第五章(第二节)

1、 第五章第五章 单质及无机化合物单质及无机化合物第二节：非金属元素及其化合物 已发现的非金属元素共已发现的非金属元素共1616种，位于周期表的种，位于周期表的右上角。右上角。 非金属元素的价电子结构：非金属元素的价电子结构：ns2np15 (位于位于p区）区） 在化合物中常表现负价，容易形成单原子负在化合物中常表现负价，容易形成单原子负离子或多原子负离子，如：离子或多原子负离子，如：Cl-, O2- , NO3-等等周期IA0电子层电子数1HIIAIIIAIVAVAVIAVIIAHeK22LiBeBCNOFNeLK823NaMgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBAlSiPSCl

2、ArMLK8824KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrNMLK818825RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeONMLK81818826CsBaLa-LuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtPONMLK8183218827FrRaAc-LrUnq Unp Unh UnsUno Une一、非金属元素概论一、非金属元素概论纳米半导体材料纳米半导体材料太阳电池材料太阳电池材料光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料分子筛分子筛碳碳- -碳复合材料碳复合材料高能燃料高能燃料人造金刚石人造金刚石 氯化物的水解，主要是与

3、氯化物的水解，主要是与Cl-共存的正离子与水的作用。氯化物的共存的正离子与水的作用。氯化物的水解主要分为水解主要分为四种类型四种类型：（1）活泼金属如钾、钠、钡的氯化物，在水中只发生电离，并不发）活泼金属如钾、钠、钡的氯化物，在水中只发生电离，并不发生水解：生水解： KCl = K+ + Cl- (2) +2价的金属离子如镁、锌等，发生不完全水解，生成碱式盐：价的金属离子如镁、锌等，发生不完全水解，生成碱式盐： MgCl2 + H2O = Mg(OH)Cl + HCl (3) +3价的金属离子如铁、铝等，发生完全水解，生成氢氧化物：价的金属离子如铁、铝等，发生完全水解，生成氢氧化物： FeCl

4、3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl(4) 硅、磷等非金属元素的氧化物，发生强烈水解，生成两种酸：硅、磷等非金属元素的氧化物，发生强烈水解，生成两种酸： SiCl4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HCl二、氯化物的水解二、氯化物的水解 1、氧化物的硬度（熔点）、氧化物的硬度（熔点） 氧化物指的是氧与电负性比氧小的元素形成的二元化合物。氧在其中显氧化物指的是氧与电负性比氧小的元素形成的二元化合物。氧在其中显-2-2价态。价态。几乎所有元素都能与氧形成氧化物。几乎所有元素都能与氧形成氧化物。 活泼金属氧化物是离子型化合物，形成离子晶体，熔点和沸点都较高。活泼金属氧化物是离子型

5、化合物，形成离子晶体，熔点和沸点都较高。 非金属元素氧化物是共价型化合物（如非金属元素氧化物是共价型化合物（如COCO2 2、SOSO2 2）形成分子晶体，熔点和沸点较）形成分子晶体，熔点和沸点较低。少数形成原子晶体如低。少数形成原子晶体如SiOSiO2 2，熔点和沸点都较高。，熔点和沸点都较高。 不活泼金属元素的氧化物，是离子型和共价型之间的过渡型化合物。不活泼金属元素的氧化物，是离子型和共价型之间的过渡型化合物。 同一金属元素不同价态的氧化物，低价态的，是离子型的，熔点和沸点都较高。同一金属元素不同价态的氧化物，低价态的，是离子型的，熔点和沸点都较高。高价态的是共价型的，熔点和沸点都较低。

6、高价态的是共价型的，熔点和沸点都较低。 锰氧化物的熔点锰氧化物的熔点 MnO MnMnO Mn3 3O O4 4 Mn Mn2 2O O3 3 MnOMnO2 2 MnMn2 2O O7 7 1785 1564 1080 535 5.9 1785 1564 1080 535 5.9 硬度较大的氧化物（离子型或偏离子型的）：硬度较大的氧化物（离子型或偏离子型的）： CrCr2 2O O3 3 、 AlAl2 2O O3 3等。三、氧化物的物理化学性质三、氧化物的物理化学性质（2）氧化物的酸碱性氧化物的酸碱性 根据氧化物对酸、碱、水的反应不同，可将氧化物分为四类：根据氧化物对酸、碱、水的反应不同，

