导图社区 无机化学下册s区金属
无机化学下册s区金属的思维导图， 其中化合物有氧化物、氢氧化物、盐、配合物，还介绍了单质的知识，大家可以学起来哦。
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s区金属
化合物
氧化物
普通氧化物
制备
锂和碱土金属在空气中燃烧→Li₂O,MO
2𝑁𝑎+𝑁𝑎₂O₂→2𝑁𝑎₂𝑂
Na→Cs:2𝑀𝑁𝑂₃+10𝑀→6𝑀₂𝑂+𝑁₂↑
碱土金属的普通氧化物可从 其碳酸盐或硝酸盐热解制得
𝑀𝐶𝑂₃→𝑀𝑂+𝐶𝑂₂
𝑀(𝑁𝑂₃)₂→𝑀𝑂+2𝑁𝑂↑+3/2𝑂₂↑
酸碱性
𝐵𝑒𝑂为两性, 其余氧化物均为碱性
应用
𝐵𝑒𝑂,𝑀𝑔𝑂经过煅烧, 极难与水反应, 熔点很高, 是很好的耐火材料
纤维状𝑀𝑔𝑂有良好的耐热性, 绝缘性, 热传导性, 耐碱性, 稳定性, 经常用于各类复合材料的补强剂(提高其力学性能)
热稳定性: 𝑳𝒊₂𝑶>𝑵𝒂₂𝑶>𝑲₂𝑶>𝑹𝒃₂𝑶>𝑪𝒔₂𝑶)
过氧化物
𝐿𝑖₂𝑂₂: 𝐿𝑖𝑂𝐻∙𝐻₂𝑂与𝐻₂𝑂₂反应, 经减压、脱水获得
𝑁𝑎₂𝑂₂:除去𝐶𝑂₂的干燥空气与熔融的金属钠反应获得
𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠与氧气反应易得超氧化物, 需要在较低温度下, 将氧气通入这些金属的液氨溶液中制备对应的过氧化物
𝑀𝑔𝑂₂不能直接氧化获得, 只能在液氨溶液中制备
𝐶𝑎𝑂₂可用氯化钙, 过氧化氢, 氨水制备
𝑆𝑟𝑂₂,𝐵𝑎𝑂₂可利用其对应普通氧化物与氧气进一步反应制备
性质+应用
Na₂O₂
氧化剂,漂白剂,
与水或稀酸反应放出氧气: 可在防毒面具, 高空飞行器, 潜艇中用作二氧化碳吸收剂和供氧剂
BaO₂
与稀酸反应生成𝐻2𝑂2, 可为实验室临时提供过氧化氢
可用作供氧剂, 引火剂
稳定性
碱金属过氧化物, 𝐿𝑖2𝑂2最不稳定, 𝐶𝑠2𝑂2最稳定
𝑂₂²⁻尺寸较大, 与𝐿𝑖⁺尺寸不匹配, 与𝐶𝑠⁺尺寸匹配
超氧化物
𝑂₂通入𝑁𝑎,𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠的液氨溶液
𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠与过量𝑂₂反应(燃烧)
𝐶𝑎,𝑆𝑟,𝐵𝑎相应的过氧化物与𝐻₂𝑂₂在真空条件下加热
𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠的超氧化物与 𝐶𝑂2,𝐻2𝑂反应可放出氧气
2𝑀𝑂₂+2𝐻₂𝑂→𝐻₂𝑂₂+𝑂₂+2𝑀𝑂𝐻
4𝑀𝑂₂+2𝐶𝑂₂→2𝑀₂𝐶𝑂₃+3𝑂₂↑
半径较大的阳离子(𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠) 才能形成较稳定的超氧化物
键级较小，键能较小，稳定性较差
臭氧化物
𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠干燥的氢氧化物与𝑂₃在低温下反应
𝐾,𝑅𝑏,𝐶𝑠的液氨溶液中通入𝑂₃
臭氧化物与水反应放出氧气 4𝑀𝑂₃+2𝐻₂𝑂→4𝑀𝑂𝐻+5𝑂₂↑
碱金属臭氧化物在室温下放置 缓慢分解为超氧化物和氧气
