《无机及分析化学》课件-2.非金属元素及其化合物

1.卤素及其化合物知识点讲解内容卤素化合物卤素单质1.卤素单质卤素的存在氟，0.06600%氯，0.01700%溴，0.00021%碘，0.00004%1.卤素单质卤素在自然界的存在形式卤素的主要存在形式

氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)萤石(CaF2)氯化钠(NaCl)溴化钾(KBr)智利硝石(NaIO3)冰晶石(Na3AlF6)氯化镁(MgCl2)溴化镁(MgBr2)碘化物卤素单质的物理性质卤素单质颜色状态毒性气味溶解性递变规律氟淡黄气体均有毒性刺激性气味氟遇水反应密度

熔点沸点增大氯黄绿气体不大溴红棕液体不大碘紫褐固体难溶水、易溶非极性溶剂卤素单质的化学性质化学性质反应条件与金属反应氟与所有金属反应、氯与大多数金属反应、溴碘与铝粉、锌粉反应与非金属反应均与非金属反应，但剧烈程度降低(氟至碘)与氢气反应均会反应，条件从黑暗至加热(剧烈程度降低)卤素单质的化学性质化学性质反应条件卤素间质换反应前面置换后面，Br2+2I-

→I2+2Br-与水反应氟-溴放出O2，碘不反应与碱反应X2+2OH-=X-+XO-+H2O(冷条件)3X2+6KOH=5KX+KXO3+3H2O(加热、Cl-I)2F2+2OH-(2%)=2F-+OF2↑+H2O2.卤素化合物卤化氢卤化氢的物理性质性质HFHClHBrHI颜色无色气味刺激性气味状态气态，与空气中水蒸汽结合形成酸雾(冒烟)沸点熔点、沸点、气化热特别高(氢键)熔点、沸点、气化热升高2.卤素化合物卤化氢的化学性质性质HFHClHBrHI热稳定性降低还原性弱强酸性弱酸强酸与玻璃SiO2(固)+4HF=SiF4↑+2H2OCaSiO3+6HF=CaF2+SiF4↑+3H2O酸性增强卤素含氧酸及其盐物质类型次卤酸及其盐亚卤酸(仅有亚氯酸)及其盐稳定性次卤酸不稳定，次氯酸盐较稳定亚氯酸的热稳定性差，亚氯酸盐较稳定酸性弱酸，随卤素原子序数递增、酸性减弱弱酸，但强于次卤酸制备X2+H2O⇌H++X-+HXO程度按氯→碘的顺序递减2Cl2+2OH-=ClO2-+ClO3-+H2OBa(ClO2)2+2H++SO42-=BaSO4↓+2HClO2氯气+碱=次氯酸盐(室温和低于室温时)

3Cl2+6OH-=5Cl-++3H2O+ClO3-(不低于75℃氯酸盐)用途

次氯酸及盐强氧化剂(消毒、漂白)亚氯酸盐做漂白剂卤素含氧酸及其盐物质类型卤酸及其盐高卤酸及其盐稳定性卤酸盐比卤酸稳定无水高氯酸>92℃会爆炸，不稳定。其水溶液稳定。高卤酸盐比高卤酸稳定。酸性氯酸(HClO3)、溴酸(HBrO3)强酸、碘酸(HIO3)中强酸HClO4是最强无机酸、HBrO4(强)、H5IO6(弱)氧化能力酸强于盐酸强于盐

用途

溴、碘酸盐用作分析试剂高碘酸，高氯酸常用作分析试剂卤素离子的鉴定(1)

Cl-:

Cl-+Ag+=AgCl↓(白色)沉淀不溶于硝酸(2)

Br-:

Br-+Ag+=AgBr↓(淡黄色)沉淀不溶于HNO3(3)

I-:

