无机化学教案08

第八章非金属

本章要求

1.卤素单质的化学性质，非金属性的递变规律，卤素单质的制备方法，卤化氢和氢卤酸的性质，氢卤酸

的酸性及其递变规律，氢卤酸的制备。氯的含氧酸的酸性及其氧化性、稳定性和它们的递变规律。

2.熟练掌握过氧化氢的不稳定性、氧化复原性。掌握硫化氢、硫化物、硫的含氧酸及其盐的主要性质。

3.了解氮族元素的通性，掌握氨、镂盐、硝酸及其盐、亚硝酸及其盐的主要性质。

4.掌握璘酸的酸性、缩合性及其磷酸盐的溶解性。

5.掌握碳的重要化合物的性质，掌揖碳酸及碳酸盐的重要性质。/解珪酸及硅酸盐的结构及根本性质。

了解硅、硼的重要化合物的性质。通过硼酸及其化和物的结构和性质，掌握硼的缺电子性质。

的非金属元素共22种，种类不算多，而且，其性质有规律可循。同一•族元素性质相似。

本章共计11学时

第一节卤素

1-1.卤素的性质

1.物理性质

表8—1卤素的性质

a氯溟碘

原子序数9173553

价电子构型2s22Ps3s23Ps4s24Ps5s25P$

氧化值-1-1.+1.+3.+5.+7-1.+1.+3.+5.+7・1.+1.+3.+5.+7

共价半径rWr/pm6499114127

电负性4.03.02.82.5

电离能//kJ•1681125111401008

熔点rm/*C-220-101-7.3113

沸点tb/,C-188-34.559183

物态气体气体液体固体

颜色淡黄色黄绿色红棕色紫黑色

2.化学性质

X2+2e=2X-氧化性:

F?>Ch>Brz>I2

(1)与金属反响

F2可与所有元素剧烈反响生成氟化物(除He、Ne、Ar、O2、N2)；

CI2可与所有金属反响，剧烈程度不如F2；

B「2、12只与局部金属反响，反响温度比与C12反响高c

例：Fe+Xz一FeXa

(2)与非金属反响

与02、N2不能直接化合

F2：全部反响；C12：多数；Bn、12：局部

例：X2+H2=2HX

+HClBi'i

2F22

反响条件:在暗处爆炸光照或点火Pt丝网，500KPt丝网，700K

(3)与水、碱的反响

卤素与水可发生两类反响：

+

X2+H20、、2H+2X+1/202t(I)

X2+H2O、、H++X+HXO(2)

F2与水的反响主要按(1)式进行，能剧烈的放出02。。2与水主要按12)式发生反响，生成盐酸和次

氯酸，后者在日光照射下可以分解出02：

Cl2+H2O、、HCI+HC1O

光

2HC10----*2HC1+02\

Bn和h与纯水的反响极不明显，只是在碱性溶液中才能显著发生类似(2)的歧化反响：

Br2+2K0H——»KBr+KBrO+H2O

I2+6Na0H——*5NaI+NaIO3+3H2O

3.卤素单质的制备

卤素大多以卤化物的形式存在，一般制备卤素单质的方法是籽卤离子氧化。

F2氧化性强，F复原性极弱，目前还没有氧化剂可把它氧化成F2,只能用电解的方法，无

水条件下，在溶有HF的KF熔盐中进行，阳极析出氟气，阴极析出氢气。

C12：工业上：电解食盐水。

实验室用MnCh或KMnCh与HC1作用：

2KM叫(s)+16HC1(浓)--*2MnClj+5Cl2(g)+2KC1+8H3O

(s)*4HC1(«?)JMnClj+%(g)+2HQ

B门：海水中含湿，在一定条件下，通入Cb置换出Br2,再纯化。

Ch+2Br—>Bn+2Ct

h：藻类植物中提取，I-复原性强，许多氧化剂可将其氧化。

如：CIJ+21-—»li+2C1-

Br2+21-----h+2Br

1-2.卤化氢和氢卤酸

1.卤化氢

(1)性质：无色，有刺激性气味的气体，极易溶于水。

液态卤化氢不导电，说明它是共价型化合物。

①热稳定性

%4+y端(g)=HX△胪生成始

HFKIHBrHI

△-271-S2.3-36.426.5

IOOOC分解百分率不分解1.4X10-^0.W33%

----------------〜热稳定性递减

②复原性

HC1（g）＜HBr（g）＜HI（g）

j-（5）+H'O.（浓）一►NaHSO.♦HC1（＜）

IHC1（g）+为双（浓）一*X

jN由r（s）+HjSO.（浓）--NaHSO.♦HBr（＜）

I（（）+HJSO4（浓）--Br,♦SO,+2HQ（副反应）

生成的Br,用海份KI试^检验.

