Embed Size (px)
DESCRIPTION
第十五章 非金属元素小结. 本章就非金属元素的单质、氢化物、含氧酸及含氧酸盐的主要性质及性质变化规律作一小结，以帮助大家更好地掌握所学知识。. 第一节 非金属单质 的结构和性质. 一、非金属单质的结构. 二、非金属单质的物理性质. 绝大多数非金属单质不是分子晶体就是原子晶体。应从结构上来了解其物理性质 。. 稀有气体以单原子分子存在，分子之间靠微弱的范德华力结合，因此其熔点、沸点都很低，常温下都是无色无味的气体；在水中的溶解性也很小。 - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
西
昌
学
院
西 昌 学 院
第十五章 非金属元素小结
本章就非金属元素的单质、氢化物、含氧酸及含氧酸盐的主要性质及性质变化规律作一小结，以帮助大家更好地掌握所学知识。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
第一节 非金属单质 的结构和性质
西
昌
学
院
西 昌 学 院
一、非金属单质的结构
族数 价电子构型 价电子数 共价数 晶体类型
零族 ns2np6 8 0 分子晶体
ⅦA ns2np5 7 1 分子晶体
ⅥA ns2np4 6 2 分子晶体
ⅤA ns2np3 5 3 分子晶体
ⅣA ns2np2 4 4 原子晶体
西
昌
学
院
西 昌 学 院
二、非金属单质的物理性质
绝大多数非金属单质不是分子晶体就是原子晶体。应从结构上来了解其物理性质。。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
稀有气体以单原子分子存在，分子之间靠微弱的范德华力结合，因此其熔点、沸点都很低，常温下都是无色无味的气体；在水中的溶解性也很小。
卤素单质以双原子分子存在，分子间以范德华力结合形成分子晶体，常温下氟、氯为气体，溴为液体，碘为固体；在水中的溶解性不大，但溴、碘易溶于许多有机溶剂中。碘还易溶于碘化物溶液中。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
虽然氧族和氮族单质的结构比较复杂，但它们的单质仍是非极性分子，因而它们在水中的溶解性小，熔点和沸点也不高。
碳、硅、硼单质为原子晶体，因此它们的熔点、沸点很高，硬度也大。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
三、非金属单质的氧化还原性 非金属单质（氟除外）既可被氧化，又
可被还原，其变化规律是：
同一周期中，从左到右，氧化性依次增强；
同一族中从上到下，氧化性依次减弱。 所以氟是最强的氧化剂。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
1 、非金属单质与碱金属和氢等发生反应时表现出氧化性：
HH22+F+F22=2HF=2HF NN22+3H+3H22=2NH=2NH33
2Na+Cl2Na+Cl22=2NaCl=2NaCl
西
昌
学
院
西 昌 学 院
2 、非金属之间发生反应时电负性 大的为氧化剂：
PP44+10Cl+10Cl22=4PCl=4PCl55
Si+OSi+O22=SiO=SiO22
PP44+5O+5O22=P=P44OO1010
NN22+2O+2O22=2NO=2NO22
西
昌
学
院
西 昌 学 院
3 、非金属单质可被硝酸等氧化剂 氧化，表现出还原性：
S+2HNO3=H2SO4+2NO↑ 3P+5HNO3+2H2O=3H3PO4+5NO↑ 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O B+HNO3+H2O=H3BO3+NO↑
西
昌
学
院
西 昌 学 院
4 、一些非金属单质 (Cl2 、 Br2 、 I2 、P 、 S 、等）在碱性介质中发生歧化反应： ClCl22+2NaOH=NaCIO+NaCl+H+2NaOH=NaCIO+NaCl+H22OO
3Cl3Cl22+6NaOH=NaClO+6NaOH=NaClO33+5NaCl+3H+5NaCl+3H22OO
PP44+3NaOH+3H+3NaOH+3H22O=PHO=PH33↑+3NaH↑+3NaH22POPO22
3S+6NaOH=2Na3S+6NaOH=2Na22S+NaS+Na22SOSO33+3H+3H22OO
