第十四章_主族元素.

第十四章主族元素§14.1元素的发现、分类及其在自然界的存在一、元素在自然界的分布地球的组成6470km，地核、地幔和地壳地壳中元素的丰度（含量）普通元素和稀有元素§14.1元素的发现、分类及其在自然界的存在一、元素在自然界的分布我国矿产资源的特点：我国钨、稀土、锑、锂、钒等稀有金属储量占世界首位，其中钨的储量占世界其它各国已知总量的3倍多，稀土为4倍多，锑占世界储量的44%;优质富铁矿较少稀有元素不稀有，丰产元素不丰富三、周期表中元素的分类金属和非金属金属：金属、准金属非金属：非金属和稀有气体亲氧元素和亲硫元素元素在元素周期表的变化规律:（1）同一主族元素自上而下金属性增强，非金属性减弱（2）同一周期自左向右金属性减弱，非金属性递增四、元素在自然界中的存在形式单质和化合物活泼和较活泼的元素主要以化合物形式§14.2主族元素的通性一、单质的通性1、价电子构型和氧化数主族元素的氧化数的规律:（1）一般规律多数氧化态相当于原子在形式上取得ns2np6或(n-1)d10的“满层”电子构型所得、失的电子数。（2）其他情况A、只失np保留ns电子，成为（18+2）电子构型阳离子；B、其它p区元素有可变的氧化态，特点：差值为+2。§14.2主族元素的通性一、单质的通性2、成键特征s区元素形成化合物时，除Li和Be外，都以离子键结合p区元素以共价键为主§14.2主族元素的通性IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0H2分子H2分子He分子Li金属Be金属B近原子C金刚石,原子石墨,层状N2分子O2分子F2分子Ne分子Na金属Mg金属Al金属Si原子P分子,层状S分子,链状Cl2分子Ar分子K金属Ca金属Ga金属Ge原子As分子,层状Se分子,链状Br2分子Kr分子Rb金属Sr金属In金属Sn原子,金属Sb分子,层状Te链状I2分子Xe分子Cs金属Ba金属Tl金属Pb金属Bi层状,近金属Po金属AtRn分子一、单质的通性3、晶体类型一、单质的通性3、晶体类型同周期s及p区元素，从左到右，由典型的金属晶体过渡到分子晶体，中间为原子、层状或链状结构。同一主族，s区除氢外都是金属晶体，0族和VIIA族都是分子晶体，其余各族从上到下由分子或原子晶体向金属晶体变化。晶体结构变化的规律性，决定了单质物理性质变化的规律性。同素异形体有不同的物理性质。同种晶格，结点上的粒子不同，物理性质明显差异，特别表现在密度、硬度、熔点和沸点等方面。元素原子结构的周期性变化决定了单质化学性质的周期性递变非金属单质的晶体结构金属晶体三类：由一个或两个原子组成的小分子物质；多原子分子；巨型分子物质单质的存在状态各异，有气态、液态和固态三种。思考：单质的物理性质主要与什么因素有关？答：单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子结构或晶体结构具有一定的规律性，因此单质的物理性质也有一定的规律性。§14.2主族元素的通性二、单质的物理性质二、单质的物理性质单质的熔点、沸点和硬度概述单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势，即熔点高的单质其沸点一般也高，硬度也较大。第2、3周期元素的单质从左到右，逐渐升高，第四主族的元素最高，随后降低；第4、5、6周期元素的单质从左到右，逐渐升高，第六副族的元素最高，随后总趋势是逐渐降低。即：高熔点、高硬度单质集中在中部，其两侧较低。§14.3S区元素一、氢二、碱金属和碱土金属的通性三、碱金属和碱土金属元素及其重要化合物一、氢HydrogenH氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.······一、氢的性质1.单质氢(1)物理性质:H——H：无色无臭气体。m.p:-259.14℃;b.p：-252.8℃;临界温度33.19K，临界压力12.98大气压，气体密度0.0899克/升；273K时，1dm3水溶解0.02dm3H2;稍溶于有机溶剂。分子量最小。分子间作用力弱，所以难液化，20K时才液化。密度最小，故常用来填充气球。（2）化学性质:常温常压下不活泼，但特殊条件下反应迅速进行。