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第第 2020 章 章 s s 区金属区金属 [ 基本要求 ]

1 ．掌握碱金属、碱土金属单质的性质，了解其存在、制备及用途与性质的关系。

2 ．掌握碱金属、碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质及用途。

3 ．了解碱金属、碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律。

4 ．掌握碱金属、碱土金属重要盐类的性质及用途，了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。

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碱金属 (IA ) ： ns1 Li Na K Rb Cs Fr

碱土金属 (IIA ) ： ns2 Be Mg Ca Sr Ba Ra

20-1 20-1 碱金属和碱土金属的通性碱金属和碱土金属的通性

1 、碱金属的通性

见书表 20-1 。

电离势：与同周期元素相比电离势最小。

氧化数： + (- )Ⅰ Ⅰ 。

键型：离子键，气态时有极少的共价键。

活泼性： φφθM+/M 很低， M 很活泼。

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2 、碱土金属的通性

表 20-2 。

电离势：与同周期元素相比电离势仅高于碱金属。

氧化数： +Ⅱ。

键型：离子键。 Be 有一定的共价倾向。

活泼性： φφθM2+/M 很低， M 很活泼。活泼

性弱于碱金属。

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IA IIA

Li Be

Na Mg

K Ca

Rb Sr

Cs Ba

原子半径减小 电离能、电负性增大 金属性、还原性减弱

3 、 s 区元素 性质变化的主要倾向

原子半径增大

电离能、电负性减小

金属性、还原性增强

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4 、 Li 的特殊性 :

① Li+(2e), 半径小 , I 大 , 极化力强 ;

② 共价趋势大 ;

③ 碱金属的 I 以 Li 为最大，但 φφθ Li+/Li 最低。

为什么 φ (Li+/Li) 比 φ (Cs+/ Cs ) 还小？

θM+/M= [△fG

θ(Mn+)]/(nF)

电极反应： Mn+(aq) + ne- M(s)

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M+(aq) M (s) fHm¡÷ (M+,aq )

M+(g) M (g) I1

△sub H m

(M+,g)H m △h

(M+,aq ) = + I1 +fHm¡÷ △sub H m (M+,g)H m

△h

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φ

φφθ Li+/Li 最低：原子半径最小，水合热很大。

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20-2 碱金属和碱土金属的单质

20-2-1 单质的物理性质和化学性质

一、物理性质 A 、碱金属： a 、晶格类型： 常温碱金属都是体心立方晶格。

b 、金属键弱： 原因：只有一个电子参与形成金属键，原子半径相对较大。

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从 Li 到 Cs ，半径增大，金属键减弱，且晶格类型相同，使物理性质表现出规律。

有金属光泽密度小硬度小熔沸点低

导电、导热性好

S 区单质的熔沸点变化

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c 、光电效应：

光电效应：金属受光照而释放电子的现象。

d 、液态合金：

常温下易于相互溶解形成液态合金。

B 、碱土金属：

a 、晶格类型：

Be 、 Mg 为六方晶格； Ca 、 Sr 为立方晶格； Ba 为体心立方晶格。

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Be Mg Ca Sr Ba

b 、金属键弱：

碱土金属的金属键强于 碱金属。

碱土金属的晶格类型不同，其相关物理性质无规律性。

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二、化学性质

碱金属、碱土金属的活泼性的差异表现在反应的类型上，也表现在反应的程度上。

主要反应：

a 、与氮反应：

常态下： 6Li + N2 → 2Li3N

b 、与水反应：

碱金属： M + H2O → MOH + 1/2H2↑

反应大量放热。

反应激烈程度递增：燃烧 (K) ，或爆炸 (Rb 、Cs) 。

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Li Na K

Ca

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Li 与 H2O 反应平缓：

1 、 Li 的熔点相对较高，反应放热不足以使其融化 , 因而固体锂与水接触的机会不如液态钠；

2 、 LiOH 溶解度较小，覆盖在 Li 表面 ,阻碍反应的进行。

可见 , 反应是否剧烈取决于 :

① 金属的熔点

② 生成的氢氧化物的溶解性

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碱土金属：

M + H2O(g) → MO + H2 (Be 、 Mg)

M + H2O → M(OH)2 + H2 (Ca 、 Sr 、 Ba)

