高职班普通化学

一个极性分子就是一个偶极子。分子的正电荷中心称为偶极子的正极,负电荷中心称为负极。,一、分子的极性,如果分子的正电荷重心和负电荷重心完全重合,则称为非极性分子。如果不重合,则称为极性分子。,衡量分子极性的强弱的物理量是是偶极矩,偶极子大小相等,符号相反,彼此距离为d的两个电荷组成的体系称为偶极子。,凡具有对称中心或具有对称元素的公共交点的分子就是非极性分子,二、分子间力和氢键,偶极矩,偶极子的电量q和正负电荷的距离d的乘积称为电偶极矩,简称偶极矩,表示为:,=qd,分子电偶极矩大小数量级为10-30(Cm)。它又是一个矢量,方向从正极到负极。,偶极子,偶极矩越大，分子的极性越强。,分子内原子间作用力化学键(125900kJ/mol)分子间作用力分子间力、氢键。(0.250kJ/mol),1.分子间力:,2.氢键,色散力,瞬时偶极产生的作用力。与分子量大小成正比。,1.分子间力,色散力当非极性分子相互靠近时，由于电子和原子核的不断运动，正负电荷中心不能始终保持重合，产生瞬间偶极，瞬间偶极之间的相互作用称为色散力。色散力存在于所有分子之间，同类型分子距离相等时，相对分子质量越大，其色散力越大。,例：下列两组物质的色散力大小1）卤素单质；2）卤化氢,解：卤素单质按色散力从大到小：I2,Br2,Cl2,F2;卤化氢按色散力从大到小：HI,HBr,HCl,HF,思考：实际上卤化氢中HF的沸点高于HCl,说明在HF分子中还存在其它的相互作用？可能是什么？,取向力,取向力分子固有电偶极之间的作用力，存在于极性分子中。,距离较远时,距离较近时,图取向力示意图,诱导力,固有偶极和诱导偶极间产生的作用力。,诱导力固有偶极与诱导偶极之间的作用力，存在于极性分子之间或极性分子与非极性分子之间。,同类型的分子可通过分子量判断分子间力的大小。,分子量：I2Br2Cl2F2常温下:固液气气熔点:113.6-7.3-102.4-223,分子间力特点：作用力小，0.250kJ/mol；没有方向性和饱和性；作用范围小。,分子间作用力(kJ.mol-1)分配,分子取向力诱导力色散力总作用力H2000.170.17Ar008.488.48Xe0018.4018.40CO0.0030.0088.798.79HCl3.341.100316.7221.05HBr1.090.7128.4230.22HI0.580.29560.4761.36NH313.281.5514.7229.55H2O36.321.928.9847.22,一般，最主要的是色散力；分子极性很大时，取向力是主要的。,指氢原子与电负性较大的F、O、N以共价极性键相结合的同时，还能吸引F、O、N的孤对电子形成一种特殊的作用力叫氢键。,注意：氢键有方向性和饱和性。,2.氢键,返回,例1:,烷烃(CnH2n+2)其熔沸点随n值的增大而增大,为什么?注意:必须同类型比较!,例2:,思考,H2O、H2S、H2Se、H2Te及HF、HCl、HBr、HI的熔沸点顺序。,3.分子间相互作用力对物质性质的影响,例3：,解释为什么硝基苯酚的三种同分异构体的沸点不同？,沸点0C：4596114,注意：氢键具有饱和性，分子内形成氢键后分子间就形不成氢键。,返回,例4：,用氢键形成说明NH3(aq)为什么表现弱碱性。,NH3在水中与水形成氢键的过程是：,第二步占主导，所以OH-的浓度较小，表现为弱碱性。,例6,对同物质来说一般固体的密度比液体的密度要大，而水确相反,所以冰可以漂浮在水的上方。解释为什么？,Eg.,下列各对分子间，存在的相互作用力分别为：A）CH3Cl和CH3Cl之间存在_。B）CH3Cl和CH4之间存在_。C）N2和N2之间存在_。