非金屬元素小結(jié)課件

1、Chapter 18 非金屬元素小結(jié)18.1 非金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)18.2 分子型氫化物18.3 含氧酸18.4 非金屬含氧酸鹽的某些性質(zhì)18.5 P區(qū)元素的次級(jí)周期性第1頁(yè)，共40頁(yè)。18.1 非金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 非金屬占22種(金屬約為90種)。無(wú)機(jī)物大都同非金屬有關(guān)，如酸和鹽。無(wú)機(jī)酸分為無(wú)氧酸和含氧酸，即一些非金屬元素的氫化物及非金屬氧化物的水合物。斜線附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te和Po等為準(zhǔn)金屬，它們既有金屬的性質(zhì)又有非金屬的性質(zhì)。如果不算準(zhǔn)金屬(B、Si、As、Se、Te)，則非金屬只有17種所以在金屬與非金屬之間沒(méi)有截然的界線。準(zhǔn)金屬非金屬金屬 在周期表

2、的右側(cè)，斜線將所有化學(xué)元素分為金屬和非金屬兩個(gè)部分。將元素分為這兩大類的主要根據(jù)是元素的單質(zhì)的性質(zhì)。第2頁(yè)，共40頁(yè)。18.1.1 非金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)自學(xué)要求：1、了解非金屬單質(zhì)中的共價(jià)鍵數(shù)為8-N(H2為2-N)。2、第2周期中的O、N為什么易形成多重鍵？第3、4周期的S、Se、P、As等則易形成單鍵？3、非金屬單質(zhì)按其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)大致可分為哪三類？4、掌握單質(zhì)Cl2、S、P、Si和B與NaOH反應(yīng)的方程式。第3頁(yè)，共40頁(yè)。18.1.2 非金屬單質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)1、 活潑的非金屬（F2 、Cl2 、Br2 、O2 、P、S）與金屬元素形成鹵化物、氧化物、硫化物、氫化物或含氧酸鹽等；2、非

3、金屬元素彼此之間也能形成鹵化物、氧化物、無(wú)氧酸、含氧酸等；3、大部分非金屬單質(zhì)不與水反應(yīng)，鹵素僅部分地與水反應(yīng)，碳在赤熱條件下才與水蒸氣反應(yīng)；4、非金屬一般不與非氧化性稀酸反應(yīng)，硼、碳、磷、硫、碘、砷等被濃HNO3 、濃H2SO4 及王水氧化，硅在含氧酸中被鈍化，只能在有氧化劑存在的條件下與氫氟酸反應(yīng)。5、除碳、氮、氧外，非金屬單質(zhì)可和堿溶液反應(yīng)，對(duì)于有變價(jià)的非金屬元素主要發(fā)生歧化反應(yīng)： 硅、硼則從堿中置換出氫氣：Cl2 + 2NaOH =NaClO + NaCl + H2O3I2 + 6NaOH =5NaI + NaIO3 + 3H2O4P + 3NaOH + 3H2O =3NaH2PO2

4、+ PH3Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3 + 2H23B + 2NaOH + 2H2O =NaBO2 + 3H2第4頁(yè)，共40頁(yè)。18.2 分子型氫化物非金屬元素都能形成具有最高氧化態(tài)的共價(jià)型的簡(jiǎn)單氫化物，在通常情況下它們?yōu)闅怏w或揮發(fā)性液體。它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都按元素在周期表中所處的族和周期呈周期性的變化。分子偶極矩m/D分子偶極矩m/DHF1.92H2O1.85HCl1.08H2S1.10HBr0.78NH31.48HI0.38CH40氫化物的極性強(qiáng)弱變化非常規(guī)律。第5頁(yè)，共40頁(yè)。非金屬元素都能形成具有最高氧化態(tài)的共價(jià)型的簡(jiǎn)單氫化物，在通常情況下它們?yōu)闅怏w或揮發(fā)性液體。它們

