S区元素在周期表中的位置解读

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1、S S区元素在周期表中的位区元素在周期表中的位置解读置解读上页上页下页下页目录目录返回返回S S区元素在周期表中的位置区元素在周期表中的位置上页上页下页下页目录目录返回返回1了解了解 s 区元素的物理性质和化学性质；区元素的物理性质和化学性质；6了解对角线规则和锂、铍的特殊性。了解对角线规则和锂、铍的特殊性。5会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律；会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律；4了解了解 s 区元素的重要盐类化合物，特别注意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；盐类溶解性的热力学解释；3了解了解s区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物 的性质，

2、注意氢氧化物的碱性变化规律；的性质，注意氢氧化物的碱性变化规律；2了解主要元素的矿物资源及单质的制备了解主要元素的矿物资源及单质的制备,特特 别注意钾和钠制备方法的不同；别注意钾和钠制备方法的不同；本章教学要求本章教学要求上页上页下页下页目录目录返回返回12.1 概述概述 Generalization12.2 单质单质 Simple substances12.3 化合物化合物 Compounds12.4 锂锂、铍的特殊性、铍的特殊性 Special characteristics of lithium and beryllium上页上页下页下页目录目录返回返回12.1 概述概述 General

3、ization碱金属碱金属(alkalin metals)(A):ns1锂锂lithium钠钠sodium钾钾potassium铷铷rubidium铯铯caesium钫钫francium碱土金属碱土金属(alkalin earth metals)(A):ns2铍铍beryllium镁镁magnesium钙钙calcium锶锶strontium钡钡barium镭镭radium原原子子半半径径增增大大金金属属性性、还还原原性性增增强强电电离离能能、电电负负性性减减小小原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大上页上页下页下页目录目录返回返回 都

4、是最活泼的金属都是最活泼的金属 形成的化合物大多是离子型的形成的化合物大多是离子型的 通常只有一种稳定的氧化态通常只有一种稳定的氧化态 同一族自上而下性质的变化有规律同一族自上而下性质的变化有规律上页上页下页下页目录目录返回返回12.2 单质单质 Simple substances12.2.1 物理和化学性质物理和化学性质 Physico-chemical property12.2.2 矿物资源和金属单质制备矿物资源和金属单质制备 Natural recourses,elementary substance abstraction12.2.3 用途概述用途概述 Generality of ap

5、plication上页上页下页下页目录目录返回返回12.2.1 物理和化学性质物理和化学性质 有金属光泽，密度小，硬有金属光泽，密度小，硬度小，熔点低、导电、导热度小，熔点低、导电、导热性好的特点性好的特点1.1.单质的物理性质单质的物理性质上页上页下页下页目录目录返回返回单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2(1)与氧、硫、氮与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物卤素反应，形成相应的化合物 2.单质的化学性质单质的化学性质上页上页下页下页目录目录返回返回为何空气中燃烧碱金

6、属所得产物不同？为何空气中燃烧碱金属所得产物不同？QuestionQuestion 1 1Solution哪哪一一个个燃燃烧烧反反应应的的 负负值值最最大大，产产物物就就是是哪哪一一个个。Na生生成成Na2O、Na2O2 和和 NaO2的的 分分别别是是 376 kJmol-1,430 kJmol-1和和 389.2 kJmol-1,因因此此燃烧产物就是燃烧产物就是 Na2O2。2.的的大大小小由由 决决定定。其其中中 的的大大小小主主要要由由 来来决决定定。则则要要由由Born-Haber 循循环环来来决决定定。循循环环中中的的晶晶格格能能值值的的大大小小对对整整个个反反应应能能否否进行及产

7、物稳定性关系重大。进行及产物稳定性关系重大。3.3.晶晶格格能能则则要要求求阴阴、阳阳离离子子具具备备一一定定的的“匹匹配配”条条件件，产产生生最最好好的的能能量量效效应应。此此即即所所谓谓的的“大大-大大，小小-小小”规则。规则。上页上页下页下页目录目录返回返回(2)与水作用与水作用 碱金属被水氧化的反应为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)碱土金属被水氧化的反应为碱土金属被水氧化的反应为:M(s)+2 H2O(l)M+(aq)+2 OH-(aq)+H2(g)远不如相邻碱金属那样剧烈，远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气

