非金屬元素及其化合物.ppt

第十一章 非金屬元素及其化合物,第三節(jié) 氮族元素,第二節(jié) 氧族元素,第一節(jié) 鹵素,第四節(jié) 碳族和硼族元素,第一節(jié) 鹵素,一、概述,1、外層電子結(jié)構(gòu)：ns2np5,2、氧化能力：F2Cl2Br2I2,3、化合價(jià)：由鹵素電子層結(jié)構(gòu)ns2np5決定，除了易獲得一個(gè)電子顯-1價(jià)外，這些元素可以表現(xiàn)更高的氧化態(tài)+1、+3、+5、+7。,三、鹵化氫、氫鹵酸的鹵化物,（一）鹵化氫和氫鹵酸,1、鹵化氫的制備,（1）直接合成法 （2）復(fù)分解法,2、鹵化氫的性質(zhì),HF最穩(wěn)定，高溫下不分解，而HI在300即大量分解為I2與H2。 HF有強(qiáng)腐蝕性，并能腐蝕玻璃 SiO2 + 4HFSiF4 + 2H2O,（二）鹵化物、多鹵化物,1、氯化物AgCl、Hg2Cl2、PbCl2，CuCl難溶于水，其它易溶于水。,2、由于氟的氧化性強(qiáng)，元素在氮化物中可呈高氧化態(tài)。例如一般鹵素銀鹽為AgX，但有AgF2存在。由于碘離子還原性強(qiáng)，碘化物中元素呈低價(jià)氧化態(tài)，如FeI2較穩(wěn)定。,3、鹵化物可和相同或不相同的鹵素分子形成多鹵化物，最常見(jiàn)的多鹵化物是KI3，是由I2溶于KI中形成。多鹵化物所含的鹵素可以是一種，也可以是兩種或三種，如RbBrCl2、CsBrICl。只有半徑大，電荷少的金屬離子適于形成多鹵化物。,（三）相關(guān)藥物,1、鹽酸 2、氯化鈉 3、氯化鉀 4、氯化銨 5、溴化鈉、溴化鉀和溴化銨 6、碘化鈉、碘化鉀,四、氯的含氧酸,除氟外，所有的鹵素都可以生成含氧酸。鹵素的含氧酸以氯的含氧酸最為重要。 因素含氧酸和含氧酸鹽的許多重要性質(zhì)，如酸性、氧化性、熱穩(wěn)定性、陰離子堿的強(qiáng)度等都隨分子中氧原子數(shù)的改變而呈規(guī)律性的變化。,第二節(jié) 氧族元素,一、概述,周期表第VIA族稱為氧族元素，包括氧、硫、硒、碲和釙五種元素。 價(jià)電子層結(jié)構(gòu)ns2np4，氧化態(tài)-2、+2、+4、+6，氧僅顯-2價(jià)(除H2O2及OF2外)。 氧族元素原子最外層6個(gè)電子，因而它們是非金屬(釙除外)，但不及鹵素活潑。 隨著原子序數(shù)增大，非金屬性減弱，氧硫是非金屬、硒、碲是半金屬，釙是典型金屬。氧的電負(fù)性最高，僅次于氟，所以性質(zhì)非常活潑，與鹵族元素較為相似。,二、氧、臭氧和過(guò)氧化氫,（一）氧 氧是無(wú)色、無(wú)臭的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)下，密度為1.429kgL-1；熔點(diǎn)（54.21K）和沸點(diǎn)（90.02K）都較低，液態(tài)和固態(tài)氧都顯淡藍(lán)色；氧在水中的溶解度很小，通常1ml水僅能溶解0.0308mlO2。 氧最主要的化學(xué)性質(zhì)是氧化化性。除稀有氣體和少數(shù)金屬外，氧幾乎能所有元素直接或間接地化合，生成類型不同，數(shù)量眾多的化合物。,（二）臭氧,常溫下，臭氧（O3）是淺藍(lán)色的氣體，沸點(diǎn)160.6K、熔點(diǎn)21.6K，O3比O2易溶于水（通常1ml水中能溶解0.49ml O3）。 O3的氧化性大于O2。常溫下，O3能與許多還原劑直接作用。