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s区和p区元素第八章1.掌握s区(碱金属、碱土金属)和p区(卤素、氧族元素、氮族元素、碳族和硼族元素)元素结构和性质递变规律。2.熟悉单质及重要化合物结构和性质本章教学要求重点内容:s区和p区元素结构和性质递变规律;常见化合物结构和性质8.1s区元素8.2p区元素本章主要内容至今人类已发现的元素多达118种,已正式命名的元素有109种,在自然界存在的元素为91种,非金属元素仅为22种。元素化学是无机化学的中心内容元素化学结构性质制备用途元素化学的研究内容s区元素最后一个电子填充在s能级上的元素,包括碱金属、碱土金属元素和氦。最后一个电子填充在p能级上的元素,包括一般非金属元素、最活泼的非金属元素、活泼性稍小的金属元素和两性元素。p区元素8.1碱金属和碱土金属的化合物S区元素在周期表中的位置碱金属和碱土金属是周期表IA族和IIA族元素。IA族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素。它们的氧化物溶于水呈强碱性,所以称为碱金属。IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种金属元素。由于钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性”和“土性”(以前把粘土的主要成分Al2O3称为“土”)之间,所以称为碱土金属。HumphryDavy1778—1829英国化学家1807年,戴维电解熔融的KOH、NaOH得到金属钾和钠。同年,他用电解硼酸或用金属钾还原硼酸的方法制备出了硼。1808年,他给用电解法制备的汞齐加热(蒸馏法提取汞)制得了钙、锶、钡、镁等碱土金属。FriedrchWohler1800一1882德国化学家1828年,维勒制得了铍。原子半径减小;金属性、还原性减弱;电离能、电负性增大LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa碱金属碱土金属原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小8.1.1概述8.1.2单质●都是活泼的金属●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8.1.2.1单质的物理性质和化学性质单质的物理性质BeMgCaSrBaLiNaKRbCs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。金属钠单质的化学性质1)与氧、硫、氮、卤素反应,形成相应的化合物Gc2-706-18.12Li2ONa2O2KO2镁带的燃烧Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2BeOMgOCaOSrOBaO2单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物镁与二氧化碳反应在高温时碱金属和碱土金属还能夺取某些氧化物中的氧。如镁可使CO2中的碳还原成单质。2)与水作用碱金属与水的反应为:2M(s)+2H2O(l)→2M+(aq)+2OH-(aq)+H2(g)LiNaKCaM(s)+2H2O(l)→M+(aq)+2OH-(aq)+H2(g)碱土金属与水的反应为钙、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。钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈,过程中生成的氢气能自燃.碱金属单质的某些典型反应MM2O(M=Li)M2O2(M=Na)MO2(M=K,Rb,Cs)O2M2CO3O2+CO2MOH+H2H2O碱土金属单质的某些典型反应M(OH)2+H2(M=Ca,Sr,Ba)MMO,MO2(M=Ba)O2NaOHHMO2-+H2(M=Be)H2O8.1.3氧化物多样性(三种氧化物)普通氧化物(O2-)622p2s2s142p4p22p222s22s)(π)(π)()()(**σσσKK32p4p22p222s22s)(π)(π)()()(**σσσKK过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)普通氧化物在空气中燃烧时,只有锂生成氧化锂(白色固体)。其他碱金属的氧化物M2O必须采取间接的方法来制备。间接与H2O的作用22MOHO2MOH(Li2OCs2O反应剧烈程度)碱土金属在室温或加热条件下,能与氧气直接化合而生成氧化物MO,MO也可以从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制得。323222CaCOCaOCO2Sr(NO)2SrO4ONO碱土金属氧化物都是白色固体,除BeO外,均为离子化合物。从Be到Ba,氧化物的硬度↓,熔点除BeO外↓。过氧化物22232423NaOCrO2NaCrO+NaO22224NaOMnONaMnONa2O2在碱性介质中具有强氧化性:熔矿剂;遇棉花、炭粉爆炸453573K224NaO2NaO573673K22222NaOO2NaO22222OH2NaOHO2HONa22222HO2HOO(g)22424222OHSONaSOHONaNa2O2具有强碱性:腐蚀玻璃、瓷制器皿。Na2O2与水和稀硫酸反应产生H2O2超氧化物K、Rb、Cs在过量氧气中燃烧可形成超氧化物22MOMO具有强氧化性222222MO2HO2MOHHOO222324MO2CO2MCO3O22424222MOHSOMSOHOO供O2、急救8.1.4氢氧化物●易吸水溶解●具有强碱性2422Al2NaOH+6HO2Na[Al(OH)]+3H2232Si2NaOH+HO2NaSiO+2H2232SiO2NaOHNaSiO+HO溶解度的变化LiOHNaOHKOHRbOHCsOHBe(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2增大增大减小碱性的变化LiOHNaOHKOHRbOHCsOHBe(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2增强增强判断碱性强弱的半定量公式rZ==阳离子半径阳离子电荷f离子势f1/20.33,金属氢氧化物显酸性0.33f1/20.22,金属氢氧化物显两性f1/20.22,金属氢氧化物显碱性重要盐类:卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐绝大多数是离子型晶体,但锂和铍的某些盐有一定的共价性。