D）H2O和C2H5OH之间存在_。,色散力、诱导力、取向力,色散力、诱导力,色散力,色散力、诱导力、取向力、氢键,返回,作业：p21第，7，,20题。注意随堂带一本作业本。,6.1卤素的通性,第6章卤素,本节重点:,卤素单质的性质和制备；卤素氢化物的性质、制备及性质递变规律；卤化物的性质及卤离子的鉴定。,2.1族元素及其化合物,卤素(VIIA)FClBrI,价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5,共价半径/pm,71,99,114,133,第一电离能/kJmol-1,1681,1140,1008,电负性,电子亲和能/kJmol-1,322348.7324.5295,氧化值-1,-1，1，3，5，7,14.1卤素的通性,氟氯溴碘,依次增大,离子半径,依次减小,依次减小,离解能,依次减小,氟反常?,氟反常?,下一节,1251,14.2.1卤素的成键特征,形成非极性共价键如单质,形成极性共价键,形成离子键,与活泼金属化合时,如,与非金属化合时,如,形成配位键,配合物中作配体,存在,1.卤素单质的物理性质：,F2Cl2Br2I2,14.2.2卤素单质,溶解度：F2剧烈地分解水,水中：Cl2、Br2、I2溶解度较小，分别称氯水、溴水、碘水,有机溶剂：Br2可溶于乙醇、乙醚、氯仿、CCl4、CS2，随浓度不同显示黄色棕红色,I2溶于乙醇、乙醚、酯等呈棕色或红棕色（溶剂合物）,溶于CCl4、CS2等呈紫色或紫红色（以分子状态）,KI和碘化物：,黄棕黄棕红,F2Cl2Br2I2,X2氧化性：,X-还原性：,氧化还原性,氧化性最强的是F2，还原性最强的是I。,2.卤素单质的化学性质：,结论：,毒性：气态X2均有刺激性气味，刺激咽喉、鼻、眼的粘膜，吸入较多则引起中毒，甚至死亡。Br2（l）使皮肤造成难以痊愈的灼伤。,与金属,与金属作用：,可氟化所有的金属，且反应剧烈，常伴随燃烧和爆炸，但与Cu、Ni、Pb、Mg等作用时因生成难溶氟化物保护膜而阻止反应，故可以贮存于上述金属及合金容器中。,F2,能与各种金属作用，反应较剧烈，有些需加热。干燥Cl2不与Fe作用，故可将Cl2贮存于铁罐中。,Cl2,常温下只与活泼金属化合，加热时可与其它金属化合。,Br2、I2,与非金属作用：,F2,能与大部分非金属化合。（除O2、N2）如低温下与S、P、C、Si等猛烈反应，产生火焰。,Cl2,与大多数直接非金属化合，剧烈程度F2,END,与氢作用：,F2,Cl2,Br2,I2,卤素间置换,Br2、I2,与水,需高温，反应不完全,激烈程度,歧化反应：（水解反应）,可见：氯水,溴水,碘水的主要成分是单质。,在碱存在下，促进X2在H2O中的溶解、歧化。,与H2O反应：,氧化反应：,I2发生其逆反应,加碱,歧化反应产物：,I2,Br2,加碱促进水解,制备,(氧化手段的选择),F2(g)电解：,Cl2(g),实验室：,工业(电解)：,3.卤素单质的制备：,阳极（无定形碳）,阴极（铜制电解槽）,电解反应：,溴,Br2(l),氧化：,(反歧化),纯化：,工业制法从海水中提取,海水,Br2(空气吹出),Br2(l),解释：,碘,I2(s),海藻为原料：,智利硝石为原料：,提取NaNO3余下的母液(NaIO3)用NaHSO3还原,用途?,氢化物,常温下，卤化氢都是无色具有刺激性气味的气体。,14.2.3卤素的氢化物,1.卤化氢性质,化性,HX为共价化合物,属极性分子,溶沸点较低;易液化,液态不导电;具刺激性气味、无色气体，潮气中冒烟；易溶于水形成氢卤酸，除氢氟酸为弱酸外，均为强酸。