1、第三篇第三篇 元素化學元素化學第一章第一章 s s區(qū)元素區(qū)元素第二章第二章 p p區(qū)元素（一）區(qū)元素（一）第三章第三章 p p區(qū)元素（二）區(qū)元素（二） 第四章第四章 d d區(qū)元素（一）區(qū)元素（一）第五章第五章 d d區(qū)元素（二）區(qū)元素（二）元素的豐度化學元素在地球系統(tǒng)中的平均含量稱為豐度。通常用克拉克（clark）值表示（質量百分比或原子百分比）。質量clark值 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H C Mn 47 28 8.8 5.1 3.6 2.6 2.6 2.1 0.6 0.15 0.1 0.09原子clark值 O Si H Al Na Ca Fe Mg K Ti P

2、 Cl C Mn 54 18 14 5.6 2.3 1.7 1.6 1.6 0.8 0.2 0.07 0.054 0.05 0.032人體元素O C H N Ca P K S Na Cl Mg65 18 10 3 2 1 0.35 0.25 0.15 0.15 0.05地殼中元素的豐度地殼中元素的豐度人體必需的元素自然界元素分布1.2 s區(qū)元素概述區(qū)元素概述1.5 鋰鋰 、鈹的特殊性、鈹的特殊性 對角線規(guī)則對角線規(guī)則1.4 s區(qū)元素的化合物區(qū)元素的化合物1.3 s區(qū)元素的單質區(qū)元素的單質第一章第一章 s s區(qū)元素區(qū)元素1.1 氫氫1.氫在自然界的分布氫在自然界的分布: （1）氫是宇宙中最豐富的

3、元素）氫是宇宙中最豐富的元素 地殼三界（大氣、水、巖石）地殼三界（大氣、水、巖石）:以化合物形式存在以化合物形式存在,原子百分比原子百分比:17%.僅次于氧僅次于氧,排第二位排第二位. （整個宇宙充滿了氫）（整個宇宙充滿了氫）: 是太陽大氣的主要成份是太陽大氣的主要成份:原子百分比原子百分比:81.75% 是木星大氣的主要成份是木星大氣的主要成份: 原子百分比原子百分比:82%（2）氫的同位素）氫的同位素 （氕（氕,H）:豐度最大豐度最大,原子百分比原子百分比:99.98% （氘（氘,D）:豐度可變豐度可變.平均原子百分比平均原子百分比:0.016% （氚（氚,T）:放射性同位素放射性同位素.

4、在大氣層在大氣層,宇宙射線裂變宇宙射線裂變產物中產物中:1021個個H含有一個含有一個31H.1.1 氫氫人造同位素人造同位素:H31:n10 +Li63 H31 + He42三種同位素三種同位素,核外均為核外均為1e,所以化學性質相似所以化學性質相似,但質量但質量1,2,3相差較大相差較大,所以導致了它們的單質所以導致了它們的單質,化合物物理性化合物物理性質上的差異質上的差異 . H2. b.p :20.2 K , D2. b.p :23.3 K2.氫的成鍵特征氫的成鍵特征: 由于氫的電子結構由于氫的電子結構: 1s1 .且電負性為且電負性為x=2.2,所所以它與其他元素的原子化合時以它與其

5、他元素的原子化合時,有以下幾種成鍵情況有以下幾種成鍵情況: （1）形成離子鍵）形成離子鍵: KH ,NaH ,CaH2 . 離子型氫化物離子型氫化物: H （2）形成共價鍵）形成共價鍵: a.形成非極性共價鍵形成非極性共價鍵 :如如H2單質單質,表現表現0氧化態(tài)氧化態(tài).b.形成極性共價鍵形成極性共價鍵: 與非金屬元素的原子化與非金屬元素的原子化合合:HCl,HBr,H2O,等等,表現表現”+1”氧化態(tài)氧化態(tài).（3）獨特的鍵型）獨特的鍵型 a.氫原子可以填充到許多過渡金屬晶格的空隙中氫原子可以填充到許多過渡金屬晶格的空隙中,形形成一類非整比化合物成一類非整比化合物,一般稱之為金屬氫化物一般稱之為

6、金屬氫化物.例例:ZrH1.75和和LaH2.78 b.在硼氫化合物（如在硼氫化合物（如B2H6）和某些過渡金屬配合）和某些過渡金屬配合物中均以橋鍵存在物中均以橋鍵存在: B：利用利用sp3雜化軌道，與氫形成三中心兩電子鍵。雜化軌道，與氫形成三中心兩電子鍵。 （氫橋）（氫橋）記記作：作：HHBBHHHH要點要點：B的雜化方式，三中心兩電子氫橋鍵。的雜化方式，三中心兩電子氫橋鍵。 c. 氫鍵：氫鍵：在含有強極性鍵的共價氫化物中（例在含有強極性鍵的共價氫化物中（例H2O，HF，HCl，NH3中）由于氫原子與一個電負性很中）由于氫原子與一個電負性很強的原子相結合，共用電子對強烈偏向電負性強的強的原子

7、相結合，共用電子對強烈偏向電負性強的原子使氫變成近乎裸露的原子使氫變成近乎裸露的H+，可以與另一個電負，可以與另一個電負性高，有孤對電子的原子形成氫鍵。性高，有孤對電子的原子形成氫鍵。冰的空間構型冰的空間構型3.氫的性質和用途氫的性質和用途(1)單質氫單質氫a.物理性質物理性質: HH：無色可燃氣體。無色可燃氣體。 273K時，時， 1dm3水溶解水溶解0.02dm3H2。 分子量最小。分子間作用力弱，所以難分子量最小。分子間作用力弱，所以難 液化，液化，20K時才液化。時才液化。 密度最小，比空氣輕密度最小，比空氣輕14.38倍，倍， 故常用故常用 來填充氣球。來填充氣球。74pmb.化學性

