武汉工程大学基础化学复件(2)第九章非金属元素.ppt

9-1 非金属元素的单质、氢化物和非金属元素的单质、氢化物和卤化物卤化物9 9-2 2 非金属元素的氧化物、含氧酸非金属元素的氧化物、含氧酸及其盐及其盐第九章第九章 非金属元素非金属元素1、熟悉非金属单质的原子结构和化学性质。、熟悉非金属单质的原子结构和化学性质。掌掌 握非金属元素氢化物、含氧酸及其盐的重要性质握非金属元素氢化物、含氧酸及其盐的重要性质和递变规律。和递变规律。了解非金属单质的一般制备方法。了解非金属单质的一般制备方法。基本要求基本要求3、掌握硼的成键特征、硼的氢化物、氢桥。掌握硼的成键特征、硼的氢化物、氢桥。了解了解重要的硼化物重要的硼化物2、掌握掌握N2分子的结构和特殊稳定性；氨及氨的衍分子的结构和特殊稳定性；氨及氨的衍生物、亚硝酸及盐和硝酸的结构和性质；生物、亚硝酸及盐和硝酸的结构和性质；剖析剖析HNO3制备的工艺路线及反应条件的优化；了解重制备的工艺路线及反应条件的优化；了解重要的氮化物在现代科技领域中的应用。要的氮化物在现代科技领域中的应用。非金属元素位于长周期表的右上角的非金属元素位于长周期表的右上角的p区，共区，共22种元素种元素（包括氢）。（包括氢）。IIIAVIAVAIVAVIIA0BAlCSiGeNPAsSbOSSeTePoHFClBrIAtHeNeArKrXeRu准金属元素准金属元素（半导体）（半导体）人工合人工合成元素成元素一、非金属元素的氢化物一、非金属元素的氢化物 除稀有气体外，非金属元素的单质都能与氢形成氢化物，氢化除稀有气体外，非金属元素的单质都能与氢形成氢化物，氢化物为分子晶体，通常情况下呈气态或易挥发的液态。同族元素的氢物为分子晶体，通常情况下呈气态或易挥发的液态。同族元素的氢化物的沸点变化图如下：化物的沸点变化图如下：H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3BiH3CH4SiH4GeH4SnH4PbH4T/K周期数周期数9-1 非金属元素的单质、氢化物和卤化物非金属元素的单质、氢化物和卤化物非金属元素氢化物热稳定性规律：非金属元素氢化物热稳定性规律：同同 族：从上到下热稳定性减弱，例如：族：从上到下热稳定性减弱，例如：HF HCl HBr HI同同周期周期：从左到右热稳定性增强，例如：从左到右热稳定性增强，例如：B2H6 CH4 NH3 H2O HF非金属元素氢化物酸性规律：非金属元素氢化物酸性规律：同同 族：从上到下酸性增强，例如：族：从上到下酸性增强，例如：HF HCl HBr HI同同周期周期：从左到右酸性增强，例如：从左到右酸性增强，例如：B2H6 CH4 NH3 H2O HF非金属元素氢化物的还原性规律：非金属元素氢化物的还原性规律：同同 族：族：从上到下还原性增强，例如：从上到下还原性增强，例如：HFHCl HBr CH4 NH3 H2O HF用图用图表示为：表示为：B2H6CH4 SiH4GeH4NH3PH3AsH3SbH3H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHISnH4热热稳稳定定性性减减弱弱还还原原性性增增强强酸酸性性增增强强热热稳定性增强稳定性增强还原性减弱还原性减弱酸性增强酸性增强三三中心二电子氢桥键，记作：中心二电子氢桥键，记作：3c-2eBBHHHHHH每个每个B原子上的原子上的两个两个SP3杂化轨杂化轨道分别与两个道分别与两个H原子上的原子上的S轨道轨道形成两个形成两个 B-H键，键，四个四个 B-H键同在键同在一个平面上一个平面上在在同同一一平平面面上上两两个个H H原原子子分分别别与与两两个个B B原原子子的的第第三三个个SPSP3 3杂杂化化轨轨道道组组合成三中心二电子合成三中心二电子氢桥键氢桥键乙硼烷的结构乙硼烷的结构 B以以sp3杂化，在所形成的杂化，在所形成的sp3杂化轨道中，有一个杂化轨道中，有一个sp3杂化轨道是杂化轨道是空的。