第十二章s区元素

12.4 对角线规则 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S区元素在周期表中的位置12.1 概述 Generalization碱金属 (alkalin metals)( A): ns1锂 lithium钠 sodium钾 potassium铷 rubidium铯 caesium钫 francium碱土金属 (alkalin earth metals) ( A): ns2铍 beryllium镁 magnesium钙 calcium锶 strontium钡 barium镭 radium原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大 都是最活泼的金属 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 同一族自上而下性质的变化有规律E Li+/Li特别负，为什么 ? E Li+/Li = 3.05v E Na+/Na= 2.72vE K+/K = 2.93v 锂的特殊性Li Na K rH 279 239 251 rS 51.3 74.6 104.7 rG 294 261 282E池 +3.05 +2.71 +2.92EM+/M 3.05 -2.71 2.92 H升 I1 HhLi 161 520 522Na 108.5 496 406K 90 419 322M(s)+H+(aq) M+(aq)+1/2 H2M(g)+ H+(g) M+(g) + H (g) H升 (M) Hh(H+)+I1(M) I1(H)+ Hh(M+) 1/2DH2 = H升 (M)+I1(M) + Hh(M+) Hh(H+)+I1(H)+1/2DH2= H升 +I1 + Hh(M) 438 rH=12.2 单质 Simple substances12.2.1 物理和化学性质Physico-chemical property12.2.2 矿物资源和金属单质制备Natural recourses, elementary substance abstraction12.2.3 用途概述 Generality of application图片Gc2-704-18.8Gc2-711-18.14Li Na KRb CsBe Mg Ca Sr Ba12.2.1 物理和化学性质单质 的物理性质 :有金属光泽密度小硬度小熔点低导电、导热性好图片Gc2-705-18.9s区单质的熔点变化Gc2-706-18.12单质在空气中燃烧 ，形成相应的氧化物 ：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO Ba2O2 Li2ONa2O2KO21 与 氧 、硫、氮 、 卤素反应，形成相应的化合物单质的化学性质单质的化学性质2 与水作用 2M + 2H2O 2MOH + H 2（ g）CaLi 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)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。3 焰色反应 (flame reaction)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碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为 焰色反应 (flame reaction)。可以用来鉴定 化合物中某元素的存在，特别是在野外。4 与液氨 的作用M1 (x y)NH3 = M1(NH3) y e(NH3)x （ 蓝色）M2 (2x y)NH3 = M2(NH3)2 y 2e(NH3)x （ 蓝色）M3PM3N (M = Li)MHMNH2 + H2MOH + H2汞齐MX （ X = 卤素 ）M2O （ M = Li, Na）M2CO3M+ (am) + e- (am)M2SM2O2 （ M = Na, K, Rb, Cs）MO2 （ M = K, Rb, Cs）碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应PN2MH3(溶液或气态 )H2OMX2S液 NH3有 Fe 存在HgO2O2 + CO2碱 土 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应M3N2 (M = Mg)MO + H2(M = Be, Mg)MO2 (M = Ba), MOM(OH)2 + H2(M = Ca, Sr, Ba)MH2 (M = Ca, Sr, Ba)M(NH2)2 + H2HMO2- + H2 (M = Be)N2H2O水蒸气MO2NH3MX2NaOH12.2.2 矿物资源和金属单质制备地壳中的丰度。表示为每 100 kg样品中金属质量（单位为 g）的对数（以 10为底）。锂辉石 :钠长石 :钾长石 :光卤石 :明矾石 :绿柱石 :菱镁矿 :石 膏 :大理石 :萤 石 :天青石 :重晶石 :本区元素均以矿物形式存在s区金属单质的制备方法K CaRb SrCs BaLi BeNa Mg金属热还原法可利用Ellingham图进行判断电解含 58 59 (CaCl2) 的熔融 NaCl: 2Cl- Cl2 +2e-2 Na+ + 2 e- 2 Na2 NaCl(l) 2 Na (l) + Cl2(g)(阴极 ) (阳极 )熔盐电解法两族元素金属和化合物的重要性可排出如下顺序：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。 金 属 : Na Li K Cs RbMg Ca Be Ba Sr 化合物 : Na K Li Cs RbCa Mg Ba Sr Be12.2.3 用途概述 Generality of application金属锂金属锂1. 制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做有机化学中的还原剂和催化剂；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、心脏起搏器等）；4. 同位素 (在天然锂中约占 . % )受中子轰击产生热核武器的主要原料氚：在此裂变中， 1kg锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭 , 比 U-235裂变产生的能量还要大 8倍。 1kg锂至少可以发出 340千瓦的电力。金属锂 未来的新能源锂矿石冶炼 锂盐 同位素分离 锂 - 6重 水 生 产 氘 氘化锂 - 6氢弹氚锂 6元件(锂 - 铝合金 )反应堆辐照分离纯化 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 ) LiC6 + CoO2 充电放电电池充电时 , Li+离子离开正极经由电解质流向负极 , 在那里嵌入石墨形成所谓的 “嵌入化合物 ”,放电时向相反方向流动。 锂离子电池成功运行的关键因素是 , 两个电极都能充当 Li+ 离子的主体 (Li+离子本身是客体 ), 并因此被称之为 “摇椅电池 ” .金属钠金属钠金属钾金属钾工业用途小，世界年产量只及钠的 0.1% ！主要用于制造（生氧剂）和低熔点钠钾合金（用做干燥剂和还原剂），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，被用做快速增殖反应堆的冷剂。4. 制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。加热金属铯和铷金属铯和铷制造光电池的良好材料。 133Cs 厘米波的振动频率 (9192631770 s-1) 在长时间内保持稳定 , 因而将振动这次所需要的时间规定为 SI 制的时间单位 s。利用此特性制作的铯原子钟 ( 测准至 1.0 10-9 s ) 在空间科学的研究中用于高精度计时。1999年花费 65万美元 ,安放在美国国家标准和技术研究所 .2000万年内误差不超过 1 s最近由中科院研制的铯原子钟 , 200万年内误差不超过 1 s香港市民在对时 . 100万年内误差不超过 1 s12.3 s区元素的化合物氢化物氧化物氢氧化物重要盐类及其性质配合物氢化物离子型氢化物（除 Be、 Mg）LiH NaH KH RbH