5、的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都按元素在周期表中所處的族和周期呈周期性的變化。第6頁(yè)，共40頁(yè)。18.2.1 熱穩(wěn)定性分子型氫化物的熱穩(wěn)定性，在同一周期中，從左到右逐漸增強(qiáng)；在同一族中，自上而下逐漸減??；變化規(guī)律與非金屬元素電負(fù)性的變化規(guī)律是一致的。在同一族中，分子型氫化物的熱穩(wěn)定性還與鍵能自上而下越來(lái)越弱有關(guān)。第7頁(yè)，共40頁(yè)。18.2.2 還原性還原性增強(qiáng)CH4NH3H2OHFSiH4PH3H2SHClGeH4AsH3H2SeHBr(SnH4)SbH3H2TeHI還原性增強(qiáng)還原性大小規(guī)律與穩(wěn)定性的增減規(guī)律相反,穩(wěn)定性大的,還原性小。在周期表中，從右向左，自上而下，元素半徑增大，電負(fù)性減小，失電子的能力依上述

6、方向遞增，所以氫化物的還原性也按此方向增強(qiáng)。氫化物能與氧、鹵素、氧化態(tài)高的金屬離子以及一些含氧酸鹽等氧化劑作用。例如：Cl2+2HI=I2+2HCl第8頁(yè)，共40頁(yè)。18.2.3 水溶液酸堿性和無(wú)氧酸的強(qiáng)度無(wú)氧酸的強(qiáng)度取決于下列平衡：HA+H2OH3O+A- 常用Ka或pKa的大小來(lái)衡量其酸堿性。 可以用rG=-2.303RTlgKa來(lái)計(jì)算出Ka的值，也可以用熱力學(xué)循環(huán)來(lái)推算。分子型氫化物中在水溶液中的pKa值（298K）酸性增強(qiáng)CH458NH339H2O16HF 3SiH435PH3 27H2S 7HCl 7GeH425AsH319H2Se 4HBr 9(SnH4)20SbH315H2Te

7、3HI -10酸性增強(qiáng)第9頁(yè)，共40頁(yè)。18.3.1最高氧化態(tài)氫氧化物的酸堿性非金屬元素氧化物的水合物為含有一個(gè)或多個(gè)OH基團(tuán)的氫氧化物。這類化合物的中心原子R,它周圍能結(jié)合多少個(gè)OH,取決于R+n的電荷數(shù)及半徑大小。通常R+n的電荷高，半徑大時(shí)，結(jié)合的OH基團(tuán)數(shù)目多。當(dāng)R+n的電荷高且半徑小時(shí)，例如Cl+7應(yīng)能結(jié)合七個(gè)OH基團(tuán)，但是由于它的半徑太小(0.027nm)，容納不了這許多OH，勢(shì)必脫水，直到Cl+7周圍保留的異電荷離子或基團(tuán)數(shù)目，既能滿足Cl+7的氧化態(tài)又能滿足它的配位數(shù)。處于同一周期的元素，其配位數(shù)大致相同。18.3 含氧酸第10頁(yè)，共40頁(yè)。最高氧化態(tài)氫氧化物的酸堿性在化合物R

8、(OH)n中，可以有兩種離解方式：R(OH)nR(OH)n-1+OH-堿式離解R(OH)nRO(OH)n-1+H+酸式離解R(OH)n按堿式還是按酸式離解，主要是看R-O鍵和O-H鍵的相對(duì)強(qiáng)弱，若R-O鍵弱，就進(jìn)行堿式電離，若O-H鍵弱時(shí)就進(jìn)行酸式離解。R-O與O-H鍵的相對(duì)強(qiáng)弱又決定于“離子勢(shì)”陽(yáng)離子的極化能力。由卡特雷奇(Cart-ledge,G.H)提出的離子勢(shì)的表示式：第11頁(yè)，共40頁(yè)。R(OH)n中R半徑小電荷高，對(duì)氧原子的吸引力強(qiáng)R-O鍵能大，則R(OH)n主要是酸式解離，顯酸性。反之亦然。如:S6+:Z=+6 r=0.030nm =200當(dāng)1/210時(shí)R(OH)n顯酸性Al3+

