《元素及其化合物》PPT课件

磷的化合物,氮的化合物,氮族元素的单质,氮族元素概述,氮族元素,氮族元素概述:,氮族(VA)：N，P，As，Sb，Bi,价电子构型：ns2np3,NH3PH3AsH3SbH3BiH3,氮气是无色、无臭、无味的气体。沸点为-195.8C。微溶于水。常温下化学性质极不活泼，加热时与活泼金属Li，Ca，Mg等反应，生成离子型化合物。,氮族元素的单质,磷的同素异形体:,P4化学性质活泼，空气中自燃，溶于非极性溶剂。,较稳定，400以上燃烧，不溶于有机溶剂。,磷的燃烧,氮的化合物,结构：,N：sp3杂化，三角锥形,1.氮的氢化物,氨(NH3),2.氮的氧化物,铂丝网,一氧化氮(NO),制备：,性质：无色气体，水中溶解度较小。,二氧化氮(NO2),N：价电子2s22p3sp2杂化后,有毒，有特殊臭味的红棕色气体,溶于水,用碱吸收,结构：,：,性质：,3.氮的含氧酸及其盐,亚硝酸（HNO2）,制备：,性质：,弱酸,(蓝色),不稳定,4,_,10,0,.,6,=,2,2,3,2,2,2,NO,NO,O,H,O,N,O,H,2HNO,+,+,+,亚硝酸盐,制备：碱吸收法,性质：绝大部分无色,易溶于水,(AgNO2浅黄色不溶)极毒是致癌物。,金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差,主,AgNO2NaNO2,氧化还原性,硝酸(HNO3),物理性质：纯硝酸：无色液体，密度为1.53gcm-3浓硝酸：含HNO369%，密度1.4gcm-3硝酸挥发而产生白烟发烟硝酸，溶有过量NO2的浓硝酸产生红烟，且硝酸常带黄色或红棕色。,大部分金属可溶于硝酸，硝酸被还原的程度与金属的活泼性和硝酸的浓度有关。,铜与浓硝酸反应,磷的化合物,1.磷的氢化物(膦PH3),结构：与NH3相似,性质：无色气体，似大蒜臭味，剧毒强还原性,制备：,次磷酸钾,2.磷的氧化物,O2(足),P4O6和P4O10的性质：,P4O6白色易挥发的蜡状晶体，易溶于有机溶剂。P4O10白色雪花状晶体，强吸水性。,次磷酸(H3PO2)及其盐,性质：一元中强酸,3.磷的含氧酸及其盐,结构：,=1.010-2,亚磷酸(H3PO3)及其盐,性质：二元中强酸,结构：,强还原性：,磷酸H3PO4,特性：脱水缩合后形成焦磷酸、聚磷酸、(聚)偏磷酸。,结构：,性质：三元中强酸,磷酸盐,4.磷的卤化物,PX3PX5结构：三角锥三角双锥,分子晶体,离子晶体,PCl3PCl5,杂化类型：不等性sp3sp3d,PCl5离子晶体:,PCl5固体中含有PCl4+和PCl6-离子PCl4+：P：sp3杂化四面体,PCl6-：P：sp3d2杂化八面体,氧族元素:,硫及其化合物,氧及其化合物,氧族元素概述,氧族元素概述:,碱性：,1.氧（O2）,分子轨道电子排布式：,氧及其化合物,酸性：(氧化性强),2.臭氧(O3)：O2的同素异形体,结构：,中心O：sp2杂化形成,性质：,不稳定性,氧化性,唯一极性单质,3.过氧化氢（H2O2）,不稳定性,性质：,弱酸性,结构：,可见：H2O2氧化性强，还原性弱；是不造成二次污染的杀菌剂。,酸性条件：,氧化还原性,碱性条件：,硫有几种同素异形体斜方硫单斜硫弹性硫密度/gcm-32.061.99颜色黄色浅黄色190的熔融硫稳定性94.5用冷水速冷,1.单质硫,硫及其化合物,物理性质：,2.硫化氢和硫化物,H2S是无色，有腐蛋味，剧毒气体。稍溶于水。水溶液呈酸性，为二元弱酸。,硫化氢,结构：H2S结构与H2O相似,性质：,与空气(O2)反应,最重要的性质是它的还原性：,3.多硫化物,制备：现象：黄橙红红x,性质：,遇酸不稳定,氧化性,还原性,SO2的性质：气体、无色，有强烈刺激性气味，易溶于水，溶于水后形成亚硫酸。,4.二氧化硫、亚硫酸及其盐,SO2是极性分子,SO3的结构：,S：3s23p4,5.三氧化硫、硫酸及其盐,H2SO4的结构：,H2SO4分子间通过氢键相连，使其晶体呈现波纹形层状结构。,硫代硫酸(H2S2O3)：极不稳定，尚未制得纯品。硫代硫酸盐：Na2S2O35H2O，海波，大苏打。,硫代硫酸及其盐,6.硫的其他含氧酸及其盐,制备：,性质：易溶于水,水溶液呈弱碱性；遇酸分解：,还原性：,冷却发烟硫酸时，可以析出焦硫酸晶体,H2S2O7为无色晶体，吸水性、腐蚀性比H2SO4更强。