:形成离子键:KH,NaH,CaH2.离子型氢化物:H-氢的成键特征:由于氢的电子结构:1s1，且电负性为x=2.2，与其他元素的原子化合时，有以下几种成键情况:形成共价键:a.形成非极性共价键:如H2单质,表现0氧化态.b.形成极性共价键:与非金属的元素的原子化合:HCl，HBr，H2O等，表现“+1”氧化态.氢键：在含有强极性键的共价氢化物中（例H2O，HF，HCl，NH3中）由于氢原子与一个电负性很强的原子相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的原子使氢变成近乎裸露的H+，可以与另一个电负性高，有孤对电子的原子形成氢键。i.与卤素反应：H2+F2→2HF（低温，暗处，爆炸，激烈）H2+Cl2→2HCl（光照，点燃，才能反应）H2+Br2→2HBr（光照，点燃，才能反应）H2+I22HI（高温反应，且可逆）ⅱ.与氧反应：2H2+O2→2H2O注：H2在O2中安全燃烧生成H2O，温度可达到3273K，故可切、焊金属。爆炸混合物：H2：O2=2：1（体积比），或H2含量：4～74.2%（氢气—空气混合物）ⅲ.与金属氧化物、卤化物反应→制高纯金属CuO+H2→H2O+Cu（加热）Fe3O4+4H2→4H2O+3Fe（加热）WO3+3H2→3H2O+W（加热）TiCl4+2H2→4HCl+Ti（加热）爆炸极限ⅳ.与CO、不饱和烃反应：CO+2H2CH3OHCH2=CH2+H2CH3CH3有机反应ⅴ.与活泼金属反应：高温下：2Na+H22NaH制离子型氢化物方法Ca+H2CaH2结论：H2的化学性质以还原性为主要特征。ZnOCuPTcat,,K653K573~4232.氢的制备方法（1）实验室法：ⅰ.Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑（Fe）（H2SO4）ii.电解法：25%的KOH或NaOH电解液：阴极：2H2O+2e→H2↑+2OH-阳极：4OH--4e→O2↑+2H2Oⅰ.氯碱工业制H2：电解饱和食盐水：阴极：2H2O+2e→H2↑+2OH—阳极：2Cl—-2e→Cl2↑ⅱ.C还原水蒸气：C（s）+H2O（g）→H2↑+CO（水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。ⅲ.甲烷催化分解或水蒸气转化：ⅳ.烷烃脱H2：C2H6（g）→CH2=CH2+H2（2）工业制备方法二碱金属和碱土金属的通性碱金属(IA):ns1Li,Na,K,Rb,Cs,Fr（因其氢氧化物均为强碱而得名）1、碱金属与碱土金属的价层电子结构IA：ns1；IIA：ns2构成了s区元素碱土金属(IIA):ns2Be,Mg,Ca,Sr,Ba,RaCa,Sr,Ba氧化物性质介于碱金属和“土性的”难溶氧化物Al2O3等之间，所以称为碱土金属。2、元素性质（都是活泼金属）的递变规律：IA元素它们均很容易失去1e→M+（M+具有8e稳定结构，所以不易再失去电子。）金属活泼性从上到下增强（因为原子半径从上到下增大，电离能，电负性从上到下减小。）IIA族元素：比IA族元素多了一个电荷，所以核对外层2e吸引力增强，所以碱土金属半径小于碱金属，失电子能力小于IA族。但它们仍是相当活泼的金属元素，仅次于IA，常失去2e→M2+,金属活泼性从上到下增强。原因同上。二碱金属和碱土金属的通性原子半径增大电离能、电负性减小金属性、还原性增强IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa原子半径减小电离能、电负性增大金属性、还原性减弱图片Gc2-704-18.8Gc2-711-18.14LiNaKRbCsBeMgCaSrBa单质的外观特征：1.大多数情况下失去一个e或两个e→M+或M2+,形成稳定离子键.2.在某些特殊情况下，Li，Be,Mg,由于原子半径太小，电离能较高，所以的倾向增大，Li，Be，Mg,常表现出与本族元素性质不同的地方。