第12章-非金属元素

第十二章非金属元素简介

§12－1卤素及其化合物

§12—2氧族元素及化合物

§12－3氮族元素及化合物

§12－4碳、硅、硼及其化合物

§12－5氢和氢能源

1无机及分析化学0VIIAVIAVAIVAIIIA2He氦K25B硼6C碳7N氮8O氧9F氟10Ne氖LK8213Al铝14Si硅15P磷16S硫17Cl氯18Ar氩MLK88231Ga镓32Ge锗33As砷34Se硒35Br溴36Kr氪NMLK8188249In铟50Sn锡51Sb锑52Te碲53I碘54Xe氙ONMLK818188281Tl铊82Pb铅83Bi铋84Po钋85At砹86Rn氡PONMLK818321882非金属金属电子层卤

素

§12－1卤素及其化合物

2无机及分析化学元素符号FClBrI价电子

层结构2s22p53s23p54s24p55s25p5主要

氧化数-1,0-1,0,+1+3,+4+5,+6,+7-1,0,+1+3,+4+5,+6,+7-1,0,+1+3,+4+5,+6,+7-1氧化态外，其他氧化态都可作氧化剂除-1、+7氧化态外，都可发生歧化反应除卤素的价电子层结构和氧化数3无机及分析化学F2>Cl2>Br2>I2电负性(Electronegativity)元素符号FClBrI原子序数9173553电负性4.03.02.82.5氟具有最强的氧化性卤素的电负性4无机及分析化学酸性强弱：HCl<HBr<HI除氢氟酸外，氢卤酸都是强酸复原能力：F-<Cl-<Br-<I-4HCl+O2不反应4HI+O22I2+2H2OO24HBr+O22Br2+2H2OO25无机及分析化学卤素的含氧酸

酸卤素次卤酸(+1)亚卤酸(+3)卤酸(+5)高卤酸(+7)FHOFClHClOHClO2HClO3HClO4BrHBrO(HBrO2)HBrO3HBrO4IHIO(HIO2)HIO3H5IO6HIO4盐次卤酸盐亚卤酸盐卤酸盐高卤酸盐种类6无机及分析化学性质次卤酸(+1)亚卤酸(+3)卤酸(+5)高卤酸(+7)HClOHClO2HClO3HClO4HBrOHBrO3HBrO4HIOHIO2HIO3H5IO6HIO4氧化性

增强酸性增强7无机及分析化学1.44HIO/I22.5×10-11HIO1.60HBrO/Br22×10-9HBrO1.61HClO/Cl23.4×10-8HClO电对酸性()次卤酸酸性:都是弱酸，从上到下酸性减弱，HClO最强。氧化性:从上到下，氧化性减弱，HClO最强。结论次卤酸的酸性和氧化性8无机及分析化学次氯酸的性质性质一：不稳定，易分解在室温或阳光直接作用下，HClO分解：2HClO2HCl+O2性质二：强氧化性次氯酸及其盐都是强氧化剂，最有用的是NaClO9无机及分析化学HClO3酸性最强，HBrO3氧化性最强。1.19IO3-/I2中强酸HIO31.52BrO3-/Br2强酸HBrO31.47ClO3-/Cl2强酸HClO3电对酸性卤酸结论卤酸的酸性和氧化性10无机及分析化学HClO4酸性最强，HBrO4氧化性最强。1.60H5IO6/HIO3弱酸H5IO61.74BrO4-/BrO3-强酸HBrO41.19ClO4-/ClO3-最强酸HClO4电对酸性高卤酸结论高卤酸的酸性和氧化性11无机及分析化学氯的含氧酸及其钠盐的性质变化规律表氧化态酸热稳定性和酸强度氧化性盐热稳定性氧化性和阴离子碱强度+1HClONaClO+3HClO2NaClO2+5HClO3NaClO3+7HClO4NaClO4增大增大减弱减弱热稳定性增高，氧化性减弱从酸到盐12无机及分析化学2He氦K25B硼6C碳7N氮8O氧9F氟10Ne氖LK8213Al铝14Si硅15P磷16S硫17Cl氯18Ar氩MLK88231Ga镓32Ge锗33As砷34Se硒35Br溴36Kr氪NMLK8188249In铟50Sn锡51Sb锑52Te碲53I碘54Xe氙ONMLK818188281Tl铊82Pb铅83Bi铋84Po钋85At砹86Rn氡PONMLK818321882VIIAVIAVAIVAIIIA0非金属金属电子层第

VIA族

§12-2氧族元素及化合物

13无机及分析化学元素符号OSSeTe第一电离势(kJ·mol-1)13141000941869非金属半金属金属OSSeTePo14无机及分析化学臭氧O3

(Ozone)暗蓝色液体易液化，161KO3是一种淡蓝色气体黑色晶体难固化，22KO3分子中，中心O原子采取sp2杂化，V型，唯一有极性的单质。15无机及分析化学