8、中因生成致密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。的氧化物保护膜而显得十分稳定。LiNaK上页上页下页下页目录目录返回返回 锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属与与水反应没有其他金属与水的反应激烈？水的反应激烈？电电极极电电势势属属于于热热力力学学范范畴畴，而而反反应应剧剧烈烈程程度度属属于于动动力力学范畴，两者之间并无直接的联系。学范畴，两者之间并无直接的联系。Li与与水水反反应应不不激激烈烈，主主要要原原因因（1）锂锂的的熔熔点点较较高高，与与水水反反应应产产生生的的热热量量不不足足以

9、以使使其其熔熔化化;(2)与与水水反反应应的的产产物物溶溶解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中的在水中的溶解度溶解度/(molL-1)QuestionQuestion 2 2Solution上页上页下页下页目录目录返回返回Li 的的E值为什么最负？值为什么最负？Be的的E值最值最小？小？S 区金属元素相关电对的标准电极电势区金属元素相关电对的标准电极电势

10、E (单位单位：V)Li+/LiNa+/NaK+/KRb+/RbCs+/Cs-3.04-2.71-2.93-2.92-2.92Be2+/BeMg2+/MgCa2+/CaSr2+/SrBa2+/Ba-1.97-2.36-2.84-2.89-2.92QuestionQuestion 3 3Solution 锂锂的的原原子子半半径径最最小小、电电离离能能最最高高,但但其其溶溶剂剂化化程程度度(水水合合分分子子数数为为25.3)和和溶溶剂剂化化强强度度(水水合合焓焓为为-519 kJmol-1）却却是是最大。最大。E(Be2+/Be)明明显显低低于于同同族族其其余余电电对对,与与其其高高电电离离能能有

11、有关关。无法被水合焓补偿：无法被水合焓补偿：上页上页下页下页目录目录返回返回根根据据循循环环算算得得的的准准电电极极电电势势与与下下表表中中的的数数据据十十分分接接近近。在在计计算算时时要要用用到到下面的公式：下面的公式：碱金属溶于水的能量变化及标准电极电势碱金属溶于水的能量变化及标准电极电势Na109.5495.7-413.8197.3-454.5-275.2-2.67-2.71性性 质质升华能升华能 S/kJmol-1电离能电离能 IM/kJmol-1水合能水合能 HM/kJmol-1总焓变总焓变Hm/kJmol-1 （计算值计算值）（实验值实验值）Li150.5520.1-514.116

12、3.1-454.5-291.4-3.02-3.0401K91.5418.6-342.8175.1-454.5-279.4-2.90-2.931Rb86.1402.9-321.9165.1-454.5-289.4-3.00-2.98Cs79.9375.6-297.1158-454.5-296.5-3.07-2.92上页上页下页下页目录目录返回返回(3)焰色反应焰色反应(flame reaction)元元 素素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 颜颜 色色 深红深红 黄黄 紫紫 红紫红紫 蓝蓝 橙红橙红 深红深红 绿绿波波 长长 /nm 670.8 589.2 766.5 780.0

13、455.5 714.9 687.8 553.5 碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属的的化化合合物物在在无无色色火火焰焰中中燃燃烧烧时时，会会呈呈现现出出一一定定的的颜颜色色，称称为为焰焰色色反反应应(flame reaction)。可可以以用用来来鉴鉴定定化化合合物物中中某某元元素素的的存存在在，特特别是在野外。别是在野外。上页上页下页下页目录目录返回返回(4)与液氨与液氨的作用的作用碱金属在液氨中的溶解度碱金属在液氨中的溶解度(-35)碱碱 金金 属属 元元 素素 M Li Na K Rb Cs 溶解度溶解度/(mol L-1)15.7 10.8 11.8 12.5 13.0 碱金属与液氨的反