9、:Z=+3 r=0.051nm =59當(dāng)101/27時(shí)R(OH)n顯兩性Na+:Z=1 r=0.097nm =10當(dāng)1/2HClO3HClO2HClO第18頁(yè)，共40頁(yè)。例2：試推測(cè)下列酸的強(qiáng)度 HClO4 H2SO4 H3PO4 H4SiO4K1105N-7 1053-7 1052-7 1051-7 1050-7= 108 103 10-2 10-7酸的強(qiáng)度為： HClO4H2SO4H3PO4H4SiO4例3：試推測(cè)下列酸的強(qiáng)度 HNO3 H2CO3 H3BO3K1105N-7 1052-7 1051-7 1050-7= 103 10-2 10-7酸的強(qiáng)度為： HNO3H2CO3H3BO3第

10、19頁(yè)，共40頁(yè)。例4：試推測(cè)下列酸的強(qiáng)度HClO HBrO HIOK1105N-7 1050-7 1050-7 1050-7= 10-7 10-7 10-7這些酸屬于同一類型，非羥其氧數(shù)相同，但由于成酸元素的電荷及吸電子能力的強(qiáng)度不同或R-O鍵長(zhǎng)不同，它們的酸性也不同。Cl的電負(fù)性比Br強(qiáng)、Cl-O比I-O鍵的鍵長(zhǎng)短。所以酸的強(qiáng)弱應(yīng)為： HClOHBrOHIO第20頁(yè)，共40頁(yè)。第21頁(yè)，共40頁(yè)。18.4.1 溶解性離子化合物的溶解過(guò)程，認(rèn)為是晶格中的離子首先要克服離子間的引力，從晶格中解離為氣態(tài)離子，然后進(jìn)入水中并與水分子結(jié)合成為水合離子。當(dāng)sHr+)時(shí)，離子水合作用在溶解過(guò)程中居優(yōu)勢(shì)。

11、性質(zhì)相似的鹽系列中，陽(yáng)離子的半徑越小，該鹽越容易溶解。室溫下堿金屬的高氯酸鹽的溶解度的相對(duì)大小是：NaC1O4KC1O4RbC1O4若陰陽(yáng)離子的半徑相差不多，則(Z/r)大r離子所形成的鹽較難溶解，如堿土金屬和許多過(guò)渡金屬的碳酸鹽、磷酸鹽等；而堿金屬的硝酸鹽和氯酸鹽等易溶。以上討論是用sH，實(shí)際上嚴(yán)格點(diǎn)應(yīng)當(dāng)用sG來(lái)討論。第23頁(yè)，共40頁(yè)。個(gè)別溶解情況：含氧酸鹽的絕大部分鈉鹽、鉀鹽和銨鹽以及酸式鹽都易溶于水。其它含氧酸鹽在水中的溶解性可以歸納如下：硝酸鹽：硝酸鹽都易溶于水，且溶解度隨溫度的升高而迅速地增加。硫酸鹽：大部分溶于水，但SrSO4、BaSO4和PbSO4難溶于水，CaSO4、Ag2S

12、O4和Hg2SO4微溶于水。碳酸鹽：大多數(shù)都不溶于水，其中又以Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+的碳酸鹽最難溶。磷酸鹽：大多數(shù)都不溶于水。第24頁(yè)，共40頁(yè)。18.4.2 水解性鹽類溶于水后，陰、陽(yáng)離子發(fā)生水合作用。弱堿、弱酸根離子在水溶液中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)。強(qiáng)酸的陰離子如ClO4-和NO3-等不水解，它們對(duì)水的pH值無(wú)影響。但是弱酸的陰離子如CO32-及SiO32-等，明顯地水解，而使溶液的pH值增大。陽(yáng)離子的水解能力與離子的極化能力有關(guān)。稀有氣體構(gòu)型金屬離子的水解程度與它們的離子極化力成正比。人們找出pKh與Z2/r有關(guān)系，前者為水解常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)，后者表示離子極化能力。水解性隨Z2/r增

