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非金属元素 非金属元素 非金属单质和金属相比 几乎没有共同的物理性质 其性质彼此之间相差很悬殊 从状态来看 常温常压下 既有固体 液体 又有气体 从熔 沸点来讲 有高达48270C 金刚石的沸点 的 也有低到4 2K He的沸点 硬度 密度 水溶性相差也很悬殊 从导电性来讲 大部分非金属都是非导电体 但也有的导电性不逊色于金属 有的非金属是良好的半导体 如硅 造成非金属单质物理性质相差悬殊的是由于其晶体类型比较多 同素异形体多 一 非金属元素的物理性质 二 非金属单质的化学性质F2 Cl2 O2是强氧化剂 H2 C Si高温时有较强的还原性 在化学反应中 Cl2 Br2 I2 N2 P S既有氧化性又有还原性 在晶体类型相同的前提下 一些非金属单质的物理性质还是有规律可循的 如 1 与金属的反应 非金属性越强的元素 其单质越易与金属反应 典型金属与典型非金属反应生成离子化合物 如 多数非金属可以直接与氧化合形成多种氧化物 有的虽不能直接与氧化合 但也有多种不同价态的氧化物存在 如Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7 2 与氧的反应 非金属氧化物大多数是酸酐 其最高价氧化物都是酸酐 如 硼酸酐 B2O3碳酸酐 CO2硝酸酐 N2O5硫酸酐 SO3磷酸酐 P2O5高氯酸酐 Cl2O7 在所有元素中 只有氟的电负性大于氧 所以仅在OF2中氧呈现正价态 3 与H2反应 生成共价型氢化物 元素非金属性越强 越易与H2反应 且生成的氢化物越稳定 共价型氢化物有关性质的递变规律如下 4 与水的反应大部分非金属单质不与水反应 卤素仅部分与水反应 碳 硼仅在赤热的条件下才与水蒸气反应 5 与酸的反应 非金属一般不与稀酸反应 但强氧化性酸如浓HNO3 浓H2SO4可以使许多非金属被氧化 如 非金属性强的非金属单质 能够氧化某些含氧酸或含氧酸盐 如 6 与碱的反应 许多非金属单质可与碱反应 许多非金属单质在碱性水溶液中发生的是歧化反应 如 有些还原性较强的非金属在与强碱反应时 非金属作还原剂 如 F2的非金属性最强 只有氧化性而无还原性 在与碱反应时 只能作氧化剂 三 非金属单质的制法 1 氧化法 此法适用于常与负价态存在的卤素和氧族等非金属元素的制备 如 2 还原法 此法适用于常与正价态存在的氮族 碳族及硼等非金属元素 3 分解法 此法是指在加热的条件下 某些化合物发生分解而得到非金属单质 4 电解法 此法用于活泼的非金属的制备 最活泼的非金属单质氟只能采用熔融电解的方法来制取 四 非金属氢化物 1 沸点变化规律 结构相似时 熔沸点随着相对分子质量的增大而升高 在同一主族中 沸点由上至下 逐渐升高 但由于N O F的原子半径小 电负性大 氢化物分子间存在着氢键 使得它们的沸点 与同主族其余氢化物比较显得特别高 H2O HF NH3 CH4H2Se H3As HBr GeH4H2S HCl PH3 SiH4H2Te SbH3 HI SnH4 2 热稳定性 非金属性越强 其氢化物越稳定 因此 共价型氢化物的热稳定性 在同一周期中 从左到右逐渐增加 在同一族中 自上而下逐渐减小 3 还原性 除外 其他共价型氢化物都具有不同程度的还原性 同周期从左至右 氢化物的还原性减弱 同主族自上而下 氢化物的还原性增强 解释 在周期表中 从右向左 自上而下 元素的原子半径增大 电负性减小 阴离子失电子的能力依次递增 所以氢化物的还原性也依次增强 五 含氧酸 1 含氧酸酸碱性变化规律 非金属元素的氢氧化物均为酸 由于非金属元素都是主族元素 