8、質化學性質:HH D=436KJ/mol 比一般單鍵比一般單鍵 高，接近雙鍵的解離能。所以常溫下高，接近雙鍵的解離能。所以常溫下 惰性，但特殊條件下反應迅速進行。惰性，但特殊條件下反應迅速進行。i.與鹵素反應：與鹵素反應： H2 + F2 2HF （低溫，暗處，爆炸，激烈）（低溫，暗處，爆炸，激烈） H2 + Cl2 2HCl （h?光照，點燃，才能反應）光照，點燃，才能反應） H2 + Br2 2HBr （h?光照，點燃，才能反應）光照，點燃，才能反應） H2 + I2 2HI (高溫反應，且可逆）高溫反應，且可逆）.與氧反應：與氧反應： 2H2 + O2 2H2O注：注：H2在在O2中安全

9、燃燒生成中安全燃燒生成H2O，溫度可達，溫度可達 3273K，故可切、焊金屬。，故可切、焊金屬。 爆炸混合物：爆炸混合物： H2 ：O2 = 2 ：1（體積比）（體積比） ， 或或H2含量：含量：667% （氫氣（氫氣空氣混合物）空氣混合物） .與金屬氧化物、鹵化物反應與金屬氧化物、鹵化物反應制高純金屬制高純金屬 CuO + H2 H2O + Cu （加熱）（加熱） Fe3O4 + 4H2 4H2O + 3Fe（加熱）（加熱） WO3 + 3H2 3H2O + W （加熱）（加熱） TiCl4 + 2H2 4HCl + Ti （加熱）（加熱）.與與CO、不飽和烴反應：、不飽和烴反應： CO +

10、 2H2 CH3OH CH2=CH2 + H2 CH3CH3 有機反應有機反應.與活潑金屬反應：與活潑金屬反應：高溫下高溫下 ：2Na + H2 2Na H 制離子型氫化物方法制離子型氫化物方法 Ca + H2 Ca H2結論：結論：H2的化學性質以還原性為主要特征。的化學性質以還原性為主要特征。 ZnOCuPTcat, K653K573423（2）.原子氫原子氫a. 制備：制備： H2 2 H （電弧或低壓放電）（電弧或低壓放電） H僅存在半秒鐘，又結合為僅存在半秒鐘，又結合為H2，放熱。，放熱。b.應用：應用：原子氫焰：原子氫焰： 將原子氫流通向金屬表面，則形成將原子氫流通向金屬表面，則形

11、成H2時放時放 熱，可達熱，可達4273K高溫，用于焊接高熔點金屬。高溫，用于焊接高熔點金屬。c.化學性質：強還原性化學性質：強還原性 .與與Ge、Sn、As、Sb、S直接反應：直接反應： As + 3H As H3 S + 2H H2S 加熱.還原金屬氧化物和鹵化物：還原金屬氧化物和鹵化物： CuCl2 + 2H 2HCl + Cu . .還原金屬含氧酸鹽：還原金屬含氧酸鹽： BaSO4 + 8H BaS + 4H2O 4.氫的制備：氫的制備：（1）實驗室法：）實驗室法： . Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 （Fe） （H2SO4） .用用Pd、Ni吸附吸附H2 高純高純H2 加熱

12、加熱 .電解法：電解法： 25%的的KOH或或NaOH電解液：電解液： 陰極：陰極：2H2O + 2e H2 + 2OH 陽極：陽極：4OH - 4e O2 + 2 H2O（2）工業(yè)制備法：）工業(yè)制備法： .氯堿工業(yè)制氯堿工業(yè)制H2：電解飽和食鹽水：電解飽和食鹽水： 陰極：陰極：2H2O + 2e H2+ 2OH 陽極：陽極： 2Cl - 2e Cl2 .C還原水蒸氣：還原水蒸氣： C（赤熱）（赤熱） + H2O（g） H2 + CO（水煤氣）直接做工業(yè)燃料。（水煤氣）直接做工業(yè)燃料。 純化純化 H2： CO + H2 + H2O（g） CO2 + 2H22106Pa（20atm），水洗去），

13、水洗去CO2 H2（純）（純）.甲烷催化分解或水蒸氣轉化：甲烷催化分解或水蒸氣轉化： CH4 C + 2H2 CH4 + H2O CO + 3H2紅熱紅熱Fe2O3Kcat 1273,KcaT11731073.,.烷烴脫烷烴脫H2： C2H6（g） CH2=CH2 + H2（直接合成氨（直接合成氨)加熱（3）野外生氫）野外生氫H2： Si +2NaOH（aq）+ H2O 2H2 + Na2SiO3 Si（s） +2NaOH（s）+ Ca（OH）2（s） 2H2 + Na2SiO3+ Ca加熱5.氫化物：氫化物： 氫與其它元素形成的二元化合物叫氫化物。氫與其它元素形成的二元化合物叫氫化物。（周期

14、（周期表中除稀有氣體外，其它大多數元素均可與氫直接或表中除稀有氣體外，其它大多數元素均可與氫直接或間接形成氫化物）。根據元素電負性不同，氫化物分間接形成氫化物）。根據元素電負性不同，氫化物分三種類型：三種類型：（1）離子型氫化物：）離子型氫化物： H2與與A、A（除（除Be）生成的氫化物，）生成的氫化物，H（Si、Fe粉）粉）2M + H2 2MH（M：A） NaCl晶型晶型 M + H2 MH2（ M：A） 金紅石金紅石 TiO2晶型晶型高溫高溫 (2)金屬型（過渡型）氫化物：金屬型（過渡型）氫化物： Cu、Zn、BB、B：Cr、 族：族：Pd、Ni 可與可與 H2 生成穩(wěn)定的松散氫化物生成