I-+Ag+=AgI↓(黄色)沉淀不溶于氨水和HNO32.氧族非金属元素及其化合物知识点讲解内容氧族非金属元素的单质氧族非金属元素的化合物1.氧族元素的单质氧元素在自然界中的存在形式氧气在地壳中排名第一，以化合态(水、氧化物和含氧酸盐)广泛存在。以游离态(单质)存在空气中，与动植物呼吸、燃烧、生物腐烂密切相关。工业用氧气的制备分离液态空气储存在蓝色钢瓶中实验室制备氧气2H2O2===2H2O+O2MnO2KMnO4===K2MnO4+MnO2+O2↑∆或：2KClO3====2KCl+3O2↑MnO2∆氧气的性质O2物理性质常温下无色、无味气体，不易溶于水密度略大于空气熔点-218℃、沸点-183℃O2化学性质与许多金属(贵金属除外)反应生成氧化物许多非金属(卤素稀有气体除外)生成氧化物氧气的用途硫在地壳中的存在形式硫常见的含硫矿物硫磺(S)黄铁矿(FeS2)重晶石(BaSO4)石膏(CaSO4•2H2O)芒硝(Na2SO4•10H2O)硫单质的来源硫磺矿硫铁矿硫单质的来源单质硫FeS2+12C+8O2=Fe3O4+12CO↑+6S硫单质菱形硫单斜硫加热到96.5℃冷却硫S+Hg=HgS

硫单质分子式为S8，加热可断裂成S6、S4、S2较小分子2.氧族元素的化合物氧的化合物过氧化氢的物理、化学性质颜色状态稳定性无色液态不稳定；纯H2O2≥153℃，爆炸性分解；较低温度，平稳分解；阴凉处保存，2H2O2=2H2O+O2↑二元弱酸H2O2⇌+H++HO2-(一级解离)，Ka(1)=1.55×10-12HO2-⇌H++O2-

(二级解离)，Ka(2)=10-25氧化还原性中还原剂(碱性)强氧化剂(酸性)H2O2+Cl2=2HCl+O2H2O2+3I-+2H+=I3-+2H2OO2H2O2H2O氧化剂还原剂0-1-2H2S的来源、物理性质硫的化合物H2S来源动植物腐烂精炼石油石油开采火山喷射气及矿泉水H2S物理性质气体易溶于水无色有毒恶臭H2S化学性质、

制备方法性质方程式酸性H2S⇌H++HS-，HS+⇌H++S2-还原性H2S+I2=2HI+S↓，2H2S+O2=2H2O+S↓与金属离子反应金属离子+硫化氢或硫离子=难溶性硫化物实验室制备H2SFeS(s)+H2SO4(aq)=H2S(g)+FeSO4(aq)Na2S(aq)+H2SO4(aq)=H2S(g)+Na2SO4(aq)分析化学中制H2S分析化学中由硫代乙酰胺水解制备H2S：CH3CSNH2+2H2O=CH3COO-+NH4++H2S↑常见硫化物的物理性质碱金属硫化物和(NH4)2S易溶于水只溶于“王水”HgS(黑色)溶于稀盐酸FeS(黑色)，MnS(肉红色)，ZnS(白色)