,HF,1）分子间存在氢键，溶沸点、气化热反常,H,H,H,H,H,F,F,F,F,F,2）弱酸,缔合,不太稀的溶液中,存在平衡,随浓度，H2F2浓度，电离度，酸性,腐蚀性,3）腐蚀性,HF腐蚀玻璃，通常用塑料容器储存。,HCl,1）强酸性浓盐酸37%，密度1.19gcm-3工业盐酸30%,呈黄色(含FeCl4-),2)还原性,3)配位性,难溶物溶解,HBr,HBr和HI,1)还原性,使HI溶液变黄,HBr与氧作用缓慢,光照下变棕黄色故HI和HBr应储存于棕色瓶中。,2）配位性,HX制备,3.卤化氢的性质递变规律,熔点、沸点,熔、气化热,生成热（0）,核间距,键能,极性,热稳定性,酸性,还原性,2.4,14.2.4卤化物,卤化物的分类：,金属卤化物和非金属卤化物，离子型和共价型,非金属卤化物：,等,卤素与电负性比较小的元素生成的化合物。,1.卤化物：,A、A、镧系、锕系大多数金属,性质,水解性：,对应氢氧化物不是强碱的都易水解，产物为氢氧化物或碱式盐,易水解,产物为两种酸BX3,SiX4,PCl3,卤化物的性质：,记：Sn(OH)Cl，SbOCl，BiOCl,递变,卤化物的键型及性质的递变规律：同一周期：从左到右，阳离子电荷数增大，离子半径减小，离子型向共价型过渡，熔沸点下降。,例如：NaClMgCl2AlCl3SiCl4b.p.升华)57.6,同一金属不同卤素：AlX3随着X-半径的增大，极化率增大，共价成分增多。,例如：离子键共价型AlF3AlCl3AlBr3AlI3b.p./1272181253382,IA,A的卤化物：离子键型，随着离子半径的减小，晶格能增大，熔沸点增大。例如：NaFNaClNaBrNaIm.p./996801755660,同一金属不同氧化值：高氧化值的卤化物共价性显著，熔沸点相对较低。例如：m.p./,记：难溶卤化物,多卤,同一族卤化物：上下，离子性，共价性,溶解度：大多数易溶,鉴定I-、Br-混合溶液,氧化性：,酸性介质中,盐,稳定性：,酸性：,氧化性：,5.1氧族元素概述,第5章氧族元素,5.2氧的化合物,1.氧分子形态,激发：,单线态1O2,基态：三线态(S=2s+1),154.8kJmol-192.0kJmol-1,O2:(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1,O2O-2O22-O2+,2Ag+2O3=Ag2O2+2O2PbS+4O3=PbSO4+O23KOH(s)+2O3(g)=2KO3(s)+KOHH2O(s)+(1/2)O2(g),KO2+O2,2.臭氧（O3）,有鱼腥味的淡蓝色气体,Cl+O3ClO+O2,ClO+OCl+O2,净反应：O3+O=2O2,NO+O3NO2+O2,NO2+ONO+O2,净反应：O3+O=2O2,结构:O为sp3杂化,H2O2弱酸性、不稳定,3.过氧化氢（H2O2）,2H+O2+2e=H2O2EA=0.68V,2Fe3+2e=2Fe2+EA=0.77V,2Fe3+H2O2=2Fe2+2H+O2,2H+H2O2+2e=2H2OEA=1.776V,2Fe2+2H+H2O2=Fe3+2H2O,净结果：2H2O2=2H2O+O2,凡电位为0.681.78V的金属电对均可催化H2O2分解,3H2O2+2MnO4-=5H2O2+2MnO4-+6H+=H2O2+Mn(OH)2=3H2O2+2NaCrO2+2NaOH=H2O2+2Fe2+2H+=,H2O2既有氧化性又有还原性,2MnO2+3O2+2OH-+2H2O,2Mn2+5O2+8H2O,MnO2+2H2O,2Fe3+2H2O,2Na2CrO4+4H2O,EB,EA,乙醚鉴定:Cr2O72-+2H2O2+2H+=5H2O+2CrO5,水相:2CrO5+7H2O2+6H+=7O2+10H2O+2Cr3+(蓝绿)Cr2O72-+H2O2+H+=Cr3+H2O+O2Cr3+H2O2+OH-CrO42-+H2O,5.4硫的化合物,1.