化学竞赛——非金属金属元素综述.ppt

非金属元素综述 教学目标：巩固非金属元素部分知识并 为学习金属元素部分提供一些规律性结 论。 内容：对非金属元素单质、氢化物、含 氧酸以及含氧酸盐作概括性小结。 一、非金属单质 熔沸点 同素异形现象 导电性 化学活性 单质单质单质单质NaNaMgMgAlAlSiSi P P S S8 8 ClCl 2 2 ArAr 熔点熔点 97.897.8651651660660141014104444112.8112.8-101-101-189.2-189.2 沸点沸点 989.8989.8110711072467246723552355280280444.6444.6-34.6-34.6-185.7-185.7 晶型晶型 金属晶体金属晶体 原子原子 晶体晶体 分子晶体分子晶体 原子晶体：原子晶体： 原子半径越小原子半径越小键长越短键长越短键能越大键能越大熔沸点越高熔沸点越高 分子晶体：分子晶体： 相对分子质量越大相对分子质量越大 熔沸点越高熔沸点越高 组成和结构相似的分子晶体组成和结构相似的分子晶体 0 FClBrI 温温 度度 0 NP As Sb Bi 温温 度度 熔点： 1、熔沸点 小分子：如稀有气体、双原子分子的氟 、氯、氮、氢等单质属于分子晶体通常 是气体。 多原子分子：S8、P4、As4等虽然也是分 子晶体熔沸点不高，但要高于前一类， 通常是固体。 大分子：晶体硅、金刚石、硼等原子晶 体熔沸点很高，不易挥发。 2、同素异形现象 原子在晶体中排列方式不同形成，如金 刚石、石墨。 组成分子的原子个数不同，如O2，O3。 P PP P P PP P n 3、导电性 一般属于非导体 Ge、Si、As、Sn等准金属半导体，导电 能力随温度升高而增大 4、化学活性 F2、Cl2、Br2、O2、S、P较活泼，易和 氢反应生成氢化物，也易与金属化合。 非金属元素是成酸元素一般不和酸反应 。 和碱反应：歧化或非歧化 2B + 2NaOH + 2H2O=2NaBO2 + 3H2 二、非金属氢化物 熔沸点 热稳定性 还原性 酸碱性 1、熔沸点 通常为气体或挥发性液体。 周期性变化 氢键：在第二周期氨，水，氟化氢沸点 异常的高，氢键在分子间缔合的作用。 同周期比同周期比较较较较碳族碳族氮族氮族氧族氧族卤卤卤卤族族 氢氢氢氢化物化物 化学式化学式RHRH 4 4 RHRH 3 3 HH 2 2R R HRHR 稳稳稳稳定性定性 还还还还原性原性 逐渐增强逐渐增强 逐渐减弱逐渐减弱 2、热稳定性 与非金属元素的电负性（XA）有关，与 氢的电负性相差越远越稳定；反之，越 不稳定。 同一周期从左到右增强 同一族从上到下减小 3、还原性 处氟化氢，都有还原性，与稳定性增减 规律相反，稳定性大的还原性小。 H2S、HI、PH3、AsH3具有强还原性 4、酸碱性 大部分是酸，HX、H2S 少数为碱，NH3 酸性自上而下加强，HFH2ONH3 三、非金属含氧酸 含氧酸的强度 含氧酸氧化还原性 1、含氧酸的强度 由中心原子的电负性、原子半径以及氧 化数等因素决定。通过它们对XOH 键中的电子云密度的影响来实现。当中 心原子电负性大，半径小，氧化数高时 ，则对与之相连的O原子来说，争夺电子 的能力较强，可以有效的降低O原子的电 子云密度，使得OH键变弱，容易释放 出质子，表现出较强的酸性。 