材料物理化學(xué)第五章：無機化合物概論－s區(qū)

材料物理化學(xué)第5章無機化合物概論§5.1s區(qū)元素及其化合物§5.2p區(qū)元素及其化合物§5.3d區(qū)元素及其化合物§5.4ds區(qū)元素及其化合物§5.5f區(qū)元素及其化合物§5.6配位化合物

第6章Internet應(yīng)用基礎(chǔ)

元素周期律①S區(qū)元素：次外層無d電子，最外層為ns1、ns2

的電子層結(jié)構(gòu)（ⅠA；ⅡA族）。該區(qū)元素具有活潑的化學(xué)性質(zhì)，易失去電子形成M+

，M2+離子，又稱為堿金屬，堿土金屬。第6章Internet應(yīng)用基礎(chǔ)②P區(qū)元素：最外層電子結(jié)構(gòu)為ns2np1～6,包括了ⅢA～0族元素（He無p電子）。P區(qū)元素大多為非金屬，在化合物中可形成與族相同的最高氧化態(tài)（但O、F除外）。

③d區(qū)(及ds區(qū))元素：電子結(jié)構(gòu)特征(n-1)d1～10ns1～2包括了ⅢB～Ⅷ族和ⅠB,ⅡB族(ds區(qū))的過渡元素。本區(qū)元素最外層只有1～2個電子，化學(xué)反應(yīng)時可失去或參與反應(yīng)。第6章Internet應(yīng)用基礎(chǔ)④f區(qū)元素：電子結(jié)構(gòu)特征：(n-2)f1～14(n-1)d0～2ns2電子填充時，最后一個電子填在(n-2)f軌道上。包括了鑭系和錒系元素。內(nèi)容提要

本章重點討論s區(qū)元素的單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、鹽類等的化學(xué)性質(zhì)，最后學(xué)習(xí)對角線規(guī)則?！?.1s區(qū)元素★

掌握s區(qū)元素的電子構(gòu)型與性質(zhì)遞變規(guī)律性的關(guān)系★掌握s區(qū)元素的氧化物類型和性質(zhì)及氫化物的性質(zhì)★掌握s區(qū)元素氫氧化物的堿性及其變化規(guī)律學(xué)習(xí)要求s區(qū)元素概述s區(qū)元素的單質(zhì)s區(qū)元素的化合物鋰、鈹?shù)奶厥庑浴獙蔷€規(guī)則教學(xué)內(nèi)容第IA族包括鋰、鈉、鉀、銣、銫和鈁六種元素，由于它們的氫氧化物都是易溶于水的強堿，所以稱它們?yōu)閴A金屬元素。其中鈁是放射性元素。第IIA族包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳六種元素，由于鈣、鍶和鋇的氧化物在性質(zhì)上介于“堿性的”堿金屬氧化物和“土性的”難熔的氧化物Al2O3之間，所以稱它們?yōu)閴A土金屬。現(xiàn)在習(xí)慣上把鈹和鎂也包括在內(nèi)，統(tǒng)稱為堿土金屬元素。其中鐳是放射性元素?！?.1.1

s區(qū)元素概述

堿金屬元素的一些基本性質(zhì)堿金屬是活潑性最強的金屬元素，都是強還原劑堿土金屬元素的一些基本性質(zhì)堿土金屬仍是活潑性相當(dāng)強的金屬元素，也是強還原劑原子半徑增大金屬性、還原性增強電離能、電負性減小原子半徑減小金屬性、還原性減弱電離能、電負性增大1.易與H2直接化合成MH、MH2離子型化合物2.與O2形成正常氧化物(O2-)、過氧化物(O2-2)、超氧化物(O-2)、臭氧化物(O-3)。3.易與H2O反應(yīng)(除Be、Mg外）4.與非金屬作用形成相應(yīng)的化合物注：它們的活潑性有差異S區(qū)元素的化學(xué)性質(zhì)堿金屬的一些化學(xué)反應(yīng)堿土金屬的一些化學(xué)反應(yīng)S區(qū)元素的常見用途金屬鋰的主要用途：1、制造氫化鋰、氨基鋰和合成有機鋰化合物，后者用作有機化學(xué)中的還原劑和聚合反應(yīng)的催化劑。2、制造Al-Li合金(含鋰2%~3%)，這種合金因質(zhì)量輕和強度大而用于空間飛行器。3、制造高功率長效電池，例如心臟起搏器電池和裝在您的筆記本電腦中的鋰離子電池。4、63Li同位素(在天然鋰中約占7.5%)受中子轟擊產(chǎn)生氚氚是制造熱核武器(氫彈)的主要原料，也是核聚變反應(yīng)堆的主要材料S區(qū)元素的常見用途鈉的一個重要用途是作為還原劑生產(chǎn)某些難熔的金屬,如鈦、鈾、釷、鋯、鉭等，還原TiCl4制備Ti反應(yīng)為：鉀主要用于制造KO2（超氧化鉀，生氧劑）和低熔點鈉鉀合金。熔點260.7K，通常為液體，與鈉和鉀一樣，可被用來干燥有機溶劑或惰性氣體。比熱容較高，因而用作傳熱介質(zhì)，例如用作核反應(yīng)堆的冷卻劑。S區(qū)元素的常見用途鈹(與鎂和鋁)屬于“輕金屬”。世界鈹耗量的70%~80%用來制造鈹銅合金,這種合金主要用在各種電器設(shè)備上。