14、应很特别，在液氨中的溶解度达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：到了超出人们想象的程度：上页上页下页下页目录目录返回返回实验依据实验依据 碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小碱金属的液氨溶液比纯溶剂密度小 液氨中随液氨中随 C(M)增大，顺磁性减少增大，顺磁性减少溶溶解解的的任任何何碱碱金金属属，稀稀溶溶液液都都具具有有同同一一吸吸收收波波长长的的蓝蓝光光。实实验验证证明明该该物物种种是是氨氨合合电电子子，电电子子处处于于46个个 NH3 的的“空穴空穴”中。中。钠钠溶溶于于某某些些干干燥燥的的有有机机溶溶剂剂（如如醚醚）也也会会产产生生溶溶剂剂合合电子的颜色电子的颜

15、色.用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂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。处于干燥状态的标志。上页上页下页下页目录目录返回返回 金属钠与水、液氨、乙醇的金属钠与水、液氨、乙醇的反应有何不同？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)yQuestionQuestion 4 4Solution上页上页下页下页目录目录返回返回 您您听听到到过过“钠钠化化钠钠”和和“电电

16、子子化化钠钠”,这这样样的化合物名称吗？的化合物名称吗？1974年年,美美国国密密西西根根州州立立大大学学的的J L Dye 制制备备成成功功了了Na阴离子的固体盐。阴离子的固体盐。M(s)+cryp(soln)+am(l)M(cryp)+M(am)(s)X射射线线衍衍射射实实验验明明确确证证实实,该该固固体体盐盐的的结结构构为为“钠钠化化钠钠”，其中的，其中的Na阴离子对应于阴离子对应于NaCl中的中的Cl-离子。离子。M(s)+cryp(soln)+am(l)M(cryp)+e(am)(s)“电电子子化化钠钠”Question 5Question 5Solution上页上页下页下页目录目录

17、返回返回M3PM3N(M=Li)MHMNH2+H2MOH+H2汞齐汞齐MX（X=卤素卤素）M2O（M=Li,Na）M2CO3M+(am)+e-(am)M2SM2O2（M=Na,K,Rb,Cs）MO2（M=K,Rb,Cs）碱碱 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应PN2MH3(溶液或气态溶液或气态)H2OMX2S液液NH3有有 Fe 存在存在HgO2O2 +CO2上页上页下页下页目录目录返回返回碱碱 土土 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应M3N2(M=Mg)MO+H2(M=Be,Mg)MO2(M=Ba),MOM(OH)2+H2(M=Ca

18、,Sr,Ba)MH2(M=Ca,Sr,Ba)M(NH2)2+H2HMO2-+H2(M=Be)N2H2O水蒸气水蒸气MO2NH3MX2NaOH上页上页下页下页目录目录返回返回12.2.2 矿物资源和金属单质制备矿物资源和金属单质制备地壳中的丰度。表示为每地壳中的丰度。表示为每100 kg样品中金属质量样品中金属质量（单位为（单位为g）的对数（以）的对数（以10为底）。为底）。上页上页下页下页目录目录返回返回锂辉石锂辉石:钠长石钠长石:钾长石钾长石:光卤石光卤石:明矾石明矾石:绿柱石绿柱石:菱镁矿菱镁矿:石石 膏膏:大理石大理石:萤萤 石石:天青石天青石:重晶石重晶石:本区元素均以矿物形式存在本区

19、元素均以矿物形式存在上页上页下页下页目录目录返回返回s s区金属单质的制备方法区金属单质的制备方法K CaRb SrCs BaLi BeNa Mg金属热还原法金属热还原法 可利用可利用Ellingham图图 进行判断进行判断电解含电解含5859(CaCl2)的熔融的熔融 NaCl:2Cl-Cl2+2e-2 Na+2 e-2 Na2 NaCl(l)2 Na(l)+Cl2(g)(阴极阴极)(阳极阳极)熔盐电解法熔盐电解法上页上页下页下页目录目录返回返回 钾钾的的第第一一电电离离能能(418.9 kJmol-1)比比钠钠的的(495.8 kJmol-1)小小,但但通通过过计计算算可可知知固固相相反反