一般规律 同一周期从左到右，酸性增强 H4SiO4 H2SO3 , HNO3 HNO2 四、非金属含氧酸盐的某些性质 溶解性 热稳定性 氧化还原性 1、溶解性 绝大多数钾，钠，铵以及酸式盐都溶于水 硝酸盐，氯酸盐都易溶于水，但SrSO4、 BaSO4、 PbSO4难溶于水， CaSO4、 Ag2SO4、 Hg2SO4微溶。 碳酸盐，大多数都不溶于水， CaCO3 、 BaCO3 、 SrCO3 、 PbCO3 最难溶。 磷酸盐，大多数不溶于水。 2、热稳定性 一般多原子阴离子化合物不如二元化合 物稳定 热分解通常是吸热反应，加热有利于热 分解。 正盐比酸式盐稳定，酸式盐比酸稳定。 在酸性介质中，不少含氧酸盐较易分解 。 活泼金属正盐一般较稳定 CaCO3 FeCO3 , NaNO3AgNO3 3、氧化还原性 通常最高价含氧酸盐具有氧化性， KMnO4 、 K2Cr2O7等 加热时作氧化剂， KMnO4、 KClO3、 KNO3等。 2KNO3 =2KNO2 + O2 介质的影响。往往酸化的环境有利于增加氧 化性。 常温下SO2气体通入BaCl2溶液至饱和， 未见有沉淀产生，继续通入另一种气体X ，则有沉淀产生。试列举三种X气体。 （1）写出它们的分子式： 、 、 。 （2）用化学方程式表示生成沉淀的化学 原理： 下图是中学化学中常见的物质间化学反应关系的图示，其中 A的焰色反应呈黄色，E、F为有刺激性气味的气体，G为强 酸性溶液，H为既难溶于水、也难溶于稀酸的白色固体。 试回答：(1) 写出化学式：A_；B_。 (2) 写出下列反应的离子方程式： CE： ； DH： ； EFH2OG： 。 下图中D为常见的固体单质，E为无色有刺激性气味的气体， B、H、G为化合物，反应为我国工业生产B的主要反应之 一。(图中部分产物已略去)。请按要求填空： (1) 写出A物质的化学式_。 (2) 反应中生成F气体的电极反应式为：_。 (3) 反应的化学方程式为：_。当有12.0 g 化合物H被氧化时，转移电子的物质的量为_mol。 (4) 反应的离子方程式为：_。 已知A是一种由短周期元素组成的盐，H是引起温室效应的主 要气体之一，Y是一种常见液体，E的相对分子质量比D大16， L、K均为白色沉淀，且K光照后无变化。它们存在如下转化关 系（反应条件及部分产物已略去）： (1) A的化学式是_，Y的电子式是_。 (2) 反应的化学方程式是_。 (3) 反应的离子方程式是_ 。 金属元素综述 一、元素周期表中位置和原子结构 位置 原子结构 金属的晶体结构 1、位置 分布在元素周期表的左下方，比非金属 多，除零族和卤族外其他各族都含有金 属元素 过渡元素都是金属 金属与非金属无严格界限。周期表里金 属和非金属交接处元素既有金属性又有 非金属性。 2、原子结构 一般最外层电子数不超过4个， 第一、二主族：ns12,第三主族： ns12np1 ，过渡元素： （n1）d110ns12，锕系 、镧系n2）d114ns12 金属元素原子半径均比同周期非金属原子 半径大。 3、晶体结构 金属原子最外层电子数比较少，电离能 比较低，原子半径比较大，易失电子， 彼此不能形成离子键和共价键。金属晶 体中金属易失去价电子形成金属阳离子 ，释出的电子可在整个金属晶体中自由 移动。金属离子和自由电子之间的强烈 作用就是金属键。金属键强弱与其半径 大小、价电子数有关 二、金属的性质 金属通性 化学性质 金属元素在水溶液中的反应 1、金属的通性 金属晶体具有金属光泽和颜色。原因： 自由电子对可见光的选择性吸收和反射 。 具有良好的导电，传热性。