重要元素及其化合物

第四章重要元素及其化合物 学习目标 1 了解卤族 氧族 氮族 碳族和碱金属的通性 2 理解卤素单质 卤化氢 O2 O3 H2O2 氮 碳 磷 碳酸 硅和硅酸的性质 3 理解重要的硫酸盐 碳酸盐 氮的氧化物 磷的化合物 硅酸盐的性质 4 理解碱金属氧化物的性质 水的处理的主要内容 5 掌握卤素单质化学性质 卤素单质制法 卤离子的检验 重要金属卤化物的性质 6 掌握硫和硫的主要化合物 硝酸及硝酸盐 氨和铵盐的化学性质 7 掌握碱金属的盐 镁 铝和铁的性质 第一节卤族元素第二节氧族元素第三节氮族元素第四节碳族元素第五节碱金属第六节其他重要的金属元素 第一节卤族元素 一 卤素的通性 卤素是元素周期表中的第VIIA族元素 包括氟 F 氯 Cl 溴 Br 碘 I 砹 At 五种元素 其中砹是放射性元素 卤原子的最外层电子数都是7 它们的单质在化学反应中都容易得到1个电子 形成具有稳定结构的 1价阴离子 表现出强烈的氧化性 具有相似的化学性质 二 卤素单质的性质和制法 一 物理性质 二 化学性质1 与金属反应 在室温下 卤素单质可与镁 铁 铜等金属反应 例如Mg Cl2 MgCl2卤素单质与金属反应的作用活泼性顺序为 氟 氯 溴 碘 二 卤素单质的性质和制法 2 与氢气的反应卤单质虽然都能和氢气直接化合 但是表现出的氧化性却逐渐减弱 3 与水反应卤素单质的反应活性为 氟 完全反应 氯 溴 碘 氯气与水反应后生成 氯水 氯水中的次氯酸 HClO 是强氧化剂 能对自来水杀菌消毒 次氯酸不稳定 易分解放出氧气 2HClO 2HCl O2 二 卤素单质的性质和制法 4 与碱反应卤素单质与碱溶液反应可生成卤化物 次卤酸盐和水 工业上用氯气和消石灰 主要成分为氢氧化钙 作用生产漂白粉 2Ca OH 2 2Cl2 CaCl2 Ca ClO 2 2H2O次氯酸钙Ca ClO 2 CO2 H2O CaCO3 2HClO 二 卤素单质的性质和制法 5 卤素单质间的置换反应卤素单质的氧化能力不同 活动性顺序为 氟 氯 溴 碘 氧化能力强的卤素单质能把氧化能力弱的卤素从它的卤化物中置换出来 二 卤素单质的性质和制法 6 碘的特性单质碘遇到淀粉显蓝色 这是碘的特殊性质 利用这个特性可以对碘和淀粉进行相互检验和鉴别 二 卤素单质的性质和制法 三 制法卤素单质的制法主要有电解熔盐法 化学制备法等 三 卤化氢和卤化物 一 卤化氢卤化氢的通式为HX 通常为气态 它们都有刺激性气味 有一定的毒性 HF的毒性最强 卤化氢具有较高的热稳定性 HF在很高的温度下都不容易分解 卤化氢的水溶液称为氢卤酸 酸性和还原性随着卤素原子序数的增大而增强 三 卤化氢和卤化物 二 卤离子的检验在实验室常用硝酸酸化的硝酸银溶液来检验卤素离子 Ag Cl AgCl 白色 Ag Br AgBr 浅黄色 Ag I AgI 黄色 三 卤化氢和卤化物 三 重要的金属卤化物1 氯化钠 NaCl 俗称食盐 医疗上用的生理盐水就是浓度为9g L的氯化钠溶液 2 氯化钾 KCl 氯化钾在医疗上主要用作利尿药 常用于治疗心脏性 肾脏性水肿等 3 氯化铵 NH4Cl 医学上用它来纠正酸中毒和止咳祛痰剂中 4 氯化钙 CaCl2 在医学上 氯化钙可用于维生素 缺乏性佝偻病 软骨病 孕妇及哺乳期妇女钙盐补充等 5 溴化钠 NaBr 溴化钠可用于感光胶片 医药 香料 染料等工业 6 碘化钾 KI 我们常吃的加碘食用盐就是在普通食盐中加入碘化钾或碘酸钾 第二节氧族元素 一 氧族元素的通性 周期表中原子最外层电子数是6的主族元素有 氧 O 硫 S 硒 Se 碲 Te 钋 Po 它们都位于周期表中第VIA族 统称为氧族元素 氧在地球上分布极广 硫是某些蛋白质的组成元素 是生物生长所需要的一种元素 硒碲为稀有元素 钋是放射性元素 二 过氧化氢 H2O2 一 物理性质熔点272K 沸点423K 纯过氧化氢是淡蓝色的粘稠液体 与水以任意比混溶 水溶液为无色透明液体 有微弱的特殊气味 二 过氧化氢 H2O2 二 化学性质1 不稳定性 纯H2O2受热高于150 时爆炸分解 