15、穩(wěn)定的松散氫化物. Pt:任何條件下不生成氫化物，但鉑或鎳在表面任何條件下不生成氫化物，但鉑或鎳在表面與與H2形成吸附氫化物，從而使形成吸附氫化物，從而使Pt在在加加H2催化中起很催化中起很重要的作用重要的作用。 a.組組 成成: 整比：整比：PdH、CrH2、ZnH2 非整比：非整比：LaH2.87、VH0.56等等b. 物物 性性: 具有金屬外觀特征，有光澤，能導電。具有金屬外觀特征，有光澤，能導電。 加熱加熱 H原子逸出可得高純原子逸出可得高純H2。（3）分子型氫化物：分子型氫化物： P區(qū)元素（除稀有氣體、區(qū)元素（除稀有氣體、In、Tl）,在一定條件在一定條件下均與下均與H2生成分子型氫

16、化物。根據生成分子型氫化物。根據Lewis結構中的結構中的電子數或鍵數的差異，有三種形式。電子數或鍵數的差異，有三種形式。.富電子氫化物：富電子氫化物： NH3、H2O、HF及同族氫化物：中心原子成鍵及同族氫化物：中心原子成鍵后有剩余的孤對電子，未參與成鍵，其分子結構后有剩余的孤對電子，未參與成鍵，其分子結構可用可用VSEPR（價層電子對互斥理論）規(guī)則推測。（價層電子對互斥理論）規(guī)則推測。.滿電子氫化物：滿電子氫化物： CHCH4 4及同族氫化物，中心原子價電子全部成及同族氫化物，中心原子價電子全部成 鍵，無剩余非鍵電子。鍵，無剩余非鍵電子。 a. 形式：形式：.缺電子氫化物：缺電子氫化物：

17、B2H6：B中心原子未滿足中心原子未滿足8e，有有2個個3C2e鍵。鍵。6.氫能源：氫能源： 1Kg H2完全燃燒放熱完全燃燒放熱120918KJ，故是高能燃故是高能燃料，無污染、環(huán)保型燃料。目前有關氫能源研料，無污染、環(huán)保型燃料。目前有關氫能源研究，存在著三大課題：發(fā)生、儲存、利用。究，存在著三大課題：發(fā)生、儲存、利用。（1）發(fā)生：）發(fā)生： 從能量的觀點看，利用太陽能光解海水最適從能量的觀點看，利用太陽能光解海水最適宜。目前的研究均以過渡金屬配合物為催化劑，宜。目前的研究均以過渡金屬配合物為催化劑，光解海水遠未達到生產規(guī)模。光解海水遠未達到生產規(guī)模。（2) 儲存：儲存： 因密度小，不安全，裝

18、運難度大因密度小，不安全，裝運難度大.目前使用高目前使用高壓容器儲存。使用不便，有危險。很多人正在從壓容器儲存。使用不便，有危險。很多人正在從事金屬氫化物的可逆儲氫研究。事金屬氫化物的可逆儲氫研究。 但但Pd、U均為貴金屬，不經濟，也有人正在均為貴金屬，不經濟，也有人正在從事多組分金屬合金氫化物的研究從事多組分金屬合金氫化物的研究 LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6(2-3)X105Pa微熱微熱 LaNi5合成方便，價格低，空氣中穩(wěn)定，儲氫合成方便，價格低，空氣中穩(wěn)定，儲氫量大，很有發(fā)展前途。量大，很有發(fā)展前途。180- 200200mlHmlH2 2/g./g.對于使用氫能源最近也有一

19、些反面的看法對于使用氫能源最近也有一些反面的看法清潔能源未必清潔清潔能源未必清潔美國學者提出氫能可能損傷美國學者提出氫能可能損傷 臭氧層臭氧層 氫燃料被譽為清潔燃料而大行其道，并有取代礦氫燃料被譽為清潔燃料而大行其道，并有取代礦物燃料的態(tài)勢，但發(fā)表在物燃料的態(tài)勢，但發(fā)表在2004年年6月月13日美國日美國科科學學雜志上的一篇論文卻提出異議：雜志上的一篇論文卻提出異議：氫燃料的大力推氫燃料的大力推廣和使用，會加大對可有效防止地球遭受紫外線輻射廣和使用，會加大對可有效防止地球遭受紫外線輻射的臭氧層的損害。的臭氧層的損害。 文中表示：這一論斷并不能防止氫燃料電池的發(fā)文中表示：這一論斷并不能防止氫燃料

20、電池的發(fā)展，展，但當人們考慮到可能需要采取某些措施以防止氫但當人們考慮到可能需要采取某些措施以防止氫燃料燃燒帶來的環(huán)境惡化時，會對這一觀點予以重燃料燃燒帶來的環(huán)境惡化時，會對這一觀點予以重視。視。 與燃燒后產生大量污染空氣的溫室氣體的與燃燒后產生大量污染空氣的溫室氣體的礦物燃料不同，礦物燃料不同，氫燃料電池在釋放能量后氫燃料電池在釋放能量后產生的僅僅是水，因此氫燃料一直被看做產生的僅僅是水，因此氫燃料一直被看做是發(fā)展前景絕佳的清潔能源。是發(fā)展前景絕佳的清潔能源。 布什總統(tǒng)將發(fā)展氫能源作為優(yōu)先考慮的布什總統(tǒng)將發(fā)展氫能源作為優(yōu)先考慮的高等能源，高等能源，氫能源便成為有關能源的辯論氫能源便成為有關能