20、应应的的rHm是是个个不不大大的的正正值值。钾钾的的沸沸点点(766 C)比比钠钠的的(890 C)低低,当当反反应应体体系系的的温温度度控控制制在在两两沸点之间沸点之间,使金属钾变成气态使金属钾变成气态,金属钠和金属钠和KCl、NaCl 仍保仍保持持在在液液态态,钾钾由由液液态态变变成成气气态态,熵熵值值大大为为增增加加,反反应应的的TrSm项项变大变大,有利于有利于rGm变成负值使反应向右进行。同时变成负值使反应向右进行。同时,钾变钾变成蒸气成蒸气,设法使其不断离开反应体系设法使其不断离开反应体系,让体系中其分压始终让体系中其分压始终保保持持在在较较小小的的数数值值。不不难难预预料料随随P

21、k变变小小,rGm向向负负值值的的方方向向变动变动,有利于反应向右进行。有利于反应向右进行。钾比钠活泼，为什么可以通过钾比钠活泼，为什么可以通过如下反应制备金属钾？如下反应制备金属钾？KCl+Na NaCl+K熔融熔融QuestionQuestion 7 7Solution上页上页下页下页目录目录返回返回两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：12.2.3 用途概述用途概述 顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排顺序大体是按世界年产量大小排列的，表示不出排序较后元素在某些特定应用领域的重要意义。序较后元素在某些特定应用领域的重要意义。金金

22、属属:Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物化合物:Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be上页上页下页下页目录目录返回返回金属锂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.有机化学中的还原剂和催化剂；有机化学中的还原剂和催化剂；2.制造合金制造合金Al-Li(含锂含锂3%),因质量轻和强度大而用于空因质量轻和强度大而用于空3.间飞行器；间飞行器；3.制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏4.器等）；器等）；4.同位素同位素(在天然锂中约占在天

23、然锂中约占.%)受中子轰击产生热核受中子轰击产生热核5.武器的主要原料氚：武器的主要原料氚：上页上页下页下页目录目录返回返回在此裂变中，在此裂变中，1kg锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭炭,比比U-235裂变产生的能量还要大裂变产生的能量还要大8倍。倍。1kg锂至少可以锂至少可以发出发出340千瓦的电力。千瓦的电力。金属锂金属锂 未来的新能源未来的新能源锂矿石冶炼锂矿石冶炼锂盐锂盐同位素分离同位素分离锂锂-6重重 水水 生生 产产 氘氘氘化锂氘化锂-6氢弹氢弹氚氚锂锂 6元件元件(锂锂-铝合金铝合金)反应堆辐照反应堆辐照分离纯化分离纯化上页上页下页下页目录

24、目录返回返回安装在笔记本电脑中的锂离子电池是怎样工作的安装在笔记本电脑中的锂离子电池是怎样工作的?LiCoO2+6 C(石墨石墨)LiC6+CoO2 充电充电放电放电 电电池池充充电电时时,Li+离离子子离离开开正正极极经经由由电电解解质质流流向向负负极极,在在那那里里嵌嵌入入石石墨墨形形成成所所谓谓的的“嵌嵌入入化化合合物物”,放放电电时时向相反方向流动。向相反方向流动。锂锂离离子子电电池池成成功功运运行行的的关关键键因因素素是是,两两个个电电极极都都能能充充当当 Li+离离子子的的主主体体(Li+离离子子本本身身是是客客体体),并并因因此此被被称称之之为为“摇椅电池摇椅电池”.上页上页下页

25、下页目录目录返回返回 金属钠 金属钾 工工业业用用途途小小，世世界界年年产产量量只只及及钠钠的的 0.1%！主主要要用用于于制制造造（生生氧氧剂剂）和和低低熔熔点点钠钠钾钾合合金金（用用做做干干燥燥剂剂和和还还原原剂），也用做核反应堆的冷却剂。剂），也用做核反应堆的冷却剂。1.作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别 是还原制备钛：是还原制备钛：TiCl4+4 Na Ti +4 NaCl3.因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增 殖反应堆的冷剂。殖反应堆的冷剂。4.制作钠电缆、钠基