原因：外加 电场的作用下，自由电子定向移动导电 ；自由电子在运动时经常和金属离子碰 撞传递能量，能量从高温部分传到低温 部分。 良好的延展性。原因：金属键没有方向 性，当受到外力作用，被拉成细丝或压 成薄片时，依然存在金属键，而不至于 断裂。 金属的熔点，硬度取决于金属键的强弱 。一般金属元素原子价电子数越多，核 电荷数越大，原子半径小，金属键越强 ，金属熔点越高，硬度越大。 2、金属的化学性质 判断金属活动性的一般规律 A、与水或酸的反应越剧烈，金属越活泼 B、对应的氢氧化物碱性越强，金属越活泼 C、一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置 换出来，则该金属活泼性强与另一种 D、两种金属能构成原电池，一般作负极的金属 比正极的金属活泼。 E、电解时，阴极首先放电的金属离子对应活泼 性强 金属活动性顺序表的应用 1、判断金属还原性和离子与氧化性强弱。 顺序表中从左到右金属的还原性依次减 弱；金属阳离子得电子能力从左到右依 次增强，氧化性增强。 2、判断和氧气反应得难易。活泼金属K， Ca，Na等在常温下和空气中氧气化合生 成氧化物，燃烧时能生成过氧化物或超 氧化物；Mg，Al，Zn常温下能与氧气反 应，Mg在空气中能点燃， Al，Zn需在 氧气中反应；Fe，Cu等金属在潮湿得空 气里能发生电化学腐蚀。Ag，Pt，Au即 使在氧气中加热也不反应。 3、判断与水反应得难易 K，Ca，Na能和冷水剧烈反应放出氢 气；Mg和Al与热水反应；Zn-Pb之间得 金属只在高温下和水蒸气反应，生成金 属氧化物和氢气；排在氢以后得金属不 和水发生置换反应。 4、判断金属和非氧化性酸和盐溶液能否发 生置换反应。 5、判断形成原电池的正负极，活泼性强的 金属做负极。 6、判断盐溶液的电解产物。惰性电极上活 泼性弱的金属先放电。 7、帮助识记金属氢氧化物的热稳定性和硝 酸盐碳酸盐的稳定性。 金属活动动 顺顺序 钾钾钠钠镁镁铜铜汞银银 氢氢氧化物 热稳热稳 定性 强热热熔化不 分解 受热热分解， 从左到右稳稳 定性降低 常温下即分 解 硝酸盐盐受 热热分解规规 律 生成亚亚硝酸 盐盐和氧气 生成金属氧化 物、NO2、O2 生成金属单单 质质、NO2、 O2 碳酸盐盐受 热热分解规规 律 高温灼烧烧不 分解，除（ Ca） 受热热分解， 从左到右稳稳 定性降低 微热热即分解 3、金属元素在水溶液中的反应 金属离子沉淀 1、氢氧化物的沉淀：碱金属氢氧化物易溶， Ba（OH）2可溶， Ca（OH）2， Sr（OH） 2微溶，其它均难溶。Fe3在pH=3时开始转 化为Fe（OH）3。 有些金属氢氧化物不稳定，在溶液中分解 Hg22OHHgOH2O 2Ag2OHAg2OH2O 有些氢氧化物生成后立即被空气中的氧气氧化。 4Fe(OH)22H2O O 2 4Fe(OH)3 有些具有两性，能溶于过量强碱溶液。 Al(OH)3 、 Cr(OH)3、 Zn(OH)2、 Cd(OH)2、 Sn(OH)2、 Sn(OH)4、 Pb(OH)2。 2、硫化物沉淀 一般碱金属硫化物可溶，由于水解显碱性。Al3 、 Cr3、 Fe3硫化物双水解产生氢氧化物沉 淀和H2S。其余硫化物均不溶于水，FeS、 MnS、 ZnS能溶于稀酸，所以在弱碱性条件下 才能生成。 而CuS、 CdS、 HgS 、Ag2S不溶于稀酸但 是能溶于氧化性酸。 三、金属的存在和冶炼 金属在自然界中的存在 金属的冶炼 1、金属在自然界中的存在 活泼金属以化合态存在，常以氯化物， 碳酸盐，磷酸盐，硫酸盐存在：石膏（ CaSO4 2H2O）、光卤石（KCl MgCl2 6H2O）、菱镁矿（MgCO3）、芒硝（ Na2SO4 10H2O）等。