空的。形成形成SP3杂杂化，四个轨化，四个轨道三个电子道三个电子二、硼、碳和硅二、硼、碳和硅1、硼及其化合物、硼及其化合物四、氧和硫四、氧和硫 第第VA族元素包括族元素包括O、S、Se、Te、Po，氧和硫是典型的氧和硫是典型的非金属元素，其价电子构型为非金属元素，其价电子构型为ns2np4。1、氧和硫的单质、氧和硫的单质（1）氧和臭氧）氧和臭氧2HgO 2Hg+O2 2H2O2 2H2O+O2 MnO22KClO3 2KCl+3O2 MnO23O2 2O3放电放电a、制备制备O2和和O3是同素异型体是同素异型体(b)臭臭氧氧：O O O：不稳定性不稳定性2O3 3O2强强氧化性氧化性S+3O3+H2O=H2SO4+3O2PbS+4O3=PbSO4+4O2 ；2I-+O3+H2O=I2+2OH-+O2 O3能将除能将除Au、Pt、Zr外的金属氧化为相应的氧化物，其氧化能力外的金属氧化为相应的氧化物，其氧化能力远比远比O2要强。要强。O3能将能将KI转化为转化为I2，故常用淀粉故常用淀粉-KI试纸检验之。试纸检验之。b、性质和应用性质和应用(a)氧分子的结构氧分子的结构O O：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(1p)2(2px)2(2py)2(2px*)1 2py*)1常温下很稳定，在加热时非常活泼，能与大多数金属和非金属直接化常温下很稳定，在加热时非常活泼，能与大多数金属和非金属直接化合，放出大量的热。合，放出大量的热。两个三电两个三电子子 键键2、氧和硫的氢化物、氧和硫的氢化物(1)过氧化氢过氧化氢BaO2+H2SO4=BaSO4 +H2O2S2O82-+2H2O=2HSO4-+H2O2a、结构结构O OHH9605293051b、性质性质(a)对热不稳定性对热不稳定性2H2O2=O2 +2H2O（过氧键过氧键-O-易分解）易分解）(b)氧化还原性氧化还原性2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2 H2O2NaCrO2+3H2O2+2NaOH=Na2CrO4+4H2O2KMnO4+4H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5O2 +8H2OCl2+H2O2=2 HCl+O2 b、结构和性质结构和性质920还原性：还原性：其水溶液的还原性较气体强，易被空气中的其水溶液的还原性较气体强，易被空气中的 氧氧化为单质硫而变浑浊。故应现配现用。氧氧化为单质硫而变浑浊。故应现配现用。Br2+H2S=2HBr+S 4Br2+H2S+4H2O=8HBr+H2SO42H2S+3O2=2SO2+2H2O2H2S+O2=2S+2H2O(2)硫化氢硫化氢a、制备制备FeS+2HCl=FeCl2+H2S CH2CSNH2+2H2O=CH3COO-+NH4+H2S 硫代乙酰硫代乙酰胺胺多多硫化物既有氧化性又有还原性硫化物既有氧化性又有还原性Na2S2+SnS=Na2SnS33FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2多硫化物不稳定，遇酸分解：多硫化物不稳定，遇酸分解：S22-+2H+=H2S2H2S+S 可溶性金属硫化物溶液中，加入单质硫，可生成多硫化物：可溶性金属硫化物溶液中，加入单质硫，可生成多硫化物：Na2S+(x-1)S=Na2Sx (x=26)多硫离子有锯齿型链状结构，例如：多硫离子有锯齿型链状结构，例如：S2-SSS3、硫化物及多硫化物、硫化物及多硫化物 大多数金属硫化物是难溶的，而且溶解度差别很大，所以金属大多数金属硫化物是难溶的，而且溶解度差别很大，所以金属离子常用离子常用H2S作分离、鉴定体系。