26、电池和钠硫电池等。制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。加热加热上页上页下页下页目录目录返回返回 金属铯和铷制制造造光光电电池池的的良良好好材材料料。133Cs 厘厘米米波波的的振振动动频频率率(9192631770 s-1)在在长长时时间间内内保保持持稳稳定定,因因而而将将振振动动这这次次所所需需要要的的时时间间规规定定为为 SI 制制的的时时间间单单位位 s。利利用用此此特特性性制制作作的的铯铯原原子子钟钟(测测准准至至 1.0 10-9 s)在在空空间间科科学学的研究中用于高精度计时。的研究中用于高精度计时。1999年花费年花费65万美元万美元,安放在美国国家标准安放在美国国家标准和技术研究

27、所和技术研究所.2000万年内误差不超过万年内误差不超过1 s最近由中科院研制的铯原子钟最近由中科院研制的铯原子钟,200万年内误差不超过万年内误差不超过1 s香港市民在对时香港市民在对时.100.100万年内误差不超过万年内误差不超过1 1 s s上页上页下页下页目录目录返回返回 金属铍 “轻轻金金属属”，70%80%用用来来制制造造铍铍铜铜合合金金。金金属属铍铍和和铍铍基基合合金金的的弹弹性性-质质量量比比、拉拉伸伸应应力力和和导导热热性性都都较较高高，因因而而用用于于各各种种空空间间飞飞行行器器。还还用用于于制制造造氧氧化化物物陶陶瓷瓷、原原子子能能反应堆中的中子减速剂。反应堆中的中子减

28、速剂。金属镁 最轻的一种结构金属，也是用途最大的最轻的一种结构金属，也是用途最大的碱土金属。耗量的碱土金属。耗量的70%用来制造合金。用来制造合金。广广泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼泛用于航空航天事业，也用于某些金属冶炼还原剂。还原剂。上页上页下页下页目录目录返回返回QuestionQuestion 8 8铍的化合物有毒吗铍的化合物有毒吗?铍铍的的毒毒性性问问题题被被搞搞得得含含混混不不清清。许许多多报报道道都都以以不不充充分分的的研研究究工工作作为为依依据据,并并错错误误地地为为后后继继的的科科学学文文献献大大量量引引用用,几几乎乎所所有有的的教教材材都都告告诉诉学学生生“铍铍的的化

29、化合合物物有有毒毒”。然然而而，1948美美国国俄俄亥亥俄俄州州一一家家BeO加加工工厂厂发发生生的的大大火火和和爆爆炸炸使使这这个个结结论论变变得得不不确确定定。这这次次事事故故中中,工工厂厂的的铍铍制制造造设设备备中中约约有有2.5吨吨金金属属镁镁燃燃烧烧，事事后后竟竟然然没没有有发发现现消消防防人人员员、警警察察、视视察察员员、维维持持秩秩序序的的海海军军预预备备役役人人员员发发生生铍铍中中毒毒症症状状的的任任何何证证据据。根根据据这这次次事事故故得得到到的的资资料料,吸吸入入铍铍化化合合物物似似乎乎不不会会对对健健康康造造成成严严重重危危险险,同同样样没没有有证证据据表表明明皮皮肤肤接

30、接触触元元素素铍或铍化合物将会导致皮肤病。铍或铍化合物将会导致皮肤病。Solution上页上页下页下页目录目录返回返回12.3.1 与氧的二元化化物与氧的二元化化物 Binary compounds of alkalin metals with oxygen12.3.2 氢氧化物氢氧化物 Hydroxides12.3.3 碱金属的盐类化合物碱金属的盐类化合物 Salts of alkalin metals 12.3.4 碱土金属的盐类化合物碱土金属的盐类化合物 Salts of alkalin earth metals12.3.4 大环配位配合物大环配位配合物 Macrocyclic coor

31、dination compounds12.3 化合物化合物 Compounds上页上页下页下页目录目录返回返回1 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子所稳定。12.3.1 与氧的二元化合物与氧的二元化合物K,Rb,Cs 还会形成臭氧化物：还会形成臭氧化物：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-)稳定性稳定性:上页上页下页下页目录目录返回返回2 2.制备制备直接直接3 3.化学性质化学性质 与与 H2O 的

