第一讲 s区元素-2013.ppt

Part One s-Block ElementsCourse:College of Pharmaceutical ScienceProf.：Ge Weiying (葛蔚颖葛蔚颖)E-mail:Phone:88382225(H)Office：7314 目录目录S区元素的通性单质及其化合物的性质锂、铍的特殊性和对角线规则重要离子的鉴定学习要求学习要求1、掌握：、掌握：s区元素重要化合物的性质和结构特点；区元素重要化合物的性质和结构特点；2、熟悉：、熟悉：通性及性质与价层电子构型的关系；通性及性质与价层电子构型的关系；单质的基本性质和对角线规则。单质的基本性质和对角线规则。3、了解：、了解：s区元素的生物学效应；区元素的生物学效应；常见金属离子的鉴定。常见金属离子的鉴定。s区区d区区ds区区p区区f区区ns1-2ns1-2np1-6(n-1)d1-9ns1-2(n-2)f1-14(n-1)d 0-1ns2(n-1)d10ns1-2一、一、s区元素的通性区元素的通性1、s-Block Elements：A Group：锂、钠、钾、铷、铯、钫锂、钠、钾、铷、铯、钫 碱金属碱金属(Alkali Metal)价层电子组态价层电子组态 ns1 A Group：铍、镁、钙、锶、钡、镭铍、镁、钙、锶、钡、镭 碱土金属碱土金属(Alkaline-earth Metal)价层电子组态价层电子组态 ns22、元素符号及英文名称：、元素符号及英文名称：锂锂：Li Lithium 稀有稀有钠钠:Na Sodium钾钾:K Potassium铷铷:Rb Rubidium 稀有稀有铯铯:Cs Cesium 稀有稀有钫钫:Fr Fransium 放射放射铍铍:Be Beryllium 稀有稀有 镁镁:Mg Magnesium钙钙:Ca Calcium锶锶:Sr Strontium钡钡:Ba Barium镭镭:Ra Radium 放射放射3、s区元素的特性常数：区元素的特性常数：元素元素锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯原子序数原子序数311193755价层电子组态价层电子组态2s13s14s15s16s1主要氧化数主要氧化数+1+1+1+1+1原子半径原子半径/pm145180220235260离子半径离子半径/pm6095133148169电负性电负性0.980.930.820.820.79元素元素锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯第一电离能第一电离能520.2495.8418.8403.0375.7第二电离能第二电离能72984562305226332234熔点熔点/K453.7370.9336.5312.5301.6沸点沸点/K161511561032961944密度密度/293K0.5350.9680.8561.5321.879硬度硬度0.60.50.40.30.2元素元素铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡原子序数原子序数412203856价层电子组态价层电子组态2s23s24s25s26s2主要氧化数主要氧化数+2+2+2+2+2原子半径原子半径/pm105150180200215离子半径离子半径/pm316599113135电负性电负性1.571.311.000.950.89碱土金属的主要特性常数碱土金属的主要特性常数-1元素元素铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡第一电离能第一电离能899.5737.7589.8549.5502.9第二电离能第二电离能1757145111451064965.2熔点熔点/K1560923111510501000沸点沸点/K27421363175716552143密度密度/293K1.8481.7381.552.633.51硬度硬度5.52.51.751.51.25碱土金属的主要特性常数碱土金属的主要特性常数-24、元素的通性及特性：、元素的通性及特性：化学活泼性：化学活泼性：非常活泼，易失去价电子呈非常活泼，易失去价电子呈+1价或价或+2价阳价阳离子；离子；强碱性：强碱性：碱金属和碱土金属的氧化物和氢氧化物显碱金属和碱土金属的氧化物和氢氧化物显强碱性强碱性Be(OH)2-两性、两性、Mg(OH)2-中强中强；性质呈规律性变化：性质呈规律性变化：电负性和电离能逐渐减小，熔点和沸点逐电负性和电离能逐渐减小，熔点和沸点逐渐降低。