7、可将氧化物分为四类： 酸性氧化物酸性氧化物：非金属氧化物，以及高价的金属氧化物；：非金属氧化物，以及高价的金属氧化物； 碱性氧化物碱性氧化物：碱金属、以及碱土金属（：碱金属、以及碱土金属（BeOBeO除外）氧化物；除外）氧化物； 两性氧化物两性氧化物：主要是铝、锡、铅的氧化物。：主要是铝、锡、铅的氧化物。 不成盐氧化物不成盐氧化物：COCO、NONO等，它们与酸、碱、水都不起反应。等，它们与酸、碱、水都不起反应。（3）氧化物及其水合物酸碱性强弱的一般规律氧化物及其水合物酸碱性强弱的一般规律 同一周期内从左到右，酸性增强，碱性减弱。同一周期内从左到右，酸性增强，碱性减弱。 同一族内从上到下，酸性

8、减弱，碱性增强。同一族内从上到下，酸性减弱，碱性增强。 硫化物是指硫与电负性比硫小的元素所形成的化合物。一硫化物是指硫与电负性比硫小的元素所形成的化合物。一般常指金属硫化物（包括般常指金属硫化物（包括(NH(NH4 4) )2 2S S）。）。 硫化物大多数具有特定的颜色：硫化物大多数具有特定的颜色：PbS Bi2S3 CuS CdS Sb2S3 SnS2 As2S3 HgS四、四、硫化物的溶解度硫化物的溶解度1）溶于水的硫化物）溶于水的硫化物 第第IA,IIA族元素的硫化物（除族元素的硫化物（除BeS难溶）及难溶）及(NH4)2S可可溶于水，并发生水解反应。溶于水，并发生水解反应。 Na2S

9、 + H2O = NaHS + NaOH (NH4)2S + 2H2O = 2NH3.H2O + H2S 金属硫化物大多数不溶于水，有的可溶于稀酸，有的不金属硫化物大多数不溶于水，有的可溶于稀酸，有的不溶于稀酸，但可溶于浓酸或氧化性的酸，有的只能溶于王水。溶于稀酸，但可溶于浓酸或氧化性的酸，有的只能溶于王水。故一般可按溶解性能将硫化物分为三类：故一般可按溶解性能将硫化物分为三类：2 2）不溶于水而溶于稀酸的硫化物）不溶于水而溶于稀酸的硫化物 MnS(MnS(肉红色肉红色) )、ZnS(ZnS(白色白色) )、FeSFeS、CoSCoS、NiS(NiS(黑色黑色) )均属这一类。均属这一类。稀酸

10、指用稀酸指用0.3 mol.dm0.3 mol.dm-3-3的稀盐酸，此类金属硫化物溶度积的稀盐酸，此类金属硫化物溶度积 K Kspsp一般大一般大于于1010-24-24，在溶液中存在着两种离子平衡：一种为硫化物的沉淀，在溶液中存在着两种离子平衡：一种为硫化物的沉淀- -溶溶解平衡解平衡 ，另一种为，另一种为H H2 2S S的酸碱电离平衡。的酸碱电离平衡。 若调节溶液中的酸度，可控制溶液中若调节溶液中的酸度，可控制溶液中S S2-2-离子的浓度，来控制这离子的浓度，来控制这类硫化物沉淀或者溶解。例如要制备类硫化物沉淀或者溶解。例如要制备FeSFeS，不能单纯用，不能单纯用H H2 2S S

11、通入通入FeClFeCl2 2溶液来制备，因为反应中有酸生成溶液来制备，因为反应中有酸生成: : FeCl FeCl2 2 + H+ H2 2S = FeS + 2HClS = FeS + 2HCl FeS FeS溶于稀酸而不会生成溶于稀酸而不会生成FeSFeS。 只有直接用沉淀剂只有直接用沉淀剂NaNa2 2S S或或(NH(NH4 4) )2 2S S（由于沉淀剂本身呈碱性）（由于沉淀剂本身呈碱性）, ,才才能使金属离子沉淀下来：能使金属离子沉淀下来： FeClFeCl2 2 + Na+ Na2 2S = FeSS = FeS + 2NaCl + 2NaCl 3）既不溶于水又不溶于稀酸的硫