例如： PbS + 2O3 = PbSO4 + O2 2Ag + 2O3 = O2+ Ag2O2（過(guò)氧化銀） 2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2 + O2,（三）過(guò)氧化氫,制備：電解60H2SO4溶液，減壓蒸餾得H2S2O8，水解可得H2O2。 H2S2O8+2H2O=2H2SO4+H2O2,性 質(zhì),1、不穩(wěn)定性 2H2O22H2O +O2 2、弱酸性 H2O2 H+ + HO2- H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O,3、氧化還原性,由于H2O2氧化數(shù)處于中間，因此它既顯氧化性又顯還原性，氧化還原能力與介質(zhì)的酸堿性有關(guān)。以氧化性為主。例如： Cl2 +H2O22HCl +O2 H2O2 +2I- +2H+I2 + 2H2O Pb + 4 H2O2 PbSO4+ 4H2O,三、硫、硫化氫和金屬硫化物,（一）硫,1、與金屬、氫、碳等還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作用時(shí)，呈現(xiàn)氧化性。 H2 + S H2S C + 2S CS2 Hg + S HgS,2、與具有氧化性的酸反應(yīng)，呈現(xiàn)還原性。,S +2HNO3 H2SO4 + 2NO S +2 H2SO4（濃） 3SO2+ 2H2O,3、在堿性條件下，硫容易發(fā)生歧化反應(yīng)。,3S + 6NaOH2Na2S + Na2SO3 + 3H2O,（二）硫化氫,1、弱酸性 H2S為二元弱酸，在溶液中有如下電離平衡： H2S H+ +HS- K1=9.110-8 HS- H+ +S2- K2=1.110-12,2、還原性,在酸性溶液中，氫硫酸是中強(qiáng)還原劑，可被空氣中的氧氣氧化析出單質(zhì)硫。 2H2S + O2 = 2S+ 2H2O,3、沉淀劑,由于大多數(shù)金屬硫化物不溶于水，在定性分析中，以H2S作為分離溶液中陽(yáng)離子的沉淀劑。 檢驗(yàn)：以Pb(Ac)2試紙檢驗(yàn)，H2S使試紙變黑： H2S+Pd（Ac）2= PdS+2HAc,（三）金屬硫化物,大多數(shù)金屬硫化物難溶于水 金屬硫化物和硫化銨（NH4）S易溶于水。堿土金屬硫化物的溶解度較小?？扇苄越饘倭蚧锶苡谒畷r(shí)，因S2-離子水解使溶液呈堿性。 S2 + H2O HS- + OH- 可溶性硫化物的固體或溶液均被空氣中的O2所氧化，并生成多硫化物。,四、硫的重要含氧酸及其鹽,（一）亞硫酸及其鹽,SO2溶于水，其水溶液就是亞硫酸。H2SO3是二元弱酸。 H2SO3 H+ +HSO3- K1=1.310-2 HSO3- H+ +SO32- K2=1.0210-7,1、不穩(wěn)定性,2、氧化還原性,SO32- + 2 H+ = SO2+H2O Na2SO3 Na2SO4 + Na2S,Na2SO3 + O2 = Na2SO4 SO32- +2H2S + 2 H+ = 2S + 3H2O,（二）硫酸及其鹽,純硫酸（H2SO4）是無(wú)色油狀液體，凝聚點(diǎn)為283.43K，沸點(diǎn)為603.2K。硫酸為二元強(qiáng)酸，是最常用的三大無(wú)機(jī)強(qiáng)酸之一。 硫酸及其鹽的主要化學(xué)性質(zhì)為： 1、吸水性和脫水性 2、強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性 3、濃硫酸的溶解性,（三）硫代硫酸及其鹽,硫代硫酸（H2S2O3）非常不穩(wěn)定，只能存在于175K以下。