用途微量的O3能消毒杀菌，并作为空气净化剂和高能燃料的氧化剂等。但空气中O3含量超过百万分之一时，不仅对人体有害，对农作物等物质也有害，它的破坏性也是基于它的氧化性。16无机及分析化学H2O2能将碘化物氧化成单质碘，这个反应可用来定性检出或定量测定H2O2或过氧化物的含量：H2O2能将黑色的PbS氧化成白色的PbSO4：（黑）（白）H2O2无论在酸性溶液还是在碱性溶液中都是强氧化剂17无机及分析化学复原性：H2O2在碱性溶液中是中等强度的复原剂，在酸性溶液中复原性较弱。18无机及分析化学硫化物的颜色和溶解性名称化学式颜色在水中溶度积Ksp硫化钠硫化锰硫化亚铁硫化锌硫化镍硫化亚锡硫化钴硫化镉Na2SMnSFeSβ-ZnSβ-NiSSnSβ-CoSCdS白色肉红色黑色白色黑色褐色黑色黄色易溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶－－－－1.2×10－133.7×10－192.5×10－221.0×10－241.0×10－252.0×10－258.0×10－27Ksp>10-24的硫化物一般可溶于稀盐酸19无机及分析化学名称化学式颜色在水中溶积度Ksp硫化铅硫化铜硫化鉍硫化亚汞硫化亚铜硫化银硫化汞硫化锑PbSCuSBi2S3Hg2SCu2SAgSHgSSb2S3黑色黑色黑色黑色黑色黑色黑色桔红色不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶1.2×10－288.5×10－361.2×10－371.0×10－472.0×10－481.6×10－494.0×10－531.2×10－59Ksp<10-30的硫化物可溶于硝酸Ksp<10-53的硫化物只能用王水才能溶解Ksp介于10-25～10-30硫化物一般不溶于稀酸而溶于浓盐酸20无机及分析化学稀酸溶解配位酸溶解〔浓HCl〕氧化性酸溶解〔HNO3〕氧化配位溶解〔王水〕21无机及分析化学性质一：复原性性质二：氧化性SO2性质22无机及分析化学焦硫酸可以看作是由两个分子硫酸脱去一分子水所得的产物：HO一S一OH+HO一S一OHHO一S一O一S一OHOOOOOO======OO==-H2O

结构23无机及分析化学

性质性质一：H2S2O7具有比浓H2SO4更强的氧化性、吸水性和腐蚀性性质二：是良好的磺化剂，用于制造某些燃料、炸药和有机磺酸化合物，它与水作用又生成硫酸24无机及分析化学S2O32-离子中的两个S原子的平均氧化数是＋2，中心S原子的氧化数为＋6，另一个硫原子的氧化数为－2。因此Na2S2O3具有一定的还原性。提示OOSOS2-25无机及分析化学这个反响可以用来鉴定S2O32-离子的存在Na2S2O3在中性或碱性溶液中很稳定，在酸性〔pH≤4.6〕溶液中迅速分解：26无机及分析化学碘可以将Na2S2O3氧化成连四硫酸钠Na2S4O6：这个反响是碘量法的根底OOSOSOOSOSOOSOSOSSOO+II2-2-2-+2I-27无机及分析化学配位性不溶于水的卤化银AgX〔X=Cl、Br〕能溶解在Na2S2O3溶液中生成稳定的硫代硫酸银配离子：提示Na2S2O3用作定影液，就是利用这个反应溶去胶片上未感光的AgBr。28无机及分析化学过二硫酸及盐过氧化氢H-O-O-H中一个H被HSO3-取代后得H-O-O-HSO3，即称为过一硫酸；另一个H也被HSO3-取代后得HSO3-O-O-SO3H，称为过二硫酸。OOOOH一O一S一O一O一S一O一H====29无机及分析化学

性质所有的过硫酸及其盐都是强氧化剂。过二硫酸钾能把铜氧化成硫酸铜：30无机及分析化学§12－3氮族元素及化合物

2He氦K25B硼6C碳7N氮8O氧9F氟10Ne氖LK8213Al铝14Si硅15P磷16S硫17Cl氯18Ar氩MLK88231Ga镓32Ge锗33As砷34Se硒35Br溴36Kr氪NMLK8188249In铟50Sn锡51Sb锑52Te碲53I碘54Xe氙ONMLK818188281Tl铊82Pb铅83Bi铋84Po钋85At砹86Rn氡PONMLK818321882VIIAVIAVAIVAIIIA0非金属金属电子层第