32、作用的作用(生成对应的碱生成对应的碱)：(Li Cs剧烈程度剧烈程度)(BeO除外除外)间接间接上页上页下页下页目录目录返回返回 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)与矿石一起熔融分解矿物与矿石一起熔融分解矿物不溶于水不溶于水不溶于水不溶于水可溶于水可溶于水可溶于水可溶于水上页上页下页下页目录目录返回返回（除（除Be(OH)2为两性外）为两

33、性外）易吸水溶解易吸水溶解 碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（碱土金属氢氧化物在水中溶解度如下（2020）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 6.710-2 210-1(molL-1)规律：阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水规律：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，即中溶解度较大，相近的溶解度较小，即“相差溶解相差溶解”规规律律.溶解度与碱性溶解度与碱性12.3.2 氢氧化物氢氧化物上页上页下页下页目录目录返回返回重要盐类：卤化物、硝酸盐、

34、硫酸盐、碳酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐12.3.3 碱金属的盐类化合物碱金属的盐类化合物 绝绝大大多多数数的的碱碱金金属属形形成成离离子子型型化化合合物物，只只有有锂锂的的某些盐某些盐(例如例如LiCl)具有一定程度的共价性。具有一定程度的共价性。1.1.键型键型 通通常常具具有有较较高高的的热热稳稳定定性性,惟惟有有硝硝酸酸盐盐的的热热稳稳定定性性比比较较低低,加加热热分分解解的的过过程程过过程程中中产产生生O2。这这一一性性质质使使KNO3成为火药的一种成分：成为火药的一种成分：2.2.热稳定性热稳定性2 KNO3(s)2 KNO2(s)+O2(g)940K上页上页下页下页

35、目录目录返回返回3.3.火焰的颜色火焰的颜色 前面已介绍过前面已介绍过“焰色反应焰色反应”。钠的发光机理为：。钠的发光机理为：Na+Cl-(g)Na(g)+Cl(g)Na(g)Na*(g)Na*(g)Na(g)+h 4.4.溶解性溶解性 许许多多盐盐在在水水中中易易溶溶，例例外外的的必必须须记记住住：例例如如锂锂的的LiF、Li2CO3和和Li3PO45H2O，钠钠的的NaSb(OH)6和和NaZn(UO2)3(CH3COO)96H2O，钾钾、铷铷和和铯铯的的M3Co(NO2)6，MB(C6H5)4，MClO4和和M2PtCl6等却是非常重要的（离子鉴定）。等却是非常重要的（离子鉴定）。上页上

36、页下页下页目录目录返回返回 盐溶解的热力学解释盐溶解的热力学解释结果：结果：溶溶解解焓焓较较负负（即即溶溶解解性性较较大大）的的化化合合物物都都是是阴阴、阳阳离离子子水水合合焓焓差差值值（包包括括正正值值、负负值值）较较大大的的化化合合物物，也也是是阴阴、阳阳离离子子半径相差较大的化合物。半径相差较大的化合物。离子半径离子半径 晶格能晶格能 离子电荷离子电荷 水合焓水合焓影响影响上页上页下页下页目录目录返回返回 一一般般的的钠钠盐盐或或钾钾盐盐是是易易溶溶的的，一一般般的的高高氯氯酸酸盐盐也也是是易易溶溶的的，但但为为什什么么 NaClO4 的溶解度不大，而的溶解度不大，而 KClO4更难溶？

37、更难溶？QuestionQuestion 9 9Solution Na+、K+、电电荷荷少少、半半径径大大，溶溶于于水水后后离离子子水水合合程度不大，故溶解一般都是程度不大，故溶解一般都是熵增过程熵增过程，有利于溶解。，有利于溶解。溶溶解解的的焓焓变变主主要要来来自自晶晶格格能能和和水水合合能能。Na+、K+、电电荷荷少少、半半径径大大，因因而而它它们们的的晶晶格格能能小小。虽虽然然KClO4晶晶格格能能比比NaClO4更更小小些些，但但净净减减小小值值不不会会很很大大，因因为为前前者者的的晶晶格格能能本本来来就就不不大大，但但后后者者的的水水合合能能比比前前者者却却有有较较大大的的减减小小。