西
昌
学
院
西 昌 学 院
5 、硼、硅（铝）砷能与强碱 作用放出氢气：
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
2B+6NaOH=2Na3BO3+3H2↑
2As+6NaOH=2Na3ASO3+3H2 ↑
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
西
昌
学
院
西 昌 学 院
第二节 分子型氢化物一、偶极矩
分子 偶极矩 u/D
分子 偶极矩 u/D
HF 1.92 H2O 1.85
HCI 1.08 H2S 1.10
HBr 0.78 NH3 1.48
HI 0.38 CH4 0
西
昌
学
院
西 昌 学 院
二、氢化物的熔、沸点
非金属都有以共价键结合而形成的分子型氢化物，在通常情况下为气体或挥发性液体。
同一族中，氢化物的沸点从上到下递增，但因第二周期的 NH3 、 H2O 、 H
F 分子间形成氢键，导致其熔、沸点较高。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
三、热稳定性
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 ; 在同一族中，自上而下逐渐减小。
这个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。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
四、还原性还原性增强↓
CH4 NH3 H2O HF
SiH4 PH3 H2S HCl
GeH4 AsH3 H2Se HBr
(SnH4) SbH3 H2Te HI
← 还原性增强
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。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
1 、与 O2 的反应
4NH3+5 O2 =4NO+6H2O
2PH3+4 O2 =P2O5+3H2O
2AsH3+3O2=As2O3+3H2O
2H2S+3 O2 =2SO2+2H2O
4HBr + O2 =2Br2 +2H2O
4HI + 2 O2 =2I2 +2H2O
西
昌
学
院
西 昌 学 院
2 、与 Cl2 作用 8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2
PH3 + 4Cl2=PCl5+3HCl H2S + Cl2 =2HCl + S 2HI+Cl2=2HCl + I2
西
昌
学
院
西 昌 学 院
3 、与金属离子的作用
2AsH3+12AgNO3+3H2O=As2O3+ 12Ag+12HNO3
H2S+2FeCI3=S+2FeCI2+2HCI
2HI+2FeCI3=I2+2FeCI2+2HCI
西
昌
学
院
西 昌 学 院
4 、与含氧酸盐的作用 2KMnO4+5H2S+6HCI=2MnCI2+5S↓
+8H2O+2KCI
K2Cr2O7+14HCl=3Cl2+2CrCI3
+2KCI+7H2O
KClO3+6HI=3I2+KCl+3H2O
西
昌
学
院
西 昌 学 院
五、水溶液酸碱性 无氧酸的强度取决于下列平衡： HA+H2OH3O++A-
常用 Ka 或 pKa 的大小来衡量其酸碱性。
酸性增强↓
CH4 ～ 58 NH3 39 H2O 16
HF 3
SiH4 ～ 35 PH3 27
H2S 7 HCl –7
GeH4 25 AsH3 ～19
H2Se 4 HBr –9
(SnH4) ～ 20 SbH3 ～15
H2Te 3
HI -10
酸性增强→
西
昌
学
院
西 昌 学 院
第三节 含氧酸及含氧酸盐
一、含氧酸及其酸根的结构 1 、第二周期的含氧酸及酸根第 2 周期的成酸
元素没有 d 轨道，中心原子用 sp2 杂化轨道分别与 3 个氧原子形成健。这些键被由中心原子 R 的一个空 2p 轨道和氧原子形成的离域键。 RO3n- 离子都是 46 大
键，为平面三角形(NO3- 、 CO32-) 。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