水溶液缓慢分解 2H2O2 2H2O O2 2 氧化还原性 在H2O2中 氧的化合价是 1 既可以升高也可以降低 因此既可以作为氧化剂也可用做还原剂 以氧化性为主 二 过氧化氢 H2O2 三 用途在不同的情况下可有氧化作用或还原作用 漂白 消毒 化学合成 氧源 燃料及燃料推进剂等 医药上常用质量分数为0 03的过氧化氢水溶液作为外用消毒剂 三 硫和硫的主要化合物 一 硫1 硫的物理性质和用途2 硫的化学性质S在化学反应中容易得2个电子 具有活泼的氧化性 容易跟金属 氢气和其它非金属发生反应 三 硫和硫的主要化合物 二 硫的主要化合物1 硫化氢 H2S 硫化氢有剧毒 能刺激人的眼睛和呼吸道 还能与血红蛋白中的铁结合 会造成人的呼吸麻痹而死亡 在较高温度时 硫化氢分解成氢气和硫 硫化氢在空气充足条件下完全燃烧生成水和二氧化硫 硫化氢燃烧时氧气不足或缓慢氧化条件下 产物中会析出单质硫 2H2S O2 2H2O 2S 三 硫和硫的主要化合物 硫化氢能被碘氧化生成单质硫 被氯氧化生成硫酸 H2S I2 2HI S H2S 4Cl2 4H2O 8HCl H2SO4硫化氢的水溶液能够使石蕊试液变为浅红色 它是一种弱酸 叫做氢硫酸 具有酸的通性 三 硫和硫的主要化合物 2 硫的氧化物 1 二氧化硫 SO2 SO2溶于水后 可以与水化合生成亚硫酸 并且该反应是一个可逆反应 SO2 H2OH2SO3 2 三氧化硫 SO3 SO3与H2O反应生成H2SO4 SO3 H2O H2SO4 三 硫和硫的主要化合物 3 硫酸 H2SO4 浓硫酸有吸水性和脱水性 在浓热时显强氧化性 可以跟金属和非金属反应 H2SO4 xH2O H2SO4 xH2OCu 2H2SO4 浓 CuSO4 SO2 2H2OC 2H2SO4 浓 CO2 2SO2 2H2O稀硫酸可与金属活动性顺序表中氢前金属在一定条件下反应 生成相应的硫酸盐和氢气 可与碱反应生成相应的硫酸盐和水 四 重要的硫酸盐 一 硫酸盐1 硫酸钠 Na2SO4 无水硫酸钠又称无水芒硝 中药名称为元明粉 可作缓泻剂 用于润燥破结 消肿明目 2 硫酸钙 CaSO4 硫酸钙可用作磨光粉和气体干燥剂 用于制作医疗上的石膏绷带 也用于冶金和农业等方面 3 十二水合硫酸铝钾 KAl SO4 2 12H2O 俗称明矾或钾矾等 是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐 明矾味酸涩 有毒 用做中药有抗菌 收敛等作用 四 重要的硫酸盐 二 硫酸根离子 SO42 的检验使用经过盐酸 HCl 酸化的氯化钡 BaCl2 可检验物质中的硫酸根 H2SO4 BaCl2 2HCl BaSO4 白色 Na2SO4 BaCl2 2NaCl BaSO4 白色 Ba2 SO42 BaSO4 白色 第三节氮族元素 一 氮族元素的通性 氮族元素包括氮 N 磷 P 砷 As 锑 Sb 铋 Bi 五种元素 位于元素周期表 A族 其中氮 磷是非金属元素 砷是准金属 锑和铋是金属 二 氮及其重要化合物 一 氮及其氧化物1 单质氮 氮气是无色 无味 无臭 熔沸点低 难于液化 在水中溶解度很小的气体 单质N2不活泼 在室温下不与氧 水 酸 碱等试剂反应 在高温或放电等条件下 氮气的化学活性增强 氮主要用于合成氨 由此制造化肥 硝酸和炸药等 由于氮的化学惰性 常用作保护气体 以防止物体暴露于空气时被氧化 用氮气填充粮仓 可使粮食不霉烂 不发芽 长期保存 二 氮及其重要化合物 2 氮的含氧化物 1 一氧化氮 NO NO很容易与氧反应生成红棕色的NO2 2NO O2 2NO2 二 氮及其重要化合物 2 二氧化氮 NO2 NO2是一种红棕色有毒的气体 低温时易聚合成无色的N2O4 2NO2N2O4将NO氧化或用铜与浓HNO3反应均可制备出NO2 2NO O2 2NO2Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 二 氮及其重要化合物 三 硝酸及硝酸盐1 硝酸是强酸 有酸的通性和强氧化性 