热化学课件:第六章 元素化学.ppt
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- 热化学课件:第六章 元素化学 热化学 课件 第六 元素 化学
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1、无机化学无机化学第六章第六章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 6.1 s区元素概述区元素概述6.2 d 区元素概述区元素概述6.3 P 区元素概述区元素概述6.4 无机材料无机材料水泥水泥无机化学无机化学6.1 s区元素概述区元素概述无机化学无机化学6.1 S区元素概述无机化学无机化学碱金属碱金属(IA ): ns1(因为它们的氧化物的水溶液显碱性因为它们的氧化物的水溶液显碱性) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr碱土金属碱土金属(IIA ): ns2(因为它们的氧化物兼有碱性和土性因为它们的氧化物兼有碱性和土性) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra土性土性 化学上把难
2、溶于水和难熔融的性质称为化学上把难溶于水和难熔融的性质称为 “土性土性” 都是都是活泼金属活泼金属一、一、S S区元素的概述区元素的概述6.1 S区元素概述无机化学无机化学碱金属碱金属 (alkalin metals)(A): ns1碱土金属碱土金属 (alkalin earth metals)(A): ns2lithiumsodiumpotassiumrubidiumcaesiumfranciumberylliummagnesiumcalciumstrontiumbariumradium原子半径增大原子半径增大金属性、还原性增强金属性、还原性增强电离能、电负性减小电离能、电负性减小原子半径减
3、小原子半径减小 金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大电离能、电负性增大6.1 S区元素概述无机化学无机化学A原子序数原子序数价电子构型价电子构型金属半径金属半径(pm)熔点熔点()沸点沸点()硬度硬度(金刚石金刚石=10)Li (锂锂)32s1152180.513420.6Na (钠钠)113s118697.82882.90.4K (钾钾)194s122763.257600.5Rb (铷铷)375s124838.896860.3Cs (铯铯)556s126528.40669.30.2 A原子序数原子序数价电子构型价电子构型金属半径金属半径(pm)熔点熔点()沸点沸点()硬度
4、硬度(金刚石金刚石=10)Be (铍铍)42s2111127829704Mg (镁镁)123s2160648.811072.0Ca (钙钙)204s219783914841.5Sr (锶锶)385s221576913841.8Ba (钡钡)566s22177251640-因为因为 原子的原子半径较大、核电荷较少原子的原子半径较大、核电荷较少 其金属晶体中的金属键很不牢固其金属晶体中的金属键很不牢固 故故 单质的单质的熔、沸点熔、沸点较低,较低,硬度硬度较小较小核电荷核电荷 原子半径原子半径 熔、沸点熔、沸点 硬度硬度 核电荷核电荷 原子半径原子半径 熔、沸点熔、沸点 硬度硬度碱金属和碱金属和C
5、a、Sr、Ba均可用刀切割均可用刀切割CsCs是最软的金属是最软的金属6.1 S区元素概述无机化学无机化学电负性电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7电负性电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7氧化数氧化数 +1 +1 +1 +1 +1氧化数氧化数 +2 +2 +2 +2 +2E (M+/M) -3.04 -2.713 -2.924 (-2.98) (-3.026) ( (V) )E (M+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92 ( (V) ) 密度密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88 (kgcm-3) 密度密度 1.85 1.7
6、4 1.54 2.6 3.51 (kgcm-3)A Li(锂锂) Na(钠钠) K(钾钾) Rb(铷铷) Cs(铯铯)氧化数与族号一致,常见的化合物以离子型为主氧化数与族号一致,常见的化合物以离子型为主由于由于LiLi+ +、BeBe2+2+半径小,其化合物具有一定共价性半径小,其化合物具有一定共价性 *E (Li+)反常,是由于反常,是由于Li的半径较小,易与的半径较小,易与水分子结合生成水合离子放出较多能量所致水分子结合生成水合离子放出较多能量所致6.1 S区元素概述无机化学无机化学LiNaKRbBeMgCaSrBaCs它们都有金属光泽,密度小,硬度小,它们都有金属光泽,密度小,硬度小,熔
7、点低,导电、导热性好的特点熔点低,导电、导热性好的特点. . 1 物理性质物理性质 二、二、s区元素的单质的物理性质和化学性质区元素的单质的物理性质和化学性质6.1 S区元素概述无机化学无机化学单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物:Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO Ba2O21). 与与O2、S、N2、X2卤素反应卤素反应Gc2-706-18.12Li2ONa2O2KO2镁带的燃烧镁带的燃烧2 化学性质化学性质 这些氧化物的形式有什么不同?这些氧化物的形式有什么不同?6.1 S区元素概述无机化学无机化学1.燃烧产物可
