Chapter非金属元素小结PPT课件

1、Chapter 18 Chapter 18 非金属元素小结非金属元素小结1818.1 .1 非金属单质的结构和性质非金属单质的结构和性质1818.2 .2 分子型氢化物分子型氢化物1818.3 .3 含氧酸含氧酸1818.4 .4 非金属含氧酸盐的某些性质非金属含氧酸盐的某些性质1818.5 P.5 P区元素的次级周期性区元素的次级周期性第1页/共40页18.1 非金属单质的结构和性质 非金属占22种(金属约为90种)。无机物大都同非金属有关，如酸和盐。无机酸分为无氧酸和含氧酸，即一些非金属元素的氢化物及非金属氧化物的水合物。斜线附近的元素如斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、T

2、e和和Po等为准金属，它们既有金属的性质又有等为准金属，它们既有金属的性质又有非金属的性质。非金属的性质。如果不算准金属如果不算准金属(B、Si、As、Se、Te)，则非金则非金属属只有只有1717种种所以在金属与非金属之间没有截然的界线。所以在金属与非金属之间没有截然的界线。1234567氢IAH1114116118铟铊锡铅锑铋碲钋砹氡氙 碘氦硼碳氮氧氟氖铝 硅磷硫氯氩镓锗砷硒溴 氪InSnSbTeI Xe Tl PbBiPoAtRnIIIAIVAVAVIAVIIAHeBCNOFNeAlSiPClSArGaGeAsSeBrKr256789101314151617183132333435364

3、95051525354818283848586准金属非金属金属 在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为金属和非金属两个部分。将元素分为这两大金属和非金属两个部分。将元素分为这两大类的类的主要根据是元素的单质的性质主要根据是元素的单质的性质。第2页/共40页18.1.1 非金属单质的结构和物理性非金属单质的结构和物理性质质自学要求：自学要求：1 1、了解非金属单质中的共价键数为、了解非金属单质中的共价键数为8-8-N(HN(H2 2为为2-2-N)N)。2 2、第第2 2周期中的周期中的O O、N N为什么易形成多重键？第为什么易形成多重键？第3 3、4 4

4、周期的周期的S S、SeSe、P P、AsAs等则易形成单键？等则易形成单键？3 3、非金属单质按其结构和性质大致可分为哪三类？、非金属单质按其结构和性质大致可分为哪三类？4 4、掌握单质、掌握单质Cl2、S、P、Si和B与NaOH反应的方程式。第3页/共40页18.1.2 非金属单质的化学反非金属单质的化学反应应1 1、 活泼的非金属（活泼的非金属（F F2 2 、ClCl2 2 、BrBr2 2 、O O2 2 、P P、S S）与金属元素与金属元素形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐等；形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐等；2 2、非金属元素彼此之间也能形成卤化物、氧化

5、物、无氧酸、含、非金属元素彼此之间也能形成卤化物、氧化物、无氧酸、含氧酸等；氧酸等；3 3、大部分非金属单质不与水反应，卤素仅部分地与水反应，碳在赤、大部分非金属单质不与水反应，卤素仅部分地与水反应，碳在赤热条件下才与水蒸气反应；热条件下才与水蒸气反应；4 4、非金属一般不与非氧化性稀酸反应，硼、碳、磷、硫、碘、非金属一般不与非氧化性稀酸反应，硼、碳、磷、硫、碘、砷等被浓砷等被浓HNOHNO3 3 、浓浓H H2 2SOSO4 4 及王水氧化，硅在含氧酸中被钝化，及王水氧化，硅在含氧酸中被钝化，只能在有氧化剂存在的条件下与氢氟酸反应。只能在有氧化剂存在的条件下与氢氟酸反应。5 5、除碳、氮、氧

6、外，非金属单质可和碱溶液反应，对于有变价、除碳、氮、氧外，非金属单质可和碱溶液反应，对于有变价的非金属元素主要发生歧化反应：的非金属元素主要发生歧化反应： 硅、硼则从碱中置换出氢气：硅、硼则从碱中置换出氢气：Cl2 + 2NaOH =NaClO + NaCl + H2O3I2 + 6NaOH =5NaI + NaIO3 + 3H2O4P + 3NaOH + 3H2O =3NaH2PO2 + PH3Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3 + 2H23B + 2NaOH + 2H2O =NaBO2 + 3H2第4页/共40页18.2 分子型氢化物l非金属元素都能形成具有最高氧化态的共价型