作分离、鉴定体系。卤素间的置换反应卤素间的置换反应:2KI+Cl2(少量少量)=I2+2KClI2+KI=KI3(棕色棕色)I2+5Cl2+6H2O=10HCl+2HIO3(无色无色)2 2、卤素的氢化物、卤素的氢化物(1)(1)制备制备a、直接合成法：直接合成法：H2+Cl2=2HClb、金属卤化物与酸反应：金属卤化物与酸反应：2MX+H2SO4(浓浓)=M2SO4+2HX (X=Cl、F，即此法是制备氟化氢和氯化氢的重要方法。即此法是制备氟化氢和氯化氢的重要方法。)但但HBr、HI则不能用上述方法制备，因为则不能用上述方法制备，因为Br-、I-有较强的还原性：有较强的还原性：五、卤素五、卤素1 1、通性、通性是第是第VIIAVIIA族元素，都是非金属元素。族元素，都是非金属元素。NaBr+H2SO4(浓浓)=HBr+NaHSO4 2HBr+H2SO4(浓浓)=Br2+SO2+2H2ONaI+H2SO4(浓浓)=HI+NaHSO4 8HI+H2SO4(浓浓)=4I2+H2S+4H2O 所以，所以，HBr、HI只能用非氧化性酸来制备：只能用非氧化性酸来制备：NaBr+H3PO4(浓浓)=NaH2PO4+HBr 卤化氢均是无色气体，具有刺激性气味，其中以卤化氢均是无色气体，具有刺激性气味，其中以HF毒性最大。卤化氢的水溶毒性最大。卤化氢的水溶液称为氢卤酸，氢卤酸都是挥发性的酸，除液称为氢卤酸，氢卤酸都是挥发性的酸，除HF外都是强酸且具有还原性。外都是强酸且具有还原性。c、非金属卤化物与水作用制备：非金属卤化物与水作用制备：PBr3+3H2O=H3PO3+3HBr2P+3Br2+6H2O=2H3PO3+6HBr 氢氟酸是弱酸氢氟酸是弱酸：HF H+F-但极浓的氢氟酸则是较强的酸，因为形成了二聚物但极浓的氢氟酸则是较强的酸，因为形成了二聚物H2F2H2F2 H+HF2-氢氟酸最特殊的性质在于它能与二氧化硅或硅酸盐作用，生成四氟化硅气体。氢氟酸最特殊的性质在于它能与二氧化硅或硅酸盐作用，生成四氟化硅气体。故可溶解各种硅酸盐和腐蚀、刻划玻璃。故可溶解各种硅酸盐和腐蚀、刻划玻璃。SiO2+4HF=SiF4 +2H2OCaSiO3+6H2O=CaF2+SiF4 +3H2O(2)卤化氢的性质卤化氢的性质HF HCl HBr HI热热稳定性减弱稳定性减弱酸性增强酸性增强还原性增强还原性增强9-2 9-2 非金属元素的氧化物、含氧酸及其盐非金属元素的氧化物、含氧酸及其盐一、概述一、概述1、含氧酸的酸性强弱、含氧酸的酸性强弱含氧酸的含氧酸的结构可以表示为：结构可以表示为：R(OH)n，它有两种离解方式：它有两种离解方式：R O H R+OH-R O H RO-+H+离解方式的不同的原因与离子半径和离解方式的不同的原因与离子半径和R的电荷有关，定义一个综合的电荷有关，定义一个综合参数离子势参数离子势 值值愈愈大，对氧原子的吸引力愈强，酸性愈强；大，对氧原子的吸引力愈强，酸性愈强；值愈小，对氧原子值愈小，对氧原子的吸引力愈弱，碱性愈强。的吸引力愈弱，碱性愈强。