21、源的辯論中最有力而時髦的字眼。中最有力而時髦的字眼。美國國會計劃在美國國會計劃在氫能源研究方面再投入幾十億美元的專款氫能源研究方面再投入幾十億美元的專款，布什政府也在討論如何進一步在國際社布什政府也在討論如何進一步在國際社會推進氫能源發(fā)展。會推進氫能源發(fā)展。 但是在這篇論文里，但是在這篇論文里，來自加利福尼亞科技來自加利福尼亞科技學院的研究者們提出了這樣一種可能性：學院的研究者們提出了這樣一種可能性：即氫即氫能源并非自始至終都無礙于環(huán)境。能源并非自始至終都無礙于環(huán)境。 如果氫燃料完全取代了礦物燃料，如果氫燃料完全取代了礦物燃料，1020的的氫可能會在車輛或發(fā)電站的輸送管道、貯藏設備、處氫可能會

22、在車輛或發(fā)電站的輸送管道、貯藏設備、處理設備和燃料電池中泄漏。氫分子重量輕，極易向天理設備和燃料電池中泄漏。氫分子重量輕，極易向天空擴散，大量使用氫燃料后，在使用過程中釋放出的空擴散，大量使用氫燃料后，在使用過程中釋放出的氫分子與自然環(huán)境中的氫分子加在一起，數量將是原氫分子與自然環(huán)境中的氫分子加在一起，數量將是原來的來的3倍。倍。它們升到平流層后會被氧化形成水。這將它們升到平流層后會被氧化形成水。這將降低平流層的溫度并干擾臭氧層的化學物質，降低平流層的溫度并干擾臭氧層的化學物質，令北極令北極與南極上空的臭氧層空洞增大，與南極上空的臭氧層空洞增大，損害面積甚至將達損害面積甚至將達8。 15Km5

23、0KmO3大氣層大氣層UV射線射線 臭氧層的作用毋庸置疑，它可以阻擋來自太陽臭氧層的作用毋庸置疑，它可以阻擋來自太陽的紫外線照射，人類接受紫外線照射時間過長會的紫外線照射，人類接受紫外線照射時間過長會患上皮膚癌、白內障等疾病。患上皮膚癌、白內障等疾病。 加利福尼亞理工學院的研究員們認為，加利福尼亞理工學院的研究員們認為，在限制在限制使用含氯氟烴的國際條約的制約和保護下，臭氧使用含氯氟烴的國際條約的制約和保護下，臭氧層損耗可得到控制。層損耗可得到控制。但一旦平流層的氫濃度迅速但一旦平流層的氫濃度迅速增加，增加，臭氧層的恢復進度將大為延誤臭氧層的恢復進度將大為延誤 德國科學家警告氫能源會破壞臭氧層

24、德國科學家警告氫能源會破壞臭氧層 德國科學家對八國集團和歐盟有關加快開發(fā)氫德國科學家對八國集團和歐盟有關加快開發(fā)氫能源技術的策略提出了批評。德國化學家協(xié)會成能源技術的策略提出了批評。德國化學家協(xié)會成員于爾根員于爾根梅茨格說，未來能源全面轉向氫能源可梅茨格說，未來能源全面轉向氫能源可能會帶來負面效應。能會帶來負面效應。 1.2 s區(qū)元素概述區(qū)元素概述堿金屬(IA )：ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr堿土金屬(IIA )：ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活潑金屬。都是活潑金屬。 堿金屬和堿土金屬的通性第第IA族包括鋰、族包括鋰、鈉、鉀、銣、銫鈉、鉀、銣、

25、銫和鈁六種元素，和鈁六種元素，由于它們的氫氧由于它們的氫氧化物都是易溶于化物都是易溶于水的強堿，所以水的強堿，所以稱它們?yōu)閴A金屬稱它們?yōu)閴A金屬元素。其中鈁是元素。其中鈁是放射性元素。放射性元素。第第IIA族包括鈹、鎂、鈣、族包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳六種元素，鍶、鋇和鐳六種元素，由于鈣、鍶和鋇的氧化由于鈣、鍶和鋇的氧化物在性質上介于物在性質上介于“堿性堿性的的”堿金屬氧化物和堿金屬氧化物和“土性的土性的” 難熔的氧化難熔的氧化物物Al2O3之間，所以稱它之間，所以稱它們?yōu)閴A土金屬。現在習們?yōu)閴A土金屬。現在習慣上把鈹和鎂也包括在慣上把鈹和鎂也包括在內，統(tǒng)稱為堿土金屬元內，統(tǒng)稱為堿土金屬元素。其中

26、鐳是放射性元素。其中鐳是放射性元素素。AALiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa表表1-1 堿金屬元素的一些基本性質堿金屬元素的一些基本性質堿金屬是活堿金屬是活潑性最強的潑性最強的金屬元素，金屬元素，都是強還原都是強還原劑劑 元素 性質 Be Mg Ca Sr Ba 價電子構型 2S2 3S2 4S2 5S2 6S2 主要氧化數 +2 第一、 二電離勢(kJ.mol-1) 905 1768 742 1460 593 1152 552 1070 564 971 第三電離勢 (kJ.mol-1) 14939 7658 4942 4351 3575 E0(M2+/M)(V) -1.85 -2