rNai（s）♦H科（浓）一*N*沁♦HI（（）

I8Hl（g）♦%沁（浓）一＞412♦H»S（g）♦4HQ（副反应）

生成的I,用PbAq试纸检验.

2.制备

⑴直接合成

Hz♦Clz一火.2HC1（工业）（但在日光或250c易爆炸）

（2）浓H2s04+卤化物（用高沸点酸取代低沸点酸）

CaF2或NaCl等，但HLHBr不能用此法

CaF2（s）+H2SO4（浓）—>CaS04+2HFt

（3：卤化物水解（实验室）（主要制HBr和HI）

2P

|2P（H）+3K2——xs

1PXS+3HjO--*&PC,♦3HX（g）

3.氢卤酸

HFHC1HBrHI

J____________J

y

55ft强鲍

第二节氧族元素

2-1.通性

1.价电了层结构ns2np、氧化态.2、+2、+4、+6,氧仅显-2价（除H2O2及OF?外）。

2.氧族元素原子最外层6个电子，因而它们是非金属（针除外），但不及卤素活泼。

3.随着原子序数增大，非金属性减弱，氧硫是非金属、硒、确是半金属，针是典型金

属,氧的电负性最高，仅次于氟，所以性质非常活泼，与卤族元素较为相似。

2・2氧

氧是地壳中含量最多的元素，冽占总质量的48.6%;游离氧在空气中的体积分数约为21%；

它的化合物广泛分布于地壳岩石和江、河、湖、海中。氧有BO,18。三种同位素，能

形成。2和03两种单质。

2-3臭氧

臭氧是浅蓝色气体，因它有特殊的鱼腥臭味，故名臭氧。03是02的同素异形体。空气

中放电或电焊时，都会有局部氧气转变成臭氧。

在距离地面20-40km的天空中存在一个臭氧层。臭氧层能吸收来自太阳的强紫

外辐射而保护场面的生物少受辐射的损害。

02hv>20

O2+O-------->Ch

许多复原性气体，尤其是NO和氟里昂(CCI2F2)对臭氧层的破坏力最大。

臭氧是比氧气更强的氧化剂，它能氧化硫化氢及单质硫成硫酸并放出氧气；能被单质

汞、银等复原为过氧化物和氧气；

2Ag+2O3----*AgzCh+2O2

S+303+H2O-->H2SO4+302

能被碘化钾复原为氧气和氢氧化钾使湿润的KI的淀粉试纸变蓝，故可用此检出臭氧：

2K1+03+H20-*12+02+2K0H

臭既具有强氧化能力，也有好的漂白能力，可用作纸浆、棉麻、油脂、面粉等的漂白剂,

饮水的消毒剂及废水、废气的净化剂。

2-4过氧化氢

现在国内市场有市售的30%和3%两种，后者多为医用双氧水。国外还有60%的高浓度商

品。

L制备：电解60%H2s04溶液，减压蒸储得H2s2。8,水解可得H2O2。

H2s2Os+2H2O=2H2sO4+H2O2t

2.性质：

过氧化氢俗称双氧水。纯品是无色粘稠液体，能合水以任意比例混合。

H2O2的结构是H—O—O—H,中间局部的一O—O—称为过氧碱。

(1)热不稳定性：易分解生成氧气和水，150C以上猛烈分解。变价金属离子能起催化作用。

如M如工Fe2+>Fe3\Cr3\

其氧化电位：E'HzCh/H?。)-1.76V,而其复原电位:

ee2-

E(O2/H2O2)==0.682V;E(MnO2/Mn)=1.23V,

光照及少量金属离子存在都能促进分解。

⑵氧化复原性：由于H。氧化数处于中间，既是强氧化剂，又是中等强度的复原剂:能被

镭离子或二氧化铢催化分解.

