大学化学(非专业)第10章元素化学引论教学课件.ppt
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- 大学化学 专业 10 元素 化学 引论 教学 课件
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1、(二二) III A IVA VA VIA VII A VIIIA (H) HeB C N O F Ne Al Si P S Cl ArGa Ge As Se Br KrIn Sn Sb Te I XeTl Pb Bi Po At Rn非金属共非金属共22种,种, 常温常压下常温常压下气体气体11种种 A族族6种、种、F2、Cl2、O2、N2、 H2液体液体1种种 Br2固体固体10种种 I2 At S8 Se Te P4 As B C Si 存在状态存在状态1、 非金属单质的结构非金属单质的结构 非金属单质的成键规则非金属单质的成键规则8-N 规则规则: N代表族数代表族数,每个原子的每个原
2、子的8-N 个价电子可与个价电子可与 8-N个原子连接个原子连接, 形成形成 8-N个共价键个共价键, 即共价数为即共价数为8-N。第八主族第八主族 稀有气体稀有气体 8-8=0为单原子分子为单原子分子,范德华力为内聚力范德华力为内聚力,分子型晶体。分子型晶体。第七主族第七主族 卤素卤素 8-7=1双原子分子双原子分子, ,范德华力为内聚力范德华力为内聚力, ,分子型晶体分子型晶体。第六主族第六主族 氧族元素氧族元素 8-6=2氧原子可形成复键氧原子可形成复键, ,为双原子分子。为双原子分子。硫硫,硒硒,碲半径较大碲半径较大,不易形成不易形成p-p 键键,而倾向而倾向于形成尽可能多的单键。于形
3、成尽可能多的单键。PPPP600第三主族:晶体硼(第三主族:晶体硼(B12),原子晶体原子晶体。第五主族第五主族 氮族元素氮族元素 8-5=3氮原子可形成复键氮原子可形成复键,为多重键双原为多重键双原子分子子分子.磷磷,砷砷,锑锑为三配位的有限分子为三配位的有限分子 P4 As4。分子晶体分子晶体。第四主族第四主族 8-4=4碳、硅易碳、硅易sp3杂化杂化,四配位金刚石结构四配位金刚石结构, 原子晶体原子晶体。有些单质由于形成有些单质由于形成大大 键键,多中心键多中心键,键型发生变化,不遵键型发生变化,不遵守此规则守此规则,如如硼单质硼单质中的多中心键的数目不等于中的多中心键的数目不等于8-N
4、。 小分子物质小分子物质, 如单原子稀有气体如单原子稀有气体, 双原子分子;双原子分子; 多原子分子物质多原子分子物质S8 P4 B12 As4;大分子大分子(巨型分子巨型分子)物质。物质。金刚石、晶体硅、硼等原子晶体金刚石、晶体硅、硼等原子晶体混合型晶体混合型晶体: 石墨石墨 非金属元素的分类非金属元素的分类( (按结构和性质按结构和性质) )1)常温常压下性质常温常压下性质 F2、Cl2、Br2、O2 、S、P较活泼,较活泼, N2、C、Si、B不活泼不活泼2、非金属单质的性质、非金属单质的性质2)与酸反应与酸反应 (1)不与非氧化性酸反应不与非氧化性酸反应(2)C、B、S、P、I2等单质
5、与氧化性酸作用等单质与氧化性酸作用P + 5HNO3(浓浓) = H3PO4 + 5NO2 + H2O2B + 3H2SO4( 浓浓) = 2H3BO3 + 3SO2 I2 + 10 HNO3 (浓浓) = 2HIO3 + 10NO2 +4H2O除除I2外,均被氧化为最高价的含氧酸。外,均被氧化为最高价的含氧酸。3)与碱反应)与碱反应 (1)Cl2、Br2 、 I2 、 S、P等遇碱歧化等遇碱歧化Cl2 + 2OH- = Cl- + ClO- + H2O 3S + 6OH- = 2S2- + SO32 - + 3H2OP4 + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2(2)Si
