非金属元素通论和硼.ppt

第十二章 非金属元素通论和硼,12-1 元素的发现、分类及其在自然界的存在 12-2 非金属元素的通论 12-3 硼及其化合物,2019年7月20日12时30分,12-1元素的发现、分类及其在自然界的存在,12-1-1 元素的发现和分类,金属 非金属 稀有气体,2019年7月20日12时30分,元素发现的时期和分类,Lr,2019年7月20日12时30分,地壳中主要元素的丰度,12-1-2 元素在地壳、海洋和大气中的分布,元素在地壳中的含量称为丰度，通常以质量分数和原子分数表示。,2019年7月20日12时30分,12-2 非金属元素通论,非金属元素有22种,2019年7月20日12时30分,12-2-1非金属单质的结构和性质,一. 非金属单质的结构 8-N 规则：,第N族的非金属元素的每个原子可以提供8-N个价电子去与8-N个邻近原子形成8-N个共价（单）键。,VII族 N = 7 8-N = 1 双原子分子(F2,Cl2,Br2,I2),零族 N = 8 8-N = 0 单原子分子(He,Ne,Ar,Kr,Xe),VI族 N = 6 8-N = 2,V族 N = 5 8-N = 3,IV族 N = 4 8-N = 4,III族 N = 3 8-N = 3,2019年7月20日12时30分,非金属元素按其单质的结构和性质可分为三类： 小分子物质单原子分子，双原子分子 分子晶体 多原子物质S8, Sex, P4 分子晶体 大分子物质C, Si （含链、层） 原子晶体,2019年7月20日12时30分,二. 非金属单质的化学性质,(1) 与H2O的反应,常温下,4H+ +O2 + 4e = 2H2O (中性溶液) Eo = 0.81V,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,12-2-2 非金属元素的氢化物,2019年7月20日12时30分,12-2-3 非金属含氧酸及其盐,一、非金属含氧酸的酸性 1、ROH规则,2019年7月20日12时30分,也可以用ROH规则说明A中HClO, HBrO, HIO的酸性依次减弱。 HClO3, HBrO3, HIO3 的酸性也依次减弱,2019年7月20日12时30分,2、鲍林规则,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,二、非金属含氧酸及其盐的氧化还原性,2019年7月20日12时30分,2019年7月20日12时30分,12-2-4 非金属单质的一般制备方法,1、氧化法 3FeS(s)+12C(s)+8O2(空气) = Fe3O4(s)+12CO(g)+6S(g) 4HCl(浓)+MnO2 = MnCl2(aq)+2H2O(l)+Cl2 2、还原法 2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s)= 6CaSiO3(s)+10CO(g)+P4 3、置换反应 2KBr(aq)+Cl2(g)=2KCl(aq)+Br2(l) 2KI(aq)+Cl2(g)=2KCl(aq)+I2(s) 4、电解法 2KHF2(l)=2KF(s)+H2(g)+F2(g),2019年7月20日12时30分,12-3 硼及其化合物,单质硼的制备在1808年由英国的戴维、法国的盖吕萨克和泰纳完成。自然界中并无天然单质硼存在，常与其他元素共生在一起，如硼镁矿、硼砂等，我国西部地区的内陆盐湖及辽宁、吉林等地都产硼。 硼化学的独特性仅是在近40年来由于结构化学的发展才被发现的。近年来硼化合物的化学获得了迅速和多方面的发展，硼化学领域的广阔几乎有可能同碳化学（有机化学）相比美。,2019年7月20日12时30分,12-3-1 硼的成键特征,电子层结构 ns2p1 缺电子原子 （价电子数少于价轨道数） 原子半径小（88pm） 第一电离能高 （801 kJmol-1） 上述特征决定了硼化学的独特性。,2019年7月20日12时30分,12-3-2 硼的氢化物,分类 BnHn+4 类：B2H6、B5H9、B6H10、B8H12、B10H14 BnHn+6 类：B3H9、B4H10、B5H11、B6H14,2019年7月20日12时30分,2. B2H6的分子结构,称 “三中心 二电子”键， 用“3c2e”表示， 又称为氢桥。,H B B,2019年7月20日12时30分,3. B2H6的性质,含硼化合物燃烧时， 火焰呈现绿色。,(2) 遇水易离解,(1) 自燃,2019年7月20日12时30分,（3）可做高能（火箭）燃料。 （4）硼烷剧毒 远超过氰化钾，光气（COCl)等。 故常使用硼烷的衍生物， 如：(C2H5)3B5H6是液体高能燃料； (C2H5)2B10H12和(C4H9)2B10H12等是固体 高能燃料。,2019年7月20日12时30分,12-3-3 硼的重要化合物,一、硼砂Na2B4O710H2O 硼砂为无色透明晶体，在空气中容易失去部分水而风化，加热至380400，完全失去水成为无水盐Na2B4O7 ，加热到878，则熔化为玻璃状物体。,硼砂珠实验,Na2B4O7 + CoO = 2NaBO2 Co(BO2)2 (宝蓝色) Na2B4O7 + NiO = 2NaBO2 Ni(BO2)2（淡红色） 此性质用于鉴定重金属离子，也被应用于搪瓷和玻璃工业（上釉、着色并耐高温）及焊接金属 (焊药，除去金属表面的氧化物）。硼砂还用于制造特种光学玻璃和人工宝石。,2019年7月20日12时30分,硼砂常温下溶解度较小，沸水中易溶。 水解显较强的碱性。,Na2B4O7 + 3H2O = 2NaBO2 + 2H3BO3； 2NaBO2 + 4H2O = 2NaOH + 2H3BO3 所以，工业上用作肥皂、洗衣粉的填料。,2019年7月20日12时30分,B：sp2杂化,二、硼酸（H3BO3）,1. 制备 Mg2B2O5 H2O + 2H2SO4 = 2H3BO3 + 2MgSO4 Na2B4O710H2O+H2SO4 = 4H3BO3+Na2SO4+5H2O 2. 结构,2019年7月20日12时30分,3. 性质,(1) 一元弱酸 (固体酸),硼酸的酸性不是,而是由于B的缺电子性，可以接受水电离出的OH-，生成加合物B(OH)4-，使水溶液的H+，从而使溶液呈酸性。,2019年7月20日12时30分,(3) 受热易分解,(2) 与多羟基化合物加合（B的缺电子性）,可使硼酸的酸性增加。,2019年7月20日12时30分,应用 硼酸被大量的用于玻璃和搪瓷工业。因为是弱酸，对人体的受伤组织有和缓和防腐作用，故为医药上常用的消毒剂之一，如硼酸软膏、硼酸粉等。硼酸也是减少排汗的收敛剂，为痱子粉的成份之一。此外，它还用于食物防腐。,2019年7月20日12时30分,12-3-4 新型硼化物,碳化硼B4C (boron carbide) 黑色有光泽，共价性碳化物，特征：密