少数既不活泼金属 以游离态存在：Au、Pt 2、金属的冶炼 冶炼过程的实质： MnneM 1、高温还原法 ZnOCZnCO Fe2O33CO2Fe3CO2 WO33H2W3H2O Cr2O32Al2CrAl2O3 TiCl44NaTi4NaCl 高温 高温 高温 高温 高温 2、电解法：对于活泼金属，活动性顺序排 在铝之前的金属，不能用一般还原剂还 原出来，通常电解熔融化合物 2NaCl2NaCl2 2Al2O34Al3O2 3、热分解：活泼性弱的金属氧化物受热易 分解 2HgO2HgO2 2Ag2O4AgO2 电解 电解 无机化学反应的一般规律 一、常见化学反应规律 1、酸碱反应 近代酸碱理论 酸碱理论论理论论要点提出人 酸碱电电离 理论论 电电离时产时产 生的阳离子全是氢氢离 子的化合物是酸，阴离子全是 氢氢氧根的是碱。 阿累尼 乌乌斯 酸碱质质子 理论论 凡是能给给出质质子的物质质是酸； 凡是能接受质质子的是碱。 布朗施 泰德 劳劳莱 酸碱电电子 理论论 凡是可以接受电电子的物质质是酸 ；凡是可以提供电电子的物质质是 碱。 路易斯 2、沉淀反应 沉淀反应是复分解反应的一种重要类型。 看一组化学事实： 1、将硫化钠溶液的入氯化亚铁溶液， 2、将硫化氢气体通入氯化亚铁溶液， 3、将硫化氢气体通入硫酸铜溶液， 4、黄色AgI加入氯化钠溶液， 5、白色AgCl加入碘化钠溶液， 6、向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳， 3、置换反应 置换反应中既有单质参加，又有单质生 成 1、金属置换非金属 2、金属置换金属 3、非金属置换金属 4、非金属置换非金属 A、B、C是三种短周 期元素的单质，甲、乙是两种常 见的化合物。这些化合物和单质之间存在如下图所示的 关系。据此判断： (1) 在甲、乙两种化合物中，不含有组成A元素的化合物是 _，不含组成B元素的化合物是_（用“甲”、“ 乙”填写）。 (2) 单质A是_ _（填“金属”、“非金属” 或“既可以是金属又可以是非金属”）。 (3) 单质A、B可能同时是同主族非金吗？ ， 若可能，写出符合反应“单质A化合物甲单质B 化合物乙”的化学方程式： ； (4) 单质A、B可能同时是同周期非金吗？ ， 若可能，写出符合反应“单质A化合物甲单质B 化合物乙”的化学方程式： ； (5) 单质A是金属、单质B是非金属，可能吗？ ，若可能，写出符合反应“单质A化合物甲单质B 化合物乙”的化学方程式： 。 4、同元素间的氧化还原反应 同种元素相邻价态不发生氧化还原反应 （硫酸不与SO2反应），相隔的价态之间 可能反应。 同种元素高价和低价之间氧化还原反应 ，产物价态介于高、低价之间，化合价 不交叉。(H2SO4+H2S) 同种价态元素发生氧化还原反应时，化 合价必有升降，称歧化反应。(Cl2+OH-) 5、分解反应 金属氢氧化物：金属性越强越不易分解，反之 易分解成金属氧化物和水。 分解 条件 熔融 不分 解 高温分 解 灼热热 分解 加热热 分解 微热热 分解 低温 分解 实实例 KOH NaOH Ca(OH)2Mg(OH )2 Al(OH )3 Fe(OH )3 Cu(OH )2 Hg(OH )2 AgOH 二、化学反应的动力 1、能量降低 绝大多数的放热反应都可以自发进行，而 且放热越多，能量降低越多，产物也就 越稳定，反应越完全，化学反应都趋向 于最低能量状态倾向。