大学无机化学经典ppt课件第五章-P区元素.ppt
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- 大学 无机化学 经典 ppt课件 第五 元素
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1、第四章第四章 P P区元素区元素4.1 4.1 稀有气体稀有气体4.24.2卤素卤素4.3 4.3 氧族元素氧族元素4.4 4.4 氮族元素氮族元素4.5 4.5 碳族元素碳族元素一一 存在、分离和应用存在、分离和应用4.1 4.1 稀有气体稀有气体二二 稀有气体的化合物稀有气体的化合物XeXe+PtFPtF6 6-橙黄色固体橙黄色固体-首次合成的第一个稀有气体化合物首次合成的第一个稀有气体化合物思路:思路:已合成已合成 O2PtF6XePtFPtFXe 66预测:)11(138940021nRAZZU210pmXer201pm2Or-11mol1176.5kJ eXeXeI-1122mol1
2、171.5kJ eOOI1.氟化物氟化物 XeF2 XeF4 XeF6 需高温合成需高温合成Xe+F2 XeF2 XeF4 XeF6的结构的结构都能与水反应都能与水反应XeF2+H2O Xe+O2+2HFXeF4遇水发生遇水发生歧化歧化反应:反应:6XeF4 12H2O 2XeO3 4Xe 24HF 3O2XeF2+2OH-Xe+O2+2F-+H2O 快速快速XeF6遇水猛烈反应,低温水解较平稳,不完全遇水猛烈反应,低温水解较平稳,不完全XeF6 H2O XeOF4 2HF完全水解:完全水解:XeF6 3H2O XeO3 6HF盛氟化氙的容器不能用玻璃或石英,用镍制容器盛氟化氙的容器不能用玻璃
3、或石英,用镍制容器 是优良且温和的氟化剂是优良且温和的氟化剂 SiO2+2XeF6 2XeOF4+SiF4Xe 的氟化物都是强氧化剂的氟化物都是强氧化剂XeF2+2I-Xe+I2+2F-XeF2+H2 Xe +2HFXeF4+4Hg Xe +2Hg2F2 XeO3+OH-HXeO4-HXeO4-+2OH-XeO64-+Xe+O2+2H2O2.氧化物氧化物结构:结构:Xe:5s25p6XeF2:5s 5p 5dSp3d杂化杂化(三角双锥)(三角双锥)XeF4:5s 5p 5dSp3d2杂化杂化(八面体)(八面体)XeF6:5s 5p 5dSp3d3杂化杂化(变形八面体)(变形八面体)4.24.2
4、卤素卤素一一 单质的物性单质的物性二二 溶解性溶解性三三 化学性质化学性质四四 卤化氢和氢卤酸卤化氢和氢卤酸五五 卤化物和卤素互化物卤化物和卤素互化物六六 卤素的含氧酸及其盐卤素的含氧酸及其盐 颜色:颜色:F2(黄色)、(黄色)、Cl2(黄绿)、(黄绿)、Br2(棕红)、(棕红)、I2(紫)(紫),具金属光泽的黑色固体具金属光泽的黑色固体 常压升华为气体(紫色)常压升华为气体(紫色)一一 单质的物性单质的物性F2不溶于水不溶于水,但与但与H2O反应反应.Cl2,Br2难溶于水难溶于水 (HCl HBr)二二 与水作用与水作用I2微溶于水微溶于水碘酒(碘酒(I2+KI I3-KI增加,增加,I2
5、溶解度增大,颜色加深)溶解度增大,颜色加深)H2OIII-32KIKII 3I为直线型为直线型521117V.P.氧化反应:氧化反应:X2+2H2O 4HX+O2激烈程度激烈程度:F2 Cl2 Br2歧化反应:歧化反应:X2+H2O HXO+HXCl2 Br2 I2K 10-4 10-9 10-13歧化反应产物:歧化反应产物:X2+2OH-X-+XO-+H2O3X2+6OH-5X-+XO3-+3H2O常温常温 加热加热 低温低温Cl2Br2I2ClO-ClO3-(348K)ClO-BrO3-BrO3-BrO-(0)IO3-IO3-IO3-pH 4pH 9pH 61.1.强氧化性强氧化性 F F
6、2 2,Cl,Cl2 2,Br,Br2 2,I,I2 2 能力依次减弱能力依次减弱2.2.与单质作用与单质作用 F F2 2 可贮存于可贮存于 Cu,Ni,Mg或其合金制的器中或其合金制的器中 Cl2 干燥时不与干燥时不与Fe作用作用.可存贮于铁罐可存贮于铁罐 Br2,I2 常温与常温与活泼金属作用活泼金属作用;但与其它金属反应需加热但与其它金属反应需加热三三 化学性化学性3.3.存在、分离、性质存在、分离、性质氟广泛存在于自然界氟广泛存在于自然界 萤石(萤石(CaF2)冰晶石(冰晶石(Na3AlF6)氟磷灰石(氟磷灰石(Ca3(PO4)2CaCFCl)2氯氯:主要以海水和内地盐湖中的主要以海
