大学化学第6章元素化学与无机材料[高等教学]

1、首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页1 第第6章元素化学与无机材料章元素化学与无机材料 Chapter 6 Element Chemistry and Inorganic Material 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页2 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页3 6.1 单质的物理

2、性质单质的物理性质 元元 素素 (112) 非金属非金属 (22) 金属金属 (90) 普通普通:Fe(5.1%),Cu,Au(5 10-7%),Ag(1 10-5%),Al等等 (1/3) 稀有稀有 (2/3) 轻稀有金属：轻稀有金属：Li,Rb,Cs,Be等等 难熔稀有金属：难熔稀有金属：Ti(1660 C),V(1890 C),W(3410 C) ,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta等等 稀散金属稀散金属:Ga,In,Tl,Ge(分散在分散在Al,Si等矿石中等矿石中) 稀土金属稀土金属:Sc,Y,镧系镧系(共生共生)等等 贵稀有金属贵稀有金属:Pt,Pd(钯钯)等等 放射性稀有金属放射性稀有

3、金属:锕系锕系,Ra,Po,Th,Pa,U等等 思考：思考：单质的物理性质主要与什么因素有关？单质的物理性质主要与什么因素有关？ 答：单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子答：单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子 结构或晶体结构具有一定的规律性，因此单质的物理性质也有结构或晶体结构具有一定的规律性，因此单质的物理性质也有 一定的规律性。一定的规律性。 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页4 6.1.1 6.1.1 熔点、沸点和硬度熔点、沸点和硬度 单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势，即熔点高的单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势，即

4、熔点高的 单质其沸点一般也高，硬度也较大。单质其沸点一般也高，硬度也较大。 第第2、3周期元素的单质周期元素的单质 从左到右，逐渐升高，从左到右，逐渐升高，第四主族的元素最高第四主族的元素最高，随后降低；，随后降低； 第第4、5、6周期元素的单质周期元素的单质 从左到右，逐渐升高，从左到右，逐渐升高，第六副族的元素最高第六副族的元素最高，随后逐渐降低。，随后逐渐降低。 即：高即：高熔点、熔点、高高硬度硬度单质集中在中部，其两侧较低。单质集中在中部，其两侧较低。 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页5 1. 1. 单质的熔点单质的熔点 单质的熔点单

5、质的熔点(C) 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页6 2. 2. 单质的沸点单质的沸点 图6.2 单质的沸点(C) 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页7 3. 3. 单质的硬度单质的硬度 图6.3 单质的硬度(莫氏) 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页8 4. 4. 主族元素的晶体类型主族元素的晶体类型 IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0 H2 分子分子 H2 分子分子 He 分子分子 Li 金属金属 Be 金属金属 B 近原子近原子

6、C 金刚石金刚石,原子原子 石墨石墨,层状层状 N2 分子分子 O2 分子分子 F2 分子分子 Ne 分子分子 Na 金属金属 Mg 金属金属 Al 金属金属 Si 原子原子 P 分子分子,层状层状 S 分子分子,链状链状 Cl2 分子分子 Ar 分子分子 K 金属金属 Ca 金属金属 Ga 金属金属 Ge 原子原子 As 分子分子,层状层状 Se 分子分子,链状链状 Br2 分子分子 Kr 分子分子 Rb 金属金属 Sr 金属金属 In 金属金属 Sn 原子原子,金属金属 Sb 分子分子,层状层状 Te 链状链状 I2 分子分子 Xe 分子分子 Cs 金属金属 Ba 金属金属 Tl 金属金属

7、 Pb 金属金属 Bi 层状层状,近金属近金属 Po 金属金属 AtRn 分子分子 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页9 5. 5. 非金属单质的晶体结构非金属单质的晶体结构 非金属单质的分子和晶体结构示意图非金属单质的分子和晶体结构示意图 金属晶体 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页10 碳的同素异形体碳的同素异形体 金刚石：金刚石：sp3 网格状网格状 硬度大硬度大 石墨：石墨：sp2 片层状片层状 润滑性、导电性润滑性、导电性 C60：类：类sp2 球烯球烯 多种优异性能多种优异性能 碳的

8、同素异形体碳的同素异形体 石墨石墨C60金刚石金刚石 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页11 C60的发现的发现 C60结构图结构图 1996年年 Kroto, Smalley及及Curl三位教授三位教授 因首先发现（因首先发现（1985）C60而荣获瑞典皇家而荣获瑞典皇家 科学院颁发的诺贝尔化学奖。科学院颁发的诺贝尔化学奖。 H. W. 克鲁托克鲁托 Harold W. Kroto R. E. 史沫莱史沫莱 Richard E. Smalley R. F. 柯尔柯尔 Robert F. Curl 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页