38、因因此此，对对由由大大阳阳离离子子和和大大阴阴离离子子组组成成的的化化合合物物来来说说，它它们们的的晶晶格格能能虽虽然然很很小小，但但水水合合能能更更小小，它它们们在在水水中中就就变变得难溶了。得难溶了。上页上页下页下页目录目录返回返回 绝大多数是离子型晶体，但绝大多数是离子型晶体，但Be2+极化力强，极化力强，BeCl2 的共价性非常明显。的共价性非常明显。BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点熔点/405 714 782 876 962 离子性增强离子性增强12.3.4 碱土金属的盐类化合物碱土金属的盐类化合物1.1.键型键型2.2.溶溶 解解 性性 溶解度依然符合

39、溶解度依然符合“相差溶解相差溶解”规律。对规律。对 和和 两个大阴离子而言，阳离子半径较小的铍盐和镁盐都是两个大阴离子而言，阳离子半径较小的铍盐和镁盐都是易溶盐，而阳离子半径较大的易溶盐，而阳离子半径较大的BaSO4和和BaCrO4溶解度都溶解度都很小。很小。上页上页下页下页目录目录返回返回 稳定性稳定性 M2CO3 MCO3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+171.0Ba+218.1+269.3+172.1M 2.2.碳酸盐的

40、热稳定性碳酸盐的热稳定性 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/K 100 573 1110 1370 1570规律：含有大阴离子规律：含有大阴离子(如如 )的热不稳定性化合物的分解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温度随阳离子半径的增大而而增高.上页上页下页下页目录目录返回返回 规律的热力学解释Ur=UMO UMCO反应焓越高反应焓越高 分解温度越高分解温度越高部分依赖于部分依赖于 MO 和和 MCO3正正、负离子平衡距、负离子平衡距离之差离之差3依赖于依赖于上页上页下页下页目录目录返回返回铍族碳酸盐的

41、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/pm-110-2 分解温度分解温度/KBeCO3 21.3 298MgCO3 13.1 813CaCO3 9.7 1183SrCO3 8.1 1563BaCO3 7.2 1663 自然，我们也可以用离子极化理论来解自然，我们也可以用离子极化理论来解释释 MCO3的分解温度的分解温度.其结果与上面从热力其结果与上面从热力学角度解释的结果一致学角度解释的结果一致.上页上页下页下页目录目录返回返回 Ca2+、Mg2+(和和其其他他二二价价阳阳离离子子,如如Fe2+)浓浓度度较较高高的的水水叫硬水（叫硬水（hard water）。）。除

42、除去去硬硬水水中中这这些些离离子子的的过过程程叫叫水水的的软软化化(Water Softening)。离子交换法离子交换法(ionic exchange)2Na(RCOO)(s)+Ca2+(aq)Ca(RCOO)2(s)+2 Na+(aq)离子交换树脂是带有羧基离子交换树脂是带有羧基(COO-)或磺酸基或磺酸基(SO3-)的高聚物的高聚物 石灰石灰-苏打法苏打法(lime-soda process)Ca2+(aq)+CaCO3(s)Mg2+(aq)+2 OH-(aq)Mg(OH)2(s)上页上页下页下页目录目录返回返回1.碱金属的配合物为什么过去研究得很少？碱金属的配合物为什么过去研究得很少？

43、2.主要是金属离子的的电荷和大体积使其配位主要是金属离子的的电荷和大体积使其配位能能3.力比较小的缘故。力比较小的缘故。2.大环配位化合物大环配位化合物3.然而，然而，“大环效应大环效应”的的4.发现使人们对该领域的兴发现使人们对该领域的兴5.趣和系统研究迅速发展了趣和系统研究迅速发展了6.起来！起来！12.3.4 大环配位配合物大环配位配合物上页上页下页下页目录目录返回返回C.Pedersen 美国化学家美国化学家首次报道首次报道“冠醚冠醚”(crown ether)D.Cram 美国有机化学家美国有机化学家提出提出“主主-客体化学客体化学”（host-guest chemistry）J.M

