第十二章s区元素教学重点：1.氢的物理和化学性质；2.碱金属的钠与钾，碱土金属的镁、钙、钡的性质。

3.其氢氧化物的溶解性和碱性。

4.碱金属和碱土金属盐类的一些重要性质。

第一节氢一、物理性质氢(hydrogen)是太阳大气的主要成分，如果以原子百分数计，氢占81.75%，氢是太阳发生热核反应的主要原料。

是供给地球上生物生存的最大能源。

氢在地壳（包括大气、水、岩石圈）中的含量，若以原子百分数计占17%，若以质量百分数计约占1%。

氢虽存在量不大，但分布却十分广泛。

自然界中，氢主要以化合态存在，如在水中、有机物中、生物体中等，仅只在天然气等少数物质中有少量单质氢存在。

已知氢有三种同位素，自然界氢或氕（用11H或H表示）99.98%重氢或氘(deuterium)（用21H或D表示）0.02%氚(tritium)（用31H或T表示）107个普通氢原子才有1个氚原子氢的同位素之间由于电子结构相同，故化学性质基本相同，但是它们的原子质量相差较大，从而引起物理性质上的差异。

如：H2的沸点为20.4K，熔点为14.0KD2的沸点为23.5K，熔点为18.65K氘的重要性在于它与原子反应堆中的重水有关，并广泛地应用于反应机理的研究和光谱分析。

氚的重要性在于和核聚变反应有关，也可用作示踪原子(tracer element)。

单质氢是以双原子分子形式存在，它是一种无色无嗅的气体，是空气密度的1/14.38，是所有气体中密度最低的。

用它的密度小的性质，可以填充氢气球，但有易于着火的缺点。

如将氢气进行深度冷冻并加压，氢气可转变成液体，利用液态氢的低温，可以将除氢以外的其它气体变成固体，在14.0K时可转变为透明固体。

氢在水中微微溶解，273K时1体积水仅能溶解0.02体积的氢气，但氢气可被某些金属（如镍、钯、铂）吸附，如室温时1体积细钯粉，大约吸收900233234体积的氢气，被吸收后的氢气有很强的化学活泼性（可以认为被吸附的氢分子在某种程度上被离子化或活化了）。

此状态下的氢气同氧气能迅速化合。

二、化学性质氢分子在常温下不太活泼，因为在标准状况下。

氢分子的离解能为436 kJ/mol ，所以许多有氢参加的反应除非在高温或有催化剂存在，通常都不会迅速发生。

1．与非金属反应H 2 + F 2HF H 2+ Cl 2HClH 2 + O 222．高温下，氢是一个非常好的还原剂CuO + H 2 Cu + H 2O3CH ≡CH + H 2 CH 2＝CH 24．氢与某些金属生成金属型氢化物：氢气可以与某些金属反应生成一类外观似金属的金属型氢化物，这类氢化物中，氢与金属的比值有的是整数比：如BeH 2、MgH 2、CoH 2、CrH 3、UH 3、CuH ，有的是非整数比：LaH 2.76、CeH 2.69、TiH 1.73三、氢气的制备1．实验室：Zn + 2HCl == ZnCl 2 + H 2↑制取的氢气中常含有PH 3，H 2S ，AsH 3等气体，经过纯化后才能得到纯净的氢气。

2．工业上：高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气。

H 2O + C H 2 + CO3．在野外：CaH 2 + 2H 2O = 2H 2 + Ca(OH)2Si + 2NaOH + H 2O == Na 2SiO 3 + 2H 2↑四、氢化物(hydride)氢和其它元素形成的二元化合物叫做氢化物。

根据结构和性质的不同。

可以把氢化物分为以下几种类型。

1．离子型氢化物氢气和活泼金属（碱金属和除Be 、Mg 外的碱土金属等）形成的化合物中，金属原子失去电子成为正离子，氢原子得到电子成为负离子。

然后正负离子依靠静电引力结合形成离子型氢化物。

离子型氢化物的结构和卤化物类似。

纯净的离子型氢化物都是白色固体。

它们的熔点、沸点较高，熔融状态可导电，电解时在阳极上可放出氢气。

（1）与水反应：NaH + H2O = H2 + NaOHCaH2 + 2H2O = 2H2 + Ca(OH)2（2）离子型氢化物都有较强的还原性，在高温时能将金属氧化物或卤化物还原成单质金属。

