一非金属单质结构特点非金属单质的化学质市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

(一一)非金属单质结构特点非金属单质结构特点,非金属单质化学性非金属单质化学性质质(二二)无无无无机机机机含含含含氧氧氧氧酸酸酸酸结结结结构构构构特特特特点点点点和和和和酸酸酸酸性性性性强强强强弱弱弱弱改改改改变变变变规规规规律律律律(三三)无无机机含含氧氧酸酸溶溶解解性性、热热稳稳定定性性、氧氧化化还还原原性规律性规律非金属元素总结非金属元素总结第1页1 元元 素素 分分 布布 周期表中位置周期表中位置非金属共非金属共22种种(五种准金属五种准金属)III A IVA VA VIA VII A VIIIA (H)HeB C N O F Ne Al Si P S Cl ArGa Ge As Se Br KrIn Sn Sb Te I XeTl Pb Bi Po At Rn金金 属属第2页非金属共非金属共22种，种，常温压下常温压下气体气体11种种 A族族6种、种、F2、Cl2、O2、N2、H2液体液体1种种 Br2固体固体10种种 I2 At S8 Se Te P4 As B C Si 存在状态存在状态Si:理想半导体材料理想半导体材料Si或或Ge(P,As,Sb,Bi):n型半导体型半导体Si或或Ge(B,Al,Ga,In):p型半导体型半导体第3页2 单质结构和性质单质结构和性质2.1 非金属单质结构和性质非金属单质结构和性质8-N 规则规则:N代表族数代表族数,每个原子每个原子8-N 个价电子可与个价电子可与8-N个个原子连接原子连接,形成形成 8-N个共价键个共价键,即共价数为即共价数为8-N 非金属单质成键规则非金属单质成键规则 非金属单质结构非金属单质结构第八主族第八主族 稀有气体稀有气体 8-8=0为单原子分子为单原子分子,范德华力为内聚力范德华力为内聚力,分子型晶体分子型晶体第4页第七主族第七主族 卤素卤素 8-7=1双原子分子双原子分子,范德华力为内聚力范德华力为内聚力,分子型晶体分子型晶体第六主族第六主族 氧族元素氧族元素 8-6=2氧原子可形成复键氧原子可形成复键,为双原子分子为双原子分子.硫硫,硒硒,碲半径较大碲半径较大,不易形成不易形成p-p 键键,而倾向于形成尽可能多单键而倾向于形成尽可能多单键S8第五主族第五主族 氮族元素氮族元素 8-5=3氮氮原原子子可可形形成成复复键键,为为多多重重键键双双原原子子分分子子.磷磷,砷砷,锑锑为三配位有限分子为三配位有限分子 P4 As4PPPP600第5页第四主族第四主族 8-4=4 碳、硅易碳、硅易sp3杂化杂化,四配位金刚石结构四配位金刚石结构,原子晶体原子晶体有些单质因为形成有些单质因为形成大大 键键,多中心键多中心键,键型发生改变，不键型发生改变，不恪守此规则恪守此规则,如如硼单质硼单质中多中心键数目不等于中多中心键数目不等于8-N 小分子物质小分子物质,如单原子稀有气体如单原子稀有气体,双原子分子双原子分子 多原子分子物质多原子分子物质S8 P4 As4大分子大分子(巨型分子巨型分子)物质物质金刚石、晶体硅、硼等原子晶体金刚石、晶体硅、硼等原子晶体混合型晶体混合型晶体:石墨石墨 非金属元素分类非金属元素分类(按结构和性质按结构和性质)第6页1.常温常压下性质常温常压下性质 常温常压下常温常压下,F2、Cl2、Br2、O2、S、P较活泼，其余较活泼，其余在高温下可与其它物质反应。在高温下可与其它物质反应。N2、C、Si、B不活泼不活泼 非金属单质性质非金属单质性质2.与酸反应与酸反应 (1)不与非氧化性酸反应不与非氧化性酸反应(2)C，B，S，P，I2等单质与氧化性酸作用等单质与氧化性酸作用P+5HNO3(浓浓)=H3PO4+5NO2+H2O2B+3H2SO4(浓浓)=2H3BO3+3SO2第7页3.