第十二章s区元素

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1、Inorganic Chemistry武汉科技学院化学工程学院武汉科技学院化学工程学院College of Chemical Engineering一、单选题一、单选题 1、重晶石的化学式是（p391）A、BaCO3 B、BaSO4 C、 Na2SO4 D、Na2CO32、下列碳酸盐，溶解度最小的是 (p388)A、 NaHCO3 B、 Na2CO3 C、Li2CO3 D、 K2CO3(由于Li+半径很小，极化力较强，它的某些盐表现出不同程度的共价性)3、NaNO3受热分解的产物是（p389）A、Na2O，NO2，O2 B、NaNO2，O2C、NaNO2，NO2，O2 D、Na2O，NO，O2

2、 4、下列哪对元素的化学性质最相似 (p395) A、 Be 和Mg B、Mg 和Al C、Li 和Be D、 Be 和和Al 5、下列元素中第一电离能最小的是 (p373) A、 Li B、 Be C、Na D、 Mg6、下列最稳定的氮化物是(p378) A、 Li3N B、 Na3N C、K3N D、 Ba3N27、下列水合离子生成时放出热量最少的是 A、Li+ B、 Na+ C、 K+ D、 Mg2+8、下列最稳定的过氧化物是 A、Li2O2 B、 Na2O2 C、 K2O2 D、 Rb2O29、下列化合物中键的离子性最小的是 (p387) A、 LiCl B、 NaCl C、 KCl

3、D、 BaCl2 10、下列碳酸盐中热稳定性最差的是(p389-390) A、 BaCO3 B、CaCO3 C、 K2CO3 D、 Na2CO311、下列化合物中具有顺磁性的是(p382 385) A、 Na2O2 B、 SrO C、 KO2 D、 BaO2 12、关于s 区元素的性质下列叙述中不正确的是 A、 由于由于s 区元素的电负性小，所以都形成典型的离子型化区元素的电负性小，所以都形成典型的离子型化合物合物 B、 在s 区元素中，Be、 Mg 因表面形成致密的氧化物保护膜而对水较稳定 C、 s 区元素的单质都有很强的还原性 D、 除Be、 Mg 外，其他s 区元素的硝酸盐或氯酸盐都可做

4、焰火材料13、关于Mg , Ca , Sr , Ba 及其化合物的性质下列叙述中不正确 的是 A、 单质都可以在氮气中燃烧生成氮化物M3N2 B、 单质都易与水、水蒸气反应得到氢气单质都易与水、水蒸气反应得到氢气(p378) C、M(HCO3)2 在水中的溶解度大于MCO3 的溶解度 (p392) D、这些元素几乎总是生成+2 价离子 二、是非题二、是非题(判断下列各项叙述是否正确，对的在括号中填“”错的填“”)1、因为氢可以形成H+，所以可以把它划分为碱金属。 （ ） 2、铍和其同组元素相比离子半径小极化作用强所以形成键具有较多共价性。（p374） （ ） 3、在周期表中，处于对角线位置的元

5、素性质相似，这称为对角线规则。 （ ） 4、碱金属是很强的还原剂所以碱金属的水溶液也是很强的还原剂 （ ） 5、碱金属的氢氧化物都是强碱性的(p386) （ ） （LiOH中等强度）6、氧化数为+2的碱土金属离子在过量碱性溶液中都是以氢氧化物的形式存在 （ ） （Be(OH)2两性）7、碱金属和碱土金属很活泼，因此在自然界中没有它们的游离状态 （ ） 8、CaH2便于携带，与水分解放出H2， 故野外常用它来制取氢气(p382) （ ）9、碱金属的熔点、沸点随原子序数增加而降低可见碱土金属的熔点沸点也具有这变化规律 （p373） （ ）10、由Li至Cs的原子半径逐渐增，所以其第一电离能也逐渐增

6、大 (p373) （ ） 11、碳酸及碳酸盐的热稳定性次序是 （ ） NaHCO3Na2CO3H2CO3。(p430)碳酸盐受热分解的难易程度与阳离子的极化作用碳酸盐受热分解的难易程度与阳离子的极化作用有关。阳离子对有关。阳离子对CO32-离子的极化作用，使离子的极化作用，使CO32-不稳定不稳定以致分解，极化作用越大越易分解。以致分解，极化作用越大越易分解。H+（质子）的极（质子）的极化作用超过一般金属离子，所以有下列热稳定性顺序：化作用超过一般金属离子，所以有下列热稳定性顺序：M2CO3MHCO3H2CO3p430另外一种解释另外一种解释三、填空题三、填空题1、锂应保存在 液态石蜡 中，钠