H2O2+Mn2+-*MnO?+2H+;

H2O2+MnCh+2H+—-»Mn2++O2t+2H2O;

Mn0?

2H2O2>2H2O+O2t

能被「、Sn2\Fe2\甚至CrOnPbS等复原：

+

2E+H2O2+2H--►I2+2H2O

Sn2++H2O2+2H+---Sn4++2H2O

2Fe2++H2O2+4OH"--►2Fe(OH)3I

2

2CrO2'+2H2O2+2OH---►2CrO4'+4H2O

PbS+4H2O2--PbSO4+4H2O

能被高锌酸钾、二氧化锌、氯气等氧化：

测定过氧化氢的含量：

5H2O2+2MnO4-+6H+---2Mn2++50?t+8H2O;

去除器皿上MnCh污迹：

H2O2+MnO?+2H+—-*Mn2++O2t+2H2O;

除去残留氯：H2O2+Ch-^^02t+2HCI;

⑶弱酸性：与强碱如氢氧化钙、氢氧化钢等生成过氧化物，过氧根能转移。

H2O2+Ba(0H)2—->BaO2+2H2O

BaO>可看作是H2O2的盐。

3.用途：

1)漂白：用于棉、麻、毛、丝绸、纸、木制家具等的漂白；

2)消毒：3%的过氧化氢为外用医药消毒剂，食品工业的消毒剂；

工业强氧化剂：用于合成无机和有机过氧化物。如用于洗涤剂的过硼酸钠和过碳酸钠，用

于美药消毒的过氧乙酸；用于合成维生素Bi、B2及激素类药物；还用于燃料电池的燃料、

防毒面具中的氧源及液体燃料推进剂等。

第三节硫及其化合物

3-1单质硫

1.物理性质及溶解性：

单质硫主要有斜方硫(菱形硫)、单斜硫和弹性硫三种同素异形体。

斜方硫（柠檬黄）、一、单斜硫（深黄色）

斜方硫和单斜硫都是环状S.的分子晶体，易溶于CS2和CC14等有机溶剂。当加热熔融

时成为浅黄色的液体，160C以上环发生断裂，成为长链状分子。假设将加热到大约200℃

时的熔融硫迅速倒入冷水中得到棕黄色的玻璃状弹性硫°弹性硫不溶于任何溶剂，在

室温下的空气中需要一年的时间才能慢慢转变为晶态硫。

2.化学性质：

与铝和碳在加热时生成三硫化二铝和二硫化碳；

在加热时能被浓硫酸氧化成二氧化硫，被硝酸氧化生成硫酸和一氧化氮；

在碱中发生歧化反响生成硫化钠和亚硫酸钠。

△

2A1+3S---Al2s3

C+2S-CS2

硫还能与热的浓硫酸和硝酸反响

△

S+H2so4（浓）一-►3sCh+2H2O

△

S+2HNO3—->H2SO4+2NOt

2-2硫的氧化物和含氧酸

1.SO2和H2sCh

二氧化硫是具有强刺激气味的无色气体。具有漂白作用。易溶于水生成亚硫酸，

亚硫酸具有弱酸性，强的复原性。也是烟雾中的主要污染物。

S02极易液化（0,C,I93KPa）

（1）制备方法

工业：S+02燃烧fSO2

3FeS2+8O2---»Fe3ch+6SO2

硫铁矿（黄铁矿）

实验室：Na2s03（s）+2HC1（浓）一--SO?t+2NaCl+H20

H2sO3为二元中强酸。

H2so3^^H++HSO3一Kie=1.3xl0-2

+e

HSO.CH+S0.?"K2=6.1x108

（2）化学性质

酸性溶液：H2so3+4H*+4eS+3H2O；Ee=0.45V

SO42-14H+2e-、、H2SO3+IkO；Ee=0.17V

碱性溶液：SO42-+H2O+2e-k=SO.*一+2OH-：Ee=-0.93V