所以其氢氧化物的酸性强弱变化规律较强 同周期 从左到右 其酸性依次增强 例如 R为同一主族元素且R价态相同时 从上至下酸性递减 如 HNO3 H3PO4 H3AsO4 HClO HBrO HIO 同种非金属元素的不同含氧酸 一般来说价态越高 酸性越强 例如 HNO2的酸性比HNO3弱 H2SO3的酸性比H2SO4弱 2 含氧酸的强度 美国化学家鲍林提出经验规则 若含氧酸的化学式为HnROm 也可写成ROm n OH n 其中m n为非羟基氧原子的数目 他认为含氧酸的强度 k1 和非羟基氧原子的数目 m n 有下列关系 m n强度实例0弱酸H3BO3 HClO1中强H3PO3 H2SO32强H2SO43很强HClO4 利用此规则可以解释含氧酸的相对强弱 如 HClO4 H2SO4 H3PO4是因为m n的值分别为3 2 1 HClO4 HClO3 HClO2 HClO是因为m n的值分别为3 2 1 0 H2SO4 H2SO3是因为m n的值分别为2 1 3 含氧酸的热稳定性 热稳定性是指物质受热分解的情况 含氧酸的热稳定性和其酸酐的挥发性 成酸元素的价态有很大关系 一般来说 常温下酸酐呈气态的含氧酸最不稳定 就是在溶液中也能分解 如 H2CO3 CO2 H2O H2SO3 SO2 H2O 酸酐不挥发的含氧酸比较稳定 在常温下不分解 但在加热的情况下也能分解为酸酐和水 如 同元素的高价态的含氧酸比低价态的含氧酸稳定 H2SO4比H2SO3稳定 HNO3比HNO2定 HClO4 HClO3 HClO2 HClO的稳定性依次降低 4 氧化还原性 同一周期中 各元素最高价含氧酸的氧化性 从左到右递增 同一主族中 各元素最高价含氧酸的氧化性 多数随原子序数增加呈锯齿形升高 同种元素不同价态含氧酸 低价态的含氧酸的氧化性较强 如 HClO HClO2 HClO3 HClO4 其原因是 高价含氧酸中含氧数目较低价态的含氧酸多 中心原子与氧原子之间形成的R O键数目多 在还原过程中 需要断裂这些R O键 所以 高价含氧酸酸根稳定 氧化性弱 六 非金属含氧酸 1 含氧酸盐溶解性一般规律 钠盐 钾盐 硝酸盐 氯酸盐大多数易溶于水 硫酸盐大部分溶于水 但SrSO4 BaSO4 PbSO4难溶 CaSO4 Ag2SO4微溶于水 碳酸盐大多数都不溶于水 以CaCO3 BaCO3 PbCO3 SrCO3最难溶 磷酸盐 磷酸一氢盐 大都不溶于水而磷酸二氢盐可溶于水 2 含氧酸盐热稳定性规律 含氧酸盐加热时一般分解酸酐和金属氧化物 少数分解为单质且放出氧气 一般来说 酸越稳定 其盐也越稳定 反之亦然 因此 碳酸盐 碱金属除外 亚硫酸盐 硝酸盐 氯酸盐一般不稳定 受热易分解 各种氯酸盐也易分解 分解产物为氯化物和氧气 对于多元酸来说 其正盐 酸式盐和酸的稳定性依次递减 如Na2CO3 NaHCO3 H2CO3 铵盐一般都不稳定 加热时都会分解 其分解产物一般是氨气和相应的酸 若是氧化性酸的铵盐 氨离子里的负价态又会被氧化 产物比较复杂 碱金属 除Li外 的碳酸盐 碱土金属的碳酸盐 副族元素和过渡元素的碳酸盐 在碱金属和碱土金属各族中 阳离子半径大的碳酸盐 阳离子半径小的碳酸盐 七 酸式盐的特性 在此我们主要讨论一些二元以上弱酸的酸式盐 如NaHCO3 Ca H2PO4 2 CaHPO4 NaHSO3等的一些特性 1 溶解性 一般来说 酸式盐的溶解度一般比相应的正盐大 如 但应特别注意 对碳酸盐来讲 所有碳酸氢盐都溶于水 而其正盐只有 NH4 2CO3和碱金属碳酸盐溶于水 且NaHCO3 NH4CO3等的溶解度相应也小于Na2CO3和 NH4 2CO3 2 热稳定性 