,焦硫酸盐可作为溶剂,焦硫酸及其盐,过氧化氢：H-O-O-H,过二硫酸,过一硫酸,过硫酸及其盐,磺酸基,过二硫酸盐：,强氧化剂：,稳定性差：,连二亚硫酸：(H2S2O4),亚硫酸：,二元中强酸：,遇水分解：,卤族元素,卤素的含氧化合物,卤化物多卤化物,卤素的氢化物,卤素单质,卤素概述,卤族元素的基本性质：,卤素(VII)FClBrI,价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5,第一电离能/kJmol-1,1681,1251,1140,1008,氧化数-1,-1，1，3，5，7,卤素概述,1.卤素单质的物理性质：,F2Cl2Br2I2,卤素单质,常温下,卤化氢都是无色具有刺激性气味的气体。,稳定性,卤素的氢化物,1.卤化氢性质,卤化物,2.卤化物的分类：,金属卤化物：,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。,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,PCl3,3.卤化物的性质：,记：Sn(OH)Cl，SbOCl，BiOCl,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的卤化物均为离子键型，随着离子半径的增大，晶格能减小，熔沸点降低。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：SnCl2SnCl4；SbCl3SbCl5m.p./247-3373.43.5,卤素的各种含氧酸的比较,次卤酸：,HClOHBrOHIO,酸性,氧化性,稳定性：,卤酸及其盐,卤酸：HClO3HBrO3HIO3酸性：强强近中强酸性:减弱,1.4581.5131.209,已获得酸的浓度：,40%50%晶体,稳定性：,高卤酸及其盐:,高卤酸：HClO4HBrO4H5IO6酸性：最强强弱,1.2261.7631.60,都是强氧化剂,均已获得纯物质,稳定性好。,偏高碘酸HIO4,O,重要高卤酸盐：高氯酸盐,高氯酸盐多易溶于水，但K+、NH4+、Cs+、Rb+的高氯酸盐的溶解度都很小。,KClO4稳定性好,用作炸药比KClO3更稳定。,NH4ClO4：现代火箭推进剂。,Mg(ClO4)2,Ca(ClO4)2可用作干燥剂,可得40%溶液,可得固体,氯的各种含氧酸性质的比较,HClOHClO2HClO3HClO4,酸性:,稳定性：,不稳不稳相对稳定稳定,增强,增强,几种重要的过渡金属的性质,过渡元素,周期表中IIIB族至IIB族元素称过渡元素。也有文献认为IIIB族至VIIIB族,过渡元素的电子层结构特点是具有未充满的d轨道（IBIIB除外），最外层有1-2个电子，具有两个未充满的电子层。价电子构型为(n-1)d1-10ns1-2,铜族元素包括（铜、银、金）三个元素，价电子层结构为(n-1)d10ns1。最外层电子数为一个s电子，但金属活泼性比碱金属弱得多，化学活泼性也远低于碱金属。铜族元素从上到下（即随Cu、Ag、Au顺序）金属活泼性递减。（与碱金属元素变化规律相反。）铜族元素一方面易形成共价性化合物，另一方面易形成络合物。,1铜族元素,铜族元素的基本性质,CuAgAu原子量63.5107.9197.0价电子3d104s14d105s15d106s1主要氧化态+1，+2+1+1，+3,原子金属半径/pm127.8144.4144.2第一电离势(kJmol-1)750735895第二电离势(kJmol-1)197020831987M+水合热(kJmol-1)-582-486-644M2+离子水合热(kJmol-1)-2121升华热(kJmol-1)340285385电负性1.91.932.54,铜族单质铜族单质具有密度大，熔沸点较高，优良的导电导热性等特性。铜族金属相互之间以及和其他金属之间都易形成合金。,化学性质与O2作用,2Cu+O2+H2O+CO2=Cu(OH)2CuCO3碱式碳酸铜,银、金在加热时不与空气中O2反应，在潮湿空气中也不反应。,铜族单质,铜与卤素在常温下反应，铜在空气中可以缓慢溶于稀酸。