常用的是其鹽Na2S2O35，俗稱為海波或大蘇打。 S2O32- + H2O HS2O3- + OH-,1、遇強(qiáng)酸分解,S2O32- +2H+ = S+ SO2+ H2O,2、還原性,Na2S2O3是中等強(qiáng)度的還原劑。 S2O32- + 4Cl2 + 5H2O = 2SO42- +8 Cl- + 10H+ S2O32- + I2 = S4O62- +2I-,3、配位性,S2O32-具有很強(qiáng)的配位能力，能與許多金屬形成穩(wěn)定的配合物。 S2O32- + AgBr = Ag(S2O3)23- + Br-,（四）相關(guān)藥物,1、硫酸鈉 Na2SO410H2O在中藥中稱芒硝或樸硝。 2、硫代硫酸鈉,五、離子的鑒定,1、S2- 利用醋酸鉛試紙鑒定，此法用于S2-濃度較大時(shí)。 S2- + Pb2+ = PbS 2 、SO32- 亞硫酸鹽遇強(qiáng)酸應(yīng)會(huì)放出SO2氣體，SO2具有還原性，能使硝酸亞汞方式紙變黑（Hg22+還原為金屬汞）。 SO32- + 2H+ = SO2+H2O SO2 + Hg22+ + 2H2O = 2Hg + SO42- + 4H+,3、S2O32-,（1）利用S2O32-在酸性介質(zhì)中的不穩(wěn)定性來(lái)檢測(cè)。 S2O32- +2H+ = S+ SO2+ H2O （2）用AgNO3檢驗(yàn)：過(guò)量的Ag+和S2O32-作用，先生成白色Ag2S2O3沉淀，此沉淀不穩(wěn)定，很快分解為Ag2S，沉淀的顏色由白變黃、變棕、最后變成黑色。,4、SO42-,在確證無(wú)F-、SiF62-存在時(shí)，用鋇離子檢驗(yàn)，生成不溶于鹽酸的白色沉淀。 SO42- + Ba2+ = BaSO4,第三節(jié) 氮族元素,一、概述,周期表VA族包括氮、磷、砷、銻、鉍五種元素，稱為氮族元素。通性有： 1、價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為ns2np3，主要氧化態(tài)為-3、+3、+5。 2、氮族元素得電子趨勢(shì)較小，顯負(fù)價(jià)較為困難。因此氮族元素的氫化物除NH3外都不穩(wěn)定，而氧化物均較穩(wěn)定。 3、由于從As到Bi，隨著原子量的增加，ns2惰性電子對(duì)的穩(wěn)定性增加。,二、氨和銨鹽,（一）氨 氨（NH3）是氮的氫化物，常溫下為無(wú)色有刺激性氣味的氣體，極易溶于水，氨的水溶液稱為氨水。,1、弱堿性,2、取代反應(yīng),NH3分子具有堿性，從氨的結(jié)構(gòu)來(lái)看，氨有孤對(duì)電子，可以結(jié)合質(zhì)子，顯示堿性。,NH3分子中的H原子可以被其他的原子或原子團(tuán)取代，如NaNH2（氨基化鈉），CaNH（亞氨基化鈣），當(dāng)三個(gè)H原子都被取代，則生成氮化物，如Li3N。,3、還原性,4、配位性,NH3分子中的N原子處于最低氧化態(tài)（-3）。在一定條件下，氨具有還原性,由于NH3上有孤對(duì)電子 Ag+ 2NH3Ag(NH3)2+,（二）銨鹽,1、遇強(qiáng)堿分解放出氨氣 NH4+ +OH- NH3+ H2O 2、強(qiáng)酸類銨鹽水溶液顯弱酸性 NH4+ + H2O NH3H2O + H+ 3、固態(tài)銨鹽受熱時(shí)易發(fā)生分解反應(yīng) 銨鹽的熱穩(wěn)定性差，受熱時(shí)極易分解，分解產(chǎn)物通常與組成有關(guān)。 