由于Be2+极化能力强,BeCl2的共价性非常明显.8.1.5盐类BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔点/℃405714782876962离子性增强晶型颜色一般无色或白色溶解性草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的,因此,在重量分析中可用它来测定钙。碱金属和碱土金属碳酸盐溶解度的差别也常用来分离Na+、K+和Ca2+、Ba2+。碱金属盐类一般易溶于水,并在水中完全电离碱土金属盐类除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外,其余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等均难溶。焰色反应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。可用来鉴定化合物中某元素的存在,在军事上用做信号弹,民间用于焰火。元素LiNaKCaSrBa颜色深红黄紫橙红深红黄绿波长/nm670.8589.2766.5714.9687.8553.5热稳定性碱金属的卤化物在高温时挥发而难分解;碱金属的硫酸盐在高温下既难挥发,又难分解碱金属的硝酸盐热稳定性较低,在一定温度可分解碱土金属的卤化物、硫酸盐对热也较稳定碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低盐类的应用硝酸钾:在空气中不吸潮,在加热时有强氧化性,用来制造黑火药。硝酸钾还是含氮、钾的优质化肥。氯化镁:通常以MgCl2·6H2O形式存在,它能水解为Mg(OH)Cl,氯化镁易潮解,普通食盐的潮解就是其中含有氯化镁之故。纺织工业中用氯化镁保持棉纱的湿度而使其柔软。氯化钙:无水CaCl2有很强的吸水性,是常用的干燥剂。但不能用于干燥NH3气和乙醇。氯化钙和冰的混合物是实验室常用的致冷剂。Na2SO4·10H2O:俗称芒硝,是一种较好的相变贮热材料的主要组分。无水硫酸钠俗称元明粉,大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中。BaSO4:唯一无毒的钡盐,医疗诊断中用作肠胃系统的X射线造影剂—“钡餐”。MgSO4:微溶于醇,不溶于乙酸和丙酮,用作媒染剂、泻盐,也用于造纸、纺织、肥皂、陶瓷、油漆工业。8.1.6对角线规则在周期表中,除了我们常说的族和周期的规律性外,还会出现某一小块区域的规律性.例如,在第2周期和第3周期开头几个元素间出现的相似性,称为对角线规则。LiBeBCNaMgAISi第2周期的Li、Be、B3种元素和其右下脚第3周期的Mg、Al、Si3种元素及其化合物的性质有许多相似之处.p区元素在周期表中的位置8.2p区元素8.2.1p区元素概述●唯一同时包括金属和非金属元素的一个区●包括“不活泼的单原子气体—稀有气体”●无机非金属材料库:C—C复合材料,人造金刚石,半导体硅,分子筛(铝硅酸盐),高能燃料(N2H4)●有毒的小元素群P区元素的化学性质以其多样性为特点纳米半导体材料太阳电池材料光子带隙材料硅单晶材料分子筛碳-碳复合材料高能燃料人造金刚石8.2.2卤素的化合物8.2.2.1卤素概述卤素FClBrI价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5共价半径(pm)6499114133电负性4.003.162.962.66第一电离能(kJ/mol)1681125111401008电子亲和能(kJ/mol)-328-349-325-295氧化数-1-1,+1,+3,+5,+7卤素的性质变化8.2.2.2卤素单质卤素F2Cl2Br2I2聚集态气态气态液态固态颜色浅黄黄绿红棕紫分子间力小大卤素单质的物理性质卤素单质的化学性质1)氧化还原性卤素F2Cl2Br2I22.871.361.070.54X2氧化性强弱X-还原性弱强20/()XXV氧化性最强的是F2,还原性最强的是Iˉ222X2HO4HXO氧化反应:2)与H2O反应22XHOHXOHX歧化反应:剧烈程度:F2Cl2Br2剧烈程度:Cl2Br2I2卤素HFHClHBrHI分子极性大小熔点低高(HF除外)沸点低高(HF除外)分解温度高低键能大小酸性弱强8.2.2.3氢卤酸卤化氢的水溶液氢氟酸能腐蚀玻璃:SiO2+4HF=SiF4+2H2OCaSiO3+6HF=CaF2+SiF4+3H2O氢氟酸需保存在铅制容器、塑料瓶(如聚四氟乙烯)中。8.2.2.4卤素的重要含氧酸主要生成四种类型的含氧酸+1HXO次卤酸+3HXO2亚卤酸+5HXO3卤酸+7HXO4高卤酸次卤酸HClOHBrOHIO酸性强弱氧化性强弱稳定性大小次卤酸2HClOHClO22光重要的反应OHNaClNaClONaOHCl22冷卤酸HClO3HBrO3HIO3酸性强弱氧化性强弱稳定性小大卤酸重要的反应2-32-3Cl2IOI2ClO10HCl2HIOO6HI5Cl3222紫红色消失棕黄色不消失水紫红棕黄水22242--Cl)(I)(BrCClClIBr鉴定I-、Br-混合溶液重要卤酸盐—KClO3KClO3与C12H22O11的混合物的火焰火柴头中的氧化剂(KClO3)KCl3KClO4KClO43小火加热2MnO33O2KCl2KClO2强氧化性:与各种易燃物混合后,撞击爆炸着火卤酸HClO4HBrO4H5IO6酸性强弱氧化性,稳定性均为强氧化剂,稳定性好高卤酸重要的反应2--564325HIO2Mn2MnO5IO+7HO11H重要的高卤酸盐—高氯酸盐高氯酸盐大多易溶于水,但K+、NH4+、Cs+、Rb+的高氯酸盐的溶解度都很小。KClO4稳定性好,用作炸药比KClO3更稳定。Mg(ClO4)2,Ca(ClO4)2可用作干燥剂NH4ClO4:现代火箭推进剂氯的含氧酸性质比较次卤酸HClOHClO2HClO3HClO4酸性弱强氧化性强弱稳定性小大(除HClO2)8.2.3氧族元素化合物性质氧硫硒碲钋元素符号OSSeTePo元素非金属半金属金属原子序数816345284价电子层结构2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4主要氧化数-2,-1-2,+2,+4,+6-2,+2,+4
本文标题:s区,p区元素.
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