2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O铜与浓盐酸在加热时也能反应。2Cu+8HCl(浓)=2H3CuCl4+H2铜易溶于硝酸和热浓H2SO4等强氧化性酸。银也可以溶于硝酸和热浓H2SO4等强氧化性酸，但更困难。金只溶于“王水”。,氧化物和氢氧化物Cu2O（黄或红）CuO（黑）Cu(OH)2（浅兰）,性质：均难溶于水，有颜色。,热稳定性：氧化物中CuO、Cu2O稳定性都高，但CuOCu2O2CuO=Cu2O+1/2O2,酸碱性：CuO和Cu(OH)2均为两性偏碱性的化合物。如CuO、Cu(OH)2易溶于酸，也能溶于浓的强碱中。,Cu2O特殊性：易溶于稀硫酸，并立即歧化：Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O但与盐酸反应得CuCl白色沉淀：Cu2O+2HCl2CuCl+H2O,氧化物和氢氧化物,与氨水的反应：Cu2O和CuO、Cu(OH)2均能溶于氨水。,Cu2O溶于氨水生成稳定的无色配合物Cu(NH3)2+Cu2O+4NH3+H2O2Cu(NH3)2+2OH-,Cu(NH3)2+很快被空气中O2氧化生成蓝色Cu(NH3)42+。利用这个反应吸收某体系中O2而测定O2的含量2Cu(NH3)2+4NH3H2O+1/2O22Cu(NH3)42+2OH-+H2O,Cu(OH)2+4NH3Cu(NH3)42+2OH-,CuO易被H2、C、CO、NH3等还原。3CuO+2NH3=3Cu+3H2O+N22CuO=Cu2O+1/2O2,Cu(OH)2微显两性。Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O；Cu(OH)2+2NaOH=Na2Cu(OH)4（四羟基铜酸钠、蓝色）,氧化物和氢氧化物,盐类：（CuCl、CuCl2、CuSO4）,CuCl：在热浓盐酸中，用Cu粉还原CuCl2，生成黄色CuCl2-，用水稀释得CuCl（白色）：Cu2+Cu+2Cl-2CuCl2-（土黄）2CuCl2-2CuCl+2Cl-（白）在有机合成中CuCl用作催化剂和还原剂。,盐类：,CuCl2Cu()卤化物中，CuCl2较重要，无水CuCl2为共价化合物，平面链状。棕黄色固体。性质：易溶于水和有机溶剂（如乙醇、丙酮）。配离子互变：Cu(H2O)42+4Cl-CuCl42-+4H2O（浅兰）（黄）所以CuCl2的浓溶液通常呈黄绿色或绿色。,盐类：,（3）CuSO4CuSO45H2O实际为Cu(H2O)4SO4H2O无水CuSO4为白色粉末，吸水性强，吸水后显兰色，可用于检验有机液体中的水分，也可作干燥剂，从有机液体中除去水分。CuSO4是制铜盐的重要原料（CuSO4+石灰乳）波尔多液（农药之一）,Cu(H2O)4SO4H2O结构的另一种解释,Cu(NH3)42+为深兰色。分析上，根据颜色深浅进行比色分析测Cu的含量。它还能溶解纤维，在所得纤维素溶液中加酸或水时，纤维又可析出，工业上因此用于制人造丝。Cu()还与一些有机配合剂（如乙二胺）形成稳定的螯合物。,配合物,Cu(I)与Cu()的相互转化在酸性水溶液中，Cu+易歧化2Cu+Cu2+Cu,如何在水溶液中使Cu()向Cu(I)转化？必须有还原剂，降低C(Cu+)，办法是使Cu(I)成为难溶物或难解离的配合物。,生成难溶物：（例如在CuCl2溶液中）：热盐酸中用Cu作还原剂:Cu2+Cu+2Cl-2CuCl原因：EA/VCu2+(aq)CuCl(s)Cu(s)（逆歧化）若用SO2作还原剂：2Cu2+SO2+2Cl-+2H2O2CuCl+SO42-+4H+若用KI作还原剂：2Cu2+4I-2CuI+I2若用CN-作还原剂：2Cu2+4CN-2CuCN+(CN)2,热浓盐酸中用Cu还原CuCl2溶液：Cu2+Cu+4Cl-2CuCl2-原因：EA/VCu2+CuCl2-Cu（逆歧化）CuCl2溶液中加CN-至过量，CuCN+(X-1)CN-Cu(CN)X(x-1)-(X=24),生成难解离配合物：,铁系元素单质Fe、Co、Ni三种元素最外层都有两个电子，次外层电子分别为6、7、8，原子半径也很相近，所以它们的性质很相似。