27、.375 -2.76 -2.89 -2.90 M2+ 水合熱 (kJ.mol-1) 2494 1921 1577 1443 1305 表表1-2 堿土金屬元素的一些基本性質堿土金屬元素的一些基本性質堿土金屬仍堿土金屬仍是活潑性相是活潑性相當強的金屬當強的金屬元素，也是元素，也是強還原劑，強還原劑，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、過氧化物、 超氧化物；3. 與其他非金屬作用形成相應的化合物；4. 易與H2O反應(除Be、Mg外)。注：它們的活潑性有差異通性：原子半徑增大電離能、電負性減小金屬性、還原性增強IA IIALi BeNa MgK Ca R

28、b SrCs Ba原子半徑減小電離能、電負性增大金屬性、還原性減弱為什么E (Li+/Li)比E (Cs+/ Cs )還小？電極反應：Mz+(aq) + ze- M(s)rGm= zFE (Mz+/ M )其逆反應： M(s) Mz+(aq) + ze-H2OrGmf Gm (Mz+,aq ) =f Gm (Mz+,aq ) = zFE (Mz+/ M )rSmrGmrHm=-T 對于堿金屬，若不考慮 的差異，可用 (M+,aq )代替 (M+,aq )近似估計E (M+/ M )的相對大小。rSmf GmfHmM+(aq) M (s) fHm(M+,aq )M+(g) M (g) fHm(M

29、+,g)I1subHm(M+,g)Hmh(M+,aq ) = + I1 +fHmsubHm(M+,g)Hmh(M+,aq ) = + I1 +fHmsubHm(M+,g)HmhLiNaKRbCs159.37107.3289.2480.8876.065526.41502.04425.02409.22318.90-535.27-420.48-337.64-312.27-287.24150.51188.88176.62177.83170.72-3.040-2.714-2.936-2.943-3.027subHmI1E (M+/ M)/VHmh(M+,g)fHm(M+,aq)注：以上物理量除E 外單位

30、均為：kJmol-11.3.1 單質的物理性質和化學性質單質的物理性質和化學性質1.3 s區(qū)元素的單質區(qū)元素的單質1.3.2 s區(qū)元素的存在和單質的制備區(qū)元素的存在和單質的制備1.3.1 單質的物理性質和化學性質單質的物理性質和化學性質NaLiK1.物理性質BeMgCaSrBaRbCs單質的物理性質：有金屬光澤密度小硬度小熔點低s區(qū)單質的熔、沸點變化導電、導熱性好單質在空氣中燃燒，形成相應的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2Li2ONa2O2KO2與氧、硫、氮、鹵素反應， 形成相應的化合物。鎂帶的燃燒2.化學性質與水作用LiNaKC

31、a2M + 2H2O 2MOH + H2(g)鈉和同族元素與水反應十分激烈，過程中生成的氫氣能自燃鈉和同族元素與水反應十分激烈，過程中生成的氫氣能自燃.金屬鈉與水的反應在實驗室用于干燥有機溶劑，但不能用于干燥醇！金屬鈉與水的反應在實驗室用于干燥有機溶劑，但不能用于干燥醇！鈣、鍶、鋇與水的反應遠不如堿金屬那樣劇烈，鈣、鍶、鋇與水的反應遠不如堿金屬那樣劇烈，鎂和鈹在水和空氣中因生成致密的氧化物保護膜鎂和鈹在水和空氣中因生成致密的氧化物保護膜而顯得十分穩(wěn)定而顯得十分穩(wěn)定. 與液氨的作用(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+(am)e(am)M) s (M-+液氨溶劑堿金屬在液氨中的溶解度堿

32、金屬在液氨中的溶解度 (- -35)堿堿 金金 屬屬 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 堿金屬與液氨的反應很特別，在液氨中的溶解度達到了超出人堿金屬與液氨的反應很特別，在液氨中的溶解度達到了超出人們想象的程度們想象的程度. 溶于液氨的反應如下：溶于液氨的反應如下：)am(e)am(MM(s)(l)NH3+實驗依據實驗依據 堿金屬的液氨溶液比純溶劑密度小堿金屬的液氨溶液比純溶劑密度小 液氨中隨液氨中隨 C(M+) 增大，順磁性減少增大，順磁性減少 有趣的是，不論溶解的是何種金屬，稀溶液都具有同一吸

33、收波有趣的是，不論溶解的是何種金屬，稀溶液都具有同一吸收波長的藍光長的藍光.這暗示各種金屬的溶液中存在著某一共同具有的物種這暗示各種金屬的溶液中存在著某一共同具有的物種.后后來實驗證明這個物種是氨合電子，電子處于來實驗證明這個物種是氨合電子，電子處于46個個 NH3 的的 “空穴空穴” 中中. 如果液氨保持干燥和足夠高的純度（特別是沒有過渡金屬離子存如果液氨保持干燥和足夠高的純度（特別是沒有過渡金屬離子存在），溶液就相當穩(wěn)定在），溶液就相當穩(wěn)定. 鈉溶于某些干燥的有機溶劑（如醚）也會產生溶劑合電子的顏色鈉溶于某些干燥的有機溶劑（如醚）也會產生溶劑合電子的顏色. 用鈉回流干燥這些溶劑時，顏色的出

34、現可看作溶劑處于干燥狀態(tài)用鈉回流干燥這些溶劑時，顏色的出現可看作溶劑處于干燥狀態(tài)的標志的標志.)e e2(22- 金屬鈉與水、液氨、甲醇金屬鈉與水、液氨、甲醇的反應有何不同？的反應有何不同？ QuestionQuestion 1 12 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 2Na(s) + 2NH3 (l) 2 NaNH2(am)+ H2(g)汞齊汞齊