9、 上一页上一页 下一页下一页 末页末页12 6.1.2 6.1.2 单质的导电性单质的导电性 导体：导体：金属能三维导电，是电的良导体金属能三维导电，是电的良导体 绝缘体：绝缘体：许多非金属单质不能导电，是绝缘体许多非金属单质不能导电，是绝缘体 半导体：半导体：介于导体与绝缘体之间的是半导体，如介于导体与绝缘体之间的是半导体，如Si、 Ge等等 思考思考：单质中最好的导体是谁？：单质中最好的导体是谁？ 答：答：(1)Ag、Cu、Au、Al等是最好的导电材料。等是最好的导电材料。 (2)Ag、Au价格昂贵，只用于电子器件连接点等特殊场合；价格昂贵，只用于电子器件连接点等特殊场合； (3)Al、C

10、u广泛用于电器工业，广泛用于电器工业，Al的电导率低于的电导率低于Cu，但密度小，但密度小， 因此因此Al代替代替Cu作高压电缆。作高压电缆。 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页13 图6.6 单质的电导率(MSm-1) 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页14 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6

11、章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页15 6.2.1 金属单质的还原性 思考思考1：金属单质的还原性主要与哪些因素有关？金属单质的还原性主要与哪些因素有关？ 答：从结构因素考虑，主要与元素的核电荷数、原子半径答：从结构因素考虑，主要与元素的核电荷数、原子半径 和最外层电子数有关。和最外层电子数有关。 思考思考2：金属单质的还原性主要体现在哪些反应上？金属单质的还原性主要体现在哪些反应上？ 金属与氧的作用金属与氧的作用 金属置换氢的能力金属置换氢的能力 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页16

12、1. 1. 金属单质活泼性规律金属单质活泼性规律 同一周期同一周期: : 短周期:左到右金属单质的还原性逐渐减弱。 长周期:递变情况和短周期一致，但较为缓慢，也有例外。 同一族同一族 自上而下主副族变化规律相反（B与相邻的主族一致）。 氧化性增强氧化性增强 氧化性增强氧化性增强 还原性增强还原性增强 还原性增强还原性增强 还原性增强还原性增强 还原性增强不明显还原性增强不明显还原性增强还原性增强 A AA A B B B 金属单质活泼性规律金属单质活泼性规律 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页17 2. 温度对单质活泼性的影响温度对单质活泼性的

13、影响* 在在873K时，单质与氧气结合的能力由强时，单质与氧气结合的能力由强 到弱的顺序大致为：到弱的顺序大致为： Ca、Mg、Al、Ti、Si、Mn、Na、Cr、 Zn、Fe、H2、C、Co、Ni、Cu 这一顺序与常温时单质的活泼性递变情况这一顺序与常温时单质的活泼性递变情况 并不完全一致。并不完全一致。 温度会影响金属与氧气反应的产物。温度会影响金属与氧气反应的产物。 对于氧化值可变的金属来说，高温下生成对于氧化值可变的金属来说，高温下生成 低氧化值的金属氧化物的倾向较大，而常低氧化值的金属氧化物的倾向较大，而常 温下生成高氧化值的金属氧化物的倾向较温下生成高氧化值的金属氧化物的倾向较 大

14、。例如，铁在高温下以生成大。例如，铁在高温下以生成FeO为主为主,常常 温时则以温时则以Fe2O3为主。为主。 rGm (T) r Hm (298.15K) T . r Sm (298.15K) 一些单质与氧气反应的一些单质与氧气反应的 rGm (T) 与温度的近似关系与温度的近似关系 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页18 3. 3. 金属与氧的作用金属与氧的作用 过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质，它们与水反应会放出过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质，它们与水反应会放出 氧气，又可吸收氧气，又可吸收CO2并产生并产生O2气，所以较易制备的气

15、，所以较易制备的KO2常用于常用于 急救器或装在防毒面具中急救器或装在防毒面具中: 正常氧化物：正常氧化物：Li2O、BeO、MgO等，在空气中生成氧化物等，在空气中生成氧化物 过氧化物：过氧化物：(除除Li、Be、Mg外外) ，在纯，在纯O2中生成过氧化物。中生成过氧化物。 超氧化物：超氧化物：K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等，在过量的等，在过量的O2中燃中燃 烧可以生成。烧可以生成。 2Na2O2(s) + 2CO2(g) = 2Na2CO3(s) + O2(g) 4KO2(s) + 2H2O(g) = 3O2(g) + 4KOH(s) 4KO2(s) + 2CO2(g) = 2K2CO

16、3 + 3O2(g) 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 (1)S区区 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页19 (2)p区金属元素区金属元素 只有只有Al比较活泼，能在空气中与氧反应，但生成致密的氧化膜。比较活泼，能在空气中与氧反应，但生成致密的氧化膜。 (3)d区元素区元素 比较不活泼，第四周期元素除比较不活泼，第四周期元素除Cu外可以与氧反应，但外可以与氧反应，但Cr、Zn也也 形成致密的氧化膜。形成致密的氧化膜。 Sc 在空气中能迅速作用在空气中能迅速作用 Sc2O3 Ti, V 常温下对空气较稳定常温下对空气较稳定 高温与氧气强烈化合高温与氧气强烈化合TiO2, V2O5

