r Gm变成负值，反应向右进行.
Li
Na K
Rb Cs
Be Mg
Ca Sr
Ba
12-1-2 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
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 .
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；
09第十二章s区元素
Na2O2 + 2Na = 2Na2O 2KNO3 +10K = 6K2O +N2
与氧气反应一般生 成氧化物。 18
性质：
Li2O——Cs2O 热稳定性↓
熔点高，BeO和MgO做耐火材料。
CaO(s)+H2O(l) = Ca(OH)2(s) 放热
19
(二) 过氧化物 除Li、Be外，碱金属、碱土金属都能生成过
如：2Na +2H2O = 2NaOH + H2↑ Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Na与水猛烈作用; K、Rb、Cs遇水发生燃烧,甚至 爆炸; Li、Ca、Sr、Ba与水反应较缓慢 。
2Na + 2NH3(l) = 2NaNH2 + H2↑ p306-1(1) 13
与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2（g） K
应用: 可溶性的钡盐有毒，致死剂量0.8克。 四、焰色反应
碱金属及Ca，Ba，Sr的挥发性化合物在无色火 焰中灼烧时，产生的火焰具有特征的颜色。
应用: 鉴定离子；
M(NO3)2 , KClO3，S粉制信号弹；
硝酸盐、氯酸盐、镁粉、松香、火药制焰火。 25
焰色反应
Li 红色 Na 黄色 K ,Rb,Cs 紫色
Li
Na
Ca
14
过氧化物 超氧化物
15
Li2O
Na2O2
KO2
16
Mg
17
3.单质的还原性 电对的标准电极电势小,为强还原剂。
第三节 碱金属和碱土金属元素的化合物
一、
氧化物
(一) 正常氧化物
正常氧化物 -2 过氧化物 -1 超氧化物 -1/2
09 第十二章 s区元素
烃类热裂解: 烃类热裂解: CH4(g) → C + 2H2(g)
1273K ,催化剂
6
第二节
碱金属和碱土金属元素概述
ns1
+1
ns2 +2
价层电子 氧化值
7
Ei,n:电离能 Eea:电子亲合能 E0:标准电极电势 电离能 电子亲合能 标准电极电势
8
Ei,n:电离能 Eea:电子亲合能 E0:标准电极电势 电离能 电子亲合能 标准电极电势
21
白色晶体,易吸水潮解. 白色晶体,易吸水潮解. 二,氢氧化物 氢氧化物易溶, 较小. 溶解度: 碱金属氢氧化物易溶 碱土金属s较小 溶解度: 碱金属氢氧化物易溶,碱土金属 较小.
中强碱
溶解度,碱性都依次增大 溶解度,
两性 中强碱
溶解度, Be(OH)2 , Mg(OH)2 难溶 溶解度,碱性都依次增大
焰色反应
Li
红色 图
Na 黄色
Cpp-262
K ,Rb,Cs 紫色
Ca 橙红色 Sr
洋红
Ba
绿色
26
第五节 锂,铍的特殊性和对角线规则 1,锂,铍的某些特性 , 单质:熔点,沸点,硬度分别远高于同族其他元素 分别远高于 单质:熔点,沸点,硬度分别远高于同族其他元素 导电性相对较 相对较弱 导电性相对较弱 锂化合物: 水合能大, ° 锂化合物:Li+的水合能大,E°(Li+/Li)反常低 反常低 铍化合物:BeCl2为共价化合物 为共价化合物 铍化合物: Be(OH)2+2NaOH =Na2[Be(OH)4]
2 2 2 2
工业制法: 电解饱和食盐水 工业制法: 电解饱和食盐水 制法 2 H2O + 2e- →H2↑+ 2OH2Cl--2e → Cl2↑ 阳极
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Li+/Li
-3.04
Be2+/Be
-1.97
Na+/Na
-2.71
Mg2+/Mg
-2.36
K+/K
-2.93
Ca2+/Ca
-2.84
Rb+/Rb
-2.92
Sr2+/Sr
-2.89
Cs+/Cs
-2.92
Ba2+/Ba
-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
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
M( N s 3H ()l)M (am )e(am )
碱金属在液氨中的溶解度 (-35℃)
碱金属元素 M
Li Na K Rb Cs
溶解度/ (mol ·L-1)
15.7 10.8 11.8 12.5 13.0
有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波 长的蓝光.这暗示各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种.后 来实验这个物种是氨合电子，电子处于4~6个 NH3 的 “空穴” 中.
大气圈：O2、N2、CO2、稀有气体
地 壳
水圈：O、H、Cl、Na、Mg
岩石圈：Si、O、H、金属
元 素 单
气态：AHr2、、KN2r、、OX2e、（C11l2种、）F2、He、Ne、
质 （
液态：Hg、Br2（2种）
常 温
固态：剩余大多数 a
3
）
a
4
a
5
人体中的元素
必 需 元
宏量元素：11种，占99.95%，其中主要为 O、C、H、N，占96%
第三，由于钾变成蒸气，可设法使其不断离开反应体系，让 体系中其分压始终保持在较小的数值.不难预料随Pk变小， D r Gm 向负值的方向变动，有利于反应向右进行.