35、汞與汞與其它金屬其它金屬形成的合金形成的合金液體或固體液體或固體 B B A A CZ S M AC P 堿堿 AH 金金 屬屬3.焰色反應 焰色反應焰色反應 ( (flame reaction) )元元 素素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 顏顏 色色 深紅深紅 黃黃 紫紫 紅紫紅紫 藍藍 橙紅橙紅 深紅深紅 綠綠波波 長長 / nm 670.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5 堿金屬和堿土金屬及其揮發(fā)性化合物在無色火焰中堿金屬和堿土金屬及其揮發(fā)性化合物在無色火焰中燃燒時，會呈現出一定的顏色，稱為焰色反應燃燒時，會呈現出一定的

36、顏色，稱為焰色反應 (flame reaction). 可以用來鑒定化合物中某元素的存在，特別是可以用來鑒定化合物中某元素的存在，特別是在野外在野外.堿金屬和堿土金屬的離子在無色火焰上燃燒時，電堿金屬和堿土金屬的離子在無色火焰上燃燒時，電子易被激發(fā)，當電子從較高能級躍遷到較低能級時，子易被激發(fā)，當電子從較高能級躍遷到較低能級時，能量以光的形式釋放出來，呈現出特征的顏色。能量以光的形式釋放出來，呈現出特征的顏色。均以礦物形式存在：83OAlSiNa83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)224323)LiAl(SiO鋰輝石：鈉長石：鉀長石：光鹵石：明礬石：1.3.2 s

37、區(qū)元素的存在和單質的制備區(qū)元素的存在和單質的制備綠柱石：菱鎂礦：螢石：天青石：大理石：6323)(SiOAlBe3MgCOO2HCaSO243CaCO2CaF4SrSO4BaSO石膏：重晶石：金屬的制備金屬的制備電解熔鹽法如如Li、Na、Mg、Ca等等金屬是用電解金屬氯化金屬是用電解金屬氯化物的方法制備的：物的方法制備的：2NaCl = 2Na + Cl2 MgCl2 = Mg + Cl2電解熔鹽法是最強的氧化還原手段，由電解熔鹽法是最強的氧化還原手段，由于鹵化物的熔點較低，所以常用電解氯于鹵化物的熔點較低，所以常用電解氯化物法制備活潑金屬化物法制備活潑金屬：陽極放出氯氣：陽極放出氯氣：2Cl

38、- =Cl2+ 2e陰極析出金屬：陰極析出金屬：M+ +e = M電解反應：電解反應： 2MCl =2M + Cl2在電解中，必要時要混入適當的助在電解中，必要時要混入適當的助熔劑，如在氯化鈉的電解中，是加熔劑，如在氯化鈉的電解中，是加入入CaCl2為助熔劑，其作用是：為助熔劑，其作用是：1、降低熔點（氯化鈉熔點、降低熔點（氯化鈉熔點=1073K，混合鹽熔點混合鹽熔點=873K）2、防止鈉的揮發(fā)防止鈉的揮發(fā)3、減小鈉的分散性（熔鹽密度大，、減小鈉的分散性（熔鹽密度大，鈉密度小，易浮于熔鹽上面進行分鈉密度小，易浮于熔鹽上面進行分離）離）熱還原法熱還原法熱還原法中常用碳或碳化物作還原劑，熱還原法中

39、常用碳或碳化物作還原劑，從金屬氧化物或碳酸鹽中還原出金屬。從金屬氧化物或碳酸鹽中還原出金屬。2 2KFKFCaCCaC2 2=CaF=CaF2 22K2K2C2CK K2 2COCO3 32C=2K2C=2K3CO3CO1473K 真空MgO + C = CO +MgMgO + CaC2 = Mg + CaO + 2C1273 - 1473 K金屬置換法金屬置換法用活潑金屬作還原劑的用活潑金屬作還原劑的熱還原法稱金屬置換法，熱還原法稱金屬置換法，常用還原劑金屬有：常用還原劑金屬有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。KCl + Na =NaCl + K2RbCl + Ca =CaCl2 + 2Rb

40、3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O31473K真空K K通常不用電解法而用置換通常不用電解法而用置換制備，這是因為它易溶在制備，這是因為它易溶在熔融的熔融的KClKCl中，難于分離，中，難于分離，且電解中產生的超氧化物且電解中產生的超氧化物與金屬鉀會發(fā)生爆炸，所與金屬鉀會發(fā)生爆炸，所以不用電解法制鉀。以不用電解法制鉀。RbRb和和CsCs也是這樣。也是這樣。上述是熔鹽中的置換反應，它不同于溶液中的置換反應，上述是熔鹽中的置換反應，它不同于溶液中的置換反應，熔點低的物質容易被置換出來。熔點低的物質容易被置換出來。金屬置換法金屬置換法用活潑金屬作還原劑的用活潑金屬作還原劑的熱還原法稱金

41、屬置換法，熱還原法稱金屬置換法，常用還原劑金屬有：常用還原劑金屬有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。KCl + Na =NaCl + K2RbCl + Ca =CaCl2 + 2Rb3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O31473K真空 4 4KCN=4KKCN=4K4C4C2N2N2 2 2MN2MN3 3=2M=2M3N3N2 2 M MNaNa、K K、RbRb、CsCs 668K 668K2RbN2RbN3 3=2Rb=2Rb3N3N2 2 真空真空 663 663K K2CsN2CsN3 3=2Cs=2Cs3N3N2 2熱分解法熱分解法一些不穩(wěn)定的鹽可用一些不穩(wěn)定的鹽可用熱分