7、的简单氢化物，在通常情况下它们为气体或挥发性液体。l它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族和周期呈周期性的变化。分子偶极矩m/m/D分子偶极矩m/m/DHF1.92H2O1.85HCl1.08H2S1.10HBr0.78NH31.48HI0.38CH40l氢化物的极性强弱变化非常规律。第5页/共40页l非金属元素都能形成具有最高氧化态的共价型的简单氢化物，在通常情况下它们为气体或挥发性液体。l它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族和周期呈周期性的变化。主族元素氢化物沸点对比主族元素氢化物沸点对比-200-200-150-150-100-100-50-500 05050100100150

8、150周周 期期 （从第二周期至第六周期）（从第二周期至第六周期）沸点 / 摄 氏 度沸点 / 摄 氏 度AH4AH4AH3AH3H2AH2AHAHA第6页/共40页18.2.1 热稳定性l分子型氢化物的热稳定性，在同一周期中，从左到右逐渐增强；l在同一族中，自上而下逐渐减小；l变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一致的。在同一族中，分子型氢化物的热稳定性还与键能自上而下越来越弱有关。第7页/共40页18.2.2 还原性还还原原性性增增强强CH4NH3H2OHFSiH4PH3H2SHClGeH4AsH3H2SeHBr(SnH4)SbH3H2TeHI还原性增强还原性增强l还原性大小规律与稳定性

9、的增减规律相反还原性大小规律与稳定性的增减规律相反, ,稳定性大的稳定性大的, ,还原性小。还原性小。l在周期表中，从右向左，自上而下，元素半径增大，电负性减小，失电子的能力依上述方向递在周期表中，从右向左，自上而下，元素半径增大，电负性减小，失电子的能力依上述方向递增，所以氢化物的还原性也按此方向增强。增，所以氢化物的还原性也按此方向增强。l氢化物能与氧、卤素、氧化态高的金属离子以及一些含氧酸盐等氧化剂作用。例如：氢化物能与氧、卤素、氧化态高的金属离子以及一些含氧酸盐等氧化剂作用。例如：Cl2+2HI=I2+2HCl第8页/共40页18.2.3 水溶液酸碱性和无氧酸的强度l无氧酸的强度取决于

10、下列平衡：HA+H2OH3O+A- 常用Ka或pKa的大小来衡量其酸碱性。 可以用 rGRTlgKa来计算出Ka的值，也可以用热力学循环来推算。l分子型氢化物中在水溶液中的pKa值（298K）酸酸性性增增强强CH458NH339H2O16HF 3SiH435PH3 27H2S 7HCl 7GeH425AsH319H2Se 4HBr 9(SnH4)20SbH315H2Te 3HI -10酸性增强酸性增强第9页/共40页最高氧化态氢氧化物的酸碱性l 非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个OHOH基团的氢氧化物。基团的氢氧化物。l 这类化合物的这类化合物的中

11、心原子中心原子R R, ,它周围能结合多少个它周围能结合多少个OH,OH,取决于取决于R R+n+n的电的电荷数及半径大小。荷数及半径大小。通常通常R R+n+n的电荷高，半径大时，结合的的电荷高，半径大时，结合的OHOH基团数目多。当基团数目多。当R R+n+n的电的电荷高且半径小时，例如荷高且半径小时，例如ClCl+7+7应能结合七个应能结合七个OHnm)OHnm)，容纳不了这许多容纳不了这许多OHOH，势必脱水，直到势必脱水，直到ClCl+7+7周围保留的异电荷离子或基团数目，既能满周围保留的异电荷离子或基团数目，既能满足足ClCl+7+7的氧化态又能满足它的的氧化态又能满足它的配位数配