氢氧化物
碱性强弱
𝑅−𝑂−𝐻规则
𝐵𝑒(𝑂𝐻)₂两性，𝐿𝑖𝑂𝐻,𝑀𝑔(𝑂𝐻)₂中强碱
其余碱金属和碱土金属的氢氧化物为强碱性
溶解度
同族从上到下逐渐增大
碱土金属氢氧化物较小，𝐵𝑒(𝑂𝐻)₂,𝑀𝑔(𝑂𝐻)₂难溶
工业上电解碱金属氯化物水溶液
盐
碱金属盐
溶解性
绝大多数碱金属盐易溶于水
少数难溶盐
锂盐(有共价键特征)𝐿𝑖𝐹,𝐿𝑖₂𝐶𝑂₃,𝐿𝑖₃𝑃𝑂₄等
大阴离子大阳离子的盐较难溶
𝑁𝑎[𝑆𝑏𝑂𝐻₆]六羟基锑酸钠
𝑲𝑪𝒍𝑶𝟒高氯酸钾
𝐾₂𝑃𝑡𝐶𝑙₆六氯合铂酸钾
水和盐
相当数量的碱金属能以水合盐的形式存在
𝐿𝑖⁺→𝐶𝑠⁺半径逐渐增大, 极化能力降低, 水合能力减弱
晶体类型
绝大多数为离子晶体
锂盐具有不同程度的共价性
形成复盐
光卤石𝑴𝑪𝒍∙𝑴𝒈𝑺𝑶₄∙𝟔𝑯₂𝑶(𝑀=𝐾,Rb,Cs)
矾盐𝑴₂𝑺𝑶₄∙𝑴𝒈𝑺𝑶₄∙𝟔𝑯₂𝑶(𝑀=𝐾⁺,𝑅𝑏⁺,𝐶𝑠⁺) 𝑴（𝑰）𝑵（𝑰𝑰𝑰）（𝑺𝑶₄）₂∙𝟏𝟐𝑯₂𝑶(𝑀𝐼=𝑁𝐻₄⁺,𝑁𝑎⁺→𝐶𝑠(𝑁𝐼𝐼𝐼=𝐴𝑙³⁺,𝐹𝑒³⁺,𝐶𝑟³⁺,𝐺𝑎³⁺)
锂离子半径小, 难以形成复盐
颜色
所有碱金属阳离子, 都在可见光区不吸光, 故无颜色
有颜色的碱金属盐, 其颜色源自抗衡阴离子(如电子盐, 高锰酸钾等)
水解性
除𝐿𝑖⁺外, 均难水解。锂盐水解:𝐿𝑖𝐶𝑙∙𝐻₂𝑂→𝐿𝑖𝑂𝐻+𝐻𝐶𝑙↑
热稳定性(较高)
卤化物高温挥发而不分解
硫酸盐高温既不挥发也不分解
碳酸盐难分解
硝酸盐热稳定性低4𝐿𝑖𝑁𝑂₃→2𝐿𝑖₂𝑂+2𝑁₂𝑂₄+𝑂₂,2𝑁𝑎𝑁𝑂₃→2𝑁𝑎𝑁𝑂₂+𝑂₂
碱土金属盐
碱土金属极化能力增强, 其盐类表现出一定的特殊性. 𝐵𝑒,𝑀𝑔盐的特殊性突出
较碱金属的同类盐, 溶解度更小. 其中不少是难溶盐
碱土金属碳酸盐, 磷酸盐, 草酸盐均难溶
碱土金属硝酸盐, 卤化物(除氟化物), 高氯酸盐, 乙酸盐易溶
硫酸盐, 铬酸盐溶解度差别较大
𝐵𝑒𝑆𝑂₄,𝐵𝑒𝐶𝑟𝑂₄易溶
𝐵𝑎𝑆𝑂₄,𝐵𝑎𝐶𝑟𝑂₄难溶
键型
离子键为主,𝐵𝑒的极化能力强, 形成共价键的倾向更大, 因此表现出与同族不同的化学性质
𝐵𝑒𝐶𝑙₂共价型化合物, 固体为链状, 气态为二聚分子
𝐵𝑒𝐶𝑙₂可溶于有机溶剂
𝐵𝑒𝐶𝑙₂∙4𝐻2𝑂→𝐵𝑒𝑂+2𝐻𝐶𝑙↑+3𝐻₂O
𝑀𝑔𝐶𝑙₂∙6𝐻₂𝑂→𝑀𝑔(𝑂𝐻)𝐶𝑙+𝐻𝐶𝑙↑+5𝐻2𝑂
𝑀𝑔(𝑂𝐻)𝐶𝑙→𝑀𝑔𝑂+𝐻𝐶𝑙↑
𝑀𝑔和𝐵𝑒的氯化物中 具有一定程度的共价键
热稳定性
由于碱土金属的极化能力强, 所以他们盐类的热稳定性较低
颜 色
碱土金属离子在晶体和水溶液中均无色
他们有颜色的盐源自阴离子
碳酸盐热稳定性
从𝐿𝑖→𝐶𝑠, 其碳酸盐热稳定性增加
从𝐵𝑒→𝐵𝑎, 热稳定性增加
碳酸氢盐热稳定性不如(正)碳酸盐
整体而言, 碱金属碳酸盐热稳定性较高(锂除外)
影响碳酸盐 热稳定性的因素
阳离子的(反)极化能力 (极化能力越强, 碳酸盐越不稳定)
也可用热力学进行解释 (碳酸盐和氧化物的晶格能大小比较)
焰色反应
原理
不同元素电子轨道不同
火焰激发了原子的电子使其跃迁至激发态, 激发态电子回到基态时, 放出不同颜色的光
举例
𝑁𝑎⁺:1𝑠²2𝑠²2𝑝⁶
利用火焰的能量, 2p轨道上一个电子, 激发到3p轨道
处于3p轨道上的电子不稳定返回3s能级, 并发出一个589nm 波长的光(黄色)