42、解法，如氰化物、熱分解法，如氰化物、疊氮化物。因堿金屬疊氮化物。因堿金屬的疊氮化物容易純化，的疊氮化物容易純化，加熱分解不爆炸。所加熱分解不爆炸。所以是制備它們的好方以是制備它們的好方法。法。 金屬鉀能否采用類似金屬鉀能否采用類似制鈉的方法制備呢？制鈉的方法制備呢？結論是不能采用同類方法結論是不能采用同類方法. 其原因是：其原因是： 金屬金屬 K 與與 C 電極可生成羰基化合物電極可生成羰基化合物 金屬金屬 K 易溶在熔鹽中，難分離易溶在熔鹽中，難分離 金屬金屬 K 蒸氣蒸氣 易從電解槽易從電解槽 逸出，造成易逸出，造成易 燃爆環(huán)境燃爆環(huán)境QuestionQuestion 2 2熱熱(1620

43、F)熱熱熱熱N2K合金合金 (或或K)N2N2K合金合金 (或或K)蒸氣蒸氣排泄阱排泄阱NaCl 渣和渣和 N2NaNaCl 渣渣KCl(1550F)熔融熔融不銹鋼環(huán)不銹鋼環(huán)NaCl 渣渣Na 蒸氣蒸氣N2N2Na熱熱熱熱 首先，鉀的沸點比鈉的沸點低的緣故首先，鉀的沸點比鈉的沸點低的緣故. QuestionQuestion 3 3 鉀比鈉活潑，為什么可以通過如下鉀比鈉活潑，為什么可以通過如下反應制備金屬鉀？反應制備金屬鉀？KCl + Na NaCl + K熔融熔融 第三，由于鉀變成蒸氣，可設法使其不斷離開反應體系，讓第三，由于鉀變成蒸氣，可設法使其不斷離開反應體系，讓體系中其分壓始終保持在較小

44、的數值體系中其分壓始終保持在較小的數值.不難預料隨不難預料隨Pk變小，變小， D D r Gm向負值的方向變動，有利于反應向右進行向負值的方向變動，有利于反應向右進行. 其次，通過計算可知固相反應的其次，通過計算可知固相反應的D D r Hm是個不大的正值，但鉀是個不大的正值，但鉀的沸點（的沸點（766 C）比鈉的沸點（比鈉的沸點（890 C ）低，當反應體系的溫度控）低，當反應體系的溫度控制在兩沸點之間，使金屬鉀變成氣態(tài)，而金屬鈉和制在兩沸點之間，使金屬鉀變成氣態(tài)，而金屬鈉和KCl 、NaCl 仍仍保持在液態(tài)，鉀由液態(tài)變成氣態(tài)保持在液態(tài)，鉀由液態(tài)變成氣態(tài), 熵值大為增加，即反應的熵值大為增加

45、，即反應的T D D r Sm項變大，有利于項變大，有利于D D r Gm變成負值，反應向右進行變成負值，反應向右進行. 兩族元素金屬和化合物的重要性可排出如下順序：兩族元素金屬和化合物的重要性可排出如下順序： 用途概述用途概述 順序大體是按世界年產量大小排列的順序大體是按世界年產量大小排列的 一些元素的某些重要用途分述如下：一些元素的某些重要用途分述如下： 1.制造氫化鋰、氨化鋰和合成有機鋰化合物，后者用做有機化學制造氫化鋰、氨化鋰和合成有機鋰化合物，后者用做有機化學中的還原劑和催化劑；中的還原劑和催化劑；金金 屬屬: Na Li K Cs Rb Mg Ca Be Ba Sr 化合物化合物:

46、 Na K Li Cs Rb Ca Mg Ba Sr Be2. 制造合金制造合金Al-Li(含鋰含鋰3 % ),因質量輕和強度大而用于空間飛行器；因質量輕和強度大而用于空間飛行器；3. 制造高功率長效電池（用于手表、計算機、心臟起搏器等）；制造高功率長效電池（用于手表、計算機、心臟起搏器等）；4. 同位素受中子轟擊產生熱核武器的主要原料氚：同位素受中子轟擊產生熱核武器的主要原料氚：在此裂變中，在此裂變中，1公斤鋰具有的能量大約相當于兩萬噸優(yōu)質煤炭公斤鋰具有的能量大約相當于兩萬噸優(yōu)質煤炭,比比U-235裂變產生的能量還要大裂變產生的能量還要大8倍倍. 1公斤鋰至少可以發(fā)出公斤鋰至少可以發(fā)出340

47、千瓦的電千瓦的電力力.因此，有人說：因此，有人說： 金屬鋰金屬鋰 未來的新能源未來的新能源鋰礦石冶煉鋰礦石冶煉鋰鹽鋰鹽同位素分離同位素分離鋰鋰 - 6重重 水水 生生 產產 氘氘氘化鋰氘化鋰 - 6氫彈氫彈氚氚鋰鋰 6元件元件(鋰鋰 - 鋁合金鋁合金)反應堆輻照反應堆輻照分離純化分離純化HeHLi n 42316310+ 工業(yè)用途小，世界年產量只及鈉的工業(yè)用途小，世界年產量只及鈉的 0.1% ！主要用于制造（生氧！主要用于制造（生氧劑）和低熔點鈉鉀合金（用做干燥劑和還原劑），也用做核反應堆劑）和低熔點鈉鉀合金（用做干燥劑和還原劑），也用做核反應堆的冷卻劑的冷卻劑.1. 過去鈉的年產量與含鉛抗震

