主族元素

主族元素及其化合物授课内容•s区元素及其化合物•P区元素(一)•P区元素(二)•P区元素(三)构建化学知识的基本方法化学知识的积累和构造感性认识理性认识现象反应物质性质结构化学知识的掌握和应用学习《无机化学》课程的参考书《无机化学》（上、下册）高教出版社第三版武汉大学吉林大学等校编《无机化学》（上、下册）高教出版社第四版北师大、华师大等主编《无机化学》高教出版社（第四版）大连理工大学无机化学教研室编《现代基础化学》化学工业出版社第一版朱裕贞顾达黑恩成主编s区元素概述碱金属(IA)：ns1Li,Na,K,Rb,Cs,Fr碱土金属(IIA)：ns2Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra都是活泼金属。碱金属和碱土金属价电子层构型：ns1+1碱金属ns2+2碱土金属1.主要特征：①单质金属的活泼性；②氢氧化物的强碱性；③两族元素之间盐类物质溶解度的差异性1.易与H2直接化合成MH、MH2离子型化合物；2.与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物；3.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。碱金属和碱土金属通性：原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大碱金属和碱土金属元素性质的变化规律单质的物理性质和化学性质NaLiK1.物理性质BeMgCaSrBaRbCs单质的物理性质和化学性质单质的物理性质：有金属光泽密度小硬度小熔点低s区单质的熔点变化导电、导热性好单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2BeOMgOCaOSrOBaO2Li2ONa2O2KO2•与氧、硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物。2.化学性质镁带的燃烧与氧的反应：①正常氧化物(O2―)M+O2②过氧化物(O22―)③超氧化物(O2―)2Li+1/2O2Li2OM+1/2O2MO(M为碱土金属)M+O2M2O2过氧化物（M为碱金属除Li外）M+O2MO2(M=K,Rb,Cs)与卤素的反应：IAM+1/2X2MXMX为无色立方晶体，Cs(Cl,Br,I)为CsCl型其余在常温下均为NaCl型。IIAM+X2MX2MX2为离子型化合物，但BeF2键的离子性较弱。MF2难溶于水（M=Mg,Ca,Sr,Ba）溶解度：MgF2CaF2SrF2BaF2与水作用LiNaKCa2M+2H2O→2MOH+H2(g)氢氧化物水溶液碱性强弱的判断：M++OH―碱式离解M―O―HMO―+H+酸式离解φ——中心离子的离子势z——中心离子的电荷数r——中心离子的半径(pm)0.220.22~0.320.32M(OH)n碱性两性酸性Mn+的价电子层为8电子构型rz与液氨的作用(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+++-+→氢化物s区元素的化合物配合物重要盐类及其性质氢氧化物氧化物s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。LiHNaHKHRbHCsHNaCl-90.4-57.3-57.7-54.3-49.3-4411.均为白色晶体，热稳定性差/kJ·mol-1fHm△氢化物2.还原性强钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH2++242H4NaClTiTiCl4NaH+++剧烈水解：(g)HMOHOHMH22++(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222++V)23.2)/H(H(2--E3.形成配位氢化物3LiCl]Li[AlHAlCl4LiH43++（无水）乙醚铝氢化锂]Li[AlH4受潮时强烈水解23244HAl(OH)LiOHO4HLiAlH+++1.形成三类氧化物622p2s2s1稳定性:O2-O2-O22-42p4p22p222s22s)()()()()(**ππσσσKK正常氧化物(O2-)：过氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)32p4p22p222s22s)()()()()(**ππσσσKK氧化物重要盐类及其性质1.晶体类型：绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤化物有一定的共价性。例如：Be2+极化力强，BeCl2已过渡为共价化合物。离子性增强重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔点/℃：4157147758749622.一般无色或白色3.溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小。4.热稳定性：较高。重要盐类及其性质•硝酸盐热稳定性差。•碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强。BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3T分/℃＜10054090012901360稳定性M2CO3＞MCO32-O[]M2+OCO重要盐类及其性质LiBeBCNaMgAlSi1.对角线规则：ⅠA族的Li与ⅡA族的Mg，ⅡA族的Be与ⅢA族的Al，ⅢA族的B与ⅥA族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。锂、铍的特殊性对角线规则•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。2.锂与镁的相似性：对角线元素性质相似原理LiBeBCNaMgAlSirzφ——中心离子的离子势z——中心离子的电荷数r——中心离子的半径(pm)元素原子在化合物中的离子势相似！化学之窗——Na+，K+，Mg2+，Ca2+的生理作用Na+，K+，Mg2+，Ca2+四种离子占人体中金属离子总量的99％。对高级动物来说，钠钾比值在细胞内液中和细胞外液中有较大不同。在人体血浆中：c(Na+)≈0.15mol/L，c(K+)≈0.005mol/L；在细胞内液中：c(Na+)≈0.005mol/L，c(K+)≈0.16mol/L。Na+，K+，Mg2+，Ca2+的生理作用这种浓度差别决定了高级动物的各种电物理功能——神经脉冲的传送、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、渗透压的调节等。