7、水和内地盐湖中的NaCl形式存在形式存在溴,碘:以溴,碘:以Na,K,Mg的无机盐形的无机盐形式存在于海水中式存在于海水中分离:从卤化物中分离卤素单质分离:从卤化物中分离卤素单质 由阴离子氧化由阴离子氧化 X2 2X-+2e X2制备制备F2:电解熔融电解熔融氟氢化钾氟氢化钾和和氟化氢氟化氢的混合物的混合物阳(石墨)阳(石墨)2F-=F2 +2e阴(电解槽)阴(电解槽)2HF-=H2 +4F-总反应总反应 2KHF2=2KF +H2 +F2制备制备Cl2(工业电解饱和食盐水或(工业电解饱和食盐水或NaCl熔融盐)熔融盐)2NaCl+2H2O=H2 +Cl2+2NaOH 2NaCl(熔融熔融)=
8、2Na(l)+Cl2(g)电解电解电解电解加热加热MnO2+4HCl(浓浓)MnCl2+Cl2(g)+2H2O实验室:实验室:制备制备Br2Cl2+2Br-Br2+2Cl25Br-+BrO3-+6H+3Br2+3H2O(逆歧化逆歧化)从海水中提取从海水中提取BrBr2 2:Br2+3Na2CO3 5Br-+BrO3-+CO2(歧化)歧化)Cl2+2Br-Br2+2Cl-制备制备I2(海藻为原料):(海藻为原料):Cl2(适量适量)+2I-I2+2Cl-5Cl2(过量过量)+I2+6H2O 2IO3-+10Cl-+12H+F2在在X2中是中是最强氧化剂最强氧化剂(氟里昂(氟里昂:CCl2F2)性
9、质性质:F的电子亲合能的电子亲合能 Br-Cl-F-(只有只有KI与与O2作用作用)3 热稳定性热稳定性HX H2 +X2从从HF HI 键能渐减键能渐减4 HX的制备的制备A.工业(工业(直接合成直接合成)Cl2+H2 2HClB.实验室(复分解反应实验室(复分解反应)NaCl+H2SO4(浓)(浓)HCl +NaHSO4加热加热2NaCl +浓浓H2SO4 2HCl +Na2SO4 500 HI(HBr)+浓浓H2SO4 H2S +4I2+4H2OBr2+SO2+KHSO4 制备制备HBr、HI,可用浓,可用浓H3PO4代替浓代替浓H2SO4CaF2+浓浓H2SO4 CaSO4+2HFC
10、非金属卤化物水解非金属卤化物水解(HBr HI)PX3+3H2O H3PO4+3HX (X:Br、I)3Br2(I2)+2P+6H2O 6HBr(HI)+2H3PO4D 卤代反应卤代反应 C2H6 +Cl2 C2H5Cl(g)+HCl(g)副产物副产物1 卤化物卤化物 卤素与电负性比较小的元素生成的化合物卤素与电负性比较小的元素生成的化合物五五 卤化物和卤素互化物卤化物和卤素互化物分分类类金属卤化物金属卤化物非金属卤化物非金属卤化物离子型离子型共价型共价型水解性:离子型共价型熔点:高低溶解性:大多易溶于水易溶于有机溶剂导电性:水溶液,熔融导电无导电性对应氢氧化物不是强碱的都易水解,产物为氢氧化
11、物或碱式盐易水解,产物为两种酸BX3,SiX4,PCl3金属卤化物非金属卤化物 卤化物的性质:卤化物的键型及性质的递变规律:同一周期:从左到右,阳离子电荷数增大,离子半径减小,离子型向共价型过渡,熔沸点下降。例如:NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4b.p./1413 1412 181(升华)57.6 同一金属不同卤素:AlX3 随着X半径的增大,极化率增大,共价成分增多。例如:离子键 共 价 型 AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3 b.p./1272 181 253 382 A的卤化物均为离子键型,随着离子半径的减小,晶格能增大,熔沸点增大。例如:NaF NaCl NaBr
12、NaIm.p./996 801 755 660 同一金属不同氧化值:高氧化值的卤化物共价性显著,熔沸点相对较低。例如:SnCl2 SnCl4;SbCl3 SbCl5m.p./247 -33 73.4 3.52 卤素互化物:卤素互化物:卤素原子之间以共价键结合的化合物卤素原子之间以共价键结合的化合物XXn n=1,3,5,7电负性电负性 X R,非羟基氧越多,酸性越强,非羟基氧越多,酸性越强2.酸性酸性规律规律(1)中心原子同价态含氧酸,酸性中心原子同价态含氧酸,酸性随随R电负性增加而增大电负性增加而增大HClO HBrO HIOKa 2.8 10-8 2.6 10-9 2.4 10-11 HC
13、lO4 HBrO4 H5IO6(原高碘酸)原高碘酸)最强最强 强强 K=4.4 10-4(2)不同价态不同价态,同种同种R,酸性随价态酸性随价态 而升高而升高 HClO HClO2 HClO3 HClO4 (3)非羟基氧原子数非羟基氧原子数 ,酸性,酸性HOOClOOHOO SOHOHOO POHOHHOOHSiOHOHHClO4H2SO4H3PO4H4SiO4(1)越易分解的物质越易分解的物质,氧化性越强氧化性越强;不稳定酸的氧化性较强不稳定酸的氧化性较强 HClO4/Cl-HClO3/Cl-HClO/Cl-E 1.38 1.45 1.493.氧化性氧化性(2)同周期中同周期中 HClO H