17、 Cr, Mn 常温下缓慢氧化常温下缓慢氧化 高温下与氧气作用明显高温下与氧气作用明显Cr2O3氧化膜氧化膜 Fe, Co, Ni 常温与氧气作用不显著常温与氧气作用不显著 高温与氧气作用高温与氧气作用Fe2O3, Co2O3, NiO氧化膜氧化膜 Cu 性质稳定，加热氧化性质稳定，加热氧化 CuO Zn 活泼性较强活泼性较强 ZnO氧化膜氧化膜 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页20 思考思考：副族元素与氧反应的活泼性递变规律同主族元素相比，有何：副族元素与氧反应的活泼性递变规律同主族元素相比，有何 不同？不同？ 答：同一周期：活泼性递变规律

18、基本一致，但副族元素的变化很小，答：同一周期：活泼性递变规律基本一致，但副族元素的变化很小， 性质比较类似。性质比较类似。 同一族：主族元素随周期数增加而增加；同一族：主族元素随周期数增加而增加； 副族元素（除副族元素（除Sc副族）随周期数增加而降低。副族）随周期数增加而降低。 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 4. 4. 金属的溶解金属的溶解 s区金属与水剧烈反应，置换出水中的氢，生成氢氧化物。区金属与水剧烈反应，置换出水中的氢，生成氢氧化物。 2Na+2H2O=2NaOH+H2 Be, Mg形成致密氧化膜，对水稳定。 形成致密氧化膜，对水稳定。 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末

19、页末页21 p区金属区金属(除除锑锑、铋外、铋外)和第四周期副族金属和第四周期副族金属( 铜除外铜除外 )的电极电势的电极电势 比氢低，可以与盐酸和稀硫酸反应。比氢低，可以与盐酸和稀硫酸反应。 Zn+2HCl=ZnCl2+H2 d区第五和第六周期金属的电极电势比氢高，只能与氧化性的酸区第五和第六周期金属的电极电势比氢高，只能与氧化性的酸 (浓硫酸、浓硝酸、王水等浓硫酸、浓硝酸、王水等)反应。反应。 3Pt+4HNO3+18HCl=3H2PtCl6+4NO(g)+3H2O Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO(g)+2H2O 铌、钽、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水，可以溶于浓硝酸和氢铌、钽

20、、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水，可以溶于浓硝酸和氢 氟酸的混合酸。氟酸的混合酸。 p区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(g) 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页22 5. 5. 金属的钝化金属的钝化 金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用的氧化膜，称为金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用的氧化膜，称为 金属的钝化。最易产生钝化作用的有金属的钝化。最易产生钝化作用的有Al、Cr、Ni和和Ti以及含有这以及含有这 些金属的合金些

21、金属的合金。 金属的钝化必须满足两个条件：金属的钝化必须满足两个条件： 金属所形成的氧化膜在金属表面必须是连续的，即所生成的金属所形成的氧化膜在金属表面必须是连续的，即所生成的 氧化物的体积必须大于金属原有的体积。氧化物的体积必须大于金属原有的体积。 氧化膜的结构致密，而且具有较高的稳定性，氧化膜与金属氧化膜的结构致密，而且具有较高的稳定性，氧化膜与金属 的热膨胀系数相差不能太大。的热膨胀系数相差不能太大。 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页23 6.2.2 6.2.2 非金属单质的氧化还原性非金属单质的氧化还原性 较活泼的非金属单质如较活泼的

22、非金属单质如F2、O2、Cl2、Br2具有强氧化性，常用作具有强氧化性，常用作 氧化剂。氧化剂。 5Cl2 + I2 + 6H2O = 10Cl+ 2IO3+ 12H+ 较不活泼的非金属单质如较不活泼的非金属单质如C、H2、Si常用做还原剂，如：常用做还原剂，如： C + 2H2SO4(浓浓) = CO2(g) + 2SO2(g) + 2H2O 3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO(g) + 8H2O Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2(g) 一些不活泼的非金属单质如稀有气体、一些不活泼的非金属单质如稀有气体、N2等通常不与其他物质

23、反等通常不与其他物质反 应，常用做惰性介质保护气体应，常用做惰性介质保护气体。 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页24 歧化反应歧化反应 有些非金属单质既具有氧化性又具有还原性，其有些非金属单质既具有氧化性又具有还原性，其Cl2、Br2、I2、P4、 S8等能发生岐化反应。等能发生岐化反应。 Cl2 + H2O = HCl + HClO Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O 溴和碘在氢氧化钠中倾向于生成溴酸钠和碘酸钠：溴和碘在氢氧化钠中倾向于生成溴酸钠和碘酸钠： Br2 + 6NaOH = 5NaBr + NaBrO

24、3 +3H2O 次氯酸钠次氯酸钠 次氯酸钠可以释放出原子氯，后者有极强的杀菌和漂白作用。因次氯酸钠可以释放出原子氯，后者有极强的杀菌和漂白作用。因 此广泛地用作消毒液和漂白剂。此广泛地用作消毒液和漂白剂。 次氯酸钠在工业上用作氧化剂，可以将芳酮氧化为羧酸：次氯酸钠在工业上用作氧化剂，可以将芳酮氧化为羧酸： ArCOCH3 + NaOCl = ArCOONa +CH3Cl 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页25 离子型氢化物离子型氢化物 活泼性极强的碱金属和碱土金属可以与氢气发生反应生成离子型活泼性极强的碱金属和碱土金属可以与氢气发生反应生成离子