与碱反应与碱反应 (1)Cl2、Br2、I2、S、P等遇碱歧化等遇碱歧化Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 3S+6OH-=2S2-+SO32-+3H2OP4+3KOH+3H2O =PH3 +3KH2PO2(2)Si B As等与碱反应放出氢气等与碱反应放出氢气Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 这类单质多为两性和准金属这类单质多为两性和准金属亲氧性强亲氧性强,与氧形成含氧酸与氧形成含氧酸第8页4.与水反应与水反应 多数非金属单质不与水反应多数非金属单质不与水反应(1)卤素卤素F2 氧化水氧化水,其余微弱反应其余微弱反应(2)C,B赤热与水蒸气反应赤热与水蒸气反应F2+H2O =2HF +O221C+H2O(g)=CO+H2 B+3H2O(g)=B(OH)3 +3H2第9页3 无机酸结构和强度无机酸结构和强度 分子型氢化物分子型氢化物 无机含氧酸无机含氧酸 熔沸点熔沸点B2H6 CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI3.1 分子型氢化物分子型氢化物1.同一族氢化物同一族氢化物 从上到下熔沸点升高从上到下熔沸点升高.2.第二周期第二周期NH3 H2O HF反常高反常高2.同一周期同一周期,不太规律不太规律.与分子极性相关与分子极性相关第10页 热稳定性热稳定性电负性减小，与氢结合能力减弱，稳定性减弱电负性减小，与氢结合能力减弱，稳定性减弱NH3很稳定，很稳定，PH3加热则分解。加热则分解。AsH3和和SbH3在室温时逐步自动分解，在室温时逐步自动分解，BiH3很轻易分解很轻易分解 3.04 3.44 3.98CH4 NH3 H2O HF 3.98 SiH4 PH3 H2S HCl 3.16 AsH3 H2Se HBr 2.96 SbH3 H2Te HI 2.66从左到右从左到右,热稳定性增加热稳定性增加由由上上到到下下热热稳稳定定性性降降低低第11页除除HF外外,其它分子型氢化物都有还原性其它分子型氢化物都有还原性CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI 还原性依次增强还原性依次增强还原性依次增强还原性依次增强 还还 原原 性性电负性减小，半径增大电负性减小，半径增大,失电子能力递增，还原性增强失电子能力递增，还原性增强第12页 影响酸性原因很多影响酸性原因很多,主要反应在与质子直接相连主要反应在与质子直接相连原子对它束缚力上。束缚力强弱与该原子电子密度原子对它束缚力上。束缚力强弱与该原子电子密度大小有直接关系大小有直接关系.电子密度大小与原子所带负电荷数以及原子电子密度大小与原子所带负电荷数以及原子半径相关系半径相关系.表明是某原子吸引带正电荷原子或表明是某原子吸引带正电荷原子或原子团能力原子团能力.与质子相连原子电子密度与质子相连原子电子密度,决定无机酸强度决定无机酸强度H3O+H2O OH-水溶液酸碱性水溶液酸碱性第13页 同一周期同一周期,从左到右从左到右,酸性依次增强酸性依次增强CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr SbH3 H2Te HI 酸性依次增强酸性依次增强酸性依次增强酸性依次增强 原子原子 所带负电荷所带负电荷依次降低依次降低,原子电子密度越来原子电子密度越来越小越小,氢化物酸性依次增强氢化物酸性依次增强酸性酸性:NH3 H2O HF第14页 同一主族同一主族,从上到下从上到下,酸性依次增强酸性依次增强原子所带电荷相同原子所带电荷相同,但它们原子半径增大但它们原子半径增大,电子密度逐步变小电子密度逐步变小,对应氢化物酸性依次增强对应氢化物酸性依次增强.HF HCl HBr HIH2O H2S H2Se 0.32 酸式电离酸式电离 0.22 碱式电离碱式电离 =0.220.32 两两 性性f ff ff f 减小，碱性增强减小，碱性增强例例1Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2例例2 NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 Si(OH)4 增加，碱性渐弱，酸性渐强增加，碱性渐弱，酸性渐强经验规则经验规则（r用用pm为单位）为单位）第21页2.