非金属元素及其化合物.ppt

第十一章 非金属元素及其化合物,第三节 氮族元素,第二节 氧族元素,第一节 卤素,第四节 碳族和硼族元素,第一节 卤素,一、概述,1、外层电子结构：ns2np5,2、氧化能力：F2Cl2Br2I2,3、化合价：由卤素电子层结构ns2np5决定，除了易获得一个电子显-1价外，这些元素可以表现更高的氧化态+1、+3、+5、+7。,三、卤化氢、氢卤酸的卤化物,（一）卤化氢和氢卤酸,1、卤化氢的制备,（1）直接合成法 （2）复分解法,2、卤化氢的性质,HF最稳定，高温下不分解，而HI在300即大量分解为I2与H2。 HF有强腐蚀性，并能腐蚀玻璃 SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O,（二）卤化物、多卤化物,1、氯化物AgCl、Hg2Cl2、PbCl2，CuCl难溶于水，其它易溶于水。,2、由于氟的氧化性强，元素在氮化物中可呈高氧化态。例如一般卤素银盐为AgX，但有AgF2存在。由于碘离子还原性强，碘化物中元素呈低价氧化态，如FeI2较稳定。,3、卤化物可和相同或不相同的卤素分子形成多卤化物，最常见的多卤化物是KI3，是由I2溶于KI中形成。多卤化物所含的卤素可以是一种，也可以是两种或三种，如RbBrCl2、CsBrICl。只有半径大，电荷少的金属离子适于形成多卤化物。,（三）相关药物,1、盐酸 2、氯化钠 3、氯化钾 4、氯化铵 5、溴化钠、溴化钾和溴化铵 6、碘化钠、碘化钾,四、氯的含氧酸,除氟外，所有的卤素都可以生成含氧酸。卤素的含氧酸以氯的含氧酸最为重要。 因素含氧酸和含氧酸盐的许多重要性质，如酸性、氧化性、热稳定性、阴离子碱的强度等都随分子中氧原子数的改变而呈规律性的变化。,第二节 氧族元素,一、概述,周期表第VIA族称为氧族元素，包括氧、硫、硒、碲和钋五种元素。 价电子层结构ns2np4，氧化态-2、+2、+4、+6，氧仅显-2价(除H2O2及OF2外)。 氧族元素原子最外层6个电子，因而它们是非金属(钋除外)，但不及卤素活泼。 随着原子序数增大，非金属性减弱，氧硫是非金属、硒、碲是半金属，钋是典型金属。氧的电负性最高，仅次于氟，所以性质非常活泼，与卤族元素较为相似。,二、氧、臭氧和过氧化氢,（一）氧 氧是无色、无臭的气体。在标准下，密度为1.429kgL-1；熔点（54.21K）和沸点（90.02K）都较低，液态和固态氧都显淡蓝色；氧在水中的溶解度很小，通常1ml水仅能溶解0.0308mlO2。 氧最主要的化学性质是氧化化性。除稀有气体和少数金属外，氧几乎能所有元素直接或间接地化合，生成类型不同，数量众多的化合物。,（二）臭氧,常温下，臭氧（O3）是浅蓝色的气体，沸点160.6K、熔点21.6K，O3比O2易溶于水（通常1ml水中能溶解0.49ml O3）。 O3的氧化性大于O2。常温下，O3能与许多还原剂直接作用。例如： PbS + 2O3 = PbSO4 + O2 2Ag + 2O3 = O2+ Ag2O2（过氧化银） 2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2,（三）过氧化氢,制备：电解60H2SO4溶液，减压蒸馏得H2S2O8，水解可得H2O2。 H2S2O8+2H2O=2H2SO4+H2O2,性 质,1、不稳定性 2H2O22H2O +O2 2、弱酸性 H2O2 H+ + HO2- H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O,3、氧化还原性,由于H2O2氧化数处于中间，因此它既显氧化性又显还原性，氧化还原能力与介质的酸碱性有关。以氧化性为主。