25、型 氢化物：氢化物： 2Na + H2 = 2NaH Ca + H2 = CaH2 氢化物可分为共价型（如氢化物可分为共价型（如HCl)，金属型、离子型等。离子型氢化，金属型、离子型等。离子型氢化 物可以释放原子态氢，在工业上作为强还原剂用于还原醛、酮、物可以释放原子态氢，在工业上作为强还原剂用于还原醛、酮、 酯等羰基化合物。酯等羰基化合物。 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页26 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物

26、的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页27 6.3.1 6.3.1 氯化物的熔点、沸点氯化物的熔点、沸点 氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。 氯化物概述氯化物概述 NaCl、KCl、BaCl2等离子型氯化物熔点较高、稳定性好的氯化等离子型氯化物熔点较高、稳定性好的氯化 物在熔融状态可用作高温介质物在熔融状态可用作高温介质(盐浴剂盐浴剂)，CaF2、NaCl、KCl等可等可 以用作红外光谱仪的棱镜。以用

27、作红外光谱仪的棱镜。 过渡型的无水氯化物如过渡型的无水氯化物如AlCl3、ZnCl2、FeCl3等可以在极性有机溶等可以在极性有机溶 剂中溶解，常用作烷基化反应或酰基化反应的催化剂。剂中溶解，常用作烷基化反应或酰基化反应的催化剂。 性质较稳定的无水氯化物如性质较稳定的无水氯化物如CaCl2等常用作干燥剂。等常用作干燥剂。 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页28 氯化物的熔点和沸点大致分为三种情况：氯化物的熔点和沸点大致分为三种情况： 活泼金属的氯化物如活泼金属的氯化物如NaCl、KCl、BaCl2等是离子晶体等是离子晶体,熔点、熔点

28、、 沸点较高沸点较高 非金属的氯化物如非金属的氯化物如PCl3、CCl4、SiCl4等是分子晶体，熔点、沸等是分子晶体，熔点、沸 点都很低点都很低 位于周期表中部的金属元素的氯化物如位于周期表中部的金属元素的氯化物如AlCl3、FeCl3、CrCl3、 ZnCl2等是过渡型氯化物等是过渡型氯化物,熔点、沸点介于两者之间熔点、沸点介于两者之间 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页29 表6.2 氯化物的熔点 (单位为C) 注1：IBVB，IAIVA族价态与族数相同； VIA族为四氯化物，VIB、VA族为三氯化 物。VIIB和VIII族为

29、二氯化物。 注2：Tl、Pb、Bi分别为+1、+2、+3价。 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页30 IA HCl -84.9 IIAIIIAIVAVAVIA LiCl 1342 BeCl2 520 BCl3 12.5 CCl4 76.8 NCl3 1600 ScCl3 825s TiCl4 136.4 VCl4 148.5 CrCl3 1300s MnCl2 1190 FeCl3 315d CoCl2 1049 NiCl2 973s CuCl2 933d CuCl 1490 ZnCl2 732 GaCl3 201.3 GeCl4

30、84 AsCl3 130.2 SeCl4 288d RbCl 1390 SrCl2 1250 YCl3 1507 ZrCl4 331s NbCl5 254 MoCl5 268 RhCl2 800s AgCl 1550 CdCl2 960 InCl3 600 SnCl4 114.1 SbCl3 283 TeCl4 380 CsCl 1290 BaCl2 1560 LaCl3 1000 HfCl4 319s TaCl5 242 WCl6 346.7 WCl5 275.6 ReCl4 500 AuCl3 265s AuCl 289.5d HgCl2 302 TlCl 720 PbCl4 105d P

31、bCl2 950 BiCl3 447 表6.3 氯化物的沸点(单位为C) s表示升华; d表示分解；LiCl，ScCl3的 数据有一个温度范围，本表取平均值。 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页31 6.3.2 6.3.2 氧化物的熔点、沸点和硬度氧化物的熔点、沸点和硬度 金属性强的元素的氧化物是离子型化合物，如金属性强的元素的氧化物是离子型化合物，如Na2O、MgO，熔，熔 点、沸点大都较高。点、沸点大都较高。 大多数非金属氧化物是共价化合物，如大多数非金属氧化物是共价化合物，如CO2、N2O5，固态时是分，固态时是分 子晶体，熔