48、劑的使用量有關；過去鈉的年產量與含鉛抗震劑的使用量有關；2. 作為還原劑制造某些難熔的金屬如鈾、鋯等，特別是還原制作為還原劑制造某些難熔的金屬如鈾、鋯等，特別是還原制 備鈦：備鈦： TiCl4 + 4 Na Ti + 4 NaCl3. 因具有高的導熱性和低的中子吸收能力，被用做快速增殖反應堆因具有高的導熱性和低的中子吸收能力，被用做快速增殖反應堆 的冷劑的冷劑.4. 最近被開發(fā)的新用途有制作鈉電纜、鈉基電池和鈉硫電池等最近被開發(fā)的新用途有制作鈉電纜、鈉基電池和鈉硫電池等.加熱加熱 消耗量極小，由于在光照下逸出電消耗量極小，由于在光照下逸出電子，因而是制造光電池的良好材料子，因而是制造光電池的良

49、好材料. 133Cs 厘米波的振動頻率厘米波的振動頻率(9192631770 s-1) 在長在長時間內保持穩(wěn)定時間內保持穩(wěn)定, 因而將振動這次所需要因而將振動這次所需要的時間規(guī)定為的時間規(guī)定為 SI 制的時間單位制的時間單位 s. 利用此利用此特性制作的銫原子鐘特性制作的銫原子鐘 ( 測準至測準至 1.0 10-9 s ) 在空間科學的研究中用于高精度計時在空間科學的研究中用于高精度計時.19991999年花費年花費6565萬美元萬美元, ,安放在美國國家標準安放在美國國家標準和技術研究所和技術研究所.2000.2000萬年內誤差不超過萬年內誤差不超過1 1 s s最近由中科院研制的銫原子鐘最

50、近由中科院研制的銫原子鐘, 200, 200萬年內誤差不超過萬年內誤差不超過1 s香港市民在對時香港市民在對時. 100. 100萬年內誤差不超過萬年內誤差不超過1 1 s s 屬于屬于“輕金屬輕金屬”，世界鈹耗量的，世界鈹耗量的70 % -80 % 用來制造鈹銅合金用來制造鈹銅合金. 金屬鈹和鈹基合金的彈金屬鈹和鈹基合金的彈性性-質量比、拉伸應力和導熱性都較高，因而質量比、拉伸應力和導熱性都較高，因而用于各種空間飛行器用于各種空間飛行器.另外還用于制造氧化物另外還用于制造氧化物陶瓷、原子能反應堆中的中子減速劑陶瓷、原子能反應堆中的中子減速劑. 最輕的一種結構金屬，也是最輕的一種結構金屬，也是

51、用途最大的堿土金屬用途最大的堿土金屬.世界鎂耗量世界鎂耗量的的70 % 用來制造合金用來制造合金. 廣泛用于廣泛用于航空航天事業(yè)航空航天事業(yè).也用于某些金屬冶也用于某些金屬冶煉還原劑煉還原劑.MgBe1.4.1 氫化物氫化物1.4 s區(qū)元素的化合物區(qū)元素的化合物1.4.5 配合物配合物1.4.4 重要鹽類及其性質重要鹽類及其性質1.4.3 氫氧化物氫氧化物1.4.2 氧化物氧化物 s區(qū)元素的單質(除Be、Mg外)均能與氫形成離子型氫化物。LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均為白色晶體， 熱穩(wěn)定性差/ kJmol-

52、1fHm1.4.1 氫化物氫化物2.還原性強 鈦的冶煉：2LiOHTiTiO2LiH2+242H4NaClTiTiCl4NaH+劇烈水解：(g)HMOHOHMH22+(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222+V)23. 2)/H(H(2E3.形成配位氫化物3LiClLiAlHAlCl4LiH43+（無水）乙醚鋁氫化鋰LiAlH4受潮時強烈水解23244HAl(OH)LiOHO4HLiAlH+1.形成四類氧化物622p2s2s 1臭氧化物(O3-)：順磁性42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物(O2-)：過氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)：順磁性32p4p22

53、p222s22s)()()()()(*KK1.4.2 氧化物氧化物2.制備：直接：間接：222ONaO2Na+22KOOK+O2Na2NaONa222+223NO6K10K2KNO+(g)COMO MCO23+3.化學性質與H2O的作用：2MOHOHOM22+（Li Cs劇烈程度）（BeO除外）22222OH2NaOHO2HONa+222M(OH)OHOM+22222OOH2KOHO2H2KO+與CO2的作用：3222COLiCOOLi+)g(OCO2Na2COO2Na232222+)(g3OCO2K2CO4KO23222+ 1.4.3 氫氧化物氫氧化物 堿金屬和堿土金屬的氫氧化物都是白色固體

54、。易吸水而潮解MOH易溶于水，放熱。堿土金屬溶解度（20） 氫氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 溶解度/molL-1 810-6 2.110-4 2.310-2 6.610-2 1.210-1溶解度增大 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中強 強 強 強 強 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 兩性 中強 強 強 強(箭頭指向)堿性增強，溶解度增大。堿性判斷金屬氫氧化物酸堿性的經驗公式： 以ROH為代表，它有兩種離解方式： ROH R+ + OH- 堿式電離 RO- + H+ 酸式電離 究竟以何種方式電離，或兩者兼有：這與R的電荷數Z（指離子的電荷數）與R的離子半徑比值有關： = z/r：離子勢，顯然越大，離子靜電引力越強，則R吸引氧原子上的電子云能力強： 結果結果 ：OH鍵被削弱，鍵被削弱，易斷裂，以酸式電離為主易斷裂，以酸式電離為主 相反，越小，則RO鍵強度越弱