NH4Cl NH3+ HCl (NH4)2SO4 NH3+ NH4HSO4,三、氮的含氧酸及其鹽,（一）亞硝酸及硝酸鹽,1、弱酸性 亞硝酸（HNO2）是一元弱酸。 2、不穩(wěn)定性 3HNO2 = HNO3 + H2O + 2NO,3、氧化還原性,HNO2分子中的N的氧化數(shù)為+3，屬于中間氧化態(tài)，既有氧化性又有還原性。在酸性介質(zhì)中，HNO2及其鹽主要顯還原性。如： 2NO2- + 2I- +4H+ = I2 + 2NO +2H2O 當(dāng)HNO2與強(qiáng)氧化劑作用時(shí)，NO2-為還原劑，被氧化為NO3-。如： 5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 2Mn2+ + 5NO3- +3H2O,（二）硝酸及硝酸鹽,1、不穩(wěn)定性 4HNO3 = O2+ H2O + 4NO2 2、強(qiáng)氧化性 HNO3分子中的N的具有最高氧化態(tài)+5，具有強(qiáng)氧化性，可以氧化金屬和非金屬。 （1）氧化非金屬 2HNO3 + S = H2SO4 + 2NO 5HNO3 + 3P + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO （2）氧化金屬 許多非金屬都易被其氧化為相應(yīng)的酸，而HNO3的還原產(chǎn)物一般為NO。,四、磷的含氧酸及其鹽,（一）磷酸及其鹽 常溫下純磷酸為無(wú)色晶體，熔點(diǎn)315.3K，能與水按任何比例混合。 H3PO4可形成三種類型的鹽，即磷酸鹽（如Na3PO4），磷酸一氫鹽（如Na2HPO4）和磷酸二氫鹽（如NaH2PO4）。,（二）次磷酸及其鹽,純凈的次磷酸（H3PO2）是無(wú)色晶體，熔點(diǎn)299.5K，易潮解。H3PO2是一元弱酸，Ka10-2，它的分子中有兩個(gè)與磷原子直接相連的氫原子。次磷酸及其鹽都是強(qiáng)還原劑，可將Ag+、Hg2+、Cu2+等還原。如： Ag+ + H3PO2 + 2H2O = 4Ag + H3PO4 + 4H+,（三）多磷酸、偏磷酸及其鹽,磷在充足的空氣中燃燒生成P4O10，這是由P4四面體結(jié)構(gòu)所決定。磷酐與水作用先形成偏磷酸，然后是焦磷酸，最后得到正磷酸。都是以磷氧四面體為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,五、砷、銻、鉍的重要化合物,（一）氫化物 砷、銻、鉍的氫化物（AsH3、SbH3、BiH3）都是惡臭、無(wú)色、劇毒的氣體。它們的分子結(jié)構(gòu)與NH3相似，但在水中的溶解度卻不大。這些氫化物不穩(wěn)定，容易分解。它們的穩(wěn)定性，按AsH3- SbH3- BiH3的順序依次降低。它們能夠還原重金屬的鹽使金屬沉積下來(lái)。例如： 2AsH3+12AgNO3+3H2O =As2O3+12Ag+12HNO3,（二）氧化物及其水化物,砷、銻、鉍+3氧化物的酸性依次遞減，堿性依次遞增。 As2O3 + 3H2O = H3AsO3 As2O3的酸性顯著，易溶于堿性溶液形成亞砷酸鹽。 As2O3 + 6NaOH = 2Na2AsO3 + 3H2O,（三）常見(jiàn)的鹽,砷、銻、鉍常見(jiàn)的鹽主要有氯化物、硝酸鹽以及亞砷酸和砷酸鈉。它們最主要的化學(xué)性質(zhì)是水解性、氧化性和生成配位化合物。