例如： Cl2 +H2O22HCl +O2 H2O2 +2I- +2H+I2 + 2H2O Pb + 4 H2O2 PbSO4+ 4H2O,三、硫、硫化氢和金属硫化物,（一）硫,1、与金属、氢、碳等还原性较强的物质作用时，呈现氧化性。 H2 + S H2S C + 2S CS2 Hg + S HgS,2、与具有氧化性的酸反应，呈现还原性。,S +2HNO3 H2SO4 + 2NO S +2 H2SO4（浓） 3SO2+ 2H2O,3、在碱性条件下，硫容易发生歧化反应。,3S + 6NaOH2Na2S + Na2SO3 + 3H2O,（二）硫化氢,1、弱酸性 H2S为二元弱酸，在溶液中有如下电离平衡： H2S H+ +HS- K1=9.110-8 HS- H+ +S2- K2=1.110-12,2、还原性,在酸性溶液中，氢硫酸是中强还原剂，可被空气中的氧气氧化析出单质硫。 2H2S + O2 = 2S+ 2H2O,3、沉淀剂,由于大多数金属硫化物不溶于水，在定性分析中，以H2S作为分离溶液中阳离子的沉淀剂。 检验：以Pb(Ac)2试纸检验，H2S使试纸变黑： H2S+Pd（Ac）2= PdS+2HAc,（三）金属硫化物,大多数金属硫化物难溶于水 金属硫化物和硫化铵（NH4）S易溶于水。碱土金属硫化物的溶解度较小。可溶性金属硫化物溶于水时，因S2-离子水解使溶液呈碱性。 S2 + H2O HS- + OH- 可溶性硫化物的固体或溶液均被空气中的O2所氧化，并生成多硫化物。,四、硫的重要含氧酸及其盐,（一）亚硫酸及其盐,SO2溶于水，其水溶液就是亚硫酸。H2SO3是二元弱酸。 H2SO3 H+ +HSO3- K1=1.310-2 HSO3- H+ +SO32- K2=1.0210-7,1、不稳定性,2、氧化还原性,SO32- + 2 H+ = SO2+H2O Na2SO3 Na2SO4 + Na2S,Na2SO3 + O2 = Na2SO4 SO32- +2H2S + 2 H+ = 2S + 3H2O,（二）硫酸及其盐,纯硫酸（H2SO4）是无色油状液体，凝聚点为283.43K，沸点为603.2K。硫酸为二元强酸，是最常用的三大无机强酸之一。 硫酸及其盐的主要化学性质为： 1、吸水性和脱水性 2、强酸性和强氧化性 3、浓硫酸的溶解性,（三）硫代硫酸及其盐,硫代硫酸（H2S2O3）非常不稳定，只能存在于175K以下。常用的是其盐Na2S2O35，俗称为海波或大苏打。 S2O32- + H2O HS2O3- + OH-,1、遇强酸分解,S2O32- +2H+ = S+ SO2+ H2O,2、还原性,Na2S2O3是中等强度的还原剂。 S2O32- + 4Cl2 + 5H2O = 2SO42- +8 Cl- + 10H+ S2O32- + I2 = S4O62- +2I-,3、配位性,S2O32-具有很强的配位能力，能与许多金属形成稳定的配合物。 S2O32- + AgBr = Ag(S2O3)23- + Br-,（四）相关药物,1、硫酸钠 Na2SO410H2O在中药中称芒硝或朴硝。 2、硫代硫酸钠,五、离子的鉴定,1、S2- 利用醋酸铅试纸鉴定，此法用于S2-浓度较大时。 S2- + Pb2+ = PbS 2 、SO32- 亚硫酸盐遇强酸应会放出SO2气体，SO2具有还原性，能使硝酸亚汞方式纸变黑（Hg22+还原为金属汞）。 SO32- + 2H+ = SO2+H2O SO2 + Hg22+ + 2H2O = 2Hg + SO42- + 4H+,3、S2O32-,（1）利用S2O32-在酸性介质中的不稳定性来检测。 S2O32- +2H+ = S+ SO2+ H2O （2）用AgNO3检验：过量的Ag+和S2O32-作用，先生成白色Ag2S2O3沉淀，此沉淀不稳定，很快分解为Ag2S，沉淀的颜色由白变黄、变棕、最后变成黑色。