溶于硝酸CuS，Ag2S(均为黑色)易溶于浓盐酸SnS2(深棕色)，PbS(黑色)，CdS(黄色)硫化物的化学性质性质物质名称化学反应与稀HCl反应FeS,MnS,ZnSFeS+2H+→Fe2++H2S↑ZnS+2H+→Zn2++H2S↑与浓HCl反应CdS,PbS,SnSPbS+2H++4Cl-→[PbCl4]2-+H2S↑与王水反应HgS3HgS+2HNO3+12HCl→3[HgCl4]2-+6H++3S↓+4H2O+2NO↑与空气中O2反应碱金属硫化物、(NH4)S2(NH4)2S+O2+2H2O→2S↓+4NH3·H2O2Na2S+O2+2H2O→2S↓+4NaOH水解反应易溶或微溶金属硫化物Al2S3+6H2O→2Al(OH)3↓+3H2S↑Na2S+H2O⇌2Na++HS-+OH-PbS+H2O⇌Pb2++HS-+OH-(微弱水解)S2-的鉴定在待测溶液中加入AgNO3溶液。生成棕黑色沉淀2Ag++S2-=Ag2S↓（1）在待测溶液中加入CuSO4溶液。生成黑色沉淀Cu2++S2-=CuS↓（2）用Pb(Ac)2(试纸)检测待测溶液。试纸白色变成黑色Pb(Ac)2(试纸)+H2S(g)=PbS↓+2HAc（3）在待测溶液中加入稀H2SO4或稀HCl。有臭鸡蛋气味气体2H++S2-=H2S↑（4）SO2、SO3的物理和化学性质性质SO2SO3物理性质颜色无色无色气味刺激性气味刺激性气味状态气体固体溶解性易溶于水易溶于水毒性有毒有毒化学性质酸碱性酸性酸性氧化还原性还原性强氧化性与水反应SO2+H2O=H2SO3SO3+H2O=H2SO4H2SO3、H2SO4的性质性质H2SO3H2SO4颜色/状态无色/液体无色/油状液体稳定性不稳定，易氧化稳定酸性中等二元酸强二元酸(稀)Fe+2H2SO4=FeSO4+H2↑(与H前金属)氧化/还原性强还原性SO32-+2H2S+2H+=3S↓+3H2OH2O+SO32-+Cl2=SO42-+2Cl-+2H+强氧化性(浓H2SO4)Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2OC+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O腐蚀性强腐蚀性浓H2SO4强腐蚀性亚硫酸盐、硫酸盐的性质性质H2SO3H2SO4颜色/状态无色/液体无色/油状液体稳定性不稳定，易氧化稳定酸性中等二元酸强二元酸(稀)Fe+2H2SO4=FeSO4+H2↑(与H前金属)氧化/还原性强还原性SO32-+2H2S+2H+=3S↓+3H2OH2O+SO32-+Cl2=SO42-+2Cl-+2H+强氧化性(浓H2SO4)Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2OC+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O腐蚀性强腐蚀性浓H2SO4强腐蚀性性质亚硫酸盐硫酸盐溶解性碱金属盐易溶、其它金属正盐微溶一般较易溶(CaSO4、BaSO4和PbSO4除外)稳定性易氧化、遇酸易分解Na2SO3+O2=2Na2SO4SO32-+2H+=H2O+SO2↑(实验室制备少量SO2)用途染料工业硫酸的用途非常多，可作为净水剂(Al2(SO4)3)、贫血药剂(FeSO4.7H2O)等知识点讲解内容卤素单质的物理性质、化学性质卤素重要化合物的物理性质、化学性质3.氮族非金属元素及其化合物知识点讲解内容氮族非金属元素的单质氮族非金属元素的化合物2.氮族非金属元素的单质氮在自然界中的存在形式氮气(N2)氮在自然界中的存在形式存在范围存在形式大气游离态的氮分子土壤水源铵盐、硝酸盐(无机物)生物氨基酸、蛋白质(有机物)N2的物理、化学性质及来源N2

的性质物理性质无色无臭气体，难于液化，难溶于水化学性质N≡N键能很大，高温时与某些金属或非金属(锂、镁、钙、铝、硼等)化合与氧、氢直接化合氮气的来源实验室(少量)NH4Cl+NaNO2=NH4NO2+NaCl2NH3+3CuO=3Cu+N2↑+3H2O

分馏液态空气工业上需要大量N2的主要用途N2的用途合成NH3保护气制造化肥深度冷冻剂(液氮)制硝酸、炸药焊接保护气仓储粮食保护气磷在自然界的存在形式磷单质磷酸钙矿氟磷灰石以磷酸盐磷单质的性质和用途暗红色粉末，不溶水、碱和CS2，无毒。>673K着火。与KClO3

摩擦着火，制备火柴，密封保存。白色透明晶体,遇光变黄色(黄磷)，剧毒。在空气或氯气中自燃，与冷浓硝酸、热浓碱反应。制有机磷杀虫剂、烟雾弹。石墨片状结构，能导电。533K473K1215.9MPa红磷白磷黑磷3.氮族非金属元素的化合物NH3物理性质NH3氨气物理性质颜色、气味、状态无色、刺激性气味、气体溶解性易溶于水液化常温易加压液化NH3化学性质氨气化学性质还原性