渐降低。溶解性：溶解性：碱金属盐一般均易溶于水，不水解；碱金属盐一般均易溶于水，不水解；碱土金属的氯化物、硫化物、硝酸盐可溶碱土金属的氯化物、硫化物、硝酸盐可溶于水，于水，其它盐类和氢氧化物溶解度较小。其它盐类和氢氧化物溶解度较小。碱金属原子可以共价结合成分子：碱金属原子可以共价结合成分子：例如：例如：Na2 锂、铍的特殊性：锂、铍的特殊性：原子和离子半径小，为原子和离子半径小，为2电子构型，有效电子构型，有效核电荷大核电荷大极化能力强，其化合物具有明极化能力强，其化合物具有明显的共价性。显的共价性。二、单质及其化合物的性质二、单质及其化合物的性质1、单质：、单质：强还原性：强还原性：与大多数非金属直接化合与大多数非金属直接化合 例如：例如：2Li+H2=2LiH 氢化物氢化物（LiH、NaH、CaH2等）等）及其复合及其复合型氢化物型氢化物（如：（如：LiAlH4）强还原剂。强还原剂。9371073K 置换反应：置换反应：碱金属和碱土金属单质与水或非氧化性酸碱金属和碱土金属单质与水或非氧化性酸发生强烈置换反应，放出氢气。发生强烈置换反应，放出氢气。2Na+2H2O=2NaOH+H2 Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2 问题问题:ELi+/Li=-3.040v ENa+/Na=-2.713v，说明说明Li的还原性大于的还原性大于Na；但是，；但是，Li的化学活泼性的化学活泼性实际小于实际小于Na，为什么？，为什么？以化合物的形式存于自然界。以化合物的形式存于自然界。银白色金属，半径较大，金属键较弱，质银白色金属，半径较大，金属键较弱，质软易切割。软易切割。焰色反应：焰色反应：离子离子Li+Na+K+Rb+Cs+Ca2+Sr2+Ba2+焰色焰色红红黄黄紫紫紫红紫红 紫红紫红 橙红橙红 猩红猩红 黄绿黄绿波长波长671589767780456715688554 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属(铍和镁除外铍和镁除外)溶于液氨，溶于液氨，形成具有导电性的蓝色溶液。形成具有导电性的蓝色溶液。Na+(x+y)NH3=Na(NH3)+x+e(NH3)-y(蓝色蓝色)氨合钠离子氨合钠离子 氨合电子氨合电子Ca+(x+2y)NH3=Ca(NH3)2+x+2e(NH3)-y(蓝色蓝色)氨合钙离子氨合钙离子 氨合电子氨合电子2、氧化物：、氧化物：Oxides：氧化物氧化物Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色颜色白白白白淡黄淡黄亮黄亮黄橙红橙红熔点熔点/K171014071013673(分解分解)768晶格能晶格能27992481223821632131碱金属氧化物的熔点及晶格能碱金属氧化物的熔点及晶格能 氧化物与水反应生成氢氧化物，反应活性氧化物与水反应生成氢氧化物，反应活性从上到下依次增强。从上到下依次增强。氧化物氧化物BeOMgOCaOSrOBaO颜色颜色白白白白白白白白白白熔点熔点/K28513098288625312246晶格能晶格能45143795341432173029碱土金属氧化物的熔点及晶格能碱土金属氧化物的熔点及晶格能 Peroxides：碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属(铍除外铍除外)可生成可生成离子型离子型过氧化物。过氧化物。例如：例如：Na2O2，淡黄色粉末，具有强碱性，淡黄色粉末，具有强碱性和强氧化性。和强氧化性。