单质S8,结构：S：sp3杂化形成环状S8分子,3.硫的氧化物,SO2，SO3是酸雨的罪魁祸首。,硫酸及其盐,硫酸和硫酸根的结构中心原子采用sp3杂化，分子构型为四面体。,SO42-的结构,H2SO4的结构,SO42-是很稳定的正四面体结构，只有在浓酸中才具有氧化性,所有硫酸盐基本上是离子性的,因此大部分的硫酸盐易溶于水.,强吸水性、强氧化性,Fe+H2SO4（稀）FeSO4+H2Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2+2H2OC+2H2SO4（浓）CO2+2SO2+2H2O,过渡金属硫酸盐加热易分解,想一想：（1）稀硫酸可以溶解铁，但是却可以用铁桶来盛放浓硫酸，为什么？,SO42-易带阴离子结晶水，以氢键与SO42-结合,CuSO45H2O脱水,-2H2O,-2H2O,-H2O,CuSO4,4.1氮族元素概述,第4章氮族元素,ANPAsSbBins2np3,氮半径小，易形成双键、叁键,-3-2-1-1/3NH3N2H4NH2OHHN3氢化物的酸碱性取决于与氢直接相连的原子上的电子云密度,电子云密度越小，酸性越强。,4.2氮的氢化物,1.氨,Fe,Ru2N2+3H2=NH3HaberF.获1916年诺贝尔奖,取代反应：1.将NH3分子看作三元酸2.其他化合物中的原子或原子团被氨基或亚氨基所取代,加合反应(路易斯碱)：,氧化反应:,COCl2+2NH3=CO(NH2)2+2HCl,铵盐的分解:,常温,铵盐的一个重要性质是它的热稳定性差,如果相应的酸具氧化性，则分解出来的NH3会立即被氧化,2.联氨(肼）、羟胺,OH-,-NH2,N2H4无色液体,NH2OH白色固体,水溶液为碱性,NH3N2H4NH2OH,K10-16N2H62+OH-,不稳定，易分解N2H4=N2+H2(或NH3)3NH2OH=NH3+3H2O+N2(N2O),+H2OH2OH2O,K10-5NH4+OH-,K10-6N2H5+OH-,K10-9NH3OH+OH-,+H2O,既可以作氧化剂，又可作还原剂（为主）。2NH2OH+2AgBr=2Ag+N2(N2O)+2HBr+2H2ON2H4+4CuO=2Cu2O+N2+2H2O,N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2OrH=-621.5kJmol-1N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)作为火箭推进剂,NH2OH可与醛、酮形成肟，是聚酰胺纤维和尼龙的中间体,NH3N2H4NH2OH,形成配合物Pt(NH3)2(N2H4)2ClZn(NH2OH)2Cl,形成配合物的能力强弱？,用途？,3.叠氮酸HN3无色液体或气体,AgN3、Cu(N3)2、Pb(N3)2、Hg(N3)2作为雷管引爆剂；NaN3、KNO3、SiO2为主要成分用于汽车安全气囊，在汽车受到撞击的一刹那，由于剧烈碰撞，NaN3分解，气袋迅速膨胀弹出，从而保护司乘人员。,撞击,NaOHNaN3,N2+H2,ZnZn(N3)2+H2,N2H4+HNO2=HN3+2H2O,sp2杂化sp杂化34,NCl3:NH3+3Cl2=NCl3+3HCl在90：爆炸分解：NCl3=N2+3/2Cl2rH=-295.5kJmol-1,4.3卤化物,NF3NCl3sp3杂化，三角锥形,1.