2.S03和H>SO,

⑴SCh制备

2SOj+Oj:蕊FQ屈'[HQ

⑵H2sCh的性质

①物理性质

吸水性和和脱水性：

②化学性质：浓硫酸能被铜、磷、碳复原为二氧化硫，被锌复原为S或H2S。

酸性：为二元强酸，K2e=1.2X10\

H2S0.1—-*ir+HSC）4一完仝电离

HSO4-H'+SO42-,K2㊀=1.2X10。

浓H2s04具有吸水性，用作枯燥剂。1放热）

浓H2s04具有脱水性，（还能夺取H、O生成H2O）

热的浓H2so4是强氧化剂

不;番发颈：Cu+HjSOq（浓）工CuSO4+S0/+编0

活^3Zn+4HJSO4（浓）3ZnSO4♦S+帆0

4Zn+5HjSO,（浓）▲4ZnSO4♦&Sf♦4H*

非金属f2P♦5HJSO4（浓）A,2Hs股+5S0J♦洱0

C♦2H3sd（浓）-COjt♦290/♦阳0

_j农Hso0.nip

212c

棉纤维、淀粉、糖脱水而炭化。

郎化作用

浓度＞90%的浓H2so4,在Fe、Al外表形成薄膜。

③制备

生产：用98.3%的浓硫酸吸收SO3生成发烟硫酸，再用稀硫酸稀释为98%的产品浓硫

酸。假设用水直接吸收那么会生成难溶于水的H2s04酸雾。

用途：是和要的三酸两碱之一酸，在化工、石油、轻工、纺织、冶金、医药等许多领

域都有和要应用。

3.硫的含氧酸盐

硫的含氧酸盐种类繁多，其相应的含氧酸多数只能存在于溶液中，但盐却比拟稳定。

P239表11-1列出了一些主要类型的酸和盐。

3-3硫化氢

1.制备：FeS+2HC1—--FeCh+H2st

H2s是一种有毒气体，需在通风橱中制备。实验室中以硫代乙酰胺水解产生HzS。

CH3CSNH2+2H2O---CH3COONH4+H2st

2.性质：

(1)复原性：硫化氢水溶液不能长久保存，可被空气中的氧气氧化析出S。

(2)沉淀剂：由于大多数金属硫化物不溶于水，在定性分析中，以HS作为别离溶液中

阳离子的沉淀剂。

检验：以Pb(Ac)2试纸检验，H2s使试纸变黑：

Hf+Pd(Ac)2--»PdS+2HAc

(2)硫化物

为什么大多数金属硫化物难溶于水，从结构观点来看，由于S2-变形性大，如果阳离子

的外电子构型是18、18+2或8~18电子构型，由于它们的极化能力大，变形性也大，与硫

离子间有强烈的相互极化作用，由离子键向共价健过渡，因而生成难溶的有色硫化物。

第四节氮的化合物

N:2s22P3N三N：o,n,兀键，稳定性，作保护气。

4-1氨和铁盐

1.氨

(1)制备方法

工业：N2(g)+3Hz(g)2NH3(g)AHe=-92.38KJ/mol

增大压力，降低温度，，中温，中压:2.03x104KPa,500C,Fe作催化剂。

实验室：2NH4C1+Ca(OH)2—->CaCb+2NH3T+2H2O

(2)结构和物性

电负性：N3.0H2.1

极性分子，易溶于水。溶于水后，体积增大，密度下降。

市售成水：25-28%,0.9g/ml

液宏：缔合分子，-33C液化，存在氢键。

液成减压阀不能用Cu,易腐蚀。

气化热高，23.35KJ/moL致冷剂，常温下(25℃)990KPa液化。

(3)化学性质

①加合性(配位键)

MHj♦H*-NHT

4NH3+Cu*-*[Cu(HHj)

2JESy-[A((码))