Be 、 Mg 与 H2O(g) 反应生成致密氧化物， Ca 、Sr 、 Ba 与 H2O 反应平缓，原因与 Li 相同。

c 、与氧的反应：

碱金属： M + O2 → Li2O

→ Na2O2

→ MO2 (K 、 Rb 、 Cs)

反应程度： Na 、 K 稍微加热即燃烧， Rb 、 Cs遇空气即爆炸。

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d 、与液氨的反应：

⑴ 、稀溶液中： M+(x+y)NH3→[M(NH3)x]

++[e(NH3)y]- ( 碱金属 )

M+(6+2y)NH3→[M(NH3)6]2++2[e(NH3)y]

-( 碱土金属 )

氨合电子 [e(NH3)y]- 中的电子存在于液氨的

孔腔 (300-400nm) 中，松散地溶剂化，电子的行为相当自由。

稀溶液的特性：

① 、都呈亮蓝色；②、溶液的体积比金属和溶剂的体积大得多；③、是极好的导电体；④、具有顺磁性。

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⑵ 、浓溶液中：

出现液态金属的聚集相，呈古铜色。饱和时，全变为古铜色。

称为“稀释的金属”。

(3) 、性质：

① 、碱金属氨溶液不稳定，缓慢分解：

NH3 ＋ e- → NH2- ＋ 1/2H2

许多过渡金属化合物可加速分解。

② 、碱金属和碱土金属的液氨溶液显强碱性，是良好的还原剂。

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③ 、碱金属在液氨中若有微量过渡金属盐，则反应生成氨基化物：

Na + NH3(l) NaNH2 + 1/2H2

光催化上反应。

e 、还原反应：

碱金属具有强还原能力。

如： TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl

f 、形成 M- 离子

M- 离子在特定条件下存在。

Fe

SiO2+2Mg＝ Si+2MgO

有一定的稳定性： M+> M-> M 。

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20-2-2 s区元素的存在和单质的制备

均以矿物形式存在 .

制备 P.652

1 、电解： NaCl. BeCl2. MgCl2等

注：不能电解 KCl ，因为会产生 KO2 和 K,发生爆

炸 2 、 热还原： 1） C 还原法 2）碳化物还原 3）铝热还原法

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3 、 金属置换

（ K 比 Na 易挥发，离开体系； NaCl 晶格能大于 KCl ）

KCl+Na=NaCl+K↑

4. 热分解 △ 4KCN====4K＋ 4C＋ 2N2 △ 2MN3====2M＋ 3N2

M＝ Na 、 K 、 Rb 、 Cs

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622 p2s2s1

稳定性 : O2- > O2- > O2

2-

42p

4p2

2p2

22s

22s )(π)(π)()()( ** σσσKK

正常氧化物 (O2-) ：

过氧化物 (O22-) ：

超氧化物 (O2-): 顺磁性

32p

4p2

2p2

22s

22s )(π)(π)()()( ** σσσKK

1.形成四类氧化物

20-3 20-3 碱金属和碱土金属的化合物碱金属和碱土金属的化合物

20-3-1 氧化物

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2.制备：

直接： 222 ONaO2Na

22 KOOK

O2Na2NaONa 222

223 NO6K10K2KNO

(g)COMO MCO 23

臭氧化物 (O3-) ：顺磁性

间接：

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3.化学性质

① 与 H2O 的作用：

2MOHOHOM 2Ι

2

（ Li Cs 剧烈程度）

（ BeO 除外）2 2MO H O M(OH)

2 2 2 2 2Na O 2H O 2NaOH H O （冷）

2 2 2 2

1Na O H O 2NaOH O

2 （热）

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② 与 CO2 的作用：

3222 COLiCOOLi

)g(OCO2Na2COO2Na 232222

)(g3OCO2K2CO4KO 23222

③ 酸解：

Na2O2+H2SO4＝ H2O2+Na2SO4

22222 OOH2KOHO2H2KO

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  5O22 - + 2MnO 4

- + 16H + → 2Mn 2+ + 5O 2 ↑ + 8H 2 O

④ 氧化还原性：

Na2O2+Cr2O3 = Na2CrO4+Na2O

Na2O2+MnO2 =Na2MnO4

20-3-2 、氢氧化物 1 、溶解性 ① M AⅠ OH 的溶解性＞M AⅡ (OH)2

② 同族自上而下溶解性增加

( 从上→下， S↑ 因为 U↓)