氮氧化物：N2O,NO,N2O3,NO2,N2O4,N2O5,NO3,NO2：sp2杂化,34,4.4氮的含氧化合物,NO：(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1顺磁性,2NO3I24H2O=2NO38H6I,4NO2H2S=4NOSO3H2O,10NO22MnO42H2O=2Mn210NO34H,氮氧化物是大气污染物之一，可以引起光化学烟雾，破环臭氧层。,N2O+O=N2+O2N2+O2=2NONO+O3=NO2+O2NO2+O=NO+O2,总反应式O3+O=2O2,NO气体还具有治疗哮喘和关节炎，抵御肿瘤，杀死感性细菌、真菌和寄生虫的能力。FeridMurad、LouisJ.Ignarro、RobertF.Furchgott三位美国药理学家由于发现NO的药理作用而获得1998年诺贝尔医学奖。NO被评为当年的“明星”分子。,N：sp2杂化,N2O3+H2O,2HNO2,(蓝色),NO+NO2+H2O,2.亚硝酸及其盐,HNO2的结构,亚硝酸及其盐既具有氧化性又具有还原性，以氧化性为主。,2HNO2+2I-+2H+=2NO+I2+2H2O5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+2Mn2+3H2ONO2-+Cl2+H2O=2H+2Cl-+NO3-,亚硝酸盐绝大部分无色,易溶于水,(AgNO2浅黄色不溶),金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差。,亚硝酸盐遇到仲胺可形成亚硝酰，可引起消化系统癌症,N：sp2杂化,N：sp2杂化,3.硝酸及其盐,HNO3的结构NO3-的结构,34,46,HNO3越稀，金属越活泼，HNO3被还原的氧化值越低。,Zn(NO3)2+2NO2+2H2O,Zn+4HNO3（浓）=,3Zn(NO3)2+2NO+4H2O,3Zn+8HNO3（稀1:2）=,4Zn(NO3)2+N2O+5H2O,4Zn+10HNO3(较稀2mol.L-1)=,4Zn+10HNO3(很稀1:10)=,4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O,活泼金属,非金属单质+HNO3=相应的高价酸+NO,硝酸盐在高温下显示氧化性，所有金属的硝酸盐加热分解都产生O2：Mg及Mg之前元素：2KNO3=2KNO2+O2Mg后Cu前元素：2Pb(NO3)2=2PbO+4NO2+O2Cu之后元素：2AgNO3=2Ag+2NO2+O2NH4NO3可用作炸药，其热分解属氮自身的低氧化态物种与高氧化态物种之间的氧化还原反应：NH4NO3=N2O+2H2O,4.5磷的化合物,P-P-P=60具有张力,红磷：,1.单质,黑磷：,石墨状的片状结构，可导电。,白磷（黄磷）：,P4O10+6H2SO4=6SO3+4H3PO4P4O10+12HNO3=6N2O5+4H3PO4,2.磷的氧化物,P4+3O2=P4O6,点击右图观看动画,+2O2=P4O10,3.磷的卤化物,PX3分子晶体,PX5离子晶体,PCl5固体中含有PCl4+和PCl6-,P：sp3d2杂化,P：sp3杂化,H3PO2H3PO3H3PO4次亚正,P4O6+6H2O(冷)=4H3PO34H3PO3=3H3PO4+PH3,P4+Ba(OH)2+H2OPH3+Ba(H2PO2)2H2SO4H3PO2+BaSO4,+1+3+5,4.