无机化学教学课件-12章-s区元素.ppt

1、第12 章 碱金属和碱土金属Chapter 12 Alkali Metals and Alkaline-earth Metals 原子的起源和演化原子的起源和演化R1 宇宙之初宇宙之初R2 氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧R3 过程、过程、e过程过程R4 重元素的诞生重元素的诞生R5 宇宙大爆炸理论的是非宇宙大爆炸理论的是非大气圈：大气圈：O2、N2、CO2、稀有气体、稀有气体水圈：水圈：O、H、Cl、Na、Mg岩石圈：岩石圈：Si、O、H、金属、金属地壳地壳气态：气态：H2、N2、O2、Cl2、F2、He、Ne、Ar、Kr、Xe（11种）种）液态：液态：Hg、Br2（2种）种）固

2、态：固态：剩余大多数剩余大多数元素单质（常温）元素单质（常温）112种元素，种元素，94种存在于自然界，人体中含种存在于自然界，人体中含60多种。多种。人体中的元素人体中的元素宏量元素：宏量元素：11种，占种，占99.95%，其中主要为，其中主要为O、C、H、N，占，占96%微量元素：微量元素：15种，种，O2-O22-正常氧化物正常氧化物(O2-)过氧化物过氧化物(O22-)超氧化物超氧化物(O2-)822221pss3242222222)()()()()(p*pps*sKK4242222222)()()()()(p*pps*sKK(1)多样性多样性 “能量效应能量效应”要求体积较大的过氧阴

3、离子、超氧阴离子要求体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定.(2)制备制备直接222ONaO2Na22KOOK间接O2Na2NaONa222223NO6K10K2KNO(g)COMO MCO23Li2ONa2O2KO2(3)化学性质化学性质 与与 H2O 的作用的作用(生成对应的碱生成对应的碱)：222222222222II22OOH2KOHO2H2KOOH2NaOHO2HONaM(OH)OHOM2MOHOHOM(Li Cs剧烈程度剧烈程度)(BeO除外除外)熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀.熔融

4、的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸,使用时要倍加小心 与与CO2的作用的作用Li2O+CO2 Li2CO32 Na2O2+2CO2 2 Na2CO3+O2(g)4 KO2+2 CO2 2 K2CO3+3 O2(g)不溶于水不溶于水OH3CrONa4OFeONa7)OCrFeO(2242322232熔融不溶于水不溶于水42222MnONaONaMnO熔融 与矿石一起熔融分解矿物与矿石一起熔融分解矿物可溶于水可溶于水可溶于水可溶于水12-2-212-2-2 氢氧化物氢氧化物 Hydroxid2OH2M(OH)MOH,MOO,M2（除（除Be(OH)2为两性外）为两性外）易吸水溶解

5、易吸水溶解 鉴于对区元素氢氧化物比较熟悉，这里仅介绍一些规律鉴于对区元素氢氧化物比较熟悉，这里仅介绍一些规律.除外，其它碱金属氢氧化物在水中溶解度都很大除外，其它碱金属氢氧化物在水中溶解度都很大.碱土金属氢氧碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（化物在水中溶解度如下（20）：氢氧化物氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2溶解度溶解度/810-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1molL-1 规律：阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解规律：阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大，相近的溶解度较小，即度较大

6、，相近的溶解度较小，即“相差溶解相差溶解”规律规律.溶解度与碱性溶解度与碱性氢氧化物的酸碱性氢氧化物的酸碱性A以以MOH为代表的氢氧化物，可以存在两种离解方式：为代表的氢氧化物，可以存在两种离解方式：BMOH酸碱性的判据酸碱性的判据 (1)以以Z/r 作为依据，作为依据，Z为离子电荷数，为离子电荷数，r为离子半径，为离子半径，Z/r称称为离子势，为离子势，=Z/r。显然值越大，静电引力越大，显然值越大，静电引力越大，M吸引氧原子的电子云能力越吸引氧原子的电子云能力越强，强，OH被削弱，越易酸式电离；反之，越易碱式电离。被削弱，越易酸式电离；反之，越易碱式电离。+1.MOHMOH MOHMOH