13、大而增大。pKh值越小，離子的水解程度越大。第25頁(yè)，共40頁(yè)。18.4.3 熱穩(wěn)定性多原子陰離子組成的化合物在加熱時(shí)不太穩(wěn)定。加熱時(shí)絕大多數(shù)情況下分解為酸酐和金屬氧化物或其它產(chǎn)物。磷酸鹽、硅酸鹽都比較穩(wěn)定,它們?cè)诩訜釙r(shí)不分解,但容易脫水縮合為多酸鹽。硝酸鹽和鹵酸鹽一般不太穩(wěn)定。碳酸鹽和硫酸鹽等居中。硫酸鹽的分解溫度一般在1273K以上。堿金屬的硫酸鹽在高溫下?lián)]發(fā)但不分解。許多重金屬的硫酸鹽如CdSO4和PbSO4等，在一般加熱條件下都很穩(wěn)定，所以能用于定量分析。但是氧化態(tài)為+III的Al3+、Cr3+和Fe3+的硫酸鹽不穩(wěn)定，在加熱時(shí)分解為SO3和金屬氧化物。第26頁(yè)，共40頁(yè)。碳酸鹽的分解

14、溫度隨金屬離子不同差別很大。碳酸鹽比硫酸鹽易分解，產(chǎn)物為CO2和金屬氧化物。硝酸鹽又比碳酸鹽更易分解，產(chǎn)物隨金屬的活潑性的差異而有亞硝酸鹽或金屬氧化物或金屬。酸式鹽同正鹽比較，前者往往不及后者穩(wěn)定。第27頁(yè)，共40頁(yè)。18.4.4 含氧酸及其鹽的氧化還原性含氧酸及其鹽表現(xiàn)出來(lái)的氧化還原性受多種因素的影響，情況頗為復(fù)雜。迄今為止，我們對(duì)它的規(guī)律性尚缺乏認(rèn)識(shí)。由p區(qū)元素最高氧化態(tài)含氧酸(包括水合氧化物)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)來(lái)看。在同一周期中，各元素最高氧化態(tài)含氧酸的氧化性，從左到右遞增。在同一主族中，元素的最高氧化態(tài)含氧酸的氧化性，多數(shù)隨原子序數(shù)增加呈鋸齒形升高，第三周期元素含氧酸的氧化性有下降趨勢(shì)，第

15、四周期元素含氧酸的氧化性又有升高趨勢(shì)，有些在同族元素中居于最強(qiáng)地位。第六周期元素含氧酸的氧化性又比第五周期元素的強(qiáng)得多。第28頁(yè)，共40頁(yè)。對(duì)于同一種元素的不同氧化態(tài)含氧酸來(lái)說(shuō)，低氧化態(tài)的氧化性較強(qiáng)。 例如:HClOHClO2HClO3HClO4其原因可能是因?yàn)樵谶€原過(guò)程中氧化態(tài)愈高的含氧酸需要斷裂的R-O鍵愈多，酸根較穩(wěn)定之故。濃酸的氧化性比稀酸強(qiáng)，含氧酸的氧化性一般比相應(yīng)鹽的氧化性強(qiáng)，同一含氧酸的鹽在酸性介質(zhì)中的氧化性比在堿性介質(zhì)中強(qiáng)。最高氧化態(tài)含氧酸HNO3、H2SO4、H2SeO4及HClO4等都是強(qiáng)氧化劑；這些元素的最低氧化態(tài)化合物，如NH3、H2S和HCl等為還原劑；而處于中間氧化