某些金属如Fe Al Cr等能溶于稀硝酸 而不溶于冷浓硝酸 发生 钝化 现象 所以现在一般用铝制容器来装盛浓HNO3 硝酸能跟大多数非金属反应 使它们氧化为对应的氧化物或含氧酸 例如 C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2OS 6HNO3 浓 H2SO4 6NO2 2H2O 硝酸不稳定 易分解 在光照或受热时分解加快 4HNO3 4NO2 O2 2H2O因NO2为红棕色 硝酸分解产生的NO2溶在硝酸内使硝酸呈黄色 因此硝酸要放在棕色试剂瓶内避光低温保存 光照或受热 二 氮及其重要化合物 硝酸与金属反应的产物 主要取决于硝酸的浓度 金属的活泼性 反应的温度 例如 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O4Zn 10HNO3 稀 4Zn NO3 2 N2O 5H2O4Zn 10HNO3 很稀 4Zn NO3 2 NH4NO3 3H2O浓盐酸和浓硝酸体积比约3 1的混合物称为 王水 王水的氧化性比硝酸更强 硝酸用途广泛 可用于制造化肥 塑料 药物 含氮染料 炸药 如TNT 硝化甘油 等 二 氮及其重要化合物 2 硝酸盐 硝酸盐大多数是无色易溶于水的晶体 它的水溶液没有氧化性 高温时 固体硝酸盐会分解放出氧气 而显氧化性 硝酸盐中最重要的是硝酸钾 硝酸钠 硝酸铵和硝酸钙等 硝酸盐是常用的化学试剂 在工农业生产上主要用来作肥料和制造炸药 二 氮及其重要化合物 三 氨和铵盐1 氨 氨是一种有刺激臭味的无色气体 氨极易溶于水 在常温下水可溶解氨体积比为1 700 通常把溶有氨的水溶液叫做氨水 氨水中大部分NH3与水结合成一水合氨 NH3 H2O 少部分电离出NH4 和OH 因此在氨的水溶液中存在下列平衡 NH3 H2ONH3 H2ONH4 OH 二 氮及其重要化合物 由于氨水中存在少量的OH 所以氨水呈弱碱性 能使酚酞试液变红 氨水不稳定 受热分解生成氨和水 NH3 H2ONH3 H2O氨与酸反应生成铵盐 例如 NH3 HCl NH4ClNH3 HNO3 NH4NO32NH3 H2SO4 NH4 2SO4 二 氮及其重要化合物 2 铵盐 铵盐一般是无色的晶体 易溶于水 由于氨的弱碱性 铵盐都有一定程度的水解 由强酸组成的铵盐 其水溶液显酸性 NH4 H2ONH3 H2O H 二 氮及其重要化合物 在任何铵盐的溶液中加入强碱并加热 就会释放出有刺激性气味的NH3 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝 可利用此反应检验铵盐的存在 例如氯化铵与氢氧化钠的反应 NH4Cl NaOHNaCl NH3 H2O 二 氮及其重要化合物 铵盐加热易分解 例如 NH4ClHCl NH3 NH4NO3N2O 2H2O 三 磷及其重要化合物 一 磷磷有白磷 红磷 黑磷三种同素异构体 二 磷的重要化合物1 磷的氢化物磷的氢化物有PH3 P2H4 P12H16等 其中最重要的是PH3 称之为膦 PH3在空气中能自燃 因为在这个气体中常含有更活泼易自燃的联膦P2H4 我们常说的的 鬼火 就是P2H4气体在空气中自动燃烧的现象 三 磷及其重要化合物 2 磷酸 H3PO4 纯净的磷酸是无色晶体 熔点42 3 高沸点酸 易溶于水 H3PO4是一个中强酸 具有酸的通性 磷酸受强热时脱水 依次生成焦磷酸 三磷酸和多聚的偏磷酸 磷酸的主要用途是用作食品饮料中的澄清剂 制备工业用金属表面处理剂 耐火材料添加剂等 第四节碳族元素 一 碳族元素的通性 碳族元素位于元素周期表 A族 包括碳 C 硅 Si 锗 Ge 锡 Sn 铅 Pb 它们的非金属性比同周期的氮族 氧族 卤素都弱 碳 硅是非金属 锗是金属元素 但金属性较弱 锡和铅是更为典型的金属元素 碳族元素随着原子序数的增加 电子层数依次增多 原子半径逐渐增大 元素的金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 二 