6、、B、 As等与碱反应放出氢气等与碱反应放出氢气Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 2B + 2NaOH + 2H2O = 2NaBO2+3H2 此类单质多为两性和准金属此类单质多为两性和准金属亲氧性强亲氧性强, , 与氧形成含氧酸。与氧形成含氧酸。4 4)与水反应)与水反应 多数非金属单质不与水反应多数非金属单质不与水反应(1) 卤素卤素F2 氧化水氧化水, 其余微弱反应其余微弱反应(2) C, B赤热与水蒸气反应赤热与水蒸气反应F2+ H2O = 2HF + O221C + H2O(g) = CO + H2 B + 3H2O(g) = B(OH)3 + 3H2
7、 X2+H2O=2H+ + X- + HXO (X2=Cl2,Br2,I2 ) 歧化反应歧化反应 金属单质一般形成金属晶体金属单质一般形成金属晶体黑色金属:铁、铬、锰及它们的合金黑色金属:铁、铬、锰及它们的合金有色金属:除铁、铬、锰以外的所有金属有色金属:除铁、铬、锰以外的所有金属 金属一般有金属光泽,有良好的导热、导电性能;金属一般有金属光泽,有良好的导热、导电性能; 延性最好的是铂,展性最好的是金;延性最好的是铂,展性最好的是金; 熔点最低的是汞,铯和镓在手心上能熔化,熔点最低的是汞,铯和镓在手心上能熔化, 熔点最高的是钨;熔点最高的是钨; Li, Na, K为轻金属为轻金属(1), Os
8、密度最大密度最大(=22.57); Cr硬度最大硬度最大(9)。2、单质化学性质、单质化学性质 与非金属反应与非金属反应 泼金属;不活泼金属泼金属;不活泼金属 与水反应与水反应 活泼金属与水剧烈反应活泼金属与水剧烈反应(Na, K);Mg与沸水反应;与沸水反应; 铁赤热态下与水蒸汽反应;铁赤热态下与水蒸汽反应;22342 2 3 2 NaClNaClFeOFe O 2222223422 22 2 ()3 4 4NaH ONaOHHMgH OMg OHHFeH OFe OH 高温 与酸反应与酸反应 2233 22 2 (/)0383()2 4 (/)0nnZnHClZnClHMMCuHNOCu
9、NONOH OMM Al, Cr, Fe遇冷、浓遇冷、浓HNO3“钝化钝化”。(Mn+/M) 0金属只与氧化性酸反应。金属只与氧化性酸反应。金、铂等不与浓硫酸及硝酸反应,只溶在王水中,金、铂等不与浓硫酸及硝酸反应,只溶在王水中,34242AuHNOHClH AuClNOH O Nb和和Ta等在等在“王水王水”中不溶,可溶于中不溶,可溶于HNO3-HF混合混合酸,酸,327225755NbHNOHFH NbFNOH O 与碱反应与碱反应-两性金属,两性金属,Zn, Al等等 与配位剂反应与配位剂反应 -2222242() 2CuH OCNCu CNOHH 224224222() 2262() 3
10、ZnNaOHH ONa Zn OHHAlNaOHH ONa Al OHH 分子型氢化物分子型氢化物 无机含氧酸无机含氧酸1 1、熔沸点、熔沸点B2H6 CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI同一族氢化物同一族氢化物 从上到下熔沸点升高,从上到下熔沸点升高, 第二周期第二周期NH3 , H2O , HF反常高。反常高。同一周期同一周期, 不太规律,与分子极性有关。不太规律,与分子极性有关。2、热稳定性热稳定性NH3很稳定,很稳定, PH3加热则分解。加热则分解。AsH3和和SbH3在室温时逐渐自动分解。在室温时逐渐自动
11、分解。 3.04 3.44 3.98CH4 NH3 H2O HF 3.98 SiH4 PH3 H2S HCl 3.16 AsH3 H2Se HBr 2.96 SbH3 H2Te HI 2.66从左到右从左到右, 热稳定性增加热稳定性增加由由上上到到下下热热稳稳定定性性降降低低电负性越大电负性越大,该元素与,该元素与氢形成的共氢形成的共价键的键能价键的键能愈强,愈强,氢化氢化物愈稳定物愈稳定电负性减小,与氢结合能力减弱,稳定性减弱电负性减小,与氢结合能力减弱,稳定性减弱。除除HF外外, 其它分子型氢化物都有还原性其它分子型氢化物都有还原性.CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S
