第12章s区元素

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Chapter 12 s-Block Elements s区元素概述 s区元素的单质 s区元素的化合物 锂 、铍的特殊性 对角线规则 Introduction Alkali Metals 碱金属(IA ): ns1 Lithium (Li), Sodium(Na), Potassium (K), Rubidum (Rb), Caesium(Cs),Francium(Fr) Alkaline Earth Metals 碱土金属(IIA ): ns2 Beryllium(Be), Mg(Magnesium), Ca(Cacium), Sr(Strontium), Ba(Barium), Ra(Radium) 都是活泼金属 ? Li and Be show considerable differences from the rest of the group respectively. 电金原 离属子 能性半 、、径 电还增 负原大 性性 减增 小强 IA IIA Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba 原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大 s区元素的单质 Physical Properties and Chemical Properties Occurrence and preparation 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 Chemical Properties 1.与氧、硫、氮、卤素反应,形成相应的化合物 2.易与H2O反应(除Be、Mg外) 3.与液氨作用形成相应的化合物 4.焰色反应(化合物在高温中呈现出特征的颜色) 5.经典反应 注:它们的活泼性有差异 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 Na2O2 KO2 RbO2 BeO MgO CaO SrO CsO2 Ba2O2 Li2O Na2O2 KO2 为什么在空气中燃烧碱金属所得的产物不同? 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 . 2. DG 的大小则由 D r Gm= D r Hm-T D r Sm 决定. 其 中熵变一般对的DG贡献比较小, 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. 与氧反应的产物 (以碱金属氧化物为例) ΔH ? 2M(s)+1/2O2(g) 1/2D 2S O E 2M(g) 2I ΔH=2S+2I+1/2D+E+(-U) ++ + +- M2O 半径较小的O2-与半 径较小的Li+结合, U大,放出能量更 多,Li2O稳定 -U O2- + 2M+(g) 半径较大的O22-,阳 离子半径大小对核 间距影响不大,而 形成大阳离子所需 的S和I要小得多, 因此与较大的阳离 子结合能放出更多 的能量。

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. ? 能量效应匹配规则 ? a.离子半径的匹配 大配大 小配小 ? b.电荷匹配 高配高 低配低 ? c.半径小的离子趋向于与价数高的异号离子结合 ? 产物判断: ? Li+(r+小) O2-(r-小) Li2O ? K+,Rb+,Cs+,Sr2+,Ba2+ (r+大) O2-(大) 超氧化物稳定 ? Na+比Li+的r+大,比K+的r+小,与r-较大电荷较高的 O22-结合稳定 Na2O2 ? 说明下列反应方向: ? (1)KBr+LiF KF+LiBr ? (2)Na2SO4+BaCl2 BaSO4+2NaCl 2 与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2(g) Li Na 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. K Ca 钙、锶、钡与水的反应远不如 相邻碱金属那样剧烈,镁和铍在 金属表面形成一层难溶的氢氧化 物. 思考 ? 锂的标准电极电势比铯的还小,但锂 与水 反应不如钠激烈,是什么原因? ? 锂的熔点较高,与水反应产生的热量不足 以使锂熔化;

? 与水反应产生的产物的溶解度较小,覆盖 在锂表面,阻止反应继续进行。

3 与液氨的作用 2M(s)? 2NH3 (l) ???2M? ? 2NH2? ? H2 (g) 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 金属钠与水、液氨、乙醇的反应有何不同? 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 碱金属单质的某些典型反应 P M3P N2 M3N (M = Li) X2 MX (X = 卤素) S M2S MH H2 M O2 O2 NH3(溶液或气态) MNH2 + H2 有 Fe 存在 + CO2 MOH + H2 汞齐 H2O Hg 液NH3 M2O (M = Li, Na) M2O2 (M =

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