3Cl2+2NH3=N2+6HCl易形成配合物弱碱性NH3+H2O⇌NH4++OH-K=1.8×10-5取代反应HgCl2+2NH3=Hg(NH2)Cl↓+NH4ClCOCl2(光气)+4NH3=CO(NH2)2(尿素)+2NH4ClN:HHH+FBFFNHHHFBFFNH3的用途氨气的用途制硝酸制冷剂制备氮肥有机合成工业原料氨气的来源

实验室制NH3工业合成氨气铵盐铵盐：是由铵根离子(NH4+)和酸根离子组成的化合物。一氧化氮、二氧化氮亚硝酸盐硝酸浓硝酸硝酸盐硝酸钠稀土硝酸盐磷的化合物五氧化二磷磷酸及其盐磷酸(H3PO4)及其盐纯净的磷酸无色晶体、与水以任一比互溶磷酸化学性非氧化性、不挥发的三元酸，有强的配位能力盐的溶解性磷酸二氢盐都易溶于水、磷酸一氢盐和正盐(含K+、Na+和NH4+)溶于水盐的化学性质、用途Na3PO4强碱性(洗涤剂)、Na2HPO4弱碱性、NaH2PO4弱酸性、Ca(H2PO4)2(磷肥)焦磷酸及其盐焦磷酸物理性无色、玻璃状固体，易溶于水焦磷酸化学性四元酸、酸性强于磷酸常见的焦磷酸盐M2H2P2O7和M4P2O7两种类型焦磷酸盐化学性质Cu2+、Ag+、Zn2+、Hg2+等离子溶液中，加入Na4P2O7溶液均有沉淀生成当Na4P2O7过量时，沉淀便溶解，形成配离子:[Cu(P2O7)]2-、[Mn2(P2O7)2]4-焦磷酸及其盐偏磷酸及其盐偏磷酸及其盐三偏磷酸四偏磷酸硬、透明的玻璃状物质、易溶于水偏磷酸化学性在溶液中逐渐转变为磷酸格氏盐(NaPO3)x制备：xNaH2PO4(NaPO3)x+xH2O(NaPO3)x与Ca2+、Mg2+发生配位可用作软水剂、锅炉和管道的去垢剂磷酸焦磷酸偏磷酸加硝酸银后现象黄色沉淀白色沉淀蛋白沉淀知识点讲解内容氮族非金属元素的单质氮族非金属元素的化合物4.碳族非金属元素及其化合物知识点讲解内容碳族非金属元素的单质碳族非金属元素的化合物1.碳族非金属元素的单质碳单质金刚石石墨碳单质同素异形体碳单质的三种同素异形体：金刚石、石墨和碳原子簇(C60)1.碳族非金属元素的单质碳单质金刚石石墨碳单质同素异形体碳单质的三种同素异形体：金刚石、石墨和碳原子簇(C60)熔点高室温下惰性硬度大不导电有金属光泽质软、能导电原子晶体层状结构碳原子簇(C60)60个碳原子组成的32面体的空心球结构深黑色固体有很强的吸附性化学性质很稳定碳单质的化学性质碳单质的化学性质化学性质反应反应方程式还原性与氧气(充足)反应C+O2=CO2与氧气(不足)反应2C+O2=2CO与二氧化碳反应(高温)C+CO2=2CO与金属氧化物反应(高温)焦炭用于冶炼金属ZnO+C=Zn(g)+CO(g)硅单质硅单质同素异形体硅单质的两种同素异形体：晶体硅、无定型硅晶体硅无定型硅熔点(1410℃)、沸点较高，硬而脆，灰黑色、有金属的外貌、不导电。灰黑色粉末，性质活泼。硅单质化学性质在低温下硅单质化学性质不活泼：与水、空气和酸均不反应，与强氧化剂和强碱反应。Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑3Si+4HNO3+12HF=3SiF4↑+4NO↑+8H2OSi+O2=SiO2Si+2X2=SiX4(在F2中瞬即燃烧)2.碳族非金属元素的化合物碳、硅氧化物氧化物化学式物理性质化学性质反应方程式一氧化碳CO无色无臭气体、毒性、难溶于水可燃性；还原性(用与冶金)；高温下与过渡金属生成配合物CO+O2=CO2CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓CuO+CO=Cu+CO2Fe+5CO=[Fe(CO)5]二氧化碳CO2无色无臭气体、易液化、无毒、易溶于水不可燃；高温，CO2与C反应生成CO；Mg可将CO2还原成C与水和碱反应