物理化學(xué)綜合性能良好的一種合金，經(jīng)過淬火調(diào)質(zhì)后，具有高的強度，彈性，耐磨性，耐疲勞性，耐熱性，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，耐寒性。鈹銅簧片能用在EMI/RFI或者ESD存在的范圍很廣的電子設(shè)備中。用于各種屏蔽室/艙門/機箱門/蓋板/印刷板插板/集成電路屏蔽等。鈹銅簧片能在多種環(huán)境中良好工作，能選擇多種鍍層來確保與其他接觸表面的電化學(xué)兼容性。它不會燃燒，也不會受射線或紫外線的影響。由于這些原因，優(yōu)秀的設(shè)計者在計算中心機、軍用導(dǎo)航系統(tǒng)接收機和其它電子設(shè)備中都使用鈹銅簧片來進行EMI屏蔽。S區(qū)元素的常見用途鎂是最輕的一種結(jié)構(gòu)金屬，也是用途最大的堿土金屬。

20世紀(jì)90年代初期,全世界鎂耗量估計高達400×103t，其中70%用于制造各種合金。鎂合金具有質(zhì)輕和機械強度高的優(yōu)點因而廣泛應(yīng)用于航空和宇航工業(yè)。目前發(fā)射到空間軌道上的飛行器中，鎂比其他任何金屬都要多。全世界金屬鈣的年產(chǎn)量不到鎂的1%。金屬鈣很少用于制合金。在某些特殊金屬(如鋯釷鈾鑭系金屬)和釤鈷永磁合金(SmCo5)的制造中用做還原劑?！?.1.2s區(qū)元素的單質(zhì)

單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)s區(qū)元素的存在形式圖片Gc2-704-18.8Gc2-711-18.14LiNaKRbCsBeMgCaSrBa單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)密度小鉀鈉保存于煤油中，鋰保存于蠟中。硬度小用小刀可以切割它們。熔沸點較低隨原子量的增大而降低。導(dǎo)電性強Cs、Rb用于作光電材料。s區(qū)單質(zhì)的熔點變化堿金屬特殊物理性質(zhì)：單質(zhì)的物理性質(zhì)堿土金屬的物理物質(zhì)：密度較小但硬度大。鎂和鈹用于制輕質(zhì)合金，如鎂鋁合金和電子合金，用于制造飛機部件，鈹銅合金具有強度大，硬度高彈性好等優(yōu)點。堿土金屬的導(dǎo)電性最好的是鎂和鈣，其它的導(dǎo)電能力較差。堿金屬在常溫下能形成液態(tài)合金：Na-Hg合金(稱鈉汞齊)——用于有機合成中作還原劑單質(zhì)的物理性質(zhì)單質(zhì)在空氣中燃燒，形成相應(yīng)的氧化物：Li2ONa2O2

KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaOSrO BaO2

與氧、硫、氮、鹵素反應(yīng)，形成相應(yīng)的化合物單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)Li2OKO2Na2O2圖

C-551-(a)鎂帶的燃燒

與水作用

2M+2H2O→2MOH+H2（g）LiNaKCa

焰色反應(yīng)

所有堿金屬元素在氣化過程中都顯示各自特征的火焰顏色。例如,將蘸有NaCl的鉑絲放在火焰中加熱,NaCl的離子對首先被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子。基態(tài)Na(g)原子([Na]3s1)被激發(fā)至較高能級的激發(fā)態(tài)([Na]3p1),激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過程中,發(fā)射出波長為589nm的黃光。

其他堿金屬元素的顏色為:Li:梅紅色，K：紫色，Rb：紅紫色，Cs：藍色。火焰顏色被用于這些離子的定性檢出,也是原子吸收光譜法測定這些元素含量的基礎(chǔ)。LiNaKCaSrBa

焰色反應(yīng)Li:梅紅色，Na：黃色，K：紫色均以礦物形式存在:鈉長石:鉀長石:光鹵石:明礬石:鋰輝石:綠柱石:菱鎂礦:石膏:螢石天青石:重晶石:大理石:s區(qū)元素的存在TUPIANC-208Gc-717-18.23綠柱石:大理石:§5.1.3s區(qū)元素的化合物

氫化物氧化物氫氧化物重要鹽類及其性質(zhì)配合物

氫化物離子型氫化物（除Be、Mg）LiH NaHKH RbHCsHNaCl-90.4-57.3-57.7 -54.3-49.3-4411均為白色晶體,熱穩(wěn)定性差注2還原性強(1)鈦的冶煉:(2)劇烈水解:3.形成配位氫化物鋁氫化鋰受潮時強烈水解氧化物1四類氧化物穩(wěn)定性: O2->O2->O22-普通氧化物過氧化物超氧化物臭氧化物L(fēng)i2O、MO(M=堿土金屬)Na2O2、BaO2MO2(M=K、Rb、Cs)MO3(M=K、Rb、Cs):O:¨¨2-:O—O:¨¨¨¨2-:O—O:???

