第九章 常見非金屬元素及其化合物

第九章

常見非金屬元素及其重要化合物

內(nèi)容提要

學(xué)習(xí)目的主要介紹鹵族元素、氧族元素、氮族元素、碳族元素中常見非金屬元素及其重要化合物的性質(zhì)，深刻認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，為分析化學(xué)、藥物化學(xué)和藥物分析等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。內(nèi)容提要

知識(shí)要求

1.掌握常見非金屬元素及其重要化合物的性質(zhì)；掌握非金屬元素性質(zhì)中的一些變化規(guī)律。

2.熟悉鹵素、氧族元素、氮族元素、碳族元素的通性。

3.了解非金屬元素在醫(yī)藥領(lǐng)域及生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。內(nèi)容提要

能力要求

熟練掌握物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)踐技能，學(xué)會(huì)常見非金屬離子的鑒定技術(shù)；學(xué)會(huì)運(yùn)用物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)分析、解決實(shí)踐、生活和工作中的化學(xué)問題，正確使用化學(xué)物質(zhì)。第一節(jié)鹵族元素(一)鹵族元素的通性(二)鹵化氫和鹵化物

(三)含氧酸及其鹽(四)擬鹵素第二節(jié)氧族元素

(一)氧族元素的通性(二)氧和氧的化合物

(三)硫和硫的化合物內(nèi)容提要內(nèi)容提要第三節(jié)氮族元素

(一)氮族元素的通性(二)氮的氧化物

(三)氨和銨鹽(四)硝酸及其鹽

(五)磷和砷第四節(jié)碳硅硼

(一)碳族元素的通性(二)碳及其化合物

(三)硅和硼引言人體內(nèi)非金屬元素在周期表中的分布注：人體必需宏量元素，人體必需微量元素，__為有害元素引言人體內(nèi)非金屬元素在周期表中的分布引言●

C、H、O、N、S、P組成了水、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等人體的主要組成物質(zhì)，P、O、F與金屬元素Ca組成了骨組織?！?/p>

F以氟化鈣的形式存在于人的骨骼和牙齒中，缺氟容易引起齲齒。碘是甲狀腺激素的重要組成成分，缺碘造成甲狀腺腫大，導(dǎo)致智力低下、聾啞、身材矮小等。是多種體液的主要成分，食物中缺少氯時(shí)會(huì)引起多種病癥。引言●

P在人體和生命中具有重要的意義：骨骼中失去磷，人體就會(huì)縮成一團(tuán)；肌肉失去磷，就會(huì)失去運(yùn)動(dòng)能力；腦子失去磷，人的一切思想活動(dòng)就會(huì)立即停止。●

Se能夠抑制過氧化、抗毒性、刺激免疫球蛋白及抗體的產(chǎn)生，具有抑制癌細(xì)胞的作用，并為智力發(fā)育的營養(yǎng)素。第一節(jié)鹵族元素第一節(jié)鹵族元素鹵素的基本性質(zhì)FCl

Br

I原子序數(shù)9

17

35

53價(jià)電子構(gòu)型2s22p53s23p54s24p55s25p5原子半徑／pm

6499114133電負(fù)性（鮑林）4.03.23.02.7

氧化數(shù)－1,0－1,0,－1,0,－1,0,

＋1,＋3,＋1,＋3,＋1,＋3,

＋5,＋7＋5,＋7＋5,＋7ⅦA：FClBrIAt(X)第一節(jié)鹵族元素非金屬性逐漸增強(qiáng)活潑的非金屬元素。FClBrI在化合物中常見氧化數(shù)為－1。氯、溴、碘還表現(xiàn)出＋1、＋3、＋5、＋7的氧化態(tài)。一、鹵族元素的通性第一節(jié)鹵族元素+1氧化態(tài)+3氧化態(tài)+5氧化態(tài)+7氧化態(tài)一個(gè)電子躍遷二個(gè)電子躍遷三個(gè)電子躍遷第一節(jié)鹵族元素二、鹵化氫和鹵化物

鹵化氫氫鹵酸鹵化物

（HX）（HX）

(MXn)+H2O+堿

鹵化氫（HX）為無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，極易溶于水。第一節(jié)鹵族元素★HI＞HBr＞HCl＞HF鹵離子具有還原性，還原能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋骸颕－＞Br－＞Cl－＞F－鹵素單質(zhì)的氧化能力強(qiáng)弱順序?yàn)椋?/p>