12、位数。l 处于同一周期的元素，其配位数大致相同。处于同一周期的元素，其配位数大致相同。18.3 含氧酸含氧酸第10页/共40页l最高氧化态氢氧化物的酸碱性最高氧化态氢氧化物的酸碱性在化合物在化合物R(OH)n中，可以有两种离解方式：中，可以有两种离解方式：R(OH)nR(OH)n-1+OH-碱式离解碱式离解R(OH)nRO(OH)n-1+H+酸式离解酸式离解R(OH)n按碱式还是按酸式离解，主要是看按碱式还是按酸式离解，主要是看R-OR-O键和键和O-HO-H键的相对强弱，若键的相对强弱，若R-OR-O键弱，就进行碱式键弱，就进行碱式电离，若电离，若O-HO-H键弱时就进行酸式离解。键弱时就进

13、行酸式离解。R-OR-O与与O-HO-H键的相对强弱又决定于键的相对强弱又决定于“离子势离子势”阳离子的极化能力。由卡特雷奇阳离子的极化能力。由卡特雷奇( () )提出的离子势的表提出的离子势的表示式：示式：nm)-(r rZ 阳离子半经阳离子电荷第11页/共40页R(OH)n中R半径小电荷高，对氧原子的吸引力强R-O键能大，则R(OH)n主要是酸式解离，显酸性。反之亦然。如:S6+:Z=+6 r=0.030nm =200当 1/210时R(OH)n显酸性Al3+:Z=+3 r=0.051nm =59当10 1/27时R(OH)n显两性Na+:Z=1 r=0.097nm =10当 1/2HCl

14、O3HClO2HClO第18页/共40页例2：试推测下列酸的强度 HClO4 H2SO4 H3PO4 H4SiO4K1105N-7 1053-7 1052-7 1051-7 1050-7= 108 103 10-2 10-7酸的强度为： HClO4H2SO4H3PO4H4SiO4例3：试推测下列酸的强度 HNO3 H2CO3 H3BO3K1105N-7 1052-7 1051-7 1050-7= 103 10-2 10-7酸的强度为： HNO3H2CO3H3BO3第19页/共40页例4：试推测下列酸的强度HClO HBrO HIOK1105N-7 1050-7 1050-7 1050-7= 1

15、0-7 10-7 10-7这些酸属于同一类型，非羟其氧数相同，但由于成酸元素的电荷及吸电子能力的强度不同或R-O键长不同，它们的酸性也不同。Cl的电负性比Br强、Cl-O比I-O键的键长短。所以酸的强弱应为： HClOHBrOHIO第20页/共40页第21页/共40页18.4.1 溶解溶解性性l离子化合物的溶解过程，认为是晶格中的离子首先要克离子化合物的溶解过程，认为是晶格中的离子首先要克服离子间的引力，从晶格中解离为气态离子，然后进入服离子间的引力，从晶格中解离为气态离子，然后进入水中并与水分子结合成为水合离子。当水中并与水分子结合成为水合离子。当 s sH H0rr+ +) )时，离子水合

16、作用在溶解过程中居优势。时，离子水合作用在溶解过程中居优势。性质相似的盐系列中，阳离子的半径越小，该盐越容易溶性质相似的盐系列中，阳离子的半径越小，该盐越容易溶解解。室温下碱金属的高氯酸盐的溶解度的相对大小是：。室温下碱金属的高氯酸盐的溶解度的相对大小是：NaC1O4KC1O4RbC1O4若阴阳离子的半径相差不多，则若阴阳离子的半径相差不多，则( (Z/rZ/r) )大大r r离子所形成的盐较难溶解离子所形成的盐较难溶解，如碱土金属和许，如碱土金属和许多过渡金属的碳酸盐、磷酸盐等；而碱金属的硝酸盐和氯酸盐等易溶。多过渡金属的碳酸盐、磷酸盐等；而碱金属的硝酸盐和氯酸盐等易溶。以上讨论是用以上讨论