14、BrO HIOE XO-/X-1.495 1.341 0.983 HClO3 HBrO3 HIO3E XO3-/X2 1.458 1.513 1.209 HClO4 HBrO4 H3IO6E XO4-/XO3-1.226 1.763 1.60影响含氧酸氧化能力强弱的因素影响含氧酸氧化能力强弱的因素1.1.中心原子结合电子的能力中心原子结合电子的能力H2SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4VO2+Cr2O72-HNO3(稀稀)HClO HClO3低氧化数低氧化数 高氧化数高氧化数 含氧酸含氧酸 其盐其盐MROn3 还原过程中伴随发生其他过程的能量效应还原过程中伴随发生其他过程的能量效应放
15、出的净能量越多,反应趋势越大,氧化性越强放出的净能量越多,反应趋势越大,氧化性越强(1)含氧酸含氧酸 其盐其盐(2)HXOn系列中,系列中,X相同,相同,n ,稳定性,稳定性(3)某些酸出现反馈某些酸出现反馈 键,如键,如HClO44.稳定性稳定性(4)次卤酸都很不稳定次卤酸都很不稳定(5)卤酸:)卤酸:HClO3 HBrO3 HIO3高卤酸:HClO4 HBrO4 H5IO6酸性:酸性 最强 强 弱1.226 1.763 1.60都是强氧化剂,稳定性好,均已获得纯物质。4)104.4(Ka1)/V/XO(XO34EA2Mn2+5IO4-+3H2O 2MnO4-+5IO3-+6H+4HClO4
16、 2Cl2+7O2 +H2O加热加热5.高卤酸高卤酸HIO4(偏)(偏)H5IO6(正)(正)弱酸弱酸HClO4最强的无机酸之一最强的无机酸之一偏偏高碘酸高碘酸HIO4 O 高氯酸盐多易溶于水,但K+、NH4+、Cs+、Rb+的高氯酸盐的溶解度都很小。KClO4稳定性好,用作炸药比KClO3更稳定。242OKClC610KClONH4ClO4:现代火箭推进剂。Mg(ClO4)2,Ca(ClO4)2可用作干燥剂重要高卤酸盐:高氯酸盐强氧化性:(与各种易燃物混合后,撞击爆炸着火)KCl3KClO4KClO43小火加热KClO3与C12H22O11的混合物的火焰火柴头中的氧化剂(KClO3)2MnO
17、33O2KCl2KClO2 重要卤酸盐:KClO3主要反应:2-32-3Cl2IOI2ClO氧化制备鉴定I-、Br-混合溶液紫红色消失棕黄色不消失水紫红棕黄水22242-Cl)(I)(BrCClClIBr10HCl2HIOO6HI5Cl3222氧化性10HCl2HBrOO6HBrCl53222只有在高浓度Cl2气才能实现且难度很大。通常利用碱性条件:-3-3ClBrOBrClO36V3.1)/ClCl(1.513V)/Br(BrO-22-3EAEA0.613V)Br/(BrO 0.89V)/Cl(ClO-3-EBEB可得40%溶液可得固体1.495 1.55 1.451.38氧化性(除HClO
18、2)HClO HClO2 HClO3HClO4酸性:稳定性:/V)X/(氧化型E不稳 不稳 相对稳定 稳定氯的各种含氧酸性质的比较例例 一种可溶性的白色晶体一种可溶性的白色晶体A(钠盐钠盐),加入无色油状加入无色油状液体液体B 的浓溶液的浓溶液,可得一种紫黑色固体可得一种紫黑色固体C,C 在水中在水中溶解度较小溶解度较小,但可溶于但可溶于A 的溶液成棕黄色溶液的溶液成棕黄色溶液D,将将D 分成两份分成两份,一份中加入一种无色一份中加入一种无色(钠盐钠盐)溶液溶液E,另另一份中通入过量气体一份中通入过量气体F,都变成无色透明溶液都变成无色透明溶液,E 溶溶液中加入盐酸时液中加入盐酸时,出现乳白色
19、混浊出现乳白色混浊,并有刺激性气并有刺激性气体逸出体逸出,E 溶液中通入过量气体溶液中通入过量气体F 后,再加入后,再加入BaCl2 溶液有白色沉淀产生溶液有白色沉淀产生,该沉淀不溶于该沉淀不溶于HNO3.问问:1).A,B,C,D,E,F,各是何物各是何物?2).写出下列反应方程式写出下列反应方程式解:解:1).A:NaI B:H2SO4(浓浓)C:I2 D:NaI3 E:Na2S2O3 F:Cl22).8NaI+5H2SO4(浓浓)=4I2+H2S+4Na2SO4+4H2O I3-+8Cl2+9H2O=3IO3-+16Cl-+18H+Na2S2O3+2HCl=2NaCl+SO2+S+H2O
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