¨¨-OOO2制備:直接:間接:3化學(xué)性質(zhì)(1)與H2O的作用:(2)與CO2的作用：（Li

Cs劇烈程度

）（BeO除外）防毒面具供氧劑Cr2O3+3Na2O2==2Na2CrO4+Na2OMnO2+Na2O2==Na2MnO4(3)強氧化性：堿土氧化物氧化劑漂白劑供氧劑引火劑堿土金屬的BeO,MgO具有很高的熔點和硬度，用于制耐火材料和金屬陶瓷。CaO俗稱石灰或生石灰，作建筑材料，也用做干燥劑，煉鋼工業(yè)上用于除去Si、P雜質(zhì)。過氧化物、超氧化物、臭氧化物都是強氧化劑。由于它們的強氧化性，可用于紙張、織物等的漂白劑利用它們與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣的性質(zhì)作為潛水、登山、高空作業(yè)的供氧劑過氧化鋇常用于爆破作業(yè)上作強火劑4應(yīng)用氫氧化物

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中強強強強強Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強強強強（除BeO外）性質(zhì)：⑴易吸水溶解⑵堿性(箭頭指向)溶解度增大,堿性增強

(3)溶解度MOH易溶于水，放熱堿土金屬溶解度（20℃）重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽重要鹽類及其性質(zhì)1晶體類型：絕大多數(shù)是離子晶體但堿土金屬鹵化物有一定的共價性。BeCl2已過渡為共價化合物

BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔點/℃405714782876962

離子性增強堿金屬和堿土金屬離子型晶體大多數(shù)為NaCl型和CsCl型面心立方構(gòu)型，配位數(shù)均為6簡單立方構(gòu)型，配位數(shù)均為82一般無色或白色3溶解度：堿金屬鹽類一般易溶于水；堿土金屬鹽類除鹵化物、硝酸鹽外，多數(shù)溶解度較小。4熱穩(wěn)定性：普遍較高。含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性

由于堿金屬的原子半徑在同周期元素中最大,離子的極化能力最弱,因此堿金屬鹽是最穩(wěn)定的鹽。只有鋰的鹽穩(wěn)定性較差。堿土金屬鹽的穩(wěn)定性比堿金屬鹽差，同族元素隨原子半徑增大穩(wěn)定性增強。⑴硝酸鹽熱穩(wěn)定性差⑵BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3T分/℃＜10054090012901360⑶穩(wěn)定性M2CO3＞MCO3O2－COO

一般說來，堿金屬元素性質(zhì)遞變是很規(guī)律的，但鋰表現(xiàn)出反常性。

★

鋰的熔點、硬度高于其它堿金屬，而導(dǎo)電性較弱。

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鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢

在同族元素中反常的低。

★

鋰在空氣中燃燒能與氮氣直接作用生成氮化物。

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LiOH受熱時分解，而其它MOH則不分解。

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LiH的熱穩(wěn)定性比其它MH高。

★

LiF,Li2CO3,Li3PO4難溶于水。鋰的特殊性§5.1.4鋰、鈹?shù)奶厥庑詫蔷€規(guī)則鈹及其化合物的性質(zhì)和ⅡA族其它元素及其化合物也有明顯的差異。

★鈹?shù)娜埸c、沸點比其它堿土金屬高，硬度也其它堿土金屬中最高的，但卻有脆性。

★鈹?shù)碾娯撔暂^大，有較強的形成共價鍵的傾向。例如：BeCl2已屬于共價型化合物，而其它堿土金屬的氯化物基本上都是離子型的。

★鈹?shù)幕衔餆岱€(wěn)定性較差，易水解。

★鈹?shù)臍溲趸顱e(OH)2呈兩性。

Be(OH)2+2H++2H2O

→

[Be(H2O)4]2+

Be(OH)2+2OH-

→

[Be(OH)4]2-

鈹?shù)奶厥庑凿嚺c鎂的相似性：鎂與鋰在過量的氧氣中燃燒，不形成過氧化物，只生成正常的氧化物。2.鎂和鋰的氫氧化物在加熱時都可以分解為相應(yīng)的氧化物。3.鎂和鋰的碳酸鹽均不穩(wěn)定，熱分解生成相應(yīng)的氧化物和放出二氧化碳氣體。鎂和鋰的某些鹽類如氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽等及氫氧化物均難溶于水。氫氧化物均為中強堿。5.鎂和鋰的氧化物、