17、是用 s sH H，实际上严格点应当用实际上严格点应当用 s sG G来讨论。来讨论。第23页/共40页l个别溶解情况：含氧酸盐的绝大部分钠盐、钾盐和个别溶解情况：含氧酸盐的绝大部分钠盐、钾盐和铵盐以及酸式盐都易溶于水。其它含氧酸盐在水中铵盐以及酸式盐都易溶于水。其它含氧酸盐在水中的溶解性可以归纳如下：的溶解性可以归纳如下：硝酸盐：硝酸盐：硝酸盐都易溶于水，且溶解度随温度的升硝酸盐都易溶于水，且溶解度随温度的升高而迅速地增加。高而迅速地增加。硫酸盐：硫酸盐：大部分溶于水，但大部分溶于水，但SrSOSrSO4 4、BaSOBaSO4 4和和PbSOPbSO4 4难难溶于水，溶于水，CaSOCaS

18、O4 4、AgAg2 2SOSO4 4和和HgHg2 2SOSO4 4微溶于水。微溶于水。碳酸盐：碳酸盐：大多数都不溶于水大多数都不溶于水，其中又以，其中又以CaCa2+2+、SrSr2+2+、BaBa2+2+、PbPb2+2+的碳酸盐最难溶。的碳酸盐最难溶。磷酸盐：磷酸盐：大多数都不溶于水大多数都不溶于水。第24页/共40页18.4.2 水解性水解性l盐类溶于水后，阴、阳离子发生水合作用。弱碱、弱酸盐类溶于水后，阴、阳离子发生水合作用。弱碱、弱酸根离子在水溶液中会发生水解反应。根离子在水溶液中会发生水解反应。强酸的阴离子如强酸的阴离子如ClOClO4 4- -和和NONO3 3- -等不水解

19、，它们对等不水解，它们对水的水的pHpH值无影响。但是弱酸的阴离子如值无影响。但是弱酸的阴离子如COCO3 32-2-及及SiOSiO3 32-2-等，明显地水解，而使溶液的等，明显地水解，而使溶液的pHpH值增大。值增大。l阳离子的水解能力与离子的极化能力有关。稀有气体构型金属离子的水解程度与它们的离子极化阳离子的水解能力与离子的极化能力有关。稀有气体构型金属离子的水解程度与它们的离子极化力成正比。力成正比。人们找出人们找出p pK Kh h与与Z Z2 2/ /r r有关系，前者为水解常数的负对数，后者表示离子极化能力。水有关系，前者为水解常数的负对数，后者表示离子极化能力。水解性随解性随

20、Z Z2 2/ /r r增大而增大。增大而增大。p pK Kh h值越小，离子的水解程度越大。值越小，离子的水解程度越大。第25页/共40页18.4.3 热稳定性热稳定性l多原子阴离子组成的化合物在加热时不太稳定。多原子阴离子组成的化合物在加热时不太稳定。加热时绝大多数情况下分解为酸酐和金属氧化物加热时绝大多数情况下分解为酸酐和金属氧化物或其它产物。或其它产物。l磷酸盐、硅酸盐都比较稳定磷酸盐、硅酸盐都比较稳定, ,它们在加热时不分它们在加热时不分解解, ,但但容易脱水缩合为多酸盐。容易脱水缩合为多酸盐。l硝酸盐和卤酸盐一般不太稳定。硝酸盐和卤酸盐一般不太稳定。l碳酸盐和硫酸盐等居中。碳酸盐和

21、硫酸盐等居中。硫酸盐的分解温度一般在硫酸盐的分解温度一般在12731273K K以上。碱金属以上。碱金属的硫酸盐在高温下挥发但不分解。的硫酸盐在高温下挥发但不分解。许多重金属的硫酸盐如许多重金属的硫酸盐如CdSO4和和PbSO4等，等，在一般加热条件下都很稳定，所以能用于定量分在一般加热条件下都很稳定，所以能用于定量分析。析。但是氧化态为但是氧化态为+ +IIIIII的的AlAl3+3+、CrCr3+3+和和FeFe3+3+的硫的硫酸盐不稳定，在加热时分解为酸盐不稳定，在加热时分解为SOSO3 3和金属氧化物。和金属氧化物。第26页/共40页碳酸盐的分解温度随金属离子不同差别很大。碳酸盐比硫酸