犯♦HQ-形成氢键

NHj♦为0=NHT♦OH-显感性

②氧化反响

N：-3,0,+2,+5,NH3为-3价2,故具有复原性。

4NH,(8)+30f4A2.+6昵

4Ho

4MH5(g)♦孙♦邺

・•・使用氨气时须注意明火，以防爆炸。

③取代反响

液氨+金属一NaNHz氨基钠，Ag2NH亚氨基银，Li3H氮化锂

2.钱盐

(1)易溶于水，无色晶体

(2)热稳定性差

①非氧化性酸的铁盐

《阻)H00s(s)4阻1+00,1+HR

《阻)2sol(s)AH10+砥H沁

KH<C1(s)4mJ♦an「

②氧化性酸的镂盐

2NH.N0,(s-2球.NQf♦洱0f

2HHiNOj⑺飞器一寒井*%♦440fAH^-236IKJ/mol

2moi国体-7md1将，酹使炸药，民用炸药

⑶水解性

NKJ/Hp=NHj♦Hp*

NHJ♦联=N%・

4-2硝酸和硝酸盐

1.硝酸

三大强酸之一，主要用于染料、塑料、制硝酸盐及其它化工原料。

HNO3,N为+5价，具有强氧化性。

市售：试剂68%d=L4216mol/L为普通硝酸,实验室用。

工业：发烟HNCh,98%d>1.5,含少量NO2

红色发烟HNCh,100%HNCh中溶过量NCh,用于军工。

（1）制法

工业：氨催化氧化法：

实验室：NaN03+H2SO4【浓）一-*NaHS0.i+HNO3t

（2）化学性质

①酸性（强酸）

②纯HNCh会缓慢分解（纯硝酸长久放置，为什么颜色发黄？）

AHNOj——或无一4N6,乌.2Hp

红棕色的NO2又溶于硝酸，使硝酸呈黄色到红色，实验室将硝酸存于棕色瓶中。

③氧化性

与非金属反响，生成相应的含氧酸

例$0+5+4+4

C+4HNCS（浓）一。6+小孰♦地。

P+5HN0j（浓）一国Pa+SNOa+HjO

k还原在褥*制献+2

3!a+lOHNOj（浓）-6HIO3+lONO+iHaO

与金属反响Fe>Al、Cr在冷的浓HNO3中钝化

其它：HNO3被复原的过程主要取决于HNCh的浓度和金属的活泼性，复原产物不是单一的

以某种为主。

12-16mol/L浓硝酸与金属反响｛不管是否活泼)，都生成N02；

稀硝酸的主要复原产物是NO,但如果是与活泼金属反响，其主要产物是N2O；极稀硝

酸(<2mol/L)与活泼金属反响，复原产物是NH4+。

A)与不活泼金属

3CU+8HNO,(6M)-3Cu(NOj)2+2NOt+4HaO

Cu-1-4HNO3(16M)-Cu(NO3)#2N02tCHp

B)与活泼金属

Zn+4HNOj(16M)-Zn(NO,)j+iNOjt+2H3O

4Zn-F10HNO,(<2M)-4Zn(NOj)2♦HH4NO3*

C)与极不活泼金属

王水：浓硝酸+浓盐酸，体积比1:3

Au+HNO3+4HC1--►H[AUC14]+2NOt+2比0

3Pt+4HNO3+18HC1--►3H2[PtClJ+4N0t+8H2O

④在有机工业中作硝化剂

HNO,

HiSOa(浓)人

O•HONOfL0飞。

硝基化合物大多为黄色，皮肤接触浓硝酸后显黄色，硝化作用的结果。

2.硝酸盐

大多数为无色晶体，易溶于水。固体在常温下稳定，受热易分解。

分解形式：

(I)活触侬(电势轴Mg以上)

2NaNO3(5)三INaNOa♦Ojt亚雌盐+。2

(2)活凌断M、的金属盐(电务表Mg-Cu之间)

2Pb(NOj)a(s)=2PbO+4NOj+QjfSft^J+NQj+Qj

(3)活流性更小(电势表Cu以下)

2A^4O3(s)d2Ag+2NO2f+6f金孱+必+0,

•・•都有02产生，受热迅速燃烧甚至爆炸，利用这一性质，可用来做焰火。

如：红色火焰：KC1O3,Sr(NO3)2,C,Mg,松香

4-3亚硝酸和亚硝酸盐

1.亚硝酸的性质

(1)弱酸,极不稳定,K㊀=7.2x10-4

热、浓：2HNO2--NO2T+NOT+H2O

，只能以冷的稀溶液存在，一般用NaNCh+HCl当时制备。

N啊+HJSO4(W)——^―►HNO,+NaHSO4

(2)氧化复原性

HNO2+H++D、、NO+H2O;Ee=1.OOV

NO3+3H，+2e-HNO2+H2O;E㊀=0.94V

可见，在酸性溶液中HNO2以氧化性为主。

2P+2HNO2+2H+---12+2NDf+2H2O

Fe2++HNO2+2H----Fe3++NOf+2H2O

2.亚硝酸盐

除AgNCh外，一般都易溶于水。

制备：利用生产硝酸的尾气(废气“黄烟”，公害，含NO,NO2)