TiO2 + 2LiH = Ti + 2LiOHTiCl4 + 4LiH = Ti + 4NaCl + 2H2（3）离子型氢化物在非极性溶剂中，与B2H6、AlCl3等可形成复合氢化物。

2LiH + B2H62LiBH44LiH + AlCl3LiAlH4 + 3LiCl而且还原性更强，常用于无机和有机合成反应。

2．金属型氢化物（过渡型氢化物）第ⅡA族的Be和Mg，第ⅢA族的In和Tl，全部过渡元素及镧系、锕系元素均能吸收氢气而形成氢化物。

在这类氢化物中，氢分子或氢原子钻入金属晶格的间隙中，而金属基本上保持原来的特征，所以叫做金属型氢化物。

这类氢化物的结构与母体金属的结构不完全相同，这说明氢和金属之间存在着化学结合。

金属型氢化物一般具有母体金属的光泽，除镧系元素的氢化物和UH3外都可以导电，它们的密度比母体金属的小。

铍、镁和镧系、锕系元素的金属氢化物接近于离子型氢化物。

铟、铊、铜族元素和锌族元素的氢化物接近于分子型氢化物，它们的化学性质和分子型氢化物相近。

某些过渡金属吸收氢气形成氢化物后，在一定条件下又可将所吸收的氢气释放出来，这是一个可逆过程。

利用这一原理，吸收氢气能力大的金属如Pd、U等可作为储氢材料，但是，这些金属价格昂贵，寻找储氢能力强、价格便宜的某些金属合金是当今重要的研究课题。

3．分子型型氢化物氢气与非金属或准金属元素（砷、锗、锑等）化合时形成以共价键相结合的共价型氢化物。

因为在固态时它们大都属于分子型晶体，所以又叫做分子型氢化物。

235236分子型氢化物种类繁多，它们在组成、结构、性质等方面差异很大。

分子型氢化物的熔、沸点较低，在常温下为气体或易挥发的液体。

SiH 4 + 4H 2O = H 4SiO 4 + 4H 2NH 3 + H 2O = NH 4+ + OH -五、氢能源一级能源：煤、石油、太阳能、原子能。

二级能源：依靠石油、煤、原子能等的能量来制取的能源。

氢之所以被选为未来的二级能源，是因为它具有下述特点：1．原料易得，来源于地球上储量丰富的水。

2．热值高，氢气燃烧时放热量很大。

H 2(g) + 1/2O 2(g)H 2O(l) △H 0 = -286 kJ/mol∴1kgH 2完全燃烧可放热：而1kg 煤若不含灰分、湿气和其它物质，纯粹由C 组成，完全燃烧可放热： 同样重量的氢气燃烧放热至少是煤的4.4倍，也比汽油高。

石油的全球储量按现在的消费水平大约只够开采四、五十年的，煤也很有限，而利用阳光把水分解成氢和氧，永远不会用完。

3．反应产物是水，不会污染环境。

（无污染）4．可储存，有可能实现能源的储存，也有可能实现经济、高效的输送。

储存：a.高压液化为液态氢b.形成金属氢化物氢气的缺点是具有爆炸性，H 2体积比<5%和>95%时安全，氢气无毒，煤气输送和储藏的技术可以套用。

氢气作为能源已在H 2/O 2燃烧电池、火箭推进燃料、冶金等方面得到应用。

第二节 碱金属和碱土金属元素概述教学重点：1.碱金属的钠与钾，碱土金属的镁、钙、钡的性质。

2.其氢氧化物的溶解性和碱性。

3.碱金属和碱土金属盐类的一些重要性质。

一、碱金属kJ mol kJ mol g g 51043.1/286/21000⨯=⨯kJ mol kJ molg g 41028.3/394/121000⨯=⨯Li Na K Rb Cs Fr 放射性1．碱金属元素原子的价电子构型为ns1。