对热稳定，易吸湿：对热稳定，易吸湿：Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2H2O2=O2+2H2O2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2O2的分子结构和性质：的分子结构和性质：O的电子构型的电子构型 1s22s22p4 2个三电子个三电子键实际对成键有贡献实际对成键有贡献键级键级=(6-2)/2=2分子中分子中1个个键，键，2个三电子个三电子键键有有2个成单电子，个成单电子，O2具有顺磁性具有顺磁性O22-的分子结构：的分子结构：O-O-O22-Superoxides：除除Li、Be、Mg外，碱金属与碱土金属可形外，碱金属与碱土金属可形成超氧化物。成超氧化物。超氧化物中存在超氧化物中存在超氧负离子超氧负离子 O2-：KK(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)2(*2pz)1 超氧化物是强氧化剂：超氧化物是强氧化剂：2NaO2+2H2O=2NaOH+O2+H2O24NaO2+2CO2=2Na2CO3+3O2 Ozonides:O3与与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，或在的氢氧化物反应，或在K等的液氨溶液中通入等的液氨溶液中通入O3，得到臭氧化物。，得到臭氧化物。6MOH+4O3=4MOH+O2+2MOH.H2O(s)M+O3=MO3 臭氧化物不稳定，遇水激烈反应，生成氢臭氧化物不稳定，遇水激烈反应，生成氢氧化物和氧气。氧化物和氧气。液氨液氨3、氢氧化物：、氢氧化物：强碱性：强碱性：除除Be(OH)2为两性、为两性、LiOH和和Mg(OH)2为为中强碱外，其它碱金属和碱土金属的氢氧中强碱外，其它碱金属和碱土金属的氢氧化物均为强碱。化物均为强碱。碱金属氢氧化物碱金属氢氧化物苛性碱苛性碱（caustic akali）4、常见盐类：、常见盐类：溶解性：溶解性：碱金属的盐类大都易溶于水；碱金属的盐类大都易溶于水；但是，离子半径较小的但是，离子半径较小的Li盐和少数半径盐和少数半径较大的阴离子的盐溶解度较小。较大的阴离子的盐溶解度较小。例如：例如：LiF、Li2CO3、NaSb(OH)6、KB(C6H6)4、K2PtCl6。碱土金属的盐类比相应的碱金属溶解度小，许碱土金属的盐类比相应的碱金属溶解度小，许多是难溶物。多是难溶物。热稳定性：热稳定性：碱金属盐一般具有较高的热稳定性。碱金属盐一般具有较高的热稳定性。碱土金属盐的热稳定性较相应的碱金属盐低。碱土金属盐的热稳定性较相应的碱金属盐低。原因：原因：碱土金属离子半径小，正电荷高，离子碱土金属离子半径小，正电荷高，离子极化作用强。极化作用强。而阴离子半径越大，变形性越大，盐稳定性越而阴离子半径越大，变形性越大，盐稳定性越差。差。键型：键型：碱金属和碱土金属在反应时，以形成离碱金属和碱土金属在反应时，以形成离子型化合物为主要特征。子型化合物为主要特征。但是，但是，铍因离子半径小，有效核电荷增铍因离子半径小，有效核电荷增大，大，且且为为2电子构型，极化能力强，电子构型，极化能力强，化学键化学键中共价成分显著增加，表现出与同族元素中共价成分显著增加，表现出与同族元素不同的化学性质。不同的化学性质。水合盐：水合盐：碱金属和碱土金属盐类易形成结晶水合物。碱金属和碱土金属盐类易形成结晶水合物。规律：规律：离子半径越小，带电荷越多，水合越强。离子半径越小，带电荷越多，水合越强。例如：例如：Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+离子半径逐渐离子半径逐渐增大，形成水合盐的倾向递减。增大，形成水合盐的倾向递减。Li+盐有盐有75%是水合的，而是水合的，而 K+盐只有盐只有25%是水合的；是水合的；水合钠盐比水合钾盐数量多。水合钠盐比水合钾盐数量多。常见重要盐类：常见重要盐类：NaCl、KCl、CaCl2、CaCl2.2H2O、BaCl2.2H2O、BaSO4(重晶石重晶石)。5、配合物：、配合物：周期表中，碱金属形成配合物的能力最弱。周期表中，碱金属形成配合物的能力最弱。