酸式盐的热稳定性介于相应的正盐与酸之间 如 3 酸式盐具有酸碱两性 酸式盐的水解和电离的两重性决定着酸式盐和强酸 强碱都能够发生反应 酸式盐 H 酸酸式盐 OH 正盐HCO 3 H H2O CO2 HCO 3 OH H2O CO2 3HSO 3 H H2SO3HSO 3 OH H2O SO2 3 八 其他 1 难挥发的酸有浓H2SO4 浓H3PO4 2 易挥发的酸有HNO3 H2S HX 3 不稳定的酸有H2CO3 H2SO3 HClO 只存在于稀的水溶液中 HNO3也属不稳定酸 4 难溶于水的酸有H4SiO4 H2SiO3 5 有毒的酸有HPO3 H3AsO4 例1 2001年 月底 月初 各地报刊纷纷转载了不要将不同的洁污剂混合使用的警告 据报道 在全国各地发生了多起混合洁污剂氯气中毒的事件 根据你的化学知识作出如下判断 这一判断的正确性有待证明 当事人使用的液态洁污剂之一必定含氯 最可能的存在形式是 和 当另一种具有 性质 的液态洁污剂与之混合 可能发生如下反应而产生氯气 ClO Cl 酸性 ClO Cl 2H Cl2 H2O 例 市场上出现过一种一氧化碳检测器 其外观像一张信用卡 正中有一个直径不到 cm的小窗口 露出橙红色固态物质 若发现呈红色转为黑色而在短时间内不复原 表明室内一氧化碳浓度超标 有中度危险 一氧化碳不超标时 呈红色虽也会变黑却能很快复原 已知检测器的化学成分 亲水性的硅胶 氯化钙 CuCl2 2H2O 固体酸H8 Si Mo2O7 6 28H2O和PdCl2 2H2O 呈红色为复合色 不必细究 CO与PdCl2 2H2O的反应的化学方程式为 1 中的产物之一与CuCl2 2H2O反应而复原 化学程式为 2 中的产物之一复原的反应化学方程式为 CO PdCl2 2H2O CO2 Pd 黑色 2HCl H2O Pd 2CuCl2 2H2O PdCl2 2CuCl 黑色消失 4CuCl 4HCl 6H2O O2 4CuCl2 2H2O 例3 最近有人用一种称为 超酸 的化合物H CB11H6Cl6 和C60反应 使C60获得一个质子 得到一种新型离子化合物 HC60 CB11H6Cl6 回答如下问题 以上反应看起来很陌生 但反应类型却可以根中学化学课本中的一个化学反应相比拟 后者是 NH3 HCl NH4Cl 例 1998年 中国科大的化学家把CCl4 L 和Na混合放入真空容器中 再置于高压容器中逐渐加热 可得一些固体颗粒 经X射线研究发现 该固体颗粒实际由A和B两种物质组成 其中A含量较少 B含量较多 试回答 1 CCl4和Na为何要放在真空容器中 2 指出CCl4分子的结构特点和碳原子的杂化态 3 试确定A B各为何物 A B之间有什么关系 4 写出上述反应方程式 并从热力学的角度说明A为何含量较少 B为何含量较多 5 请从纯理论的角度说明 采取什么措施后 A的含量将大幅度增多 6 请评述一下上述试验有何应用前景 例 被称为 魔棒 的荧光棒已成为节日之夜青少年喜爱的玩物 其发光原理是 利用H2O2氧化草酸酯产生能量 该能量被传递给荧光物质后使其发出荧光 回答下列问题 1 有人说 发光的魔棒不要靠近石油之类的可燃气体 否则会产生爆炸 是否正确 说明理由 2 通过挤压 使H2O2与草酸酯混合反应 导致魔棒发光 一段时间后 光的亮度降低 此时 把魔棒从手心敲打几下 亮度会重新增大 原因是什么 提示 草酸酯是一种有粘度的有机化合物 3 魔棒的设计发光能力在 12小时 如果在发光中途 把它放入冰箱的冰冻室中 发光便会停止 或基本停止 把魔棒从冰冻室中取出静置一会儿 它又会发光 原因是什么 例6 1 食盐加碘剂 碘酸钾的制备可采用两条路线 第一条 利用I2与氯酸钾反