MH2 (M = Ca, Sr, Ba)
a
24
12-1-3 金属单质的制备
Li
Be 熔盐电解法
Na
Mg
K
Ca
Rb
Sr
Cs
Ba
金属热还原法
电解含58~59% (CaCl2) 的熔融 NaCl:
2Cl-
Cl2 +2e-
2 Na+ + 2 e-
2 Na
2 NaCl(l)
2 Na (l) + Cl2(g)
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
a
16
Question 3 Li 的 Eө值为什么最负？Be 的 EӨ 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)
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 和 NaO2的DG 分别是
-是37哪6 k一J·个m.o例l-1,如-4，30NkaJ生·m成olN-1和a2O–3、89N.a22O2
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；
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.
元 素 Li
Na K
Rb
Cs
Ca
Sr
Ba
颜 色 深红 黄 紫 红紫 蓝 橙红 深红 绿
波 长 / nm 670.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5
(4) 与液氨的作用 碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中的溶解度达到了超出人
们想象的程度. 溶于液氨的反应如下：
实验依据 ● 碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小 ● 液氨中随 c(M) 增大，顺磁性减少
(2e e22-)
如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子存
在），溶液就相当稳定.
钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色.
用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂处于干燥状态
的标志.
a
8
12-1 金属单质 simple substance
12-2 含氧化合物 compound contained oxygen
12-3 盐类
salts
概述 (generalization)
碱金属 (alkalin metals) (ⅠA): ns1
电金原 离属子 能性半 、、径 电还增 负原大 性性 减增 小强
3. 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.
a
14
(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！
a
21
Question 4
金属钠与水、液氨、甲醇 的反应有何不同？
2 Na(s) + 2 H2O(l)
Na+ (aq) + 2 OH- (aq) + H2(g) ↑
2 Na(s) + CH3CH2OH(l)
2 CH3CH2ONa(l) + H2(g) ↑
Na(s) + (x+y) NH3 (l)
Na+(NH3) x + e- (NH3) y
Li
Na
K
●碱土金属被水氧化的反应为:
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
反应制备金属钾？
熔融
KCl + Na
NaCl + K
首先，钾的第一电离能 (418.9 kJ·mol-1 ) 比钠的第一电离能
（495.8 kJ·mol-1 ）小的缘故.
其次，通过计算可知固相反应的D r Hm是个不大的正值，但钾 的沸点（766 ºC）比钠的沸点（890 ºC ）低，当反应体系的温度控 制在两沸点之间，使金属钾变成气态，而金属钠和KCl 、NaCl 仍 保持在液态，钾由液态变成气态, 熵值大为增加，即反应的T D r Sm 项变大，有利于D r Gm变成负值，反应向右进行.
(阴极)
(阳极)
可利用Ellingham 图进行判断
加 ●
C降aC低l2熔的点作，用减(助少熔液剂Na，挥fl发ux)
● 混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面，
易于收集
a
25
Question 5
金属钾能否采用类似 制钠的方法制备呢？
结论是不能采用同类方法. 其原因是： ● 金属 K 与 C 电极可生成羰基化合物 ● 金属 K 易溶在熔盐中，难于分离
素 微量元素：15种，<1%
有毒元素：Cd、Hg、Pb（剧毒），Be、Ga、In、 Tl、Ge、Sn、As、Sb、Bi、Te
未确定元素：33种
a
6
S区元素在周期表中的位置
a
7
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；
lithium
sodium potassium rubidium
caesium
碱土金属 (alkalin earth metals) (ⅡA): ns2
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
kJ·mol-1, 因此燃烧产物就是 Na2O2 .
2. DG 的大小则由 DrGm= Dr Hm-T D r Sm 决定. 其中熵变一般对 D由G设的计贡的献B比o较rn小-H，abeDrG循的环大来小决主定要. 由而D循r环H中m来的决晶定格.能D 值r H的m则大要小 对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大.
第12 章 碱金属和碱土金属
Chapter 12 Alkali Metals and Alkaline-earth Metals
原子的起源和演化
1 宇宙之初 2 氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧 3 α过程、e过程 4 重元素的诞生 5 宇宙大爆炸理论的是非
a
2
元素通论
112种元素，94种存在于自然界，人体中含60多种。
● 金属 K 蒸气
易从电解槽 逸出造成易 燃爆环境
Na N2
排泄阱 NaCl 渣 热热
不锈钢环
熔融 KCl(1550F)
N2 Na 蒸气
Na NaCl 渣 热热(1620F)