鲍林规则（半定量经验规则）鲍林规则（半定量经验规则）(2)含氧酸含氧酸K1与非羟基氧原子数目与非羟基氧原子数目N有以下关系有以下关系 K1=10 5N-7 即即 pKa 7-5N氧电负性大氧电负性大,对中心原子有较强吸引力对中心原子有较强吸引力,使中心原子正电场增加使中心原子正电场增加(1)多元酸逐层离解常数多元酸逐层离解常数：K1:K2:K3 1:10-5:10-10 例：例：H3PO4、H3AsO4、H2SO3、H2CO3 但有机酸和许多无机酸不适用。但有机酸和许多无机酸不适用。强酸强酸 pKa 0；弱酸弱酸 pKa=0 7 很弱酸很弱酸 pKa=7 14第22页3.非金属含氧酸酸性改变规律非金属含氧酸酸性改变规律(2).同一族元素形成同种类型含氧酸同一族元素形成同种类型含氧酸,从上到下从上到下,酸性减弱酸性减弱(1).同一周期元素形成最高含氧酸同一周期元素形成最高含氧酸,从左到右从左到右,酸性增强酸性增强H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HOBr HOI(3).同一元素形成含氧酸酸性伴随氧化数升高而增强同一元素形成含氧酸酸性伴随氧化数升高而增强(4).从第三周期开始从第三周期开始,若干含氧酸失水形成链状若干含氧酸失水形成链状,环状及网环状及网状状 结构多酸结构多酸,缩和度越高缩和度越高,酸强度越大酸强度越大第23页例例 含氧酸含氧酸 N Ka HClO 0 3.210-8 HClO2 1 1.110-2 HClO3 2 103 HClO4 3 108从结构上分析：从结构上分析：N=X O 键数目，键数目，N,则则X原子原子+，对羟，对羟基氧原子上价电子束缚力基氧原子上价电子束缚力，使，使O H键更轻易断开键更轻易断开电子诱导效应电子诱导效应第24页例例 正磷酸正磷酸H3PO4和焦磷酸和焦磷酸H4P2O7酸性：正酸酸性：正酸 焦酸焦酸 类似有：酸性类似有：酸性 H2SO4 H2S2O7N=1,Ka1=7.510-3 N=2,Ka1=1.410-1正酸缩合为焦酸，酸性正酸缩合为焦酸，酸性第25页离子化合物溶解度决定于晶格能及离子水合能离子化合物溶解度决定于晶格能及离子水合能1.晶格能大，溶解度小。晶格能大，溶解度小。Ca(H2PO4)2 CaHPO4 Ca2(PO4)3 易溶易溶 难溶难溶 难溶难溶阴离子电荷高，晶格能大，溶解度小阴离子电荷高，晶格能大，溶解度小4 含氧酸盐性质含氧酸盐性质4.1 溶解性溶解性2.水合能小，溶解度小水合能小，溶解度小水合能与离子势相关，离子电荷低，半径大，离子水合能与离子势相关，离子电荷低，半径大，离子势则小，水合能小，则溶解度小。势则小，水合能小，则溶解度小。NaClO4KClO4RbClO4 第26页 碱金属盐类易溶于水，碱金属盐类易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶仅少数碱金属盐是难溶,这些难溶盐普通都是由大阴离子组成这些难溶盐普通都是由大阴离子组成.碱金属离子越碱金属离子越大，难溶盐数目越多大，难溶盐数目越多-阴阳离子大小悬殊时，离子阴阳离子大小悬殊时，离子水合作用在溶解过程中占优势水合作用在溶解过程中占优势.Mg2+Ba2+半径增大，离子势减小，水合能减小半径增大，离子势减小，水合能减小则则MgSO4 BaSO4溶解度成小。溶解度成小。3.共价成份大，溶解度小。共价成份大，溶解度小。ZnS CdS HgS 溶解度减小溶解度减小(溶于稀盐酸溶于稀盐酸)()(溶于浓盐酸溶于浓盐酸)()(溶于王水溶于王水)18e构型构型.伴随伴随Zn2+,Cd2+,Hg2+半径增大半径增大,变形性增大，变形性增大，附加极化效应增大，共价成份增大，附加极化效应增大，共价成份增大，溶解度减小溶解度减小.第27页 4.聚合程度大，溶解度小，聚合程度大，溶解度小，H3BO3 因为氢键联成大片因为氢键联成大片,为固体酸，在冷水为固体酸，在冷水中溶解度小，可溶于热水。中溶解度小，可溶于热水。