7、和钾应保存在 煤油 中。2、在s 区金属中熔点最高的是 Be ，熔点最低的是 Cs ，密度最小的是 Li ，硬度最小的是 Cs 。3、周期表中处于斜线位置的B 与Si、 Be 与Al 、 Li 与Mg 性质十分相似，人们习惯上把这种现象称之为斜线规则或对角线规则。4、给出下列物质的化学式(1) 萤石 CaF2 ；(2) 生石膏 CaSO42H2O ；(3) 天青石 SrSO4 ；(4) 方解石 CaCO3 ；(5) 光卤石 KClMgCl26 H2O ；(6) 智利硝石 NaNO3 ；(7) 芒硝 Na2SO410H2O ；（8） 纯碱 Na2CO3 ；5、Be(OH)2 与Mg(OH)2 性

8、质的最大差异是 Be(OH)2 具有两性，既溶于酸又溶于强碱 ；Mg(OH)2 为碱性，只溶于酸 。6、电解熔盐法制得的金属钠中一般含有少量的 金属钙 ，其原因是 电解时加入CaCl2 助溶剂而有少量的钙电解时析出 。7、熔盐电解法生产金属铍时加入NaCl 的作用是增加熔盐的导电性。8、盛Ba(OH)2 的试剂瓶在空气中放置一段时间后, 瓶内出现一层白膜是 BaCO3 。9、A 族元素中性质表现特殊的元素是 Be ，他与p 区元素中的 Al 性质极相似，如两者的氯化物都是 共价 化合物在有机溶剂中溶解度较大。 10、碱土金属的氧化物从上至下晶格能依次 减小 ，硬度逐渐 减小 ，熔点依次 降低

9、。 四、完成并配平下列反应方程式四、完成并配平下列反应方程式1、在过氧化钠固体上滴加热水 2Na2O2 + 2H2O(热) = 4NaOH + O2 2、将二氧化碳通入过氧化钠 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 3、将氮化镁投入水中 Mg3N2 + 6H2O = Mg(OH)2 + 2NH34、向氯化锂溶液中滴加磷酸氢二钠溶液 3Li+ + HPO42- = Li3PO4 + H+5、六水合氯化镁受热分解 MgCl26H2O = Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O （加热）6、金属钠和氯化钾共热 Na(s) + K = NaCl + K(g) （加热）7、金属铍

10、溶于氢氧化钠溶液中 Be + 2NaOH + 2H2O = Na2Be(OH)4 + H2 8、用NaH 还原四氯化钛 TiCl4 + 4NaH = Ti + 2H2 + NaCl9、将臭氧化钾投入水中 4KO3 + 2H2O = 4KOH + 5 O2 10、将氢化钠投入水中 2NaH + 2H2O = 2NaOH + H2五、简答题五、简答题1、为什么把、为什么把CO2通入通入Ba(OH)2溶液时有白色沉淀，而把溶液时有白色沉淀，而把CO2通通入入BaCl2溶液时没有沉淀产生溶液时没有沉淀产生?答：CO2通入水中生成H2CO3或HCO3- ，它们在溶液中存在着离解平衡： HCO3- H+C

11、O32- ,当遇到Ba(OH)2离解出的OH-时，H+ 和OH-反应，使可逆平衡向离解方向移动，从而使溶液中的CO32-浓度增大，生成BaCO3沉淀。而在BaCl2溶液中，无法生成大量的CO32- ，故不能生成BaCO3沉淀。2、商品、商品NaOH中常含有中常含有Na2CO3，怎样用简单的方法加以检验，怎样用简单的方法加以检验?答：先将样品溶于水，再往溶液中加入BaCl2溶液，若有不溶于稀酸的白色沉淀（BaCO3）生成，则表明商品NaOH中有Na2CO3；否则表明NaOH中无Na2CO3。请注意：凡属能用反应方程式解释的化学问题，一定要写反应方程式3、Ba(OH)2、Mg(OH)2、MgCO3

12、都是白色粉末，如何用简单都是白色粉末，如何用简单的实验区别之。的实验区别之。答：（1）将三种物质分别加水溶解，能溶于水的是Ba(OH)2。（2）往不溶于水的两种物质中分别加入HCl，有气体产生的是MgCO3，无气体产生的是Mg(OH)2。4、钾要比钠活泼，但可以通过反应、钾要比钠活泼，但可以通过反应Na + KCl = NaCl + K制备制备金属钾，请解释原因并分析由此制备金属钾是否切实可行？金属钾，请解释原因并分析由此制备金属钾是否切实可行？答：钾的沸点为759, 钠的沸点为881.4, 钾的沸点比钠的沸点低122.4 ， 控制温度在钠和钾沸点之间，则生成的钾从反应体系中挥发出来，有利于平