7、酸式解离酸式解离2.2.碱式解离碱式解离(2)若若r以以Pm为单位，则判断氢氧化物酸碱性的标准为为单位，则判断氢氧化物酸碱性的标准为0.22 0.22 0.32 碱性碱性两性两性酸性酸性 C.同一主族元素的金属氢氧化物，由于离子的电荷数和构型均相同一主族元素的金属氢氧化物，由于离子的电荷数和构型均相同，故其同，故其 值主要取决于离子半径的大小。例如值主要取决于离子半径的大小。例如 LiOH0.13Be(OH)22.54NaOH0.10Mg(OH)21.76KOH0.085Ca(OH)21.42RbOH0.081Sr(OH)21.33CsOH0.077Ba(OH)21.22 重要盐类：卤化物、硝

8、酸盐、硫酸盐、碳酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐12-3 12-3 盐类盐类（1）键型和晶型键型和晶型：绝大多数是离子：绝大多数是离子型型晶体，但锂和铍的某些盐有一定的晶体，但锂和铍的某些盐有一定的共价性共价性.由于由于Be2+极化力强，极化力强，BeCl2的的共价性非常明显共价性非常明显.BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点熔点/405 714 782 876 962 (2)颜颜 色色：一般无色或白色：一般无色或白色(3)溶溶 解解 度度：碱金属盐类一般易溶于水；：碱金属盐类一般易溶于水；碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐多数溶解度较小碱土金属盐类除卤化物、硝

9、酸盐多数溶解度较小 溶解度依然符合溶解度依然符合“相差溶解相差溶解”规律规律离子性增强离子性增强 盐溶解的热力学解释盐溶解的热力学解释结果：结果：有利对时或有利对时水合HrrrrUrrD,XMXMXM离子半径离子半径 影响影响 晶格能晶格能 离子电荷离子电荷 水合焓水合焓)1()1()1(-X3M2XM1rfrfHrrfUD水合 左图显示，溶解焓较负（即左图显示，溶解焓较负（即溶解性较大）的化合物都是阴、溶解性较大）的化合物都是阴、阳离子水合焓差值（包括正值和阳离子水合焓差值（包括正值和负值）较大的化合物，也是阴、负值）较大的化合物，也是阴、阳离子半径相差较大的化合物阳离子半径相差较大的化合物

10、.QuestionQuestion 7 7 一般的钠盐或钾盐是易溶的，一般的高氯一般的钠盐或钾盐是易溶的，一般的高氯酸盐也是易溶的，但为什么酸盐也是易溶的，但为什么 NaClO4 的溶解度的溶解度不大，而不大，而 NaClO4更难溶？更难溶？Na+、K+、ClO4 都是电荷少、半径大的离子，溶于水后离子都是电荷少、半径大的离子，溶于水后离子水合程度不大水合程度不大.故这些盐类的溶解一般都是故这些盐类的溶解一般都是熵增过程熵增过程，有利于溶解，有利于溶解.溶解过程的焓变主要来自晶格能和水合能溶解过程的焓变主要来自晶格能和水合能.Na+、K+、ClO4电电荷少、半径大，因而它们的晶格能小荷少、半径

11、大，因而它们的晶格能小.NaClO4、NaClO4 虽然晶格能虽然晶格能比前者更小些，但净减小值不会很大，因为前者的晶格能本来就不比前者更小些，但净减小值不会很大，因为前者的晶格能本来就不大，但后者的水合能比前者却有较大的减小大，但后者的水合能比前者却有较大的减小.因此，对由大阳离子因此，对由大阳离子和大阴离子组成的化合物来说，它们的晶格能虽然很小，但水合能和大阴离子组成的化合物来说，它们的晶格能虽然很小，但水合能更小，它们在水中就变得难溶了更小，它们在水中就变得难溶了.影响碱金属高氯酸盐溶解度的另一个因素是大阴离子与小阳离影响碱金属高氯酸盐溶解度的另一个因素是大阴离子与小阳离子不子不“匹配匹