44、.Lehn 法国生物化学家法国生物化学家首次报道首次报道“穴醚穴醚”(cryptant)3.大环配位化合物的发展得利于大环配位化合物的发展得利于3位位Nobel 奖的获得者：奖的获得者：上页上页下页下页目录目录返回返回(1)冠醚冠醚(crown ether)图图中中给给出出的的是是18-冠冠-6，18和和6分分别别表表示示环环原原子子数数和和环环氧氧原原子子数数，距距离离最最近近的的O原原子子间间以以-CH2-CH2-相相桥桥联联。冠冠醚醚 与与碱碱金金属属离离子子形形成成相相对对稳稳定定的的配配合合物物，碱碱金金属属18-冠冠-6配配合合物物在在非非水水溶溶液液中中几几乎乎能能无无限限期期稳

45、稳定定存存在。在。18-冠冠-6 冠冠醚醚和和穴穴醚醚统统称称为为大大环环配配位位化化合合 物物 (macrocyclic coordination compound)。作作为为配配位位体体的的冠冠醚醚和和穴穴醚醚，不不同同大大小小、不不同同形形状状的的穴穴腔腔对对碱碱金金属属阳阳离离子子具具有有选选择择性性。穴穴醚醚几几乎乎能能够够实实现现对对K+和和Na+离离子子的的完完全全分分离离，选择性可高达选择性可高达 105：1。上页上页下页下页目录目录返回返回图图中中给给出出的的配配合合物物中中含含有有和和两两种种杂杂原原子子，由由于于分分子子结结构构型型似似地地穴穴，故故取取名名穴穴醚醚(cr

46、yptant)。碱碱金金属属阳阳离离子子的的穴穴醚醚配配合合物物比比冠冠醚醚配配合合物物更更稳稳定定，甚甚至至能能存存在在于于水水溶溶液液中中。这显然这显然与穴醚与穴醚更接近于实现对更接近于实现对金属离子的完全包封有关。金属离子的完全包封有关。（2）穴醚穴醚(cryptant)穴穴状状配配体体的的下下面面两两种种双双环环结结构构会会显显示示对对不不同同碱碱金金属属阳阳离离子子的的选选择择性性，碱碱金金属属阳阳离离子子体体积积与与配配位位体体空空穴穴大大小小的的匹匹配程度不同，表现出了配合物的不同稳定性。配程度不同，表现出了配合物的不同稳定性。上页上页下页下页目录目录返回返回大环配体和金属离子分

47、别是大环配体和金属离子分别是“主体主体”和和“客体客体”，主体根据客体的大小、分子构型等性质对客体进行主体根据客体的大小、分子构型等性质对客体进行“识别识别”(即选择配位即选择配位)形成形成“主主-客体配合物客体配合物”。主体主体客体客体主客体配合物主客体配合物上页上页下页下页目录目录返回返回 下面三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许下面三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处，叫做多相似之处，叫做 对角线规则对角线规则(diagonal rule)。这这是是由由于于对对角角线线位位置置上上的的邻邻近近两两个个元元素素的的电电荷荷数数和和半半径径对对极极化化作作用用的的影影响

48、响恰恰好好相相反反，使使得得它它们们离离子子极极化化力力相相近近而引起的。而引起的。12.4 锂锂 、铍的特殊性、铍的特殊性 Special characteristics of lithium and berylliumLiBeBCNaMgAISi上页上页下页下页目录目录返回返回 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

49、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上页上页下页下页目录目录返回返回 两者都是活泼金属，在空气中易形成致密两者都是活泼金属，在空气中易形成致密 的氧化膜保护层的氧化膜保护层 盐都易水解盐都易水解 卤化物均有共价型卤化物均有共价型 氧化物的熔点和硬度都很高氧化物的熔点和硬度都很高 两性元素，氢氧化物也属两性两性元素，氢氧化物也属两性铍与铝的相似性铍与铝的相似性 碳化物与水反应生成甲烷碳化物与水反应生成甲烷Be2C+4 H2O 2 Be(OH)2 +CH4 Al4C3+12 H2O 4 Al(OH)3 +3 CH4 上页上页下页下页目录目录返回返回 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结束！结束！