2 、第三、四周期的含氧酸及酸根 第三周期的成酸元素原子的价电子
空间分布为四面体。形成的 RO4n-
为正四面体。在 SiO44- 中， Si 原子以 sp3 杂化轨道与 4 个氧原子形成 4个键。氧原子上的孤电子对与 R形成 d-p 键。
第四周期元素与第 3 周期元素含氧酸的结构相似，价电子对为四面体分布，元素的配位数为 4 。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
3 、第五周期元素的含氧酸
由于第五周期的元素中心原子 R 的半径比较大， 5d 轨道成键的倾向又较强，它们能以激发态的 sp3d2 杂化轨道形成八面体结构，配位数为 6 ，也可以为 4 。所以碘有配位数为 6 的高碘酸 H5IO6 ，还有配位数为 4 的偏高碘酸 HIO4 。碲酸的组成式为 H6TeO6 。。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
二、无机含氧酸的酸性变化规律
在同一周期，从左到右最高氧化态的含氧酸酸性依次增强。
同一族中，从上到下氧化态相同的含氧酸酸性逐渐减弱。
同一元素若形成几种不同氧化态的含氧酸时，其酸性随氧化数的升高而增强。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
三、含氧酸及其盐的氧化还原性
在同一周期中，各元素最高氧化态含氧酸的氧化性，从左到右依次递增。
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呈锯齿形升高。
同一元素的不同氧化态的含氧酸的氧化性随氧化数升高而降低。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
四、含氧酸盐的热稳定性
含氧酸盐在加热时大都会发生分解，但分解的难易和分解产物随盐的种类不同而有较大的差别，可大致将其分为三类：
氧化还原分解 非氧化还原分解 缩合反应
西
昌
学
院
西 昌 学 院
1 、氧化还原分解
具有一定氧化性的含氧酸盐均不稳定，易受热分解，发生氧化还原反应，如硝酸盐、卤酸盐、亚硫酸盐等，这些盐反应时又有两种分解类型一种是中心原子的歧化反应
4KClO3=KCl+3KClO4
Na2SO3=Na2S+3Na2SO4
另一类是中心原子与氧原子之间的氧化还原反应
2NaNO3=2NaNO2+O2
2KClO3=2KCl+3O2
西
昌
学
院
西 昌 学 院
2 、非氧化还原分解
碳酸盐和硫酸盐比硝酸盐、卤酸盐等稳定，但加热到一定温度也会发生分解，生成对应的酸性氧化物和碱性氧化物。
CaCO3=CaO+CO2
CuSO4=CuO+SO3
西
昌
学
院
西 昌 学 院
3 、缩合反应
硅酸盐和磷酸盐比较稳定，受热时不发生分解，而缩合为多酸盐
Ca3(PO4)2=CaO+Ca2 P2O7
2Na2SiO3+H2O=Na2Si2O5+2NaOH
一般而言，酸越弱，又难挥发，则越容易缩合。。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
作 业作 业
11 、、 55 、、 1010 、、 1212 、、 1515 。。
西
昌
学
院
西 昌 学 院
BOO
O
H
HH
B
OO
O 3-
COO
O
HH
C
OO
O 2-
NOH
O
O
N
OO
O-
西
昌
学
院
西 昌 学 院
第三周期含氧酸及其酸根的结构图
4 -
Si
O
O OO
Si O
O
O
O
H
H
H
H
3-
P
O
O OO
P
O
O
H
H
O OH
西
昌
学
院
西 昌 学 院
硫酸及硫酸根的结构
S
O
O
H
H
OO
2-
S
O
O OO
西
昌
学
院
西 昌 学 院
碲酸分子的结构
Te
O
O
O
O
O
O
H
H
HH
H
H
H6TeO6
西
昌
学
院
西 昌 学 院
RR 主族元素氢化物熔点对比
- 200
- 180
- 160
- 140
- 120
- 100
- 80
- 60
- 40
- 20
0
/熔
点摄
氏度
AH4 AH3 H2A HA
西
昌
学
院
西 昌 学 院
RR 主族元素氢化物沸点对比
- 200
-150
-100
-50
0
50
100
150
周 期 （从第二周期至第六周期）
/
沸点
摄氏
度
AH4 AH3 H2A HA