VA族

31无机及分析化学参加奈斯勒试剂〔K2[HgI4]的KOH溶液〕：此反响为铵盐的鉴定反响HgHg红褐色32无机及分析化学硝酸几乎可以氧化所有的金属：33无机及分析化学硝酸盐热稳定性差34无机及分析化学磷的含氧酸含氧酸分类氧化数分子式名称＋5H3PO4正磷酸(HPO3)n偏磷酸H4P2O7焦磷酸H5P3O10三磷酸＋4H4P2O6连二磷酸＋3H3PO3正亚磷酸H4P2O5焦亚磷酸HPO2偏亚磷酸＋1H3PO2次磷酸35无机及分析化学强配位能力36无机及分析化学受强热脱水HO一P一O一HH一O一P一OHHO一P一O一P一O一HOOHOOHOOHOOH====37无机及分析化学HO一P一O一HH一O一P一O一HH一O一P一OHOOHOOHOOH===HO一P一O一P一O一P一O一HOOHOOH==OOH=38无机及分析化学缩合度增加，酸性增强酸性39无机及分析化学§12－4

碳、硅、硼及其化合物碳是世界上化合物种类最多的元素碳的化合物其他元素的化合物

3000多万全世界已经发现的化合物种类40无机及分析化学碳单质的

同素异形体杂化晶体性质金刚石sp3原子晶体硬度最大

熔点很高石墨sp2层状晶体质软，有金属光泽，有导电、导热性C60碳单质的同素异形体41无机及分析化学（1）氢氧化物碱性较强的金属如Ca2+、Ba2+、Sr2+、Ag+离子，可与反应，生成碳酸盐沉淀。＋Ba2+BaCO3(s)（2）氢氧化物碱性较弱的金属离子如Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mg2+，可与反应，为碱式碳酸盐沉淀。2Cu2+＋＋H2OCu2(OH)2CO3(s)＋CO2(g)42无机及分析化学〔3〕强水解的金属离子，特别是两性的〔如Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+〕，其氢氧化物溶度积小，沉淀为氢氧化物。2Al3+＋＋3H2O2Al(OH)3＋3CO22Fe3+＋＋3H2O2Fe(OH)3＋3CO243无机及分析化学碳酸盐的热稳定性〔1〕从左到右，金属碳酸盐的热稳定性减弱〔2〕从下到上，同族金属的碳酸盐稳定性减弱碱金属碳酸盐碱土金属碳酸盐>>阳离子半径大的碳酸盐阳离子半径小的碳酸盐>过渡金属碳酸盐44无机及分析化学〔3〕过渡金属碳酸盐稳定性差阳离子极化作用小的离子阳离子极化作用大的离子>〔4〕H+的极化作用强碳酸盐碳酸氢盐碳酸>>MCO3MO＋CO245无机及分析化学二氧化硅并不表示

单个分子SiO2二氧化碳表示

单个分子CO2最简式最简式有区别顶点的氧原子为两个四面体公用硅原子氧原子SiO2结构46无机及分析化学与HF反响除单质氟、氟化氢、氢氟酸外，SiO2不与其他的卤素酸反响。SiO2＋4HF(g)SiF4＋2H2OSiO2＋6HF(溶液)H2SiF6＋2H2O47无机及分析化学与碱反响SiO2能溶于热的强碱溶液或溶于熔融的碳酸钠中。SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2OSiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2熔融48无机及分析化学制备SiO2是硅酸酐，但不溶于水。SiO2＋H2OH2SiO3硅酸用可溶性的硅酸盐与酸作用生成。Na2SiO3＋2HClH2SiO3＋2NaCl49无机及分析化学硅胶是一种具有物理吸附作用的吸附剂，可以再生反复使用。硅胶(SilicaGel)浸泡CoCl2硅酸凝胶催化剂载体干燥剂H4SiO4单分子形式硅酸溶液硅酸溶胶硅酸凝胶硅胶放置缩和加酸电解质烘干活化白色透明软而有弹性固体50无机及分析化学B2O3可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐。B2O3＋CuOCu(BO2)2蓝色B2O3＋NiONi(BO2)2绿色硼砂珠实验此反响可用于定性分析中，用来鉴定金属离子。51无机及分析化学硼酸(BoricAcid)结构sp2杂化硼酸H3BO3

结构单元BOHHOOHB原子为sp2杂化O原子52无机及分析化学Ka=5.8×10-10CHOHHOBOHOH+HOHOCH2CH2HOCHCH2CH2OOBO+H++2H2O硼酸是一个典型的缺电子Lewis酸，它的酸性可因参加甘露醇和甘油〔丙三醇〕大为增加,表现出一元酸的性质，可用强碱滴定。Ka=6.2×10-553无机及分析化学1.以下各对物质，能在酸性溶液中共存