32、点、沸点低；子晶体，熔点、沸点低；SiO2则是原子晶体，熔点高，硬度大。则是原子晶体，熔点高，硬度大。 金属性弱的元素的氧化物属过渡型晶体：其中金属性弱的元素的氧化物属过渡型晶体：其中 低价偏向离子晶体或原子晶体，如低价偏向离子晶体或原子晶体，如Cr2O3、 、 Fe2O3、 、Al2O3 高价偏向共价型分子晶体，如高价偏向共价型分子晶体，如V2O5、 、 CrO3、 、MoO3 原子型、离子型和某些过渡型的氧化物晶体，由于具有熔点高、原子型、离子型和某些过渡型的氧化物晶体，由于具有熔点高、 硬度大、对热稳定性高的共性，工程中常可用作磨料、耐火材料硬度大、对热稳定性高的共性，工程中常可用作磨料

33、、耐火材料 及耐高温无机涂料等。及耐高温无机涂料等。 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页32 表6.5 氧化物的熔点(单位为C) 除标有*、*和VIII族的元素外，所有元 素氧化物的价态与族数一致。 *：Rh2O3 ；*：Au2O3; VIII族：+2价。 VA族有下划线的为+3价。 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页33 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学

34、性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页34 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.4.1 6.4.1 氧化还原性氧化还原性 1.1.高锰酸钾高锰酸钾 暗紫色晶体暗紫色晶体, ,常用强氧化剂。氧化能力随介质的酸度的减弱而常用强氧化剂。氧化能力随介质的酸度的减弱而 减弱，还原产物也不同。减弱，还原产物也不同。 酸性介质中是很强的氧化剂。还原产物为酸性介质中是很强的氧化剂。还原产物为Mn2+ MnO4+8H+5e-Mn2+ +4H2O (MnO4

35、-/ Mn2+)1.506V 在中性或弱碱性的溶液中，还原为在中性或弱碱性的溶液中，还原为MnO2(棕褐色沉淀棕褐色沉淀) MnO4+2H2O+3e-MnO2 (s)+4OH- (MnO4-/ MnO2)0.595V 在强碱性溶液中，被还原为在强碱性溶液中，被还原为MnO42-（绿色）（绿色） MnO4+e-MnO42- (MnO4-/ MnO42-)0.588V 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页35 2. 2. 重铬酸钾重铬酸钾 橙色晶体橙色晶体, ,常用氧化剂。常用氧化剂。 重铬酸钾的氧化性示例重铬酸钾的氧化性示例： Cr2O72+ 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+6Fe

36、3+ + 7H2O +6价的铬可以铬酸钾的形式存在，也可以重铬酸钾的形式存在：价的铬可以铬酸钾的形式存在，也可以重铬酸钾的形式存在： 2CrO42(aq) + 2H+(aq) = Cr2O72(aq) + H2O (黄色黄色) (橙色橙色) 酸性介质中以酸性介质中以Cr2O72-形式存在形式存在, 重铬酸钾具有较强的氧化性重铬酸钾具有较强的氧化性。 (Cr2O72-/Cr3+)1.232V 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页36 无色透明晶体无色透明晶体, ,一般用作氧化剂，有弱毒性、致癌。一般用作氧化剂，有弱毒性、致癌。 作为氧化

37、剂作为氧化剂 2NO2+ 2I+ 4H+ = 2NO(g) + I2 + 2H2O 作为还原剂作为还原剂 Cr2O72 + 3NO2 + 8H+ = 2Cr3+ + 3NO3 + 4H2O 亚硝酸盐中氮的氧化值为亚硝酸盐中氮的氧化值为+3，处于中间价态，既有氧，处于中间价态，既有氧 化性又有还原性。在酸性介质中的电极电势化性又有还原性。在酸性介质中的电极电势: (HNO2 /NO)0.983V (NO3/HNO2)0.934V 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 3. 亚硝酸钠亚硝酸钠 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页37 4.4.过氧化氢过氧化氢 过氧化氢中氧的氧

38、化值为过氧化氢中氧的氧化值为-1，既有氧化性又有还原性。，既有氧化性又有还原性。 H2O2 + 2I + 2H+ = I2 + 2H2O 2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O 过氧化氢的应用过氧化氢的应用 漂白剂：漂白象牙、丝、羽毛等；漂白剂：漂白象牙、丝、羽毛等； 消毒剂：消毒剂：3%的的H2O2做外科消毒剂；做外科消毒剂； 氧化剂：氧化剂：90%的的H2O2做火箭燃料的氧化剂做火箭燃料的氧化剂 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页38 6.4.2 6.4.2 酸碱性酸碱性 氧化物及其水合

39、物的酸碱性强弱的一般规律：氧化物及其水合物的酸碱性强弱的一般规律： 根据氧化物对酸、碱的反应不同可将氧化物分成酸性、碱性、根据氧化物对酸、碱的反应不同可将氧化物分成酸性、碱性、 两性和不成盐四类，氧化物的水合物可用一个简化通式两性和不成盐四类，氧化物的水合物可用一个简化通式 R(OH)x来表示。来表示。 周期系各族元素最高价态的氧化物及其水合物周期系各族元素最高价态的氧化物及其水合物 从左到右从左到右( (同周期同周期) )：酸性增强，碱性减弱：酸性增强，碱性减弱 自上而下自上而下( (同族同族) )：酸性减弱，碱性增强：酸性减弱，碱性增强 同一元素形成不同价态的氧化物及其水合物同一元素形成不