22、盐易分解，产物为CO2和金属氧化物。硝酸盐又比碳酸盐更易分解，产物随金属的活泼性的差异而有亚硝酸盐或金属氧化物或金属。酸式盐同正盐比较，前者往往不及后者稳定。第27页/共40页18.4.4 含氧酸及其盐的氧化还原性含氧酸及其盐的氧化还原性l含氧酸及其盐表现出来的氧化还原性受多种因素的影响，情含氧酸及其盐表现出来的氧化还原性受多种因素的影响，情况颇为复杂。迄今为止，我们对它的规律性尚缺乏认识。由况颇为复杂。迄今为止，我们对它的规律性尚缺乏认识。由p p区元素最高氧化态含氧酸区元素最高氧化态含氧酸( (包括水合氧化物包括水合氧化物) )的标准电极电势的标准电极电势来看。来看。l在同一周期中，各元素

23、最高氧化态含氧酸的在同一周期中，各元素最高氧化态含氧酸的氧化性氧化性，从左到右从左到右递增。递增。l在同一主族中，元素的最高氧化态含氧酸的氧化性，多数随原子序数在同一主族中，元素的最高氧化态含氧酸的氧化性，多数随原子序数增加增加呈锯齿形升高呈锯齿形升高，第三周期元素含氧酸的氧化性有下降趋势，第三周期元素含氧酸的氧化性有下降趋势，第四周期第四周期元素含氧酸的氧化性又有升高趋势，有些在同族元素中居于最强地位元素含氧酸的氧化性又有升高趋势，有些在同族元素中居于最强地位。第六周。第六周期元素含氧酸的氧化性又比第五周期元素的期元素含氧酸的氧化性又比第五周期元素的强得多强得多。第28页/共40页l对于同一

24、种元素的不同氧化态含氧酸来说，对于同一种元素的不同氧化态含氧酸来说，低氧化态低氧化态的氧化性较强。的氧化性较强。 例如例如: :HClOHClO2HClO3HClO4其原因可能是因为在还原过程中氧化态愈高的含氧酸需其原因可能是因为在还原过程中氧化态愈高的含氧酸需要断裂的要断裂的R-OR-O键愈多，酸根较稳定之故。键愈多，酸根较稳定之故。l浓酸的氧化性比稀酸强，含氧酸的氧化性一般比相浓酸的氧化性比稀酸强，含氧酸的氧化性一般比相应盐的氧化性强，同一含氧酸的盐在酸性介质中的应盐的氧化性强，同一含氧酸的盐在酸性介质中的氧化性比在碱性介质中强。氧化性比在碱性介质中强。l最高氧化态含氧酸最高氧化态含氧酸H

25、NO3、H2SO4、H2SeO4及及HClO4等都是强氧化剂；这些元素的最低氧化态化合物，等都是强氧化剂；这些元素的最低氧化态化合物，如如NH3、H2S和和HCl等为还原剂；而处于中间氧化态的等为还原剂；而处于中间氧化态的HNO2和和H2SO3等既是氧化剂又是还原剂。等既是氧化剂又是还原剂。第29页/共40页l影响其氧化能力的因素影响其氧化能力的因素中心原子结合电子的能力中心原子结合电子的能力高氧化态的中心原子在它转变为低氧化态的过高氧化态的中心原子在它转变为低氧化态的过程中获得电子的能力与它的电负性、原子半径及程中获得电子的能力与它的电负性、原子半径及氧化态等因素有关。电负性大、原子半径小、

26、氧氧化态等因素有关。电负性大、原子半径小、氧化态高的中心原子，其获得电子的能力强，表现化态高的中心原子，其获得电子的能力强，表现为酸的氧化性强。为酸的氧化性强。处于同一周期的元素，从左至右，其电负性增处于同一周期的元素，从左至右，其电负性增大，原子半径减小，它们的最高氧化态含氧酸的大，原子半径减小，它们的最高氧化态含氧酸的氧化性依次递增。氧化性依次递增。第30页/共40页分子的稳定性分子的稳定性 如果含氧酸分子中的中心原子如果含氧酸分子中的中心原子R R多变价，分子又多变价，分子又不稳定，则处于高氧化态的酸或盐有氧化性，而且不稳定，则处于高氧化态的酸或盐有氧化性，而且分分子越不稳定，其氧化性越

