无机化学教学课件 12章 s区元素.ppt
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1、第12 章 碱金属和碱土金属,Chapter 12 Alkali Metals and Alkaline-earth Metals,原子的起源和演化,1 宇宙之初 2 氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧 3 过程、e过程 4 重元素的诞生 5 宇宙大爆炸理论的是非,元素通论,112种元素,94种存在于自然界,人体中含60多种。,人体中的元素,宏量元素:11种,占99.95%,其中主要为O、C、H、N,占96%,微量元素:15种,1%,必需元素,有毒元素:Cd、Hg、Pb(剧毒),Be、Ga、In、Tl、Ge、Sn、As、Sb、Bi、Te,未确定元素:33种,S区元素在周期表中的位置,1了解 s 区元素的物
2、理性质和化学性质,能够解释 Li 的 标准电极电势为什么最低 ,能解释碱金属与水、醇和液 氨反应的不同;,6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;,4了解 s 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;,3了解s区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物的性质,特别 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方法 ,特别注意 钾和钠制备方法的不同;,12-1 金属单质 simple substance 12-2 含氧化合物 compound contained oxygen 12-3 盐类 salts,概述 (generaliza
3、tion), 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,12-1-1 物理性质,它们都有金属光泽,密度小, 硬度小,熔点低,导电、导热性 好的特点.,s区单质的熔点变化,(1) 与氧、硫、氮、卤素反应,形成相应的化合物,镁带的燃烧,你能发现这些氧化物的形式有什么不同?,12-1-2 化学性质,该问题可以从以下几个方面讨论:,为什么在空气中燃烧碱金属 所得的产物不同?,Question 1,(2) 与水作用,Ca,碱土金属被水氧化的反应为: M(s) + 2 H2O (l) M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)
4、钙、锶、钡与水的反应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.,金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂,但不能用于干燥醇!,锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小,为什么 Li 与水反应没有其它金属与水的反应激烈?,电极电势属于热力学范畴,而反应剧烈程度属于动力学范畴,两 者之间并无直接的联系. Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈,主要原因有:(1)锂 的熔点较高,与水反应产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的 产物溶解度较小,一旦生成 ,就覆盖在金属锂的上面,阻碍反应继 续进行.,Question 2,Li 的 E值为什么最负?Be
5、 的 E 值最小?,锂电对的数值乍看起来似乎反常,这个原子半径最小、电离能最高的元素倒成了最强的还原剂.显然与其溶剂化程度(水合分子数为25 . 3)和溶剂化强度(水合焓为-519 kJmol-1 )都是最大的有关. Eq(Be2+/Be) 明显低于同族其余电对,与其高电离能有关.无法被水合焓补偿: I1 (Be) + I2 (Be) = 2 656 kJmol-1.,Question 3,右图以自由能变给出了锂和铯的热化学循环,该循环表示了相关能量的补偿关系.根据循环算得的标准电极电势与下表中的数据十分接近.在计算时要用到下面的公式:,(3) 焰色反应 (flame reaction),碱金
6、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,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. 溶于液氨的反应如下:,有趣的是,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,电子处于46个 NH3 的 “空穴” 中.,如果液氨保持干燥和足够高的纯度(特别是没有过渡金属离子存在),溶液就相当稳定. 钠溶于某些干燥的有机溶剂(如醚)也会产生溶剂合电子的颜色.
7、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.,金属钠与水、液氨、甲醇 的反应有何不同?,Question 4,碱 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,碱 土 金 属 单 质 的 某 些 典 型 反 应,12-1-3 金属单质的制备,加 CaCl2 的作用(助熔剂,flux) 降低熔点,减少液Na挥发 混合盐密度增大,液Na浮在熔盐表面, 易于收集,金属钾能否采用类似 制钠的方法制备呢?,结论是不能采用同类方法. 其原因是: 金属 K 与 C 电极可生成羰基化合物 金属 K 易溶在熔盐中,难于分离 金属 K 蒸气 易从电解槽 逸出造成易 燃爆环境,Question 5
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