铁有+2、+3氧化态，在极强氧化剂存在时，铁还可以出现稳定的+6氧化态（高铁酸盐）。钴通常条件下为+2氧化态。在强氧化剂条件下为+3氧化态。镍则以+2氧化态较常见。常温下干燥环境中性质稳定。,铁系元素,周期表中第族9种元素中Fe、Co、Ni三种元素称之为铁系元素；Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt称之为铂系元素。,铁族元素单质,加热或高温下与氧、硫、氯、溴及水蒸气剧烈反应。3Fe+2O2=Fe3O43Fe+4H2O=Fe3O4+4H2铁锈成分常用Fe2O3xH2O简单表示，它实际较复杂。铁锈松脆多孔，不能保护里层的铁不受腐蚀。而钴、镍能被空气所氧化生成较致密的氧化膜，使里层金属受到保护。但铁在常温下与浓硫酸、浓硝酸发生“钝化”现象，生成的氧化膜较致密。钴、镍与浓HNO3剧烈反应，与稀硝酸缓慢反应。,铁、钴、镍的化合物,1.氧化物与氢氧化物,均为碱性FeOCoONiO氧化物黑色灰绿色暗绿色均不溶于Fe2O3Co2O3Ni2O3碱溶液砖红色黑色黑色氧化性增强，稳定性减弱，均不溶于水。,氧化物与氢氧化物,铁系元素氧化物的制法：FeC2O4=FeO+CO+CO2CoC2O4=CoO+CO+CO22Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O4NiCO3+O2=2Ni2O3+4CO2,氧化物与氢氧化物:,Fe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2白色粉红色绿色Fe2O3Co(OH)3Ni(OH)3红褐色棕色黑色,氧化物与氢氧化物,Fe系元素+2氧化态氧化物或氢氧化物Fe(OH)2、Co(OH)2在碱性介质中可被空气中的O2氧化成+3氧化态的Fe(OH)3、Co(OH)3；而Ni(OH)2则不能被O2所氧化。例：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(棕红色)4Co(OH)2+O2+2H2O4Co(OH)3(棕色),Fe(OH)3+3HClFeCl3+3H2O2Co(OH)3+6HCl2CoCl2+Cl2+6H2O2Ni(OH)3+6HCl2NiCl2+Cl2+6H2OFe、Co、Ni的氧化物、氢氧化物的氧化还原性为：,FeO(Fe(OH)2)；CoO(Co(OH)2)；NiO(Ni(OH)2)Fe2O3(Fe(OH)3)Co2O3(Co(OH)3)Ni2O3(Ni(OH)3),还原性增强,氧化性增强,铁、钴、镍的盐类：,+2氧化态的盐类Fe、Co、Ni的()价态可形成多种盐类，它们的盐类有许多相似的性质。,溶解性：强酸盐易溶于水，弱酸盐(碳酸盐、磷酸盐、硫化物)多难溶于水，一般可溶于酸。,可溶盐多含结晶水：硫酸盐含七个结晶水，MSO47H2O，硝酸盐和氯化物含6个结晶水：M(NO3)26H2O；MCl26H2O水合离子颜色：,Fe(H2O)62+、Co(H2O)62+、Ni(H2O)62+浅绿色粉红色亮绿色,与碱金属硫酸盐形成矾：FeSO4可与碱金属硫酸盐形成复盐,其中最重要的复盐是：(NH4)2SO4FeSO46H2O俗称摩尔盐.它具有比FeSO4更稳定的性质，不易被空气所氧化。定量分析中常用它作为基准物质来标定K2Cr2O7或KMnO4的浓度。,CoCl2晶体中，含结晶水的数目不同会呈现不同的颜色，它们的相互转变温度和特征颜色如下：CoCl26H2OCoCl22H2OCoCl2H2OCoCl2粉红紫红兰紫兰色,CoCl26H2O,+3氧化态的盐：,铁、钴、镍中，只有铁和钴才有氧化态+3的盐。而Co（）盐只存在于固态且不稳定，溶于水时迅速分解为Co（）。例：2CoCl3=2CoCl2+Cl2，说明Co（）氧化强于Fe（）。,+3氧化态的盐：,无水FeCl3的熔点为555K，沸点588K，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，说明它基本上属于共价化合物。673K时，它的蒸气中有Fe2Cl6双聚分子存在，结构类似于二聚Al2Cl6。,FeCl3腐蚀Cu制作印刷电路板的反应：2FeCl3+C