溶解度溶解度:NaHCO3 443KN2+2H2OAgNO2431KAg+NO2 歧化反应歧化反应4NaSO3强热强热Na2S +3Na2SO4 第30页 同一金属稳定性同一金属稳定性 正盐正盐酸式盐酸式盐酸酸Na2CO3 NaHCO3 H2CO3 极化能力大金属离子其盐易分解极化能力大金属离子其盐易分解BaCO3 SrCO3 CaCO3 MgCO3 BeCO32.无机含氧酸盐热分解规律无机含氧酸盐热分解规律 同一金属离子不一样含氧酸盐稳定性同一金属离子不一样含氧酸盐稳定性硝酸盐硝酸盐,卤酸盐卤酸盐碳酸盐碳酸盐,硫酸盐硫酸盐 低氧化态低氧化态KClO4 KClO3 KClO2 KClO第31页1.影响氧化性主要原因影响氧化性主要原因 中心原子结合电子能力中心原子结合电子能力 电电负负性性大大,原原子子半半径径小小,氧氧化化态态高高中中心心原原子子,取取得得电子能力强电子能力强,酸氧化性高酸氧化性高 分子稳定性分子稳定性 中中心心原原子子与与氧氧之之间间R-O键键强强度度越越高高,键键越越多多,分分子越稳定子越稳定,氧化性弱氧化性弱 其它外在原因其它外在原因 溶液酸碱性溶液酸碱性,浓度浓度,温度等外界原因温度等外界原因4.3 含氧酸及盐氧化还原性含氧酸及盐氧化还原性第32页2.氧化性规律氧化性规律 同一周期从左到右同一周期从左到右,氧化性增强氧化性增强H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4几乎无氧化性几乎无氧化性浓酸强氧化性浓酸强氧化性 同一主族同一主族,从上到下从上到下,氧化性成锯齿状上升氧化性成锯齿状上升 HClO4 H5IO6 H2SO3 高氧化态含氧酸高氧化态含氧酸X-O键键数数目目，断断开开这这些些键键所所需需能能量量,越越难难被被还原还原,越稳定，越稳定，HClO HClO3 HClO4 浓酸比稀酸氧化性强浓酸比稀酸氧化性强,酸又比对应盐氧化性强酸又比对应盐氧化性强第34页1.N O F 含氢化合物轻易生成氢键，离子性较强含氢化合物轻易生成氢键，离子性较强2.最高配位数为最高配位数为4,以后各周期元素配位数可超出以后各周期元素配位数可超出43.元素都有自成链特征元素都有自成链特征,C-C 自成链最强自成链最强4.多数有生成重键特征多数有生成重键特征 原子半径小原子半径小,形成形成 键键+键键5.与第与第3周期相比较，化学活泼性差异大周期相比较，化学活泼性差异大 键离解能：键离解能：N-N P-P,O-O S-S,F-F Cl-Cl 6.同素异形体在性质上差异较大同素异形体在性质上差异较大55 p p区元素周期性改变上特殊性区元素周期性改变上特殊性区元素周期性改变上特殊性区元素周期性改变上特殊性5.1 5.1 第二周期非金属元素特殊性第二周期非金属元素特殊性第二周期非金属元素特殊性第二周期非金属元素特殊性第35页 主要表达在一些化合物氧化性尤其高主要表达在一些化合物氧化性尤其高HClO4 H5IO6SO2 TeO2H2SO4 H6TeO6H3PO4（非氧化性酸）（非氧化性酸）H2SO4;B.H2SO4 H3PO4;D.HClO HClO31.HClO,HClO3,HClO4 酸性大小排列次序是酸性大小排列次序是:()A.HClO HClO3 HClO4 B.HClO HClO4 HClO3 C.HClO4 HClO HClO3 D.HClO4 HClO3 HClO D B第38页4.同物质量浓度以下离子在酸性介质中，同物质量浓度以下离子在酸性介质中，氧化性最强是氧化性最强是()A.SO4 2-;B.ClO-;C.ClO4-;D.H3IO6 2-3.以下物质中，还原性最强是以下物质中，还原性最强是()A.HF;B.PH3;C.NH3;D.H2S5以下含氧酸中，哪一个酸性最弱以下含氧酸中，哪一个酸性最弱()(A)氯酸氯酸 (B)碳酸碳酸 (C)碲酸碲酸 (D)亚磷酸亚磷酸BBC第39页 6在酸性介质中，欲使在酸性介质中，欲使Mn2+氧化为氧化为MnO4-，可加以下，可加以下哪种氧化剂哪种氧化剂()A.KClO3 B.H2O2 C.王水王水 D.