16、態(tài)的HNO2和H2SO3等既是氧化劑又是還原劑。第29頁(yè)，共40頁(yè)。影響其氧化能力的因素中心原子結(jié)合電子的能力高氧化態(tài)的中心原子在它轉(zhuǎn)變?yōu)榈脱趸瘧B(tài)的過(guò)程中獲得電子的能力與它的電負(fù)性、原子半徑及氧化態(tài)等因素有關(guān)。電負(fù)性大、原子半徑小、氧化態(tài)高的中心原子，其獲得電子的能力強(qiáng)，表現(xiàn)為酸的氧化性強(qiáng)。處于同一周期的元素，從左至右，其電負(fù)性增大，原子半徑減小，它們的最高氧化態(tài)含氧酸的氧化性依次遞增。第30頁(yè)，共40頁(yè)。分子的穩(wěn)定性 如果含氧酸分子中的中心原子R多變價(jià)，分子又不穩(wěn)定，則處于高氧化態(tài)的酸或鹽有氧化性，而且分子越不穩(wěn)定，其氧化性越強(qiáng)。分子的穩(wěn)定性與R-O鍵的強(qiáng)度和鍵數(shù)有關(guān)。R-O鍵的強(qiáng)度愈大、成

17、鍵數(shù)愈多，則要斷裂這些鍵越難。 第六周期元素最高氧化態(tài)含氧酸(包括氧化物及其水合物)的氧化性之所以強(qiáng)，同它們的中心原子的6s2電子對(duì)特別穩(wěn)定有關(guān)。第六周期處于Hg(內(nèi)層電子已填滿)之后的Tl、Pb、Bi等元素的6s2電子對(duì)極穩(wěn)定即惰性電子對(duì)效應(yīng)所致，所以它們的高氧化態(tài)的含氧酸氧化性比第五周期相應(yīng)元素的含氧酸強(qiáng)得多。第31頁(yè)，共40頁(yè)。含氧酸鹽在酸性介質(zhì)中比在中性或堿性介質(zhì)中的氧化性強(qiáng)。濃酸比稀酸的氧化性強(qiáng)。酸又比相應(yīng)的鹽的氧化性強(qiáng)。對(duì)同一元素來(lái)說(shuō)，一般是低氧化態(tài)弱酸的氧化性強(qiáng)于稀的高氧化態(tài)的強(qiáng)酸。如HNO2強(qiáng)于稀的HNO3，H2SO3強(qiáng)于稀H2SO4。這是因在弱酸分子中存在著H+離子對(duì)含氧酸中

18、心原子R的反極化作用，使R-O鍵易斷裂。從而使酸的氧化性增強(qiáng)。濃酸中存在的自由酸分子較多，同理表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。至于ClO4-,MnO4-等離子在酸性介質(zhì)中比在堿性介質(zhì)中強(qiáng),是由于在酸性溶液中有較高的H+離子。ClO4-+8H+8e-=Cl-+4H2O =1.34VClO4-+4H2O+8e-=Cl-+8OH- =0.51V第32頁(yè)，共40頁(yè)。18.5.1 第二周期p區(qū)元素的特殊性非金屬元素的單質(zhì)和化合物在許多性質(zhì)上都呈現(xiàn)出周期性的變化。但是還有許多不規(guī)則之處。第2周期非金屬元素與本族其他元素的顯著差異有：1、最高配位數(shù)它們的最高配位數(shù)為4,而第3周期和以后幾個(gè)周期的元素的配位數(shù)可以超過(guò)4；2、形成鍵和氫鍵的能力B、C、N、O原子可以形成鍵，N、O、F的含氫化合物易生成氫鍵,離子性較強(qiáng)；18.5 P區(qū)元素的次級(jí)周期性次級(jí)周期性是指元素周期表中,每族元素的物理化學(xué)性質(zhì),從上到下并非單調(diào)的直線遞變,而是呈現(xiàn)起伏的“鋸