40、同价态的氧化物及其水合物 高价态的酸性比低价的态强；高价态的酸性比低价的态强； 低价态的碱性比高价的态强。低价态的碱性比高价的态强。 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 1. 氧化物及其水合物的酸碱性氧化物及其水合物的酸碱性 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页39 碱碱 性性 增增 强强 IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA 酸酸 性性 增增 强强 酸性增强酸性增强 LiOH (中强碱) NaOH (强碱) KOH (强碱) RbOH (强碱) CsOH (强碱) Be(OH)2 (两性) Mg(OH)2 (中强碱) Ca(OH)2 (中强碱) Sr(OH)2

41、(中强碱) Ba(OH)2 (强碱) H3BO3 (弱酸) Al(OH)3 (两性) Ga(OH)3 (两性) In(OH)3 (两性) Tl(OH)3 (弱碱) H2CO3 (弱酸) H2SiO3 (弱酸) Ge(OH)4 (两性) Sn(OH)4 (两性) Pb(OH)4 (两性) HNO3 (强酸) H3PO4 (中强酸) H3AsO4 (弱性) HSb(OH)4 (弱性) H2SO4 (强酸) H2SeO4 (强性) H2TeO4 (弱性) HClO4 (超强酸) HBrO4 (强性) H5IO6 (强性) 碱性增强碱性增强 表表6.8 氧化物及水合物的酸碱性氧化物及水合物的酸碱性 6

42、.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页40 HClOHClO2HClO3HClO4 弱酸中强酸强酸极强酸 酸性增强 Mn(OH)2 Mn(OH)3 Mn(OH)4 H2MnO4 HMnO4 碱弱碱两性弱酸强酸 酸性增强 CrOCr2O3CrO3 碱性两性酸性 酸性增强 相同元素不同价态的氧化物及其水合物的酸碱性 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页41 R(OH)x离子键理论离子键理论* R(OH)x型化合物可按两种方式解离：型化合物可按两种方式解离： I RO键断裂键断裂 碱式

43、解离碱式解离 II OH键断裂键断裂 酸式解离酸式解离 解释：解释：(1)若简单地把若简单地把R、O、H都看成离子，考虑正离子都看成离子，考虑正离子Rx+和和H+ 分别与分别与O2-之间的作用力。如果之间的作用力。如果Rx+离子的电荷数越多，半离子的电荷数越多，半 径越小，则径越小，则Rx+的吸的吸O2-斥斥H+能力越大，越易发生酸式解离，能力越大，越易发生酸式解离， 酸性越强，碱性越弱。酸性越强，碱性越弱。 (2)当当R为低价态为低价态(+3)金属元素金属元素(如如s区和区和d区低价态离子区低价态离子)时，时， 其氢氧化物多呈碱性；当其氢氧化物多呈碱性；当R为中间价态为中间价态(+2+4)时

44、，其氢时，其氢 氧化物常显两性，例如氧化物常显两性，例如Zn2+、Al3+等的氢氧化物。等的氢氧化物。 R O H III 酸式碱式 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页42 活泼金属的氯化物活泼金属的氯化物 钾、钠、钡的氯化物在水中解离并水合，但不与水发生反应。钾、钠、钡的氯化物在水中解离并水合，但不与水发生反应。 非金属氯化物非金属氯化物 除除CCl4外，高价态氯化物与水完全反应。外，高价态氯化物与水完全反应。 SiCl4(l) + 3H2O = H2SiO3(s)+ 4HCl(aq) 不太活泼金属的氯化物不太活泼金属的氯化物 镁

45、、锌、铁等的氯化物会不同程度地与水发生反应镁、锌、铁等的氯化物会不同程度地与水发生反应(水解水解)，尽，尽 管反应常常是分级进行和可逆的，却总引起溶液酸性的增强。管反应常常是分级进行和可逆的，却总引起溶液酸性的增强。 SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl(s) + HCl SbCl3 + H2O SbOCl(s) + HCl BiCl3 + H2O BiOCl(s) + HCl 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 2. 氯化物与水的作用氯化物与水的作用 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页43 3. 硅酸盐与水的作用硅酸盐与水的作用 除碱金属外，绝大多数硅酸盐难溶于

46、水也不与水作用。硅酸除碱金属外，绝大多数硅酸盐难溶于水也不与水作用。硅酸 钠、硅酸钾是常见的可溶性的硅酸盐。将二氧化硅与烧碱或钠、硅酸钾是常见的可溶性的硅酸盐。将二氧化硅与烧碱或 纯碱共熔，可得硅酸钠。纯碱共熔，可得硅酸钠。 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O(g) SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2(g) Na2SiO3与水反应，强烈水解，呈碱性。与水反应，强烈水解，呈碱性。 SiO32H2O = H2SiO32OH 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页44 水玻璃与硅胶水玻璃与硅胶*