如果如果r的单位为的单位为pm，z为电荷数，对酸碱性的判断用下式：为电荷数，对酸碱性的判断用下式：0.32，ROH呈酸性呈酸性 0.22，ROHl两性两性例如：例如：ROH NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 H2SiO3 H3PO4 H2SO4 HClO4Rn+Na+Mg2+Al3+Si4+P5+S6+Cl7+半径半径/pm 95 65 50 41 34 29 260.10 0.17 0.24 0.31 0.38 0.45 0.52酸碱性酸碱性 强碱强碱 中强碱中强碱 两性两性 弱酸弱酸 中强酸中强酸 强酸强酸 极强酸极强酸鲍林规则鲍林规则将含氧酸的将含氧酸的结构写成：结构写成：(HO)mROn当当n=0 时，为弱酸。例如：时，为弱酸。例如：(HO)Cl;(HO)Br;(HO)3B当当 n=1 时，为中强酸。例如时，为中强酸。例如；(HO)2SO；(HO)3AsO；(HO)NO当当 n=2 时，为强酸。例如时，为强酸。例如；(HO)2SO2；(HO)ClO2；(HO)NO2当当 n=3 时，为极强酸。例如时，为极强酸。例如；(HO)ClO32、含氧酸及其盐的热稳定性、含氧酸及其盐的热稳定性 (1)同种金属离子与不同酸根所形成的盐，其热稳定性与相应同种金属离子与不同酸根所形成的盐，其热稳定性与相应的酸的稳定性基本相同。即：的酸的稳定性基本相同。即：H3PO4H2SO4HClO4HNO3H2CO3Na3PO4Na2SO4NaClO4NaHNO3Na2CO3 (2)同种含氧酸，其正盐的稳定性大于酸式盐的稳定性，酸式同种含氧酸，其正盐的稳定性大于酸式盐的稳定性，酸式盐的稳定性大于酸的稳定性。即：盐的稳定性大于酸的稳定性。即：Na2CO3NaHCO3H2CO3 (3)同种同种酸根不同金属离子所组成的盐，其稳定性为：碱金属酸根不同金属离子所组成的盐，其稳定性为：碱金属盐盐碱土金属盐碱土金属盐过渡金属盐过渡金属盐铵盐。即：铵盐。即：Na2CO3 BaCO3CuCO3(NH4)2CO3(NH4)HCO3 (4)酸根相同，同族金属离子所组成的盐，从上到下热稳定性酸根相同，同族金属离子所组成的盐，从上到下热稳定性增加。即：增加。即：BaCO3SrCO3 CaCO3 MgCO3这些变化规律都可以用离子极化加以解释。这些变化规律都可以用离子极化加以解释。同周期的成酸元素，从左到右，最高价态的含氧酸的氧化性增强，例如：同周期的成酸元素，从左到右，最高价态的含氧酸的氧化性增强，例如：HClO4H2SO4H3PO4H4SiO4 同一主族元素，低价态的含氧酸的氧化性从上到下减弱，即：同一主族元素，低价态的含氧酸的氧化性从上到下减弱，即：HClO HBrOH5IO6同一主族最高价态含氧酸从上到下成锯齿变化，即：同一主族最高价态含氧酸从上到下成锯齿变化，即：HNO3H3PO4H3AsO3;H2SO4H6TeO6;HClO4H5IO6 同一成酸元素，低价态的氧化性较高价态的氧化性强，例如：同一成酸元素，低价态的氧化性较高价态的氧化性强，例如：H2SO3H2SO4；HNO2HNO3HClO2HClOHClO3HClO4含氧酸的含氧酸的氧化性大于相应盐的氧化性氧化性大于相应盐的氧化性H2SO4Na2SO4；HNO3NaNO3浓酸的氧化性大于稀酸的氧化性浓酸的氧化性大于稀酸的氧化性H2SO4(浓浓)H2SO4(稀稀)3、含氧酸及其盐的氧化还原性、含氧酸及其盐的氧化还原性2、氮的含氧酸及其盐、氮的含氧酸及其盐连二连二亚硝酸亚硝酸(H2N2O2)，次硝酸次硝酸(HNO)，亚硝酸亚硝酸(HNO2)，硝酸硝酸(HNO3)(1)亚硝酸及其盐亚硝酸及其盐性质：性质：a、中、中强酸性强酸性 HNO2 H+NO2-b、不稳定性不稳定性2HNO2 N2O3(蓝色蓝色)+H2O NO2(棕色棕色)+NO+H2Oc、氧化还原性：氧化还原性：HNO2+H+e NO+H2ONO3-+4H+3e NO+2H2O 在酸性溶液中，亚硝酸的氧化性较硝酸强，所以在稀溶液中，在酸性溶液中，亚硝酸的氧化性较硝酸强，所以在稀溶液中，NO2-可将可将I-氧化成氧化成I2，而，而NO3-却不能氧化却不能氧化I-。