歧化：2NO2+2NaOH---NaNCh+NaNO?+H2O

逆歧化：NO+NO2+2NaOH---2NaNO2+H2O

经重结晶两次，可得95-98%的NaNCh

注意:NO,NO2不是HNO2或HNO3的“酸酢”。

亚硝酸盐有毒，致癌。

大量用于染料工业和有机合成工业。

第五节磷及其化合物

5-1单质磷

在地壳中广泛分布：磷矿石Ca31Po4)2,磷灰矿石Ca5F(PO03也存在于人体或动物细胞、蛋

白质、骨骼、牙齿中。

有许多同素异形体，常见的有红磷、白磷

制备；2C%(P0止♦6SQ?=^^=6CaSQ3♦P4O3+5—•-+3

P4OW*IOC-P4t+I0CO1

SDa,石英沙，助士翻ICi箧炭，还原剂

总丑：2c皿POgfSQa+IOC=6CaStO3*P41*10COt

将制得的P4导入水中，冷却T白磷（不稳定）T密闭容器，300℃一红磷（稳定）

白璘晶体的根本单元：P4,一股写作P

P：3a3寸3RL3限3ft1

乙叼90°

实际।/PPP=60。存在张力，0!能小，

4很容易受外力作用而断开，常曷下，，白毒反应活性高。

・••①纯白磷（白色蜡状固体）见光会局部氧化呈黄白色，故又称〃黄磷〃；

②在潮湿空气中缓慢氧化，放出局部能量，在暗处产生"磷光〃，甚至自燃;

③和氧化剂（th,卤素，浓HNa等）反响非常剧烈.

红磷，黑磷是巨分子结构。

5-2磷的氧化物

P2O3：亚磷酸阱P2O3+3H2O--2H3PO3

歧化反响：2P2O3+6比0（热）-—3H3P<%+P%（瞬，剧毒）

P2O5：磷酸酊P2O5+3H2O（热：--►2H3P04

结构稳定，吸水性强，工业上称“无水磷酸”

HOH2OH2O

P2O5---2---2HPO3------H4P2O7-----•2H3Pol

偏磷酸焦磷酸(正)磷酸

5-3磷的含氧酸及其盐

名称正磷酸焦磷酸偏磷酸亚磷酸次磷酸

化学式H3P。4

H4P2。7(HPO3)nH3P。3H3P0?

氧化数+5+5+5+3+1

结构式见P255表11-6

酸性强弱三元酸，中强四元新一元酸二元酸一元酸

酸，

e

Ki=Kie=Kie=Kie=Kie=

7.1X10-3

73.0x1021.0x10'76.3x1O-2l.OxIO-2

化学性质无氧化性在冷水中逐有3个或3个P2O3在冷复原性(酸及

无挥发性渐转变为以上PO4四水中生成盐)没有相应

PQ?•强配位H3PO4面体通过0H3Po3，在热酸酊

能力。大量用连接成环状水中岐化

来生产肥料结构

常见盐

NaH2PO4K26O7(NaPO3)4

易溶于水

Na2HPO4(NaPO3)6

Na3Po4除

IA族、NHJ

外大多不溶

于水

第六节碳硅硼及其化合物

6TC及其化合物

1.碳单质IVA族2s22P2

同位素：l2C,,3C,l4C

同素异形体：

金刚石：原子晶体，每个C均以sp3杂化轨道与其相邻的四个C原子以。键结合，呈正四

面体。所有单质中熔点最高，所有物质中，硬度最大。由于晶体内没有自由电子，所以不

导电。

石墨：层状的混合型晶体。无定形碳，实际上是石墨的微晶体。

C60：群集态。称作富勒烯(Fullerene)一方面具有石墨所固有的碳原子的