,4、SO42-,在确证无F-、SiF62-存在时，用钡离子检验，生成不溶于盐酸的白色沉淀。 SO42- + Ba2+ = BaSO4,第三节 氮族元素,一、概述,周期表VA族包括氮、磷、砷、锑、铋五种元素，称为氮族元素。通性有： 1、价电子层结构为ns2np3，主要氧化态为-3、+3、+5。 2、氮族元素得电子趋势较小，显负价较为困难。因此氮族元素的氢化物除NH3外都不稳定，而氧化物均较稳定。 3、由于从As到Bi，随着原子量的增加，ns2惰性电子对的稳定性增加。,二、氨和铵盐,（一）氨 氨（NH3）是氮的氢化物，常温下为无色有刺激性气味的气体，极易溶于水，氨的水溶液称为氨水。,1、弱碱性,2、取代反应,NH3分子具有碱性，从氨的结构来看，氨有孤对电子，可以结合质子，显示碱性。,NH3分子中的H原子可以被其他的原子或原子团取代，如NaNH2（氨基化钠），CaNH（亚氨基化钙），当三个H原子都被取代，则生成氮化物，如Li3N。,3、还原性,4、配位性,NH3分子中的N原子处于最低氧化态（-3）。在一定条件下，氨具有还原性,由于NH3上有孤对电子 Ag+ 2NH3Ag(NH3)2+,（二）铵盐,1、遇强碱分解放出氨气 NH4+ +OH- NH3+ H2O 2、强酸类铵盐水溶液显弱酸性 NH4+ + H2O NH3H2O + H+ 3、固态铵盐受热时易发生分解反应 铵盐的热稳定性差，受热时极易分解，分解产物通常与组成有关。 NH4Cl NH3+ HCl (NH4)2SO4 NH3+ NH4HSO4,三、氮的含氧酸及其盐,（一）亚硝酸及硝酸盐,1、弱酸性 亚硝酸（HNO2）是一元弱酸。 2、不稳定性 3HNO2 = HNO3 + H2O + 2NO,3、氧化还原性,HNO2分子中的N的氧化数为+3，属于中间氧化态，既有氧化性又有还原性。在酸性介质中，HNO2及其盐主要显还原性。如： 2NO2- + 2I- +4H+ = I2 + 2NO +2H2O 当HNO2与强氧化剂作用时，NO2-为还原剂，被氧化为NO3-。如： 5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 2Mn2+ + 5NO3- +3H2O,（二）硝酸及硝酸盐,1、不稳定性 4HNO3 = O2+ H2O + 4NO2 2、强氧化性 HNO3分子中的N的具有最高氧化态+5，具有强氧化性，可以氧化金属和非金属。 （1）氧化非金属 2HNO3 + S = H2SO4 + 2NO 5HNO3 + 3P + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO （2）氧化金属 许多非金属都易被其氧化为相应的酸，而HNO3的还原产物一般为NO。,四、磷的含氧酸及其盐,（一）磷酸及其盐 常温下纯磷酸为无色晶体，熔点315.3K，能与水按任何比例混合。 H3PO4可形成三种类型的盐，即磷酸盐（如Na3PO4），磷酸一氢盐（如Na2HPO4）和磷酸二氢盐（如NaH2PO4）。,（二）次磷酸及其盐,纯净的次磷酸（H3PO2）是无色晶体，熔点299.5K，易潮解。H3PO2是一元弱酸，Ka10-2，它的分子中有两个与磷原子直接相连的氢原子。次磷酸及其盐都是强还原剂，可将Ag+、Hg2+、Cu2+等还原。如： Ag+ + H3PO2 + 2H2O = 4Ag + H3PO4 + 4H+,（三）多磷酸、偏磷酸及其盐,磷在充足的空气中燃烧生成P4O10，这是由P4四面体结构所决定。磷酐与水作用先形成偏磷酸，然后是焦磷酸，最后得到正磷酸。都是以磷氧四面体为结构基础。