根据软硬酸碱规则，根据软硬酸碱规则，碱金属、碱土金属阳碱金属、碱土金属阳离子为离子为硬酸硬酸，因此，可以与体积小、电负性，因此，可以与体积小、电负性大的配位原子大的配位原子（硬碱硬碱，如：，如：O、N原子）原子）形形成配合物。成配合物。s区元素形成配合物的数量和种类较区元素形成配合物的数量和种类较d区元区元素少得多。素少得多。三、锂、铍的特殊性与对角线规则：三、锂、铍的特殊性与对角线规则：1、锂的特殊性：、锂的特殊性：LiCl溶于有机溶剂，表现一定共价特征。溶于有机溶剂，表现一定共价特征。Li+水合半径较大，表现较低的迁移率。水合半径较大，表现较低的迁移率。Li+形成水合盐的数目多于其他贱金属；形成水合盐的数目多于其他贱金属；难溶盐较多。难溶盐较多。LiOH加热分解为加热分解为Li2O和和H2O。原因：原因：锂原子或锂离子半径小，静电场较强；锂原子或锂离子半径小，静电场较强；2电子构型；电子构型；锂离子极化能力在碱金属中最强，具有锂离子极化能力在碱金属中最强，具有较强形成共价键的倾向。较强形成共价键的倾向。2、铍的特殊性：、铍的特殊性：BeCl2溶于有机溶剂，属于共价化合物；溶于有机溶剂，属于共价化合物；Be(OH)2呈两性；呈两性；铍的盐类易发生水解；铍的盐类易发生水解；铍不形成过氧化物；铍不形成过氧化物；铍化合物的分解温度相对较低。铍化合物的分解温度相对较低。3、对角线规则：、对角线规则：第二周期元素第二周期元素Li、Be、B的性质和第三周期的性质和第三周期处处于对角线位置于对角线位置的元素的元素Mg、Al、Si具有相似的性质，具有相似的性质，称为称为对角线规则对角线规则。例如：例如：锂和镁的相似性锂和镁的相似性 在空气中燃烧生成氧化物，不生成过氧化物；在空气中燃烧生成氧化物，不生成过氧化物；加热直接与氮气生成氮化物加热直接与氮气生成氮化物(Li3N、Mg3N2)；氟化物、碳酸盐、磷酸盐等难溶于水；氟化物、碳酸盐、磷酸盐等难溶于水；水合锂、镁氯化物晶体受热发生水解；水合锂、镁氯化物晶体受热发生水解；氯化物溶于有机溶剂，显示共价性。氯化物溶于有机溶剂，显示共价性。原因解释原因解释离子的极化能力离子的极化能力：同一周期元素，最外层电子构型相同的金属离子，同一周期元素，最外层电子构型相同的金属离子，从左到右，随离子电荷数的增加，极化作用增强；从左到右，随离子电荷数的增加，极化作用增强；同一族元素，电荷数相同的金属离子，从上到下，同一族元素，电荷数相同的金属离子，从上到下，随半径的增加，极化能力减弱；随半径的增加，极化能力减弱；对角线上相邻的两种元素，电荷和半径的影响相对角线上相邻的两种元素，电荷和半径的影响相反，他们的极化能力相似，因此，性质有许多相反，他们的极化能力相似，因此，性质有许多相似之处。似之处。四、重要离子的鉴定：四、重要离子的鉴定：1、钠离子的鉴定：、钠离子的鉴定：Na+醋酸铀酰锌试液醋酸铀酰锌试液(过量过量)+醋酸醋酸 淡淡黄色晶形沉淀黄色晶形沉淀 Na+盐焰色反应，亮黄色火焰。盐焰色反应，亮黄色火焰。2、钾离子的鉴定：、钾离子的鉴定：近中性或弱酸性条件下：近中性或弱酸性条件下：2K+Na+Co(NO2)63-=K2NaCo(NO2)6 橙黄色橙黄色 焰色反应呈紫色。焰色反应呈紫色。3、镁离子的鉴定：、镁离子的鉴定：Mg2+HPO42-+NH3=MgNH4PO4白色白色Mg2+NaOHMg(OH)2镁试剂镁试剂蓝色蓝色白色白色4、钙离子的鉴定：、钙离子的鉴定：焰色反应呈砖红色火焰。焰色反应呈砖红色火焰。Ca2+草酸铵草酸铵CaC2O4盐酸盐酸溶解溶解白色白色5、钡离子的鉴定：、钡离子的鉴定：焰色反应呈黄绿色火焰。焰色反应呈黄绿色火焰。Ba2+铬酸钾铬酸钾BaCrO4盐酸盐酸溶解溶解黄色黄色作业题作业题1、试解释为什么碱金属的氨溶液：、试解释为什么碱金属的氨溶液：有高有高的导电性；的导电性；稀溶液呈蓝色。稀溶液呈蓝色。2、举例说明对角线规则则；解释、举例说明对角线规则则；解释Li-Mg、Be-Al、B-Si三对元素性质相似性的原因。三对元素性质相似性的原因。3、教科书：、教科书：P174，第，第1、2题。题。Class is over.Thank you all.See you next time.Goodby！