CO2+C=2COCO2+2Mg=2MgO+C

CO2+H2O=H2CO3

CO2+2OH-=CO32-+H2O二氧化硅SiO2坚硬、脆、难溶无色固体氢氟酸；与热的强碱及熔融碳酸钠反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OSiO2+2OH-=SiO32-+H2O(腐蚀玻璃)SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑碳酸的性质(1)碳酸(H2CO3)无色透明，存在于水中(2)H2CO3是一种二元弱酸，分步电离H2CO3

⇌HCO3-+H+Kϴ(a1)=4.5×10-7HCO3-⇌CO32-+H+Kϴ(a2)=4.7×10-11(3)H2CO3不稳定，易分解

H2CO3=CO2+H2O碳酸盐及碳酸氢盐溶解性碳酸盐——除NH4+、碱金属(Li除外)盐，一般难溶碳酸氢盐——一般易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如：

CaCO3(难溶）

Ca(HCO3)2(易溶)易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小向浓的Na2CO3溶液中通入CO2至饱和会析出NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3(易溶)(溶解度小)热稳定性热稳定性一般规律:碱金属盐>碱土金属盐>过渡金属盐>铵盐碳酸盐>碳酸氢盐>碳酸同一主族金属的碳酸盐稳定性:从上往下随着原子序数的递增，稳定性越好。热稳定性差，易分解CO32-+H+→CO2↑+H2O稀HCl或稀H2SO4CO32-的鉴定

Ba(OH)2溶液BaCO3↓

硅酸及硅酸盐H2SiO3（硅酸）性质方程式二元弱酸H2SiO3

⇌HSiO3-+H+

Kϴ(a1)=2.5×10-10HSiO3-⇌SiO32-+H+

Kϴ(a2)=1.6×10-12溶解度小SiO32-+2H+→H2SiO3↓会逐渐缩合脱水成硅酸溶胶硅胶脱去凝胶中大部分水,得硅酸干胶(硅胶)硅胶为稍透明白色固体硅胶有很强的吸附能力,可作吸附剂、干燥剂、催化剂的载体硅酸盐硅酸盐硅酸盐性质除碱金属硅酸盐外，一般难溶最常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3过渡金属硅酸盐难溶于水,并具有特征颜色CuSiO3蓝绿色;MnSiO3浅红色NiSiO3

翠绿色;Al2(SiO3)3无色透明;

CoSiO3

紫色;Fe2(SiO3)3红棕色硅酸钠强烈水解,水溶液呈碱性硅酸盐制备SiO2与碱性氧化物共熔SiO2+M2O→M2SiO3SiO2+2M2O→M4SiO45.硼族非金属元素及其化合物知识点讲解内容硼的化合物硼单质1.硼单质硼酸的钙、镁盐硼酸(H3BO3)硼砂(Na2B4O7.10H2O)含氧化合物硼在自然的存在形式1.硼单质硼单质的物理性质晶体硼无定形硼硼单质的化学性质硼单质的性质晶体硼无定形硼化学性质化学性质不活泼化学性质较活波在室温的空气中几乎不起化学变化4B+3O2(气)=2B2O32B+3Cl2=2BCl32B+N2(气)=2BNB+6H2O(气)=2B(OH)3+3H2↑B+3HNO3