13、衡向生成钾的方向移动。由于反应是一个平衡过程，反应不够彻底，同时钾易溶于熔融的氯化物中，或生成超氧化物等因素，此方法并不切实可行。 5、举例说明铍与铝的相似性。、举例说明铍与铝的相似性。答：Be 和Al 单质及化合物性质有许多相似之处，可以从以下几个方面来理解： (1) Be 和Al 都是两性金属，不仅能溶于酸也都溶于强碱，放出氢气； (2) Be 和Al 的氢氧化物都是两性化合物，易溶于强碱； (3) Be 和Al 都是共价化合物，易升华，聚合，易溶于有机溶剂； (4) Be 和Al 常温下不与水作用，与冷的浓硝酸接触时都发生钝化现象；(5) Be 和Al 的盐都易水解。6、一固体混合物可能

14、含有、一固体混合物可能含有MgCO3、Na2SO4、Ba (NO3)2、 AgNO3 和和CuSO4 ，将混合物投入水中得到无色溶液和白色沉淀，将混合物投入水中得到无色溶液和白色沉淀，将溶液进行焰色试验，火焰呈黄色，沉淀可溶于稀盐酸并放出将溶液进行焰色试验，火焰呈黄色，沉淀可溶于稀盐酸并放出气体，试判断那些物质肯定存在，哪些物质肯定不存在，并分气体，试判断那些物质肯定存在，哪些物质肯定不存在，并分析原因。析原因。答：肯定存在:MgCO3、Na2SO4；肯定不存在Ba(NO3)2 、AgNO3 、CuSO4。混合物投入水中得无色溶液和白色沉淀，则CuSO4 肯定不存在；溶液在焰色反应时火焰呈黄色

15、，则Na2SO4 肯定存在，溶液中不存在Ba2+；沉淀可溶于稀盐酸并放出气体，则肯定存在MgCO3。而Ba(NO3)2 肯定不存在；AgNO3 也肯定不存在，因为AgNO3 遇Na2SO4 将有Ag2SO4 白色沉淀生成，MgCO3沉淀在稀盐酸中溶解而Ag2SO4 不溶。 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属IA族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素。它们族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素。它们的氧化物溶于水呈强碱性，所以称为的氧化物溶于水呈强碱性，所以称为碱金属。碱金属。IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种金属元素。由于族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种金属元素。由于钙、锶、钡的氧化物在

16、性质上介于钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性碱性”和和“土性土性”(以前以前把粘土的主要成分把粘土的主要成分Al2O3称为称为“土土”)之间，所以称为之间，所以称为碱土金属，碱土金属，现习惯上把铍和镁也包括在内。现习惯上把铍和镁也包括在内。 元素元素性质性质原子半径原子半径/pm离子半径离子半径/pm第一电离势第一电离势第二电离势第二电离势电负性电负性标准电极电势标准电极电势(酸酸)kJ/molLi1526852172950.98-3.045Na153.79749945910.93-2.711K227.213342130880.82-2.923Rb247.514740526750.82-2.

17、925Cs265.416737124360.79-2.923碱金属的基本性质碱金属的基本性质碱土金属的基本性质碱土金属的基本性质 元素元素 性质性质原子半径原子半径/pm离子半径离子半径/pm第一电离势第一电离势第二电离势第二电离势第三电离势第三电离势电负性电负性kJ/molBe111.3359051768149391.57Mg16066742146076581.31Ca197.399593115249421.00Sr215.1112552107043510.95Ba217.313456497135750.89一、根据标准电极电势，锂的活泼性应比铯更大，一、根据标准电极电势，锂的活泼性应比铯更

18、大，但实际上与水反应不如钠剧烈。这是因为：但实际上与水反应不如钠剧烈。这是因为： (1)锂的熔点较高，反应时产生的热量不能使它熔锂的熔点较高，反应时产生的热量不能使它熔化，而钠与水反应时放出的热可以使钠熔化，因而固化，而钠与水反应时放出的热可以使钠熔化，因而固体锂与水接触的表面不如液态钠大体锂与水接触的表面不如液态钠大;(2)反应产物反应产物LiOH的溶解度较小，它覆盖在锂的表的溶解度较小，它覆盖在锂的表面，阻碍反应的进行。面，阻碍反应的进行。二、碱性的变化二、碱性的变化当金属离子（当金属离子（R）的电子构型相同时，则）的电子构型相同时，则 1/2值愈值愈小，金属氢氧化物的小，金属氢氧化物的碱