由于钠在高级动物细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因此对动物来说钠是较重要的碱金属元素，而对植物来说钾是较重要的碱金属元素。其主要症状是：口渴、恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等，严重时会导致死亡。人可以从肉、奶等食物中获取一定量的钠，从果实、谷类、蔬菜等食物中吸取适量的钾。神经细胞、心肌和其他重要器官功能都需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。在胚胎中的钠钾比值与海水中十分接近，这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于海生有机体的直接证明之一。食盐不足量——缺钠症：钾元素对植物的影响植物对钾的需要同高级动物对钠的需要一样，钾是植物生长所必需的一种成分。植物体通过根系从土壤中选择性地吸收钾。钾同植物的光合作用和呼吸作用有关，缺少钾会引起叶片收缩、发黄或出现棕褐色斑点等症状。镁占人体重量的0.05％，人体内的镁以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余分布在软组织和体液中，Mg2+是细胞内液中除K+之外的重要离子。镁是体内多种酶的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重要作用。若缺镁会导致冠状动脉病变，心肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩等症状。成年人每天镁的需要量为（200~300）mg。Mg2+在人体中的生物效应钙对于所有细胞生物体都是必需的。无论在肌肉、神经、粘液和骨骼中都有Ca2+结合的蛋白质。钙占人体总重量的1.5~2.0％，一般成年人体内含钙量约为1200g，成年人每天需要钙量为（0.7~1.0）g。钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，一般为羟基磷酸钙Ca5(PO4)3OH，占人体钙的99％。在血中钙的正常浓度为每100mL血浆含（9~11.5）mg，其中一部分以Ca2+存在，而另一部分则与血蛋白结合。发生出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与缺钙有关。Ca2+在人体中的生物效应钙有许多重要的生理功能，钙和镁都能调节植物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律，血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋，如血钙降低，则引起兴奋性增强，而产生手足抽搐（即“抽风”）。钙对体内多种酶有激活作用，钙还参与血凝过程和抑制毒物（如铅）的吸收；它还影响细胞膜的渗透作用。人体缺钙：将影响儿童的正常生长，或出现佝偻病；对成年人来说，则患软骨病，易发生骨折并发生出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与缺钙有关。Ca2+在人体中的生物效应铍和钡的毒性铍的化合物是有毒的，早在20世纪60年代就有报导，铍与砷一样，能与核酸生成配合物，在人体器官中积聚足够多时就可能导致癌变。可溶性铍盐特别是BeF2接触皮肤时，会使皮肤发炎。可溶性钡盐的毒性是刺激肌肉，对心脏的毒害很重，能引起心室的纤维性抖动。BaCl2的致命量为（0.1~1.0）g。溶解度很小的BaCO3在胃酸作用下可转化为BaCl2，所以它也是不能随意放置的毒品。铍、钡的毒性可能是这两种离子取代了体内的Ca2+和Mg2+所致。p区元素(一)碳族元素硼族元素p区元素概述p区元素概述①第二周期元素具有反常性(只有2s,2p轨道)•形成配合物时，配位数最多不超过4；•第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键键能(kJ/mol-1)E(N-N)=159E(O-O)=142E(F-F)=141E(P-P)=209E(S-S)=264E(Cl-Cl)=199p区元素性质的特征•各族元素性质由上到下呈现二次周期性②第四周期元素表现出异样性(d区插入)EV458.1)/ClClO(23-V513.1)/BrBrO(23-EV209.1)/IIO(23-EV226.1)/ClOClO(34--E例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。EV60.1)/IOIOH(365-EV763.1)/BrOBrO(34--③最后三个元素性质缓慢地递变K+Ca2+Ga3+Ge4+As5+r/pm13399625347Rb+Sr2+In3+Sn4+Sb5+r/pm148113817162Cs+Ba2+Tl3+Pb4+Bi5+r/pm169135958474(d区、f区插入)价电子构型：ns2np1-5例如：氯的氧化数有+1，+3，+5，+7，-1，0等。惰性电子对效应：同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定。多种氧化数例如：Sn(II)Sn(IV)价电子结构分别为[Ne]3s2，[Ne]Pb(II)Pb(IV)价电子结构分别为[Xe]6s2，[Xe]•电负性大，形成共价化合物惰性电子对效应：硼族元素铝的化合物硼的化合物硼族元素的单质硼族元素概述硼族元素概述硼族(ⅢA)：B，Al，Ga，In，Tl价电子构型：ns2np1缺电子原子：价电子数价层轨道数缺电子化合物：成键电子对数价层轨道数例如：BF3，H3BO3。注意：HBF4不是缺电子化合物。ClClAlClClClClAl缺电子化合物特点：b.易形成双聚物Al2Cl6HFBF3a.易形成配位化合物HBF4硼族元素的一般性质•B为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属•氧化态：B，Al，Ga：（+3）In：（+1，+3）Tl：（+1）•最大配位数：B：4例：HBF4其它：6例：Na3AlF6硼族元素的单质硼铝镓铟硼的单质同素异形体：无定形硼，晶形硼棕色粉末,黑灰色化学活性高，硬度大熔点，沸点都很高。正二十面体结构单元菱形硼的12B-硼的化合物1.硼的氢化物硼烷分类：BnHn+4和BnHn+6例：B2H6B4H10乙硼烷丁硼烷有CH4，但无BH3最简单的硼烷：B2H6其结构并非如右图所示：HHBBHHHH硼烷的结构B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。（氢桥）记作：HHBBHHHH要点：B的杂化方式，三中心两电子键（3c-2e）、硼氢桥。硼烷的性质①自燃高能燃料，剧毒②水解含硼化合物燃烧火焰呈现绿色O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB232262+