磷的含氧酸,O|HOPOH|OH,P:,sp3杂化,3s3p,3d,O:O:O:O:,HHH,OHOPOHOH,两个d-p反馈,H3PO4结构,SO42-、ClO4-含d-p反馈,H3PO4-H2O,2H3PO4H4P2O7+H2O,3H3PO4H5P3O10+2H2O,HPO3（偏）,(HPO3)n,焦磷酸、聚磷酸、偏磷酸,点击方程式，观看动画,简单磷酸盐：复杂磷酸盐：可以是直链,支链,环状,P-O四面体基本结构单元,PO43-HPO42-+Ag+Ag3PO4(黄)可溶于硝酸H2PO4-,2PO43-+3Ca2+=Ca3(PO4)2HPO42-+Ca2+=CaHPO4H2PO4-+Ca2+=不沉淀,AgI(黄)不溶于硝酸,(加入NH3H2O沉淀),5.磷的含氧酸盐,三聚磷酸钠,Na5P3O10,Na5P3O106H2O,Na5P3O10M2Na3MP3O102Na(M=Ca2、Mg2、Fe2等)Na5P3O10M2MP3O103-5Na,格氏盐偏磷酸钠,(NaPO3)n,络合水中的Ca2，Mg2；有较强的缓冲能力；能与表面活性剂起协同作用，改善洗涤剂的功能。,1.羟基磷灰石是骨骼、牙齿的主要成分。在口腔发生下列化学反应被蛀：,4.7应用,含氟牙膏可以保护牙齿：,2.发酵粉,联合发酵粉含28%NaHCO3,21.4%NaAl(SO4)210.7%Ca(H2PO4)2H2O和39.9%的淀粉。Ca(H2PO4)2H2O+2NaHCO3=Na2Ca(HPO4)2+3H2O+2CO2NaAl(SO4)2+3NaHCO3=Al(OH)3+2Na2SO4+3CO2,第3章碳族元素,氧化值,最大配位数,单质可形成原子晶体,金属晶体,3.1概述,CSiGeSnPbns2np2,1.碳的同素异形体,3.2碳及其化合物,由厦门大学郑兰荪院士课题组等合成C50Cl10的研究成果，于2004年4月30日在美国科学杂志发表，首次明确无误地合成和结构表征了小于C60的富勒烯，取得富勒烯科学的重要突破，引起较大反响。,2.碳的氧化物,CO具有还原能力与较强配位能力,CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd,Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co2(CO)8其中C是配位原子。,HbH2O+O2HbO2+H2O,CO的分子轨道能级图(未考虑杂化),CO2分子中C原子是以sp杂化轨道分别与2个O原子的px轨道重叠构成键，y、z轴方向分别有三个原子的py、pz轨道相互平行，形成两个34。,CO2为头号温室气体，在有温度记载的130多年中，最热的年份有10个，其中9个是在1980年后，过去百年间，全球年平均地表气温（简称全球温度）上升0.30.6。,钠、钾、铵等易溶盐碳酸氢盐溶解度小于正盐因为氢键存在，形成二聚物或多聚物。,为什么碳酸氢钙溶解度大于碳酸氢钠？,3.3硅的化合物,硅在常温下不活泼，高温下硅的反应活性增强，它与氧、卤素、N、C、S等非金属作用，生成相应的二元化合物。,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(g)Si2F2(g)=SiF4(g)3Si2Cr2O7216H=3SiO2(s)4Cr38H2O,硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸和王水，但可与氢氟酸缓慢作用，常用HF-HNO3混合液作硅器件的腐蚀液。Si4HNO3(浓)6HF=H2SiF64NO24H2O,1.单质,SiH4+2O2=SiO2+2H2OSiH4+2KMnO4=2MnO2+K2SiO3+H2O+H2(g)SiH4+(n+2)H2O=SiO2nH2O+4H2(g)SiH4+S=Si+2H2S,2.氢化物硅烷,通式为SinHn+2,3