19、性愈强碱性愈强。碱碱性性增增强强氢氧化物氢氧化物 1/2碱性碱性 氢氧化物氢氧化物 1/2碱性碱性LiOH3.8强碱强碱 Be(OH)27.6两性两性NaOH3.2强碱强碱 Mg(OH)25.5中强碱中强碱KOH2.7强碱强碱 Ca(OH)24.5强碱强碱RbOH2.6强碱强碱 Sr(OH)24.2强碱强碱nm)-(r rZ 阳离子半经阳离子电荷当当 1/210时时R(OH)n显酸性显酸性当当10 1/27时时R(OH)n显两性显两性当当 1/27时时R(OH)n显碱性显碱性碱金属盐类通常碱金属盐类通常易溶于水易溶于水(锂的弱酸盐，如碳酸锂例外锂的弱酸盐，如碳酸锂例外)，且它们的离子都是且它们

20、的离子都是无色无色的，只有少数碱金属盐是难溶的。的，只有少数碱金属盐是难溶的。它们的难溶盐一般都是由它们的难溶盐一般都是由大的阴离子大的阴离子组成，而且碱金属离组成，而且碱金属离子半径越大，难溶盐的数目也越多。如：子半径越大，难溶盐的数目也越多。如：六羟基锑酸钠六羟基锑酸钠 NaSb(OH)6 (白色白色) 高氯酸钾高氯酸钾 KClO4 (白色白色) 酒石酸氢钾酒石酸氢钾 KHC4H4O6(白色白色) 六氯铂酸钾六氯铂酸钾 K4PtCl6(淡黄色淡黄色)钴亚硝酸钠钾钴亚硝酸钠钾 K2NaCo(NO2)6(亮黄色亮黄色) 钠、钾的一些难溶盐常用于鉴定钠、钾离子。钠、钾的一些难溶盐常用于鉴定钠、钾

21、离子。三、盐类的溶解性三、盐类的溶解性除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外，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、铬酸盐等皆难溶。其余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等皆难溶。 硫酸盐和铬酸盐的溶解度依硫酸盐和铬酸盐的溶解度依Ca、Sr、Ba的顺序降的顺序降低。低。 草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的，因此，在，因此，在重量分析中可用它来测定钙。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碱金属和碱土金属碳酸盐溶解度的差别也常用来分离分离Na+、K+和和Ca2+、Ba2+。碱土金属盐类的重要特征是

22、它们的碱土金属盐类的重要特征是它们的微溶微溶性。性。钠盐和钾盐性质很相似，但也有差别，重要的有三点：钠盐和钾盐性质很相似，但也有差别，重要的有三点：a、溶解度：钠盐溶解度更大些。但、溶解度：钠盐溶解度更大些。但NaHCO3溶解度溶解度不大，不大，NaCl的溶解度随温度的变化的溶解度随温度的变化不大不大，这是常见的钠盐中溶解性较，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的。特殊的。四、钠盐和钾盐性质的差异四、钠盐和钾盐性质的差异b、吸湿性：钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学、吸湿性：钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用K2

23、Cr2O7标定还原标定还原剂溶液的浓度剂溶液的浓度,而不用而不用Na2Cr2O7。在配制炸药时用。在配制炸药时用KNO3或或KClO3，而不用相应的钠盐，而不用相应的钠盐。 c、结晶水：、结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多。含结晶水的钠盐比钾盐多。钠的化合物价格较便宜，一般使用钠的化合物，而不用钾钠的化合物价格较便宜，一般使用钠的化合物，而不用钾的化合物。但要注意某些特殊情况，如制硬质玻璃必须用的化合物。但要注意某些特殊情况，如制硬质玻璃必须用K2CO3，制黑火药一定要用，制黑火药一定要用KNO3等。等。五、晶型五、晶型绝大多数碱金属和碱土金属的盐是绝大多数碱金属和碱土金属的盐是离子型离子型晶体，

24、晶体大晶体，晶体大多属多属NaCl型，铯的卤化物是型，铯的卤化物是CsCl型结构。型结构。由于由于Li+、Be2+离子离子半径最小，极化作用较强，才使得它们的某些盐具有较明显的半径最小，极化作用较强，才使得它们的某些盐具有较明显的共价性。共价性。六、侯氏制碱法六、侯氏制碱法氨碱法（又称索尔维法，比利时人）氨碱法（又称索尔维法，比利时人） 。以食盐、。以食盐、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。料来制取纯碱。 氨碱法的优点：氨碱法的优点：原料便宜；产品纯度高；副产原料便宜；产品纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造