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2 、碱性

① M AⅠ OH 的碱性 >M AⅡ (OH)2

② 同族自上而下碱性增加

( 由 φ值判断氢氧化物酸碱性的经验规律见书 613页。 )

3 、热稳定性

① M AⅠ OH 热稳定性 >MⅡ A(OH)2

② 同族自上而下热稳定性增加( 由 φ↓，Mn+ ↓极化力 , ↑化合物稳定性 )

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20-3-3 、氢化物

键型： MH 、 MH2 都是离子型。 (除 Be 、Mg外 )

晶体结构：

MH ： NaCl 型

MH2 ：斜方晶系。

其中 H- 离子的半径约为 144pm ，介于 MF 中F- 半径 (120pm) 和 MCl 中 Cl- 半径 (160pm) 之间，故MH 的性质类似于 MX 。

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MH 、 MH2 的性质： 易分解、具有还原能力、配位性 1 、电解 MH M + H2

2 、均为白色晶体， 热稳定性差LiH NaH KH RbH CsH NaCl

-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3 -441

/ kJ·mol-1fHm¡÷

MH(MH2) M+H2 (LiH 稳定）

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3. 还原性强 V)23.2)/H(H( 2 φ

＊钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH 2

24 2H4NaClTiTiCl4NaH ＊剧烈水解：

(g)HMOHOHMH 22

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(g)H2Ca(OH)OH2CaH 2222

4. 形成配位氢化物

3LiCl]Li[AlHAlCl4LiH 43 （无水）乙醚

]Li[AlH4 受潮时强烈水解

2324 4HAl(OH)LiOHO4HLiAlH

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20-3-4 、盐类

颜色： M+ 、 M2+ 离子无色，盐的颜色由阴离子决定。

键型：离子键 (Li+ 、 Be2+ 的盐有一定的共价性 ) 。

一、盐类的通性

1 、焰色反应

挥发性化合物在高温火焰中呈现特征的颜色。见书 659页。

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例如 红色焰火的简单配方： 质量百分比 KClO334% 、 Sr(NO3)2 45﹪、

炭粉 10% 、 镁粉 4% 、松香 7%

绿色焰火配方：质量百分比 Ba(ClO3)2 38% 、

Ba(NO3)2 40% 、 S 22%

2 、晶型

绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤化物有一定的共价性。

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MClO4 、 M2Na[Co(NO2)6] 、 M4[PtCl6] 微溶盐

M=K+ 、 Rb+ 、 Cs+

NaCl+k[Sb(OH)6] =Na[Sb(OH)6] ↓ （白） +KCl

KCl+NaHC4H4O6= KHC4H4O6↓( 白 )+NaCl

难溶的锂盐： LiF 、 Li2CO3 、 Li3PO4

碱土金属的盐表现出微溶性。见书 659页。

3 、溶解性 碱金属的简单阴离子盐易溶 ( 少数 Li 盐例外 ) ，大阴离子盐难溶，见书 659页。

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4 、形成结晶水合物的倾向

盐是否形成结晶水取决于离子的水合能力，离子水合能力取决于离子的离子势 φ 。

φ越大，水合能力越强， 越易形成结晶水。

阳离子的水合能力显著的强于 阴离子。盐有否结晶水通常由阳离子决定。

碱金属离子和碱土金属离子离子势 φ 小，水合能力弱，形成结晶水的能力较弱。

碱金属盐形成结晶水的情况见书 660页。

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5 、形成复盐的能力

6 、热稳定性

热稳定性较高 ( 极化能力弱 ), 但 NO3-,CO3

2- 易分解

碱金属盐的热稳定性强于碱土金属。

二、重要的盐简介（自学） P.661

3-5 、配位化合物

碱金属离子和碱土金属离子形成配合物的能力很弱。

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在周期表中某一元素的性质和它左上方或右下方的另一元素性质的相似性，称为对角线规则。

20-4 20-4 对角线规则对角线规则

1. 对角线规则： P675

Li Be B C

Na Mg Al Si

产生相似性的原因 : 是由于它们的离子极化力相近的缘故。

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2. 锂与镁的相似性：•单质与氧作用生成正常氧化物；•氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；•氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；•氯化物均能溶于有机溶剂中；•碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。

作业 (666页 ) ： 2 、 4 、 5 、 6 、 11 、 12 、 13