8、从燃烧反应的能量变化中推测燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测. 哪一个燃烧反应的哪一个燃烧反应的DG负值最大,产物就负值最大,产物就 是哪一个是哪一个. 例如,例如,Na 生成生成Na2O、Na2O2 和和 NaO2的的DG 分别是分别是 -376 kJmol-1, -430 kJmol-1和和 389.2 kJmol-1, 因此燃烧产物就是因此燃烧产物就是 Na2O2 .2. 2.D DG 的大小则由的大小则由 决定决定. 其中熵变一般对其中熵变一般对DG的贡献比较小,的贡献比较小, D DG的大小主要由的大小主要由D D r Hm来决定来决定. D D r Hm则要则要由设计的由设计的
9、Born-Haber 循环来决定循环来决定. 而循环中的晶格能值的大小而循环中的晶格能值的大小对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大.3. 晶格能又正比于阴、阳离子电荷的乘积,反比于阴、阳离子的晶格能又正比于阴、阳离子电荷的乘积,反比于阴、阳离子的距离距离. 这样就要求阴、阳离子具备一定的这样就要求阴、阳离子具备一定的 “匹配匹配” 条件,产生条件,产生最好的能量效应最好的能量效应. 此即所谓的此即所谓的“大大-大,小大,小-小小”规则规则. D D r Gm= D D r Hm- -T D D r Sm 为什么在空气中燃烧碱金为什么在空气中燃烧碱金属所得
10、的产物不同?属所得的产物不同?Question 16.1 S区元素概述无机化学无机化学2). 与水作用与水作用LiNaK 碱金属被水氧化的反应为碱金属被水氧化的反应为: 2 M(s) + 2 H2O (l) 2 M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) 钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈,过程中生成的氢气能自燃钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈,过程中生成的氢气能自燃.金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂,但不能用于干燥醇金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂,但不能用于干燥醇6.1 S区元素概述无机化学无机化学钾与水反应钾与水反应镁与二氧化碳反应镁与二氧化碳反应6.1
11、S区元素概述无机化学无机化学Ca 碱土金属被水氧化的反应为碱土金属被水氧化的反应为: M(s) + 2 H2O (l) M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g) 钙、锶、钡与水的反钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那应远不如相邻碱金属那样剧烈,镁和铍在水和样剧烈,镁和铍在水和空气中因生成致密的氧空气中因生成致密的氧化物保护膜而显得十分化物保护膜而显得十分稳定稳定. 6.1 S区元素概述无机化学无机化学锂的标准电极电势比钠或钾的标准锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小,为什么电极电势小,为什么 Li 与水反应没与水反应没有其它金属与水的反应激烈?有其它金属与水的反应激烈? 电极
12、电势属于热力学范畴,而反应剧烈程度属于动力学范电极电势属于热力学范畴,而反应剧烈程度属于动力学范畴,两者之间并无直接的联系畴,两者之间并无直接的联系. Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈,主要原因有与水反应没有其它碱金属与水反应激烈,主要原因有: (1)锂的熔点较高,锂的熔点较高,与水反应产生的热量不足以使其熔化与水反应产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的产物溶解度较小,一旦生成与水反应的产物溶解度较小,一旦生成 ,就覆盖在金属,就覆盖在金属锂的上面,阻碍反应继续进行锂的上面,阻碍反应继续进行. 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm
13、.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中在水中的溶解度的溶解度/(molL- -1)Question 26.1 S区元素概述无机化学无机化学M3PM3N (M = Li)MHMNH2 + H2MOH + H2汞齐汞齐MX (X = 卤素卤素)M2O (M = Li, Na)M2CO3M+ (am) + e- (am)M2SM2O2 (M = Na, K, Rb, Cs)MO2 (M = K, Rb, Cs)碱碱 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应PN2MH3(溶液或气态溶液或气态)H2OMX2S液液NH3有有 F
14、e 存在存在HgO2O2 + CO26.1 S区元素概述无机化学无机化学M3N2 (M = Mg)MO + H2(M = Be, Mg)MO2 (M = Ba), MOM(OH)2 + H2(M = Ca, Sr, Ba)MH2 (M = Ca, Sr, Ba)M(NH2)2 + H2HMO2- + H2 (M = Be)N2H2O水蒸气水蒸气MO2NH3MX2NaOH碱碱 土土 金金 属属 单单 质质 的的 某某 些些 典典 型型 反反 应应6.1 S区元素概述无机化学无机化学 碱金属碱金属碱土金属碱土金属可溶于液氨,形成深蓝色溶液可溶于液氨,形成深蓝色溶液 碱金属碱金属 M(s) + (x
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