12、化物）既不溶于水又不溶于稀酸的硫化物 此类金属硫化物的溶度积一般都很小，如此类金属硫化物的溶度积一般都很小，如CdS的的Ksp为为10-29, CuS的的Ksp为为10-36，而，而HgS的的Ksp更小更小(10-53)。 这类难溶金属硫化物可通过这类难溶金属硫化物可通过将将H2S气体通入金属盐溶液来制备。气体通入金属盐溶液来制备。 CuCl2 + H2S = CuS + 2HCl 要使此类型的金属硫化物溶解，则必须使用更强烈的化学气氛，要使此类型的金属硫化物溶解，则必须使用更强烈的化学气氛，例如浓硝酸、王水（一份浓硝酸与三份浓盐酸的混合酸）等。例如浓硝酸、王水（一份浓硝酸与三份浓盐酸的混合酸

13、）等。 例如例如CuSCuS可溶于浓硝酸：可溶于浓硝酸： 3CuS + 8HNO3CuS + 8HNO3 3 = 3Cu(NO = 3Cu(NO3 3) )2 2 + 3S + 3S + 2NO + 2NO + 4H + 4H2 2O O 在硝酸中、硝酸的氧化性使在硝酸中、硝酸的氧化性使S S2-2-被氧化成被氧化成S S单质，从而使单质，从而使S S2-2-浓度大大下浓度大大下降，结果使该金属硫化物溶解。降，结果使该金属硫化物溶解。 再如再如HgS其其Ksp仅为仅为6.4410-53，仅仅利用浓硝酸的氧化作用使，仅仅利用浓硝酸的氧化作用使S2-浓浓度降低还不足以使其溶解，还必须借助浓盐酸中的

14、大量度降低还不足以使其溶解，还必须借助浓盐酸中的大量Cl-与与Hg2+的配的配位作用，使位作用，使Hg2+离子的浓度也大大降低，才能使其溶解：离子的浓度也大大降低，才能使其溶解： 3HgS + 2HNO3 + 12HCl = 3H2HgCl4 + 3S + 2NO + H2O 1 1、热稳定性、热稳定性: : 碳酸盐碳酸盐 碳酸氢盐碳酸氢盐 碳酸。碳酸。 例如例如NaNa2 2COCO3 3分解温度为分解温度为2073K2073K；而；而NaHCONaHCO3 3分解温度仅分解温度仅为为543K543K；但；但H H2 2COCO3 3常温常压即可分解。常温常压即可分解。盐Li2CO3Na2C

15、O3BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3FeCO3ZnCO3CdCO3PbCO3熔点618850-热分解/C1100180025540910128913602823503603003、一般来说，碳酸盐中金属离子的电荷越高，半径越小，、一般来说，碳酸盐中金属离子的电荷越高，半径越小，即金属离子的极化能力越强，该碳酸盐的热稳定性就即金属离子的极化能力越强，该碳酸盐的热稳定性就越差。越差。4、碳酸盐的热分解是一种气固两相间的平衡。、碳酸盐的热分解是一种气固两相间的平衡。 CaCO3 = CaO + CO2五、五、碳酸盐的热稳定性与离子极化碳酸盐的热稳定性与离子极化1、热稳定差、热稳定差

16、 硝酸盐和亚硝酸盐的热稳定性很差，容易受热分解。在所有无机含氧酸盐硝酸盐和亚硝酸盐的热稳定性很差，容易受热分解。在所有无机含氧酸盐中，对同一金属的盐而言，其硝酸盐和亚硝酸盐的熔点通常是最低的。而且除中，对同一金属的盐而言，其硝酸盐和亚硝酸盐的熔点通常是最低的。而且除钾钠等少数活泼金属外，其它金属的硝酸盐和亚硝酸盐在受热时，大多未到熔钾钠等少数活泼金属外，其它金属的硝酸盐和亚硝酸盐在受热时，大多未到熔点就发生了热分解反应。点就发生了热分解反应。2、热分解的特点、热分解的特点 硝酸盐和亚硝酸盐热分解反应与碳酸盐热分解反应不同，硝酸盐和亚硝酸硝酸盐和亚硝酸盐热分解反应与碳酸盐热分解反应不同，硝酸盐和