四、Li，Be，Mg,的特殊性周期表中的斜线关系：对角线规则LiBeBCNaMgAlSi3、成键特征形成共价键二碱金属和碱土金属的通性4、碱金属和碱土金属的存在ⅠALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ⅡABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭主要矿物是钾石矿(KCl·MgCl2·6H2O)我国青海钾盐储量占全国96.8%主要以NaCl形式存在于海洋、盐湖和岩石中最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6)由于IA，IIA元素化学活泼性强，所以自然界中不能以单质存在，均以矿物形式存在。绿柱石：6323)(SiOAlBe大理石：3CaCO菱镁矿：3MgCOO2HCaSO24石膏：萤石：天青石：2CaF4SrSO4BaSO重晶石：由于IA，IIA元素化学活泼性强，所以自然界中不能以单质存在，均以矿物形式存在。5、碱金属和碱土金属的通性易与H2直接化合成MH，MH2离子型化合物；与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物；易与H2O反应（除Be、Mg外），与非金属作用形成相应的化合物。注：它们的活泼性有差异！三、碱金属和碱土金属元素及其重要化合物1.1单质的物理性质和化学性质1.2单质的制备1、单质的性质和制备1.1单质的物理性质和化学性质:（1）物理性质轻金属有金属光泽除Be呈钢灰色，铯Cs为淡黄色，其它都是银白色光泽密度小：硬度小：熔点低导电、导热性好s区单质的熔点变化a.IA、IIA除Be、Mg外均较软，可用刀子切割。b.Li、Na、K密度小于1，浮在水面上。（实验室Li保存在石蜡中，Na、K保存在煤油中）c.Cs具有光电效应，因为其表面电子活性极高，表面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管的阴极。d.IA金属能形成液态合金：例：Na-Hg齐合金：一种温和的还原剂；Na-K合金，比热高，被用于核反应堆的冷却剂。e.IA，IIA金属均具有光泽，良好的导电性，导热性，延展性，且IIA族金属m.p，b.p，密度，硬度均高于IA。因为IIA中为2个价电子金属键强。单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2BeOMgOCaOSrOBaOLi2ONa2O2KO2a.与氧、硫、氮、卤素等非金属反应，形成相应的化合物（2）单质的化学性质b.与水作用2M+2H2O→2MOH+H2（g）剧烈反应LiNaKCaCa+2H2O=Ca（OH）2+H2（放热）Ca、Sr、Ba与水反应较慢，因为它们的氢氧化物溶解度较小，覆盖在表面，缓和了反应进度。Be，Ｍｇ表面形成致密的保护膜,不与水反应。C.强还原性：TiCl4+4Na=Ti+4NaCl从氯化物中还原金属。ZrO2+Ca=Zr+2CaO从氧化物中还原金属。d.焰色反应：Ca、Sr、Ba及IA族金属的挥发性化合物在高温火焰中电子易被激发，当电子从较高能级到较低能级时，便以光形式释放能量，使火焰具有特征颜色。Li+红色Ca2+橙红色Na+黄色Sr2+洋红色K+,Rb+,Cs+紫色Ba2+绿色2、碱金属和碱土金属元素的重要化合物2.1氧化物2.2氢氧化物2.3重要盐类及其性质2.1氧化物（1）形成四类氧化物正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)稳定性:O2-O2-O22-臭氧化物(O3-)类型氧化数氧存在形式举例过氧化物O22-Na2O2CaO2超氧化物O2-KO2臭氧化物O3-KO3正常氧化物O2-Na2OCaO类型（2）氧化物的制备直接:间接:O2Na2NaONa222223NO6K10K2KNO(g)COMOMCOIIA233KOH（S）+3O3（g）——2KO3（S）+KOH·H2O（S）+1/2O2KO3桔红色，不稳定易分解：KO2+O2IIA2M+O2——2MO正常氧化物（3）氧化物的化学性质：除BeO为中性外，其它均为碱性氧化物?与H2O\稀酸的作用:22222222222222O2H2KO2O2HONaOHMOIIAOHOMIAOOHKOHOHNaOH（LiCs剧烈程度）（BeO、MgO除外）Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O22KO