12、HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI 还原性依次增强还原性依次增强还原性依次增强还原性依次增强电负性减小,半径增大电负性减小,半径增大, 失电子能力递增,还原性增强失电子能力递增,还原性增强.3222222HIFeIFeH 4、水溶液酸碱性水溶液酸碱性 影响酸性的因素很多影响酸性的因素很多, ,主要反应在与质子直主要反应在与质子直接相连原子对它的束缚力上。束缚力强弱与该接相连原子对它的束缚力上。束缚力强弱与该原子的电子密度的大小有直接关系原子的电子密度的大小有直接关系. .该原子的电该原子的电子密度越小,对质子的束缚力越弱,酸性越强子密度越小,对质子的束缚力越
13、弱,酸性越强。 电子密度的大小与原子所带负电荷数以电子密度的大小与原子所带负电荷数以及原子半径有关系及原子半径有关系. .表明的是某原子吸引带表明的是某原子吸引带正电荷原子或原子团的能力。正电荷原子或原子团的能力。 从左到右,从左到右,原子原子所带负电荷所带负电荷依次减少依次减少, , 原子的电子原子的电子密度减小密度减小, , 酸性增强。酸性增强。CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI 酸性依次增强酸性依次增强酸性依次增强酸性依次增强 同一周期同一周期酸性酸性: : NH3 H2O HF 同一主族同一主族
14、 原子所带电荷相同原子所带电荷相同, ,从上到下,原子半径增从上到下,原子半径增大大, ,电子密度逐渐变小电子密度逐渐变小, ,相应氢化物酸性依次增强相应氢化物酸性依次增强. .HF HCl HBr HIH2O H2S H2Se 0.32 酸式电酸式电离离 0.22 碱式电碱式电离离 = 0.220.32 两两 性性f ff ff ff 减小,酸性减弱减小,酸性减弱 碱性增强碱性增强例例1Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2例例2 NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 Si(OH)4 增加,酸性渐强增加,酸性渐强 碱性减弱碱性减弱f经验规则经验规则
15、(r用用pm为单位)为单位)fff (1) 含氧酸的含氧酸的K1与非羟基氧原子数目与非羟基氧原子数目N有如下关系有如下关系: K1=10 5N-7 即即 pK1 7 -5N pK1越小越小 . 氧的电负性大氧的电负性大,对中心原子有较强吸引力对中心原子有较强吸引力,使中心原子使中心原子正电场增加。非羟基氧原子数越多,正电场增加。非羟基氧原子数越多,R吸引羟基氧原子越吸引羟基氧原子越强,使强,使O-H极性越强,极性越强,H+易解离,酸性增强易解离,酸性增强. (2) 多元酸逐级离解常数:多元酸逐级离解常数: K1 : K2 : K3 1 : 10-5 : 10-10 例:例:H3PO4、H3As
16、O4、H2SO3、H2CO3 但有机酸和许多无机酸不适用。但有机酸和许多无机酸不适用。3) 非金属含氧酸酸性变化规律非金属含氧酸酸性变化规律(2)同一族元素形成的同种类型含氧酸同一族元素形成的同种类型含氧酸,从上到下从上到下,酸性减弱酸性减弱(1)同一周期元素形成的最高含氧酸同一周期元素形成的最高含氧酸, 从左到右从左到右, 酸性增强酸性增强 H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HOBr HOI: : 减小(减小(r r增大)增大)(3)同一元素形成的含氧酸酸性随着氧化数的升高而增强同一元素形成的含氧酸酸性随着氧化数的升高而增强( P例外例外)(4) 缩酸酸性缩酸酸性 相应单酸相应单酸例例
17、含氧酸含氧酸 N Ka HClO 0 3.210-8 HClO2 1 1.110-2 HClO3 2 103 HClO4 3 108从结构上分析:从结构上分析:N = X O 键数目,键数目,N,则则X原子原子+,对羟基氧原子上价电子束缚力,对羟基氧原子上价电子束缚力,使,使O H键键更容易断开。更容易断开。电子诱导效应电子诱导效应 - +OClOOHOOOOPHHHOOOOPHHOOOPHHO例例 正磷酸正磷酸H3PO4和焦磷酸和焦磷酸H4P2O7酸性:正酸酸性:正酸 焦酸焦酸 类似有:酸性类似有:酸性 H2SO4 H2S2O7N=1, Ka1 = 7.510 -3 N=2, Ka1 =1.
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