例如4价的Sn， 和2价的Pb稳定，2价的Sn具有较强 的还原性，4价的Pb具有较强的氧化性 。也可以解释自然界，Sn主要以锡矿石 （SnO2）存在，Pb主要以方铅石（PbS ）存在 吸热反应，经常在温度升高后可自发进 行，其中还有最大混乱度的倾向。 NH4HCO3的分解产物均是无序的气体分 子，混乱度大于有序排列的NH4HCO3的 晶体，可以认为混乱度增大是此反应的 动力。 2、氧化性、还原性减弱 氧化剂还原剂氧化产物还原剂 3、离子浓度减少 非氧化还原反应常常伴随沉淀、气体、 或弱电解质的生成 CaCl2+Na2CO3 =CaCO3 + 2NaCl HCl+Na2CO3 =CO2 + 2NaCl+H2O NaF+HCl =HF + NaCl FeCl3+KSCN =Fe(SCN)Cl2 + KCl 例1、某主族元素R的单质可被稀硝酸氧化为R 3+， R 3+最外层有两个电子，在碱性条件下，R 3+可被 Cl2氧化成带一个单位负电荷的含氧酸根阴离子， 该阴离子在酸性条件下能将Mn 2+氧化成MnO4 -， 同时本身又被还原为R 3+。试写出有关反应的离子 方程式(不必确定R为何元素)： (1)_； (2)_； (3)_。 例2、A、B、C均为单质，B与C反应后的产物溶于水得 到无色溶液E。B、F、D、E的水溶液均呈酸性，E能作 还原剂，但其浓溶液不能被浓硫酸氧化，A、B、C之间 的其它反应如下图所示： 写出各物质的化学式。 例3、X、Y、Z为三个不同短周期非金属元素的单质。在 一定条件下有如下反应：Y+XA(气)， Y+ZB(气)。 请针对以下两种不同情况回答： （1）若常温下X、Y、Z均为气体，且A和B化合生成固体 C时有白烟产生，则： Y的化学式是 ； 生成固体C的化学方程式是 。 （2）若常温下Y为固体，X、Z为气体，A在空气中充分 燃烧可生成B，则： B的化学式是 ； 向苛性钠溶液中通入过量的A，所发生反应的离子方程 式是 ； 将Y与（1）中某单质的水溶液充分反应可生成两种强 酸，该反应的化学方程式是 。 例4、汞单质及其化合物在工业生产和科学研究上有广 泛的用途，汞唯一重要的矿源是朱砂（HgS）。朱砂炼 汞的反应之一为： HgS+O2 Hg+SO2 请回答下列问题： （1）HgS与O2的反应中，氧化剂是 ，每生 成1molHg转移电子的物质的是为 mol。 （2）电解某汞的硝酸盐溶液，当阴极消耗a mol金属阳 离子时，可获得2a mol金属单质， 同时阳极可得0.5a mol的气体产物。则该气体产物是 （填化学式），由此可推断得知该盐的化学式是 。 其阳极上的电极反应式是 。 下图是元素R的单质及其重要化合物在一定条件下相互转 化的关系图(生成物中不含该元素的物质均已略去)。 已知F可用作化肥，也可用来制炸药；G可用于作防腐剂 或建筑工程上的抗冻剂。据此回答以下问题： (1)单质A必定是_(填“金属”或“非金属”)， 理由是_。 (2)写出反应的化学方程式_。 并指出该反应在现代化学工业上的实际意义 _。 (3)物质B的分子空间构型为_ 。 (4)已知反应是氧化还原反应，其氧化产物与还 原产物的质量比为_。 (5)写出反应的离子方程式 _。 例5、有下图所示的反应关系：A是中学化学中常见 的无机物，A、B、C中含有同一种元素R，不含R的 产物已经略去。 (1)若A与NaOH反应，既可生成B，也可生成C，还可 生成B+C，写出符合上述