27、强子越不稳定，其氧化性越强。分子的稳定性与。分子的稳定性与R-OR-O键的强键的强度和键数有关。度和键数有关。R-OR-O键的强度愈大、成键数愈多，则要键的强度愈大、成键数愈多，则要断裂这些键越难。断裂这些键越难。 第六周期元素最高氧化态含氧酸第六周期元素最高氧化态含氧酸( (包括氧化物及其水合物包括氧化物及其水合物) )的氧化性之所以强，同的氧化性之所以强，同它们的中心原子的它们的中心原子的6 6s s2 2电子对特别稳定有关。第六周期处于电子对特别稳定有关。第六周期处于Hg(Hg(内层电子已填满内层电子已填满) )之之后的后的TlTl、PbPb、BiBi等元素的等元素的6 6s s2 2电

28、子对极稳定即惰性电子对效应所致，电子对极稳定即惰性电子对效应所致，所以它们的高所以它们的高氧化态的含氧酸氧化性比第五周期相应元素的含氧酸强得多氧化态的含氧酸氧化性比第五周期相应元素的含氧酸强得多。第31页/共40页含氧酸盐在酸性介质中比在中性或碱性介质中的氧化性含氧酸盐在酸性介质中比在中性或碱性介质中的氧化性强。浓酸比稀酸的氧化性强。酸又比相应的盐的氧化性强。浓酸比稀酸的氧化性强。酸又比相应的盐的氧化性强强。对对同一元素来说，一般是低氧化态弱酸的氧化性强于稀同一元素来说，一般是低氧化态弱酸的氧化性强于稀的高氧化态的强酸的高氧化态的强酸。如。如HNO2强于稀的强于稀的HNO3，H2SO3强于稀强

29、于稀H2SO4。这是因在弱酸分子中存在着这是因在弱酸分子中存在着H H+ +离子对含氧酸中心原子离子对含氧酸中心原子R R的反极化作用，使的反极化作用，使R-OR-O键易断裂。从而使酸的氧化性增强。键易断裂。从而使酸的氧化性增强。浓酸中存在的自由酸分子较多，同理表现出强氧化性。至浓酸中存在的自由酸分子较多，同理表现出强氧化性。至于于ClO4-,MnO4-等离子在酸性介质中比在碱性介质中强等离子在酸性介质中比在碱性介质中强, ,是由于在酸性溶液中有较高的是由于在酸性溶液中有较高的H H+ +离子。离子。ClO4-+8H+8e-=Cl-+4H2O ClO4-+4H2O+8e-=Cl-+8OH- 第

30、32页/共40页18.5.1 18.5.1 第二周期第二周期p p区元素的特殊性区元素的特殊性非金属元素的单质和化合物在许多性质上都呈现出周期性的变非金属元素的单质和化合物在许多性质上都呈现出周期性的变化。但是还有许多不规则之处。第化。但是还有许多不规则之处。第2 2周期非金属元素与本族其他元周期非金属元素与本族其他元素的显著差异有：素的显著差异有：1 1、最高配位数、最高配位数它们的最高配位数为它们的最高配位数为4,4,而第而第3 3周期和以后几个周期的元周期和以后几个周期的元素的配位数可以超过素的配位数可以超过4 4；2 2、形成、形成键和氢键的能力键和氢键的能力 B、C、N、O原子可以形成原子可以形成键，键，N、O、F的含氢化合物易生成氢的含氢化合物易生成氢键键, ,离子性较强；离子性较强；18.5 P区元素的次级周期性区元素的次级周期性次级周期性次级周期性是指元素周期表中是指元素周期表中,每族元素的物理化学性质每族元素的物理化学性质,从上到下并非单调的直从上到下并非单调的直线递变线递变,而是呈现起伏的而是呈现起伏的“锯齿形锯齿形”变化。变化。第33页/共40页元素有自相成链的能力，以碳元素元素有自相成链的能力，以碳元素最强；最强；多数有生成重键的特性；多