12、配”.稳定性稳定性 M2CO3 MCO3(4)热稳定性较高热稳定性较高 碳酸盐热分解有规律碳酸盐热分解有规律 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分分/100 573 1110 1370 1570规律：含有大阴离子规律：含有大阴离子(如如COCO3 32-2-)的热不稳定性化合物的分解温度随的热不稳定性化合物的分解温度随 阳离子半径的增大而而增高阳离子半径的增大而而增高.分解反应分解反应 MCO3(s)=MO(s)+CO2(g)的热力学数据的热力学数据（298K）Mg+48.3+100.6+175.0Ca+130.4+178.3+160.6Sr+183.8+234.6

13、+171.0Ba+218.1+269.3+172.111mr1mr1mrmolK/Jmol/kJmol/kJDDDqqqSHGM 硝酸盐热稳定性差硝酸盐热稳定性差反应焓越高反应焓越高 分解温度越高分解温度越高 规律的热力学解释部分依赖于部分依赖于MOMO和和MCOMCO3 3正、负离正、负离子子平衡距离之差平衡距离之差3D DUr=D DUMO D DUMCO依赖于依赖于铍族碳酸盐的分解温度铍族碳酸盐的分解温度性性 质质 阳离子极化力阳离子极化力/pmpm-1-11010-2 -2 分解温度分解温度/K KBeCO3 21.3 298MgCO3 13.1 813CaCO3 9.7 1183Sr

14、CO3 8.1 1563BaCO3 7.2 1663 自然，我们也可以用离子用极化理论来自然，我们也可以用离子用极化理论来解释解释 MCO3的分解温度的分解温度.其结果与上面从热其结果与上面从热力学角度解释的结果一致力学角度解释的结果一致.12-412-4 锂锂 、铍的特殊性、铍的特殊性内容内容LiBeBCNaMgAISi 在周期表中，除了我们常说的族和周期的规律性外，还会出现在周期表中，除了我们常说的族和周期的规律性外，还会出现某一小块区域的规律性某一小块区域的规律性.例如，在第例如，在第 2 周期和第周期和第 3 周期开头几个元周期开头几个元素间出现的相似性，我们称为素间出现的相似性，我们

15、称为对角线规则对角线规则(diagonal rule).第第 2 周期的周期的 Li、Be、B 3元素和其右下脚第元素和其右下脚第 3 周期的周期的 Mg、Al、Si 3元素及其化合物的性质有许多相似之处元素及其化合物的性质有许多相似之处.原因原因对角线规则可由离子极化的观点给以粗略的解释对角线规则可由离子极化的观点给以粗略的解释.处于周期处于周期表中左上右下对角线位置上的邻近两个元素，由于电荷数表中左上右下对角线位置上的邻近两个元素，由于电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近，从而使它们的化学性质有许多相似之处相近，从而

16、使它们的化学性质有许多相似之处.反映出物质反映出物质的性质与结构的内在联系的性质与结构的内在联系.单质与氧作用生成正常氧化物单质与氧作用生成正常氧化物 Li+和和Mg2+的水合能力较强的水合能力较强 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物加热分解为正常氧化物锂与镁的相似性锂与镁的相似性 自然界均以化合物形式存在自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如易形成配合物，如 HBF4 和和 H2SiF6 卤化物易水解卤化物易水解 由于由于BB和和SiSi键能较小，烷的数目比键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解碳烷烃少得多，且易水解 H3BO3 和和 H2SiO3 在水中溶解度不大在水中溶解度不大 氧化物是难熔固体氧化物是难熔固体 单质易与强碱反应单质易与强碱反应硼与硅的相似性硼与硅的相似性作业：R6、8、11、14