2HNO2+2KI+2HCl=2NO +I2+2KCl+2H2O2NaNO2+2KI+2HCl=2NO +I2+2KCl+2NaCl+2H2O这个反应能定量进行，用于测定亚硝酸盐的含量。这个反应能定量进行，用于测定亚硝酸盐的含量。在碱性溶液中，在碱性溶液中，NO2-以还原性为主，空气中的氧气能将它氧化以还原性为主，空气中的氧气能将它氧化成成NO3-。NO3-+H2O+2e NO2-+2OH-NO2-+H2O+e NO+2OH-c、NO3-和和NO2-的鉴定：的鉴定：3Fe2+NO3-+4H+=3Fe3+NO +2H2OFe2+NO+SO42-=Fe(NO)SO4(棕色棕色)3Fe2+NO2-+2H+=3Fe3+NO +H2O 用硫酸亚铁鉴定用硫酸亚铁鉴定NO3-和和NO2-时，主要区别在于介质的酸性不同，时，主要区别在于介质的酸性不同，NO3-需要强酸，而需要强酸，而NO2-只需弱酸。只需弱酸。在在酸性介质中，只有强氧化剂如酸性介质中，只有强氧化剂如KMnO4才能将才能将NO2-氧化成氧化成NO3-5HNO2+2KMnO4+3H2SO4=5HNO3+K2SO4+2MnSO4+3H2ONO2-+Cl2+H2O=NO3-+2H+2Cl-2、磷的含氧酸及其盐、磷的含氧酸及其盐磷有多种含氧酸：磷有多种含氧酸：POHHOOHOPHHOOHO正磷酸正磷酸正亚磷酸正亚磷酸PH HOHO次磷酸次磷酸POHOOO偏磷酸偏磷酸POH OOHOPOH OOHO焦磷酸焦磷酸POH OOHOPOH OOOPOH OOO三聚磷酸三聚磷酸鉴定：鉴定：PO43-+12MoO42-+24H+3NH4+=(NH4)3PO412MoO3+12H2O六、硫的氧化物、含氧酸及其盐六、硫的氧化物、含氧酸及其盐1、硫的氧化物、硫的氧化物(1)结结构构SOOSOOO(2)制备制备3FeS2+8O2=6SO2 +Fe3O4SO2+O2 SO3催化剂催化剂Na2S2O7 Na2SO4+SO3(3)性质性质SO2具有氧化还原性，以还原性为主具有氧化还原性，以还原性为主SO3具有很强的氧化性和脱水性具有很强的氧化性和脱水性2P+5SO3=P2O5+5SO22、硫的含氧酸盐、硫的含氧酸盐(1)种类：种类：SOHHOO亚硫酸亚硫酸SOOHHOO硫酸硫酸SSOHOHOO连二亚硫酸连二亚硫酸SO OHOHOO过一硫酸过一硫酸SOOHOOSOHO OO过二硫酸过二硫酸SOOHOOSOHOO焦硫酸焦硫酸SOOHHSO硫代硫酸硫代硫酸(1)亚硫酸及其盐亚硫酸及其盐a、亚硫酸亚硫酸酸性：酸性：H2SO3 H+HSO3-HSO3-H+SO32-不稳定性：不稳定性：Na2SO3+H2SO4(浓浓)=H2SO3+Na2SO4SO2+H2O氧化还原性：氧化还原性：2H2SO3+O2=2H2SO4H2SO3+Cl2+H2O=H2SO4+2HCl2H2SO3+2H2S=3S +3H2Ob、亚硫酸盐亚硫酸盐溶解性：溶解性：M2SO3除碱金属盐外，其余都不溶于水；除碱金属盐外，其余都不溶于水；MHSO3大都能大都能 溶于水溶于水不稳定性：不稳定性：CaSO3 Ca(HSO3)2 SO2 +H2OH+H+4Na2SO3 3Na2SO4+Na2S 还原性：还原性：2Na2SO3+O2=2Na2SO4Na2SO3+Br2=2Na2SO4+2HBr还原性顺序为：亚硫酸盐还原性顺序为：亚硫酸盐亚硫酸亚硫酸二氧化硫二氧化硫SO32-+Cl2+H2O=SO42-+2Cl-+2H+(3)过硫酸、焦硫酸及其盐过硫酸、焦硫酸及其盐过一过一硫酸：硫酸：H2SO5过过二硫酸：二硫酸：H2S2O8H2S2O8+H2O=H2SO4+H2SO5H2SO5+H2O=H2SO4+H2O2不稳定性：不稳定性：2K2S2O8 