(NH4)2S2O8(AgNO3 催化催化)E.K2Cr2O77亚磷酸溶液呈什么性亚磷酸溶液呈什么性()(A)强酸强酸 (B)中强酸中强酸 (C)弱酸弱酸 (D)中性中性8以下氯化物中，哪一个不能水解以下氯化物中，哪一个不能水解()(A)四氯化碳四氯化碳 (B)四氯化硅四氯化硅 (C)四氯化锡四氯化锡 (D)四氯化锗四氯化锗DBA第40页9以下碳酸盐中，对热最不稳定是以下碳酸盐中，对热最不稳定是()(A)CaCO3 (B)PbCO3 (C)Na2CO3 (D)K2CO310.完成以下反应化学方程式或离子方程式：完成以下反应化学方程式或离子方程式：(1)以标准硫代硫酸钠溶液测定溶液中以标准硫代硫酸钠溶液测定溶液中I2含量含量 2S2O32-+I2=S4O62-+2I-(2)以以K2Cr2O7判定判定H2O2反应（以戊醇萃取）反应（以戊醇萃取）Cr2O72-+4H2O2+2H+=2CrO5+5H2OB第41页(5)把氯气通入把氯气通入Bi（III）NaOH溶液中溶液中(3)铋酸钠与铋酸钠与MnSO4在稀硫酸介质中反应在稀硫酸介质中反应5NaBiO3+2Mn2+14H+=2MnO4-+5Bi3+5Na+7H2O(4)碘放入足量碘放入足量NaOH溶液中溶液中Bi(OH)3+3NaOH+Cl2=NaBiO3(s)+2NaCl+3H2O3I2+6OH=5I-+IO3-+3H2O第42页C 和和O 电负性相差较大，但电负性相差较大，但CO 分子偶极矩却很分子偶极矩却很小，请说明原因。小，请说明原因。按按分分子子轨轨道道理理论论，CO 中中C 与与O 间间为为三三重重键键：一一个个 键键，一一个个 键键，一一个个 配配键键。配配键键是是由由氧氧提提供供电电子子对对向向C 空空轨轨道道配配位位。这这种种配配键键存存在在，使使电电负负性性大大氧氧原原子子周周围围电电子子密密度度降降低低，造造成成CO 偶偶极极矩矩很很小。小。第43页N2 和和CO含含有有相相同同分分子子轨轨道道和和相相同同分分子子结结构构，但但CO与与过渡金属形成配合物能力比过渡金属形成配合物能力比N2 强得多，请解释原因。强得多，请解释原因。第44页加热条件下，为何加热条件下，为何Si 易溶于易溶于NaOH 溶液和溶液和HF 溶液，溶液，而难溶于而难溶于HNO3 溶液？溶液？Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2，产产 物物Na2SiO3 易易溶溶于于NaOH 溶溶液液，使使反反应应能能继继续续进进行行下下去去。Si+4HF=SiF4+2H2，SiF4气气体体脱脱离离体体系系而而使使反反应应进进行行彻彻底底。若若HF过过量量时时，SiF4溶溶于于HF 溶溶液液生生成成H2SiF6，而而使使反反应应进进行行下下去去。不不溶溶于于酸酸SiO2 附在附在Si表面，因而表面，因而Si不溶于不溶于HNO3 溶液。溶液。第45页常常温温下下为为SiF4 气气态态，SiCl4 为为液液态态，而而SnF4 为为固固态态，SnCl4 为液态，请解释原因。为液态，请解释原因。硅硅与与氟氟和和氯氯形形成成化化合合物物SiF4，SiCl4 都都是是共共价价化化合合物物，分分子子半半径径SiF4 SiCl4，色色散散力力SiF4SiCl4，所所以以熔熔点点SiF4 SiCl4，常常温温下下SiF4 为为气气态态，SiCl4 为为液液态态。在在锡锡四四卤卤化化物物中中，氟氟电电负负性性较较大大只只有有SnF4 为为离离于于化化合合物物电电负负性性差差大大。而而氯氯电电负负性性较较小小，与与锡锡形形成成SnCl4 为为共共价价化化台台物物(电电负负性性差差1.7)。因因而而SnF4 熔熔点点比比SnCl4 较较高高，常常温温下下SnF4 为为固固态态，SnCl4 为为液态。液态。第46页碳碳和和硅硅为为同同族族元元素素，为为何何碳碳氢氢化化物物种种类类比比硅硅氢氢化化物种类多得多？物种类多得多？碳碳在在第第二二周周期期，硅硅位位于于第第三三周周期期，C 半半径径比比Si 半半径径小小得得多多，同同时时，C 电电负负性性比比Si 大大，使使CC 键键比比SiS 健健，CH 键键比比SiH 键键健健能能大大得得多多。C 可可形形成成稳稳定定 长长链链化化合合物物而而S 则则不不能能。另另外外，因因为为C 半半径径小小而而使使p 轨轨道道能能够够重重合合形形成成CC 多多重重健健而而SiSi 则极难。则极难。第47页