锂:红色,钠:黄色,钾:紫色, 铷:紫红色,铯:紫红色,铍:白色,镁:白色, 钙:橙红色,锶:深红色,钡:黄绿色
配合物
碱金属和碱土金属的阳离子均为硬酸, 与体积小电负性大的 硬碱容易结合, 通过库仑力组成配合物.
由于s区金属电子构型的特点, 其配合物的种类和数量比d区金属少得多.
s区金属大阳离子与单齿配体配位能力较弱 (库仑力作用弱且不能形成共价键), 一般仅能与多齿配体形成配合物
冠醚
冠醚因其外观想皇冠而得名 s区阳离子能与冠醚(大的单环多元醚)形成特殊配合物
冠醚特点:外部疏水(是碳),内部亲水(是氧)
影响冠醚配合物稳定性的因素
金属离子和冠醚孔径的相对尺寸
金属离子的电荷
碱土金属电荷更高, 静电力更强, 与相似直径的碱金属相比, 碱土金属的冠醚配合物稳定性更高
其他因素:溶剂极性, 冠醚取代基等
铍的配合物
铍具有特殊性, 可与 普通配体形成稳定配合物:
[𝐵𝑒𝐹₄]²⁻‣[𝐵𝑒𝐶𝑙₄]²⁻
[𝐵𝑒(𝑂𝐻)₄]²⁻,[𝐵𝑒(𝑁𝐻3)₄]²⁺
单质
基础性质
价电子构型𝑛𝑠¹, 失去1个电子后达到稳定结构 “碱”指这些金属的氧化物和氢氧化物具有较强的碱性
价电子构型𝑛𝑠²“土”性指氧化物难溶且难熔
原子和离子半径, 同周期从左到右依次减小； 同族从上到下金属原子和离子半径依次增大
第一电离能和电负性依次减小
铯等活泼金属常用来制作光电管
存在一些不常见的低氧化态, 如:𝐵𝑒+,𝐶𝑎+,𝑁𝑎−
从电极电势上看, 碱金属和碱土金的单质属均为强还原剂, 在自然界中只能以化合物的形式存在
光卤石𝐾𝐶𝑙∙𝑀𝑔𝐶𝑙₂∙6𝐻₂𝑂
方解石𝐶𝑎𝐶𝑂₃【石灰石、大理石主要成分】
(生)石膏𝐶𝑎𝑆𝑂₄∙2𝐻₂𝑂/ 熟石膏𝐶𝑎𝑆𝑂₄∙0.5𝐻₂𝑂
生石灰𝐶𝑎𝑂熟石灰𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂
重晶石𝐵𝑎𝑆𝑂₄
菱镁矿𝑀𝑔𝐶𝑂₃
碱金属和碱土金属的化合物, 多以离子型化合物为主
锂和铍化合物具有明显的共价型
第二周期, 半径小且为2电子构型（次级周期性）
有效核电荷大, 极化能力强
除𝑩𝒆(𝑶𝑯)₂具有两性外, 此两族金属的氢氧化物均为碱性
物理性质
熔点低, 硬度低, 轻金属, 能用刀切
铍和镁(较硬)
具有金属外观和良好的导电性
第一族从上往下随原子半径增大, 金属键强度降低, 硬度和溶沸点降低
第二族单质因有2个价电子参与成键且半径小, 其溶沸点和硬度普遍高于第一族
化学性质
活泼性强, 能同卤素, 氧气等其他活泼非金属反应
能与氢气, 水作用, 生成相应的离子型化合物
除锂和铍
Li⁺,𝐵𝑒²⁺极化能力很强, 其化合物的共价性更明显
氢化物
𝑁𝑎𝐻,𝐶𝑎𝐻₂为离子型氢化物
二氧化碳不能扑灭氢化钠引起的火灾 应用惰性固体（沙子等）灭火
二氧化碳会被被还原成可燃的一氧化碳等物质
氢化钙可用于除去溶剂或惰性气体中的痕量水，但不适用脱除大量水
该反应剧烈放热, 同时产生氢气
碱金属氢化物具有引火性，潮湿空气即可使氢化钠着火
𝐵𝑒𝐻₂,𝑀𝑔𝐻₂为过渡型氢化物 𝐿𝑖𝐴𝑙𝐻₄为复合型氢化物
碱(土)金属氢化物均为重要的还原剂
𝐻−的电子受原子核的吸引力很小, 很容易被极化, 也很容易失去电子, 因此表现出很强的活性.