47、在一定范围内，在一定范围内，水玻璃的模数越大水玻璃的模数越大，水玻璃，水玻璃粘结性越高粘结性越高，硬化硬化 速率越快速率越快，但粘结后，但粘结后强度较低强度较低。因此正确选择模数或加入化学试剂。因此正确选择模数或加入化学试剂 (如如NH4Cl或或NaOH)来调节模数，是保证粘结质量的重要因素。来调节模数，是保证粘结质量的重要因素。 水玻璃常用做铸型砂的粘结剂：在空气中遇水玻璃常用做铸型砂的粘结剂：在空气中遇CO2变成粘结力极变成粘结力极 强的硅凝胶：强的硅凝胶： Na2SiO3 + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3(s) + 2NaHCO3 也可以使用氯化铵：也可以使用氯化铵： Na2

48、SiO3 + 2NH4Cl = H2SiO3(s) + 2NaCl + 2NH3(g) 硅酸钠的水溶液称为硅酸钠的水溶液称为水玻璃水玻璃，俗称，俗称泡花碱泡花碱。硅酸钠的计量式可。硅酸钠的计量式可 表示为表示为Na2OmSiO2(写成写成Na2SiO3是简化表示是简化表示)，m称为水玻璃的模数称为水玻璃的模数， 一般在一般在3 左右。左右。 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页45 硅酸分子由于其中含有硅酸分子由于其中含有SiO2与与H2O的比例不同而形成几种硅酸，的比例不同而形成几种硅酸， 通式为通式为mSiO2nH2O，式中，式中

49、m 和和n 都是正整数。都是正整数。m1的硅酸称为多硅的硅酸称为多硅 酸。硅酸凝胶就是多硅酸，受热能完全脱水，酸。硅酸凝胶就是多硅酸，受热能完全脱水， 转变成转变成SiO2。若将。若将 其中大部分水脱去，可得白色透明固体，称为其中大部分水脱去，可得白色透明固体，称为硅胶硅胶。 硅胶的比表面积非常大硅胶的比表面积非常大(800900m2/g)，可用作吸附剂、干燥，可用作吸附剂、干燥 剂和催化剂载体。经剂和催化剂载体。经CoCl2处理可得处理可得变色硅胶变色硅胶，是常用的干燥剂。，是常用的干燥剂。 当蓝色变成粉红色时，就要进行再生处理，方可恢复吸湿能力。当蓝色变成粉红色时，就要进行再生处理，方可恢

50、复吸湿能力。 Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页46 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页47 6.5 配位化合物配位化合物 配位化学是无机化学的一个重配位化学是无机化学的一个重 要

51、研究方向。由于配位化学与要研究方向。由于配位化学与 生命科学的结合，以及具有特生命科学的结合，以及具有特 殊功能配合物的良好前景等，殊功能配合物的良好前景等， 使配位化学获得很大的发展。使配位化学获得很大的发展。 Cu(DABT)Cl2配合物的分子结构配合物的分子结构 (70K以下呈铁磁性质以下呈铁磁性质) , 配体配体DABT为为 2,2-二氨基二氨基-4,4-联噻唑的简称联噻唑的简称 配位化学的研究对象是配位配位化学的研究对象是配位 化合物，也称为配合物。化合物，也称为配合物。 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页48 6.5 配位化合物配位化合物 H3N NH3 Cu 2+ S

52、O42- H3N NH3 中心离子中心离子 配位体配位体 内界内界(配离子配离子) 外界外界 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页49 能够提供孤对电子，能够提供孤对电子，与中心离子配位的中性分子或离子。与中心离子配位的中性分子或离子。 ( (1)配位原子配位原子(coordinating atom)：配位体中直接与中心离子配位体中直接与中心离子 形成配位键的原子电负性较大的非金属素）。形成配位键的原子电负性较大的非金属素）。 (2)配位数配位数(coordination number)：配离子中所有的配离子中所有的配位原配位原 子子的总数。的总数。 6.5.1 6.5.1 配位化合

53、物的组成配位化合物的组成 1. 中心离子：中心离子：能够提供空轨道的离子或原子。 能够提供空轨道的离子或原子。 过渡元素离子：如过渡元素离子：如Cr3+、Fe3+、Co3+、Fe2+等等 原子：如原子：如Ni、B等。等。 2. 配位体配位体(ligand)： 6.5 配位化合物配位化合物 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页50 根据配位体的不同，配合物可分为两类。根据配位体的不同，配合物可分为两类。 单齿配位体单齿配位体简单配合物：简单配合物：一个配位体只能提供一个配位原子，一个配位体只能提供一个配位原子， 称为单齿配位体，由单齿配体和中心离子称为单齿配位体，由单齿配体和中心离子(