碳 碳酸和碳酸盐 一 碳在加热下 碳较易被硝酸氧化 例如 C 4HNO3 浓 CO2 4NO2 2H2O在高温下 碳还能与许多金属反应 生成金属碳化物 碳还具有还原性 在高温下可以冶炼金属 二 碳 碳酸和碳酸盐 二 碳酸 H2CO3 和碳酸盐1 碳酸 H2CO3 碳酸是二氧化碳气体溶于水而生成的酸 它极不稳定 容易分解成二氧化碳和水 CO2 H2O H2CO3H2CO3 CO2 H2O碳酸是一种二元弱酸 具有酸的通性 二 碳 碳酸和碳酸盐 2 碳酸盐碳酸盐可由金属元素阳离子和碳酸根相结合而成 或者将二氧化碳通入碱性溶液也可生成碳酸盐 难溶性的碳酸盐在二氧化碳和水的作用下 可以转化为可溶性的碳酸氢盐 CaCO3 CO2 H2O Ca HCO3 2所有的碳酸氢盐都溶于水 碳酸氢盐受热分解为碳酸盐 二氧化碳和水 三 硅 硅酸和硅酸盐 一 硅硅是极为常见的一种元素 有无定形硅和晶体硅两种同素异形体 硅的化学性质非常稳定 在常温下 除氟化氢以外 一般不与其他物质发生反应 二 硅酸和硅酸盐1 硅酸 H2SiO3 硅酸的组成很复杂 习惯上把H2SiO3称为硅酸 硅酸是一个很弱的酸 其酸性比碳酸还弱 溶解度很小 硅酸是通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得 例如 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 三 硅 硅酸和硅酸盐 2 硅酸盐 1 硅酸钠 Na2SiO3 2Na2SiO3 H2O Na2Si2O5 2NaOH硅酸钠广泛应用于铸造业 造纸 软水剂 防火处理 化工原料等众多领域 2 天然硅酸盐自然界存在的各种天然硅酸盐的数量大 种类多 它们都具有难溶 难熔性 例如橄榄石 锆英石 滑石 白云母等 第五节碱金属 一 碱金属的通性 A族有锂 Li 钠 Na 钾 K 铷 Rb 铯 Cs 钫 Fr 6种元素 因其氢氧化物为强碱 故称为碱金属 碱金属元素随着原子序数的增加 熔沸点呈降低趋势 密度逐渐升高 都具有导电性和金属性 碱金属的周期律性质主要表现为 自上而下 碱金属元素的金属性逐渐增强 每一种碱金属元素都是同周期元素中金属性最强的元素 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 一 钠钠是很活泼的金属 在自然界只能以化合态存在 地壳中的钠元素主要以钠长石中较多 海水中以氯化钠溶液的形式存在并浓度较大 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 1 物理性质单质钠有银白色金属光泽 密度仅为0 968g cm3 比水轻 硬度较小 可用刀切割 断面呈银白色光泽 接触空气后被氧化 颜色变暗 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 2 化学性质钠是很活泼的金属 极易失去一个电子显示出强的还原性 是强还原剂 能与许多非金属及化合物反应 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 1 钠与非金属反应 钠很容易与氧气反应 在纯净的氧气中 钠剧烈燃烧 生成过氧化钠 2Na O2Na2O2在室温下钠与空气作用生成Na2CO3 因此 金属钠不能接触空气 应放在煤油或液体石蜡中隔绝空气保存 使用时用镊子取出 用滤纸擦干表面的溶剂 用小刀小心切割 剩余的再放回煤油或石蜡中 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 2 钠与水的反应 演示实验4 5 1 取培养皿一个 加入约1 2体积的水 再滴入1滴酚酞 用镊子取绿豆大小的金属钠放入水中 观察并记录现象 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 实验事实表明 钠比水轻 浮在水面上 与水反应剧烈 放出大量的热和气体 推动钠在水面上滚动 因已加入酚酞 