碱金属氢化物与水接触时，放出氢气： 𝑵𝒂𝑯（𝒔）+𝑯₂𝑶（𝒍）→𝑵𝒂𝑶𝑯（𝒂𝒒）+𝑯₂（𝒈）
碱金属氢化物还能与液氨反应： 𝑵𝒂𝑯（𝒔）+𝑵𝑯₃→𝑵𝒂𝑵𝑯₂(𝒂𝒎)+𝑯₂(𝒈)
与水反应
从Li到Cs, 反应剧烈程度增加
Rb和Cs与水反应剧烈
第一电离能都很低
其密度大于水, 产生的氢气使水剧烈地分散开来
从𝜑(𝐿𝑖⁺/𝐿𝑖)=−3.04𝑉, 比其他碱金属都负看, Li与水的反应, 应该很剧烈，实际上Li与水反应很惰性
锂的溶点比钠和钾高, 反应产生的热不足以熔化锂, 减小了其与水的接触面积
𝐿𝑖⁺的水合半径大, 在水溶液中移动缓慢, 难以扩散到溶液本体, 造成局部𝐿𝑖⁺浓度太大, 从而降低反应速度
反应生成的𝐿𝑖𝑂𝐻容易包覆在金属表面, 形成钝化膜
溶于液氨
碱金属和碱土金属(除铍/镁外)均溶于液氨, 形成具有导电性的蓝色溶液, 蓝色源自氨合电子的阴离子
保存
碱金属保存在无水煤油中
锂密度小 需保存在石蜡中
碱土金属无需特殊保存
铍和镁表面形成致密的氧化物薄膜
对角线规则
Li-Mg
在空气中燃烧, 均生成普通氧化物(𝐿𝑖₂𝑂,𝑀𝑔𝑂), 不生成过氧化物
加热时直接与氮气反应生成氮化物(𝐿𝑖₃𝑁,𝑀𝑔₃𝑁₂), 其他不反应
氟化物, 碳酸盐, 磷酸盐均难溶于水或微溶于水
水合锂/镁氯化物受热水解, 产物为𝐿𝑖𝑂𝐻,𝑀𝑔(𝑂𝐻)𝐶𝑙(𝑜𝑟𝑀𝑔𝑂)
锂可直接与碳生成𝐿𝑖₂𝐶₂, 镁与碳生成𝑀𝑔₂𝐶₃
锂, 镁氯化物均溶于有机溶剂, 表现出共价型化合物的特点
Be-Al
氧化物和氢氧化物均为两性
𝐵𝑒𝐶𝑙₂,𝐴𝑙𝐶𝑙₃为共价化合物, 易生成二聚体, 易升华, 易溶于有机溶剂, 其他碱土金属氯化物为离子型化合物, 熔融可导电
可被冷硝酸钝化表面, 其他碱土金属不被钝化
氧化物具有高硬度、高熔点的特点
B-Si
均为半导体非金属
均形成酸性氧化物𝐵₂𝑂₃,𝑆𝑖𝑂₂
均可形成多种氧化物的聚合结构和玻璃
均可形成易燃的, 气态的氢化物