,六、離子的鑒定,1、NH4+ 銨鹽溶液中加入過(guò)量的NaOH試液，加熱后的氨氣放出，使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變監(jiān)。 NH4+ +OH- = NH3+ H2O 2、NO3- 取試樣數(shù)滴于試管中，加入0.1molL-1 FeSO4試液，沿管壁緩慢加入濃H2SO4，使成兩液層，界面顯棕色為陽(yáng)極反應(yīng)。 NO3- + 3Fe2+ + 4H+ =3Fe3+ + NO + 2H2O Fe2+ + NO + SO42- = Fe(NO)SO4,3、NO2- 試管中加入幾滴試液、H2SO4和淀粉KI試液，振蕩試管，若顯藍(lán)色，表明有NO2-存在。 2NO2- + 4H+ + 2I- =2NO+ I2 + 2H2O 4、PO43- 取磷酸鹽溶液，加硝酸和鉬酸銨試液，在70左右溫?zé)釘?shù)分鐘，即析出黃色沉淀。 PO43- + 12MoO42- + 3NH4+ + 24H+ = (NH4) 3PO412MoO312H2O,第四節(jié) 碳族和硼族元素,一、概述,周期表第A族包括碳、硅、鍺、錫鉛五種元素，稱為碳族元素；周期表第A族包括硼、鋁、鎵、銦、鉈五種元素，稱為硼族元素。 通性： （1）價(jià)電子結(jié)構(gòu)為ns2np2，氧化態(tài)+2、+4。 （2）以Ge到Pb，ns2惰性電子對(duì)穩(wěn)定性增強(qiáng)。,二、活性碳的吸附作用,活性碳是具有高吸附能力的單質(zhì)碳。 吸附作用是指氣體分子或溶液中溶質(zhì)附著在某物質(zhì)表面上的現(xiàn)象。 響活性碳吸附量的因素主要有： 內(nèi)因吸附質(zhì)的性質(zhì)。外因吸附溫度。 吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附。,三、碳的氧化物、碳酸及碳酸鹽,（一）碳的氧化物,碳的氧化物有多種，主要的氧化物包括CO、CO2等。 1、一氧化碳 CO是無(wú)色無(wú)臭的氣體，沸點(diǎn)181K，熔點(diǎn)68K。 2、二氧化碳 CO2是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、不能燃燒的氣體，比重是空氣的1.53倍。 CO2化學(xué)性質(zhì)不活潑，但在高溫下，能與碳或活潑金屬鎂、鋁等作用。 CO2 + 2Mg 2MgO + C,（二）碳酸及其鹽,1、CO2溶于水存在平衡，大部分以CO2.H2O的形式存在，只有少部分形成H2CO3，與SO2溶于水的情況相似。 2、碳酸鹽水解 由于碳酸是很弱的酸，所以碳酸鉑在溶液中水解呈較強(qiáng)的堿性，稱為純堿。 3、Na2CO3溶液中加入金屬離子，生成何種沉淀，根據(jù)碳酸鹽及氫氧化物溶解度大小來(lái)決定。,四、硅的含氧化合物及其鹽,（一）二氧化硅 強(qiáng)堿或熔融態(tài)的碳酸鈉與SiO2的反應(yīng)為： SiO2 + NaOH = NaSiO3 + H2O SiO2 + NaCO3 = NaSiO3 + CO2,熔融,（二）硅酸及硅酸鹽,1、硅酸：在實(shí)驗(yàn)室中，用鹽酸與可溶性硅酸鹽作用可得硅酸，硅酸是很弱的酸，在水中溶解度小。在水中隨條件不同，逐步聚合成硅酸凝膠。 2、由于硅酸很弱，N a2SiO3在溶液中強(qiáng)烈水解呈堿性 3、鑒定SiO32-：在SiO32-溶液中加入NH4Cl，發(fā)生完全水解，且有H2SiO3沉淀生成并放出NH3。,五、硼酸和硼砂,（一）硼酸 硼