54、或中心原子或中心原子)配位的配配位的配 合物称为简单配合物。合物称为简单配合物。 如：如：F-, Cl-, Br-, CN-, NO2-, NO3-, NH3, H2O等等 多齿配位体多齿配位体特殊配合物：一个配位体中有多个配位原子，称特殊配合物：一个配位体中有多个配位原子，称 为多齿配位体。为多齿配位体。配位体中至少有一个多齿配体和中心离子配位体中至少有一个多齿配体和中心离子( (或中或中 心原子心原子) )配位形成环状结构的配合物称为复杂配合物或配位形成环状结构的配合物称为复杂配合物或螯合物螯合物。 还有中性金属原子为配合物形成体还有中性金属原子为配合物形成体,CO,CO为配体的为配体的羰

55、合物。羰合物。 如：草酸根如：草酸根C2O42-, 乙二胺乙二胺NH2CH2CH2NH2(ethylene diamine, en), 乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸EDTA(ethylenediamine tetraacetic acid) 6.5 配位化合物配位化合物 3. 分类分类 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页51 Cu2+ NH3 NH3H3N H3N Cu(NH3)42+离子的结构 6.5 配位化合物配位化合物 Cu(en)22+的结构 OO CC OO Mn+ EDTA的结构 草酸根的结构 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页52 6.5.2 6.5.2 配位

56、化合物的命名配位化合物的命名 内界与外界：内界与外界：“某化某某化某”或或“某酸某某酸某”简单化合物简单化合物 内界：内界：“配位体配位体”合合“中心离子中心离子”（I，II，表明中心离子价，表明中心离子价 态）态） 6.5 配位化合物配位化合物 配体列出的顺序：配体列出的顺序： 无机配体先于有机配体无机配体先于有机配体 无机配体中，先负离子后中性分子无机配体中，先负离子后中性分子 同类配体，按配原子元素符号的字母顺序排列同类配体，按配原子元素符号的字母顺序排列 不同配体名称之间以中圆点不同配体名称之间以中圆点“”分开。分开。 以一、二、三表明配体数目。以一、二、三表明配体数目。 首页首页 上

57、一页上一页 下一页下一页 末页末页53 例：命名下列配位化合物例：命名下列配位化合物 Ag(NH3)2Cl Cu(en)2SO4 HAuCl4 K3Fe(CN)6 KPtCl3(C2H4) CoCl(NH3)3(H2O)2Cl2 Co2(CO)8 6.5 配位化合物配位化合物 氯化二氨合银氯化二氨合银(I) 硫酸二硫酸二(乙二胺乙二胺)合铜合铜(II) 四氯合金四氯合金(III)酸酸 六氰合铁六氰合铁(III)酸钾酸钾 三氯三氯乙烯合铂乙烯合铂(II)酸钾酸钾 二氯化一氯二氯化一氯三氨三氨二水合钴二水合钴(III) 八羰合二钴八羰合二钴 中心离子中心离子 Ag+ Cu2+ Au3+ Fe3+

58、Pt2+ Co3+ Co 配位数配位数 2 4 4 6 4 6 8 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页54 6.5.3 6.5.3 配合物及配位化学的应用配合物及配位化学的应用 v 离子的定性鉴定离子的定性鉴定 v 电镀工业电镀工业 v 冶金工业冶金工业 v 生物医学生物医学 6.5 配位化合物配位化合物 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页55 1. 离子的定性鉴定离子的定性鉴定 浓氨水鉴定浓氨水鉴定Cu2 Cu(NH3)42+ （ （深蓝色深蓝色） KSCN鉴定鉴定Fe3 Fe(SCN)2+ （血红色） （血红色） K3Fe(CN)6鉴定鉴定Fe2 Fe3Fe(CN)

59、62（ （滕氏蓝沉淀滕氏蓝沉淀） K4Fe(CN)6鉴定鉴定Fe3 Fe4Fe(CN)63（ （普鲁士蓝沉淀普鲁士蓝沉淀） 近代通过结构分析近代通过结构分析普鲁士蓝普鲁士蓝和和滕氏蓝滕氏蓝为组成和结构相同为组成和结构相同 的同一种物质，分子式为的同一种物质，分子式为 KFe Fe(CN)6H2O 6.5 配位化合物配位化合物 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页56 利用螯合剂与某些金属离子生成有色难溶的螯合物，作为利用螯合剂与某些金属离子生成有色难溶的螯合物，作为 检验这些离子的特征反应。例如丁二肟是检验这些离子的特征反应。例如丁二肟是Ni2 的特效试剂， 的特效试剂， 它与它与N

60、i作用，生成鲜红色的二作用，生成鲜红色的二(丁二肟丁二肟)合镍内配盐。合镍内配盐。 附图6.7 二(丁二肟)合镍配合物的结构 6.5 配位化合物配位化合物 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页57 2. 电镀工业方面电镀工业方面 在电镀铜工艺中，一般不直接用在电镀铜工艺中，一般不直接用CuSO4溶液作电镀液，而常加溶液作电镀液，而常加 入配位剂焦磷酸钾入配位剂焦磷酸钾(K2P2O7)，使形成，使形成Cu(P2O7)26-配离子。电镀配离子。电镀 液中存在下列平衡：液中存在下列平衡： Cu(P2O7)26 = Cu2+ 2P2O74 Cu2+的浓度降低，在镀件的浓度降低，在镀件(阴极阴