2K2SO4+SO3 +O2 强强氧化性：氧化性：2Mn2+5S2O82-+8H2O 2MnO4-+10SO42-+16H+Ag+焦焦硫酸及其盐硫酸及其盐焦焦硫酸有很强的吸水性和脱水性硫酸有很强的吸水性和脱水性H2S2O7+H2O=2H2SO4不稳定性：不稳定性：H2S2O7 H2SO4+SO32KHSO4 K2S2O7+H2O K2S2O7 K2SO4+SO3 所以焦硫酸可用作酸性溶剂，它与不溶于酸的金属氧化物共熔所以焦硫酸可用作酸性溶剂，它与不溶于酸的金属氧化物共熔时，可使金属氧化物变为可溶性硫酸盐。时，可使金属氧化物变为可溶性硫酸盐。Cr2O3+3K2S2O7=Cr2(SO4)3+3K2SO4(4)硫代硫酸、连硫酸及其盐硫代硫酸、连硫酸及其盐a、硫代、硫代硫酸及其盐硫酸及其盐Na2SO3+S Na2S2O31500C煮沸煮沸2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2性质：性质：不稳定性：不稳定性：S2O32-+2H+=S +SO2 +H2O还原性：还原性：S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+8Cl-+10H+在化学工业上除氯气在化学工业上除氯气配合性：配合性：Ag+2S2O32-=Ag(S2O3)23-2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaIb、连、连硫酸及其盐硫酸及其盐连连硫酸的通式为，为硫酸的通式为，为26之间，制备方法各异之间，制备方法各异2H2SO3+MnO2=H2S2O6+Mn(OH)25S2O32-+6H+=2S5O6+3H2O2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+NaI结构：结构：性质性质不稳定性不稳定性2S2O42-+H2O=S2O32-+2HSO3-H2S2O4=3SO2+S +2H2O第九章第九章 小结小结一、重要内容一、重要内容1、非金属单质的结构和物理性质和化学性质、非金属单质的结构和物理性质和化学性质2、非金属元素氢化物热稳定性规律、酸性规律、还原性规律：、非金属元素氢化物热稳定性规律、酸性规律、还原性规律：B2H6CH4 SiH4GeH4NH3PH3AsH3SbH3H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHISnH4热热稳稳定定性性减减弱弱还还原原性性增增强强酸酸性性增增强强热热稳定性增强稳定性增强还原性减弱还原性减弱酸性增强酸性增强3 3 3 3、硼及其化合物的性质、硼及其化合物的性质、硼及其化合物的性质、硼及其化合物的性质4 4 4 4、氮和磷及其化合物的性质、氮和磷及其化合物的性质、氮和磷及其化合物的性质、氮和磷及其化合物的性质5 5 5 5、氧和硫及其化合物的性质、氧和硫及其化合物的性质、氧和硫及其化合物的性质、氧和硫及其化合物的性质6 6 6 6、卤素及其化合物的性质、卤素及其化合物的性质、卤素及其化合物的性质、卤素及其化合物的性质7 7 7 7、非金属元素含氧酸的酸性强弱、含氧酸及其盐的热稳定性、非金属元素含氧酸的酸性强弱、含氧酸及其盐的热稳定性、非金属元素含氧酸的酸性强弱、含氧酸及其盐的热稳定性、非金属元素含氧酸的酸性强弱、含氧酸及其盐的热稳定性、含氧酸及其盐的氧化还原性含氧酸及其盐的氧化还原性含氧酸及其盐的氧化还原性含氧酸及其盐的氧化还原性