因此，碱金属元素只有+1氧化态。

碱金属元素最外层只有1个电子，次外层为8个电子（Li为2个电子），对核电荷的屏蔽效应较强，所以，这一个价电子离核较远，特别容易失去。

因此，各周期元素的第一电离势以碱金属为最低。

2．与同周期的元素比较，碱金属原子体积最大，只有一个成键电子，在固体中原子间的引力较小，所以它们的熔点、沸点、硬度、升华热都很低，并随原子序数的增加而下降。

电离势和电负性也随原子序数的增加而下降。

3．本族元素的电负性都很小，因此当这些元素同一些电负性较大的元素反应生成化合物时，易形成离子化合物。

但某些气态双原子分子如Na2，Cs2等就是以共价键结合的。

4．碱金属性质的变化一般很有规律，但由于锂原子最小，所以有些性质表现特殊。

二、碱土金属Be Mg Ca Sr Ba Ra 放射性Li、Cs、Be属希有金属，重点：Na、KMg、Ca、Ba1．与碱金属元素比较，碱土金属最外层有2个电子，次外层电子数目和排列与碱金属元素相同。

由于核电荷增加了1个单位，对电子的引力要强些，所以碱土金属的原子半径比碱金属要小些，电离势要大些，较难失去第一个价电子。

失去第二个价电子的电离势约为第一电离势的2倍。

从表面上看，碱土金属要失去2个电子而形成二价正离子似乎很困难，实际上生成化合物时所释放的晶格能足以时它们失去第二个电子。

它们的第三电离势约为第二电离势的4~8倍，要失去第三个电子很困难，因此，它们的主要氧化态是+2。

2．碱土金属元素从上到下原子半径逐渐增大，电离势和电负性依次减小，它们的金属活泼性自上而下逐渐增强。

3．碱土金属元素在形成化合物时，与ⅠA族元素一样，多形成离子型化合物，大多为无色。

4．由于Be具有较小的原子半径，电离势高于同族其它元素，形成共价键的倾向比较显著，所以Be同Li一样，常表现出与同族元素不同的性质。

第三节碱金属和碱土金属元素的单质一、物理性质2371．碱金属是密度小、硬度小、熔沸点低、导电性强的轻金属。

原因：金属键弱，内聚力小。

除Be为钢灰色，其余为银白色，Li在固体单质中熔点最低，保存于石蜡中。

2．碱土金属比碱金属各项都稍高。

金属的内聚力（键）与价电子数、半径有关多小熔沸点越高。

为什么碱土金属中铍、镁熔点的变化不规律？原因：Be、Mg属六方晶格，与Ca、Sr、Ba晶格不同，因而熔点变化不规律。

3．碱金属（特别是铯）失去电子的倾向很强，当受到光的照射时，其电子能从表面逸出，这种现象称为光电效应，常用铯来制造光电管。

4．碱金属能形成液态合金，如Na-K合金，Na-Hg合金等。

Na-K合金由于Na、K具有大的比热，低的熔点和良好的热、电传导性，可用作核反应堆的冷却剂和热交换机剂；Na-Hg齐由于有缓和的还原性，在有机合成上用作还原剂，无机上，用Na-Hg 齐还原SO32-成为连二亚硫酸根离子2SO32- + 2H2O + 2Na/Hg = S2O42- + 4OH- + 2Na+ + 2HgNa-Al合金可用于从氯乙烷生产汽油防爆剂四乙基铅。

5．碱金属及Ca、Sr、Ba的挥发性化合物在高温火焰中，原子中的电子被激发，电子接受了能量，从较低的能级跳到较高的能级，但在较高的能级电子不稳定，当电子从较高能级回到较低的能级时，便分别发射出一定波长的光来，时火焰呈现特征的颜色。