随着金属钠的反应 无色透明的溶液逐渐变红 说明溶液呈碱性 2Na 2H2O 2NaOH H2 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 二 氧化钠氧化钠为白色固体 分子式为Na2O 氧化钠对人体有强烈刺激性和腐蚀性 对眼睛 皮肤 粘膜能造成严重灼伤 接触后可引起灼伤 头痛 恶心 呕吐 咳嗽 喉炎 气短 二 钠 Na 和氧化钠 Na2O 氧化钠遇水发生剧烈反应并放热 与二氧化碳反应可生成碳酸钠 在潮湿条件下还能腐蚀某些金属 Na2O H2O 2NaOHNa2O CO2 Na2CO3氧化钠置于通风 低温的地方密封贮存 要远离火种 热源 防止阳光直射 应与酸类 食用化学品等分开存放 切忌混储 三 氢氧化钠和钠盐 一 氢氧化钠 NaOH 氢氧化钠是白色固体 俗称苛性碱 其水溶液对纤维 皮肤有强烈的腐蚀作用 固体氢氧化钠吸湿性很强 在空气中易潮解 吸收空气中的CO2生成碳酸钠 氢氧化钠是强碱 能与酸和酸性氧化物反应 生成对应的盐和水 NaOH HCl NaCl H2O2NaOH CO2 不足 Na2CO3 H2ONaOH CO2 过量 NaHCO3 三 氢氧化钠和钠盐 二 碳酸钠 Na2CO3 和碳酸氢钠 NaHCO3 碳酸钠俗称纯碱或苏打 碳酸氢钠俗称小苏打 二者的水溶液都呈碱性 碳酸钠溶液碱性稍强 常把盐酸 硫酸 硝酸 碳酸钠 氢氧化钠称为 三酸二碱 是化学工业的基本原料 第六节其它重要的金属元素 一 镁和铝 一 镁和铝的物理性质镁和铝分别位于第三周期的 A和 A族 它们都是银白色的轻金属 有较强的韧性 延展性 有良好的导电性和导热性 一 镁和铝 铝常用于制作导线和电缆 铝箔常用于食品 饮料的包装等 镁和铝的更重要的用途是制造合金 制成合金可克服纯镁和纯铝的硬度 强度较低 不适于制造机器零件的缺点 例如 含有硅 铜 锌 锰等元素的镁 铝合金就具有质轻 坚韧 机械性能好等许多优良性质 用途极为广泛 如可用来做机械零件 车船材料 门窗等 一 镁和铝 二 镁和铝的化学性质镁和铝位于同一周期 它们都是比较活泼的金属 但镁的最外层电子更易于失去 镁比铝更活泼 镁和铝都能与非金属 酸等物质起反应 铝还可以跟强碱溶液起反应 一 镁和铝 1 与非金属反应在常温下 镁和铝都与空气里的氧气起反应 生成一层致密而坚固的氧化物薄膜 从而使金属失去光泽 由于这层氧化物薄膜能阻止金属的继续氧化 所以 镁和铝都有抗腐蚀的性能 镁和铝除了能与氧气起反应外 在加热时还能与其他非金属如硫 卤素等起反应 一 镁和铝 2 与酸 碱的反应镁和铝都能与盐酸反应 放出气体 铝放出气体的速度慢 镁不能跟氢氧化钠溶液反应 而铝能与碱反应 并放出氢气 Mg 2HCl MgCl2 H2 2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO 3H2 一 镁和铝 铝遇到冷的浓硝酸 浓硫酸 会在铝的表面反应生成一层氧化物保护膜 使得反应不能够再继续进行下去 我们把这种现象称之为钝化 因此 人们可以用铝制的容器装运浓硫酸或浓硝酸 一 镁和铝 3 与某些氧化物的反应镁和铝都是较活泼的金属 它们的还原性比较强 不仅能把氧气还原 而且在一定条件下还能与某些氧化物起反应 将其中的某些元素还原 一 镁和铝 三 铝的重要化合物1 氧化铝 Al2O3 氧化铝是一种白色难熔的物质 是冶炼金属铝的原料 也是一种比较好的耐火材料 它可以用来制造耐火坩埚 耐火管和耐高温的实验仪器等 氧化铝为两性氧化物 既能与酸反应 也能与强碱反应 Al2O3 6HCl 2AlCl3 3H2OAl2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O 一 镁和铝 2 氢氧化铝 Al OH 3 氢氧化铝是几乎不溶于水的白色胶状物质 它能凝聚水中的悬浮物 又有吸附色素的性能 游泳池里用明矾作净水剂 氢氧化铝是两性氢氧化物 能与酸和强碱反应 Al OH 3 3HCl AlCl33 3H2OAl OH 3 NaOH