17、亚硝酸盐热分解伴随有氮的氧化态的改变，属于氧化还原反应。例如：盐热分解伴随有氮的氧化态的改变，属于氧化还原反应。例如： 2KNO2KNO3 3(S) = 2KNO(S) = 2KNO2 2(S)+O(S)+O2 2(g) (g) 4NaNO 4NaNO2 2(S) = 2Na(S) = 2Na2 2O(S) + 4NO(g) + O2(g)O(S) + 4NO(g) + O2(g) 反应中有反应中有N N的氧化态改变，有氧气放出（除的氧化态改变，有氧气放出（除NHNH4 4NONO3 3外），因而可认为硝酸盐外），因而可认为硝酸盐是一种供氧剂。硝酸盐和亚硝酸盐不稳定性也与其氧化还原性质有关。亚

18、硝酸是一种供氧剂。硝酸盐和亚硝酸盐不稳定性也与其氧化还原性质有关。亚硝酸盐一般都溶于水（除盐一般都溶于水（除AgNO2AgNO2外），而且亚硝酸盐一般均有毒，并且是一种致癌外），而且亚硝酸盐一般均有毒，并且是一种致癌物质，使用时务必小心。物质，使用时务必小心。3、硝酸盐、亚硝酸盐都具有氧化性，在酸性条件下，显示出较强的氧化硝酸盐、亚硝酸盐都具有氧化性，在酸性条件下，显示出较强的氧化能力能力。亚硝酸盐既有氧化性，也有还原性（当遇到强氧化剂如亚硝酸盐既有氧化性，也有还原性（当遇到强氧化剂如KMnOKMnO4 4) )六、六、硝酸盐、亚硝酸盐的热分解硝酸盐、亚硝酸盐的热分解通常通常,硝酸盐热分解的产

19、物，随金属离子的活泼性不同而分为三种类型硝酸盐热分解的产物，随金属离子的活泼性不同而分为三种类型：1、金属活泼顺序在、金属活泼顺序在Mg以前的活泼金属的硝酸盐，受热分解成其亚硝酸盐和氧气。以前的活泼金属的硝酸盐，受热分解成其亚硝酸盐和氧气。如如 2NaNO3(S) = 2NaNO2(S)+O2(g)2、金属活泼顺序介于、金属活泼顺序介于Mg与与Cu之间的金属（包括之间的金属（包括Mg和和Cu）的硝酸盐，受热分解）的硝酸盐，受热分解生成相应的金属氧化物及生成相应的金属氧化物及NO2(g)和和O2(g)。如：。如： 2Pb(NO3)2(S) = 2PbO(S) + 4NO2(g) + O2(g)3

20、、金属活泼顺序在、金属活泼顺序在Cu以后的不活泼金属的硝酸盐，受热分解生成相应的单以后的不活泼金属的硝酸盐，受热分解生成相应的单质及质及NO2(g)和和O2(g)。如：。如： 2AgNO3(S) = 2Ag(S) + 2NO2(g) + O2(g) NH4NO3的热分解可是一种特例。这是因为的热分解可是一种特例。这是因为NH4NO3中有两种不同氧化态的中有两种不同氧化态的N，在热分解过程中它们之间发生氧化还原反应，最后得到的产物只有一种氧化态在热分解过程中它们之间发生氧化还原反应，最后得到的产物只有一种氧化态的的N，而且不像其它硝酸盐热分解时能放出氧气：，而且不像其它硝酸盐热分解时能放出氧气： NH4NO3(S) = N2O(g) + 2H2O 上面仅是硝酸盐热分解的一般规律和基本类型，实际上有些例外，何况同一上面仅是硝酸盐热分解的一般规律和基本类型，实际上有些例外，何况同一金属的硝酸盐的热分解也可能出现不止一种的分解方式。金属的硝酸盐的热分解也可能出现不止一种的分解方式。 二氧化硅二氧化硅硅石硅石 无定型体：石英玻璃，硅藻土，燧石无定型体：石英玻璃，硅藻土，燧石 晶晶 体：天然为石英体：天然为石英(原子晶体原子晶体) 纯纯 石石 英：水晶英：水晶 含有杂质的石英：玛瑙含有杂质的石英：玛瑙