第十二章s区元素

第9章 s 区元素【9-1】试说明碱金属和碱土金属在同一族从上到下，同一周期从左到右下列性质递变的情况：（1）离子半径，（2）电离能，（3）离子水和能。

并解释原因。

解：（1）碱金属和碱土金属从上到下离子半径增大，这是因为随着主量子数的增加，外层电子在核外出现概率最大的距离明显增加；在同一周期中，从左到右离子半径减小，这是因为随着核电荷的增加，核对于核外电子的吸引力（即有效核电荷）增强的缘故。

（2）碱金属和碱土金属从上到下电离能减小，是因为随着原子半径的增加，原子核对外层电子的束缚力减小；在同一周期中，从左到右电离能增大，这是因为随着有效核电荷的增加，和对外层电子的束缚力增加的缘故。

（3）碱金属和碱土金属从上到下水合能减小，这是因为随着原子序数增加，离子半径增加，正离子与水分子相互作用力减小的缘故。

在同一周期中，从左到右水合能增加，碱土金属离子在水溶液中，均为正二价离子，所以电荷高于正一价碱金属离子的缘故。

【9-2】锂、钠、钾在氧气中燃烧生成何种氧化物？这些氧化物与水反应情况如何？以化学方程式来说明。

解：分别生成Li 2O 、Na 2O 2、KO 2 ； 【9-3】写出下列反应方程式： （1）Al 溶于NaOH 溶液中 （2）Ba(NO 3)2加热分解 （3）Na 2O 2+CO 2 （4）CaH 2+H 2O（5）Na 2O 2+Cr 2O 3（6）K+KNO 3解：(1) 2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2NaAl(OH)4 + 3H 2↑(2)Ba(NO 3)2 = Ba(NO 2)2 + O 2↑(3) 2Na 2O 2 + 2CO 2 =2NaCO 3 + O 2(4) CaH 2 + 2H 2O =Ca(OH)2 + 2H 2↑(5) 3Na 2O 2 + Cr 2O 3 = 2Na 2CrO 4 + Na 2O(6) 10K + 2KNO 3 = 6K 2O + N 2↑【9-4】比较下列性之的大小： （1）溶解度：CsI ，LiI ，CsF ，LiF ，LiClO 4，KClO 4 （2）碱性的强弱：Be(OH)2， Mg(OH)2，Ca(OH)2， NaOH （3）分解温度:Na 2CO 3，NaHCO 3，MgCO 3， K2CO 3 （4）水和能：Na +， K +，Mg 2+，Be 2+ 解：（1）溶解度：CsI<LiI; CsF>LiF; LiClO 4>KClO 4（2）碱性的强弱：Be(OH)2<Mg(OH)2<Ca(OH)2<NaOH （3）分解温度: K 2CO 3>Na 2CO 3> MgCO 3>NaHCO 3 （4）水和能：Na +>K +> Be 2+>Mg 2+【9-5】解释下列事实：（1）卤化锂在非极性溶剂中的溶解度大小顺序为LiI ＞LiBr ＞LiCl ＞LiF 。

密度d：0.089 g/L
NaH(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + H2(g)
H2 from ?
天 然 气
• (a) CH4(g) + H2O(g) → CO(g) +3H2(g) – Ni catalyst (synthesis gas合成气) • (b) CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)
2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g)
Li
Na
K
M－O－H 是一般氧化物的水化物的键联形式, 究竟是酸 式还是碱式解离, 取决于M 的电场. M 的电场强, 吸引氧的负电荷, 从而加强 M－O 键, 同时 削弱了 O－H 键, 易酸式电离: M——O—|—H M 的电场弱, 吸引氧的负电荷能力差, 而相对而言, O 对 H 的吸引增强, 结果是碱式电离: M—|—O——H 可用离子势φ来表征M的电场强弱:
Ca + H2O
The 1st and 2nd 电离能
Be shows a hint of nonmetallic character, but the other elements are all typical metals. The vigor of reaction (反应活性) with water and oxygen increase down the group. 两性的
体心立方
Li – Cs, Ba = Fe
bcc
面心立方 立方密堆
Ca, Sr
ccp
六方密堆
Be, Mg
hcp
Melting points A Na-K alloy is a liquid at RT

棕红
3.12 265.92 331.76
紫黑
4.93 386.5 457.35
6.32 分解水
20.41 0.732
30.71 3.58
46.61 0.029
(a) 氯、溴、碘单质的颜色和状态
I2 Cl2 Br2
从 F2(g、浅黄) Br2(l、棕红) I2(s、紫黑)递变： 颜色与外层电子跃迁时吸收的能量有关；
卤素元素的电势图
φBθ / V ： F2 2.87 F 0.89
ClO4
-
0.40
ClO3
-
0.50
ClO 0.48
-
0.40
Cl2
0.76
1.36
Cl -
BrO4
-
0.93
BrO3
-
0.54
BrO 0.52
-
0.45
Br2
1.07
Br-
0.49 H3IO6
2-
0.7
IO3
-
0.14
IO 0.24
-
0.45 0.29
I2
0.54
I-
(2) 卤素的含氧酸的氧化性强弱与介质有关
比较Aө表与Bө表知： 在碱性介质中卤素的含氧酸根比酸性介质中 对应的含氧酸的氧化性弱。 (3) Cl、Br、I的+3、+1及0氧化态的各物种在碱 性介质中能歧化
从Bө表可明显看出： Cl、Br、I 的 +3、+1及0 氧化态的各物种的右ө > 左ө
歧化产物
ClO-+ClBrO-+BrIO3-+I-
事实上，歧化产物与碱的浓度、温度、反应时间 等因素有关。
碱的浓度、反应T 的影响：

第十二章 卤素
② 易溶于极性较小或非极性的有机溶剂
I2溶于CCl4、CS2—溶液呈紫色（因为在非 极性溶剂中，I2以分子状态存在故与I2蒸气 同色）
I2溶于乙醚、醇、酮等极性溶剂—溶液呈棕 色或棕红色（因为在极性较小的有机溶剂中， 碘形成溶剂化物，发生荷移跃迁 : e
X2 S（溶剂） X2S+
,吸收一定波长的光。
第十二章 卤素
二、 卤素单质的主要物理性质 1. 聚集状态与熔、沸点
室温聚集态 b.p./℃ m.p/℃ 颜 色
F2 g −188 −220 淡黄
Cl2 g −34.5 −101 黄绿
Br2 l 59 −7.3 红棕
I2 s 183 113 紫黑
从F2(g) →I2 (s) 熔沸点依次升高 原因：分子量增大，色散力增大
2 2 2 2 * 2 * 2 X 2 [ (σ ns )2 (σ* ) ( σ ) ( π ) ( π ) ( π ) ( π ) ] ns np x np y np z np y np z
np5
_ + + _ + _
有1个单电子，
第十二章 卤素
两种方法处理结果相同：X2两原子间形成1个 正常σ单键（键级=1） 2. 分子解离能 Cl2 > Br2 > I2 原因：z↑，r↑，键长↑，键能↓ F2解离能特小（小于Cl2 、Br2 ，与 I2 接近） 原因：①rF特小，成键原子电子密度大，斥 力强；② F2分子中无d-pπ键。
与H2反应条件 暗处
光照
600℃
高温
第十二章 卤素
(2) 与水、碱反应（发生两类反应）
与水反应：
① F2：2F2 ＋ 2H2O = 4HF + O2 ↑ ② Cl2 Br2 I2 ：X2 + H2O = HX + HXO 与碱反应： 3X2 + 6OH-(热) = 5X- + XO3- + 3H2O (X=Cl、Br、I；I2不需加热 )