,五、砷、锑、铋的重要化合物,（一）氢化物 砷、锑、铋的氢化物（AsH3、SbH3、BiH3）都是恶臭、无色、剧毒的气体。它们的分子结构与NH3相似，但在水中的溶解度却不大。这些氢化物不稳定，容易分解。它们的稳定性，按AsH3- SbH3- BiH3的顺序依次降低。它们能够还原重金属的盐使金属沉积下来。例如： 2AsH3+12AgNO3+3H2O =As2O3+12Ag+12HNO3,（二）氧化物及其水化物,砷、锑、铋+3氧化物的酸性依次递减，碱性依次递增。 As2O3 + 3H2O = H3AsO3 As2O3的酸性显著，易溶于碱性溶液形成亚砷酸盐。 As2O3 + 6NaOH = 2Na2AsO3 + 3H2O,（三）常见的盐,砷、锑、铋常见的盐主要有氯化物、硝酸盐以及亚砷酸和砷酸钠。它们最主要的化学性质是水解性、氧化性和生成配位化合物。,六、离子的鉴定,1、NH4+ 铵盐溶液中加入过量的NaOH试液，加热后的氨气放出，使湿润的红色石蕊试纸变监。 NH4+ +OH- = NH3+ H2O 2、NO3- 取试样数滴于试管中，加入0.1molL-1 FeSO4试液，沿管壁缓慢加入浓H2SO4，使成两液层，界面显棕色为阳极反应。 NO3- + 3Fe2+ + 4H+ =3Fe3+ + NO + 2H2O Fe2+ + NO + SO42- = Fe(NO)SO4,3、NO2- 试管中加入几滴试液、H2SO4和淀粉KI试液，振荡试管，若显蓝色，表明有NO2-存在。 2NO2- + 4H+ + 2I- =2NO+ I2 + 2H2O 4、PO43- 取磷酸盐溶液，加硝酸和钼酸铵试液，在70左右温热数分钟，即析出黄色沉淀。 PO43- + 12MoO42- + 3NH4+ + 24H+ = (NH4) 3PO412MoO312H2O,第四节 碳族和硼族元素,一、概述,周期表第A族包括碳、硅、锗、锡铅五种元素，称为碳族元素；周期表第A族包括硼、铝、镓、铟、铊五种元素，称为硼族元素。 通性： （1）价电子结构为ns2np2，氧化态+2、+4。 （2）以Ge到Pb，ns2惰性电子对稳定性增强。,二、活性碳的吸附作用,活性碳是具有高吸附能力的单质碳。 吸附作用是指气体分子或溶液中溶质附着在某物质表面上的现象。 响活性碳吸附量的因素主要有： 内因吸附质的性质。外因吸附温度。 吸附分为物理吸附和化学吸附。,三、碳的氧化物、碳酸及碳酸盐,（一）碳的氧化物,碳的氧化物有多种，主要的氧化物包括CO、CO2等。 1、一氧化碳 CO是无色无臭的气体，沸点181K，熔点68K。 2、二氧化碳 CO2是一种无色、无臭、无毒、不能燃烧的气体，比重是空气的1.53倍。 CO2化学性质不活泼，但在高温下，能与碳或活泼金属镁、铝等作用。 CO2 + 2Mg 2MgO + C,（二）碳酸及其盐,1、CO2溶于水存在平衡，大部分以CO2.H2O的形式存在，只有少部分形成H2CO3，与SO2溶于水的情况相似。 2、碳酸盐水解 由于碳酸是很弱的酸，所以碳酸铂在溶液中水解呈较强的碱性，称为纯碱。 3、Na2CO3溶液中加入金属离子，生成何种沉淀，根据碳酸盐及氢氧化物溶解度大小来决定。,四、硅的含氧化合物及其盐,（一）二氧化硅 强碱或熔融态的碳酸钠与SiO2的反应为： SiO2 + NaOH = NaSiO3 + H2O SiO2 + NaCO3 = NaSiO3 + CO2,熔融,（二）硅酸及硅酸盐,1、硅酸：在实验室中，用盐酸与可溶性硅酸盐作用可得硅酸，硅酸是很弱的酸，在水中溶解度小。在水中随条件不同，逐步聚合成硅酸凝胶。 2、由于硅酸很弱，N a2SiO3在溶液中强烈水解呈碱性 3、鉴定SiO32-：在SiO32-溶液中加入NH4Cl，发生完全水解，且有H2SiO3沉淀生成并放出NH3。,五、硼酸和硼砂,（一）硼酸 硼