25、步骤简单，品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。适合于大规模生产。 氨碱法的缺点：氨碱法的缺点：如何处理氯化钙成为一个很大如何处理氯化钙成为一个很大的负担；食盐的利用率只有的负担；食盐的利用率只有7274，其余的食盐，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。的损失。 联合制碱法（又称侯氏制碱法）联合制碱法（又称侯氏制碱法） 它是我国化学工程专家侯德榜（18901974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳合成氨厂用水

26、煤气制取氢气时的废气。 联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96以上。另外它综合利用了氨厂的废气二氧化碳和碱厂的无用的氯离子生产出纯碱和氯化铵，从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。 凡是黄头发蓝眼睛的人能办到的，我们黑头发黑眼睛的人就一定能办到凡是黄头发蓝眼睛的人能办到的，我们黑头发黑眼睛的人就一定能办到 七、焰色反应七、焰色反应由于离子半径不同，核对外层电子的控制能力不由于离子半径不同，核对外层电子的控制能力不同，在无色火焰中灼烧时，电子被激发所吸收的能量同，在无色火焰中灼烧

27、时，电子被激发所吸收的能量不同即吸收光的波长不同，所呈现的颜色不同叫不同即吸收光的波长不同，所呈现的颜色不同叫“焰焰色反应色反应”。铜（绿）钡（黄绿）锶（洋红）钙（砖红）铷（紫红）钾（紫）锂（红）钠（黄）硼（浅绿）节日焰火八、热稳定性八、热稳定性碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低。碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低。 随着原子序数的增大，碱土金属碳酸盐的分解温度升高，随着原子序数的增大，碱土金属碳酸盐的分解温度升高，其热稳定性增强。金属碳酸盐的热分解是金属离子从碳酸根离其热稳定性增强。金属碳酸盐的热分解是金属离子从碳酸根离子中夺取氧离子的反应，金属离子的极化能力越强，其碳酸盐子

28、中夺取氧离子的反应，金属离子的极化能力越强，其碳酸盐的热稳定性越差。对碱土金属而言，随着碱土金属离子的半径的热稳定性越差。对碱土金属而言，随着碱土金属离子的半径增大，离子势减小，极化能力减弱，夺取氧离子的能力下降，增大，离子势减小，极化能力减弱，夺取氧离子的能力下降，碳酸盐的热稳定性增强，分解温度升高。碳酸盐的热稳定性增强，分解温度升高。 问题：试用反极化作用解释碱土金属碳酸盐的分解温问题：试用反极化作用解释碱土金属碳酸盐的分解温度随度随BeMgCaSrBa的次序递增。的次序递增。 对MCO3来说，CO32- 可看作C4+对3个O2-极化作用而得到的离子。当一个M2+与其相接近时，M2+对邻近

29、的一个O2-也产生极化作用。该极化作用与C4+对该O2-极化作用方向相反，常称为反极化作用（极性键的削弱作用 ）。反极化作用的结果将导致该O2-与C4+的连结减弱，并使MCO3分解为MO和CO2。自Be2+至Ba2+，离子半径依次增大，反极化作用依次减小，故其MCO3的热分解温度随BeMgCaSrBa的次序递增。COOOH-COOO2- 46 34H2CO3是二元弱酸，能生成两种盐：碳酸氢盐是二元弱酸，能生成两种盐：碳酸氢盐和碳酸盐。碳原子在这两种离子中均以和碳酸盐。碳原子在这两种离子中均以sp2化轨道与化轨道与三个氧原子的三个氧原子的p轨道成三个轨道成三个s键，它的另一个键，它的另一个p轨道

30、与轨道与氧原子的氧原子的p轨道形成轨道形成p键，离子为键，离子为平面三角形平面三角形。周期表相邻两族位于从左上到右下的对角线上的元素有周期表相邻两族位于从左上到右下的对角线上的元素有许多相似之处。例如锂的性质跟其他碱金属元素相去甚远，却许多相似之处。例如锂的性质跟其他碱金属元素相去甚远，却跟处于周期表右下方对角线上的镁相似跟处于周期表右下方对角线上的镁相似对角线规则。这种对角线规则。这种相似性比较明显地表现在相似性比较明显地表现在Li和和Mg、Be和和Al、B和和Si三对元素之三对元素之间。间。九、对角线规则九、对角线规则由于由于Mg2+的电荷较高半径又小于的电荷较高半径又小于Na+，它的离子，它的离子极化力与极化力与Li+接近，于是接近，于是Li+便与它右下方的便与它右下方的Mg2+在性在性质上表现出某些相似性。质上表现出某些相似性。rZ阳离子半径阳离子电荷