★F2

＞Cl2

＞Br2＞I2氫鹵酸均為揮發(fā)性酸。酸性強(qiáng)弱順序?yàn)椋旱谝还?jié)鹵族元素溶于四氯化碳中顯棕色溶于四氯化碳中顯紫紅色或遇到淀粉顯藍(lán)（紫）色Br2-CCl4I2-CCl4I2-淀粉第一節(jié)鹵族元素

氫氟酸能夠腐蝕玻璃：

用于刻蝕玻璃制品上的標(biāo)志和花紋，并貯存于塑料或鉛制容器中。第一節(jié)鹵族元素∶

大多數(shù)金屬鹵化物易溶于水，但氯、溴、碘的銀鹽則難溶于水、不溶于硝酸中。AgCl、AgBr、AgI的顏色和溶解性存在明顯的差異。

鹵化銀顏色加入硝酸加入氨水加入硫代硫酸鈉

AgCl白色不溶解溶解溶解

AgBr淡黃色不溶解部分溶解溶解

AgI黃色不溶解不溶解不溶解第一節(jié)鹵族元素∶+NH3AgClAgIAgBr+Na2S2O3+NH3+Na2S2O3+NH3+Na2S2O3第一節(jié)鹵族元素∶三、鹵素含氧酸及其鹽

鹵素含氧酸：

名稱氧化數(shù)氯溴碘次鹵酸＋1

HClOHBrO

HIO

亞鹵酸＋3HClO2HBrO2

鹵酸＋5HClO3HBrO3HIO3

高鹵酸＋7HClO4HBrO4HIO4、HIO6第一節(jié)鹵族元素

性質(zhì)：強(qiáng)氧化性、不穩(wěn)定性。(一)次氯酸（HClO）及其鹽次氯酸因強(qiáng)氧化性而具有殺菌和漂白作用。Cl2

＋H2O＝HCl＋HClO第一節(jié)鹵族元素氯氣、漂白粉常用作消毒劑和漂白劑。次氯酸是一種弱酸，很不穩(wěn)定，室溫即分解放出氧氣。第一節(jié)鹵族元素(二)氯酸（)及其鹽在催化劑存在下，氯酸鉀受熱分解：用于實(shí)驗(yàn)室中氧氣的制備。第一節(jié)鹵族元素

氯酸鉀與硫、磷、碳等易燃物質(zhì)混合，極易爆炸，用于制造炸藥、火柴、煙火等。

第一節(jié)鹵族元素(三)高氯酸（)及其鹽高氯酸為最強(qiáng)的無機(jī)酸，比較穩(wěn)定。高氯酸的冰醋酸溶液為分析化學(xué)中非水酸堿滴定的標(biāo)準(zhǔn)溶液。高氯酸因其鉀鹽難溶于水而用于鑒定K＋。第一節(jié)配合物的基本概念第一節(jié)鹵族元素

四、擬鹵素?cái)M鹵素?cái)M鹵離子

(CN)2(氰)CN-(氰離子)(SCN)2(硫氰)SCN-(硫氰酸根離子)(一)氰化氫（HCN）和氰化物

氰化氫氫氰酸氰化物

（HCN）（HCN）[M(CN)n]第一節(jié)配合物的基本概念第一節(jié)鹵族元素

氰化鉀和氰化鈉均為劇毒品。

毫克數(shù)量級(jí)即可致死。工業(yè)廢水中氰化物排放標(biāo)準(zhǔn)：＜0.05mg·L-1。氰離子（）具有還原性：氯氣可以氧化廢水中的氰化物。第一節(jié)鹵族元素

氰離子（）具有強(qiáng)配位性:工業(yè)上，使用硫酸亞鐵和消石灰除去廢水中的氰化物。

鐵氰化鉀（）和亞鐵氰化鉀（）為、、的鑒定試劑。第一節(jié)鹵族元素

亞鐵離子的鑒定

鐵離子的鑒定

銅離子的鑒定(二)硫氰化物（硫氰酸鹽）血紅色該反應(yīng)為與的特效鑒定反應(yīng)。第一節(jié)鹵族元素課堂練習(xí)1.不能用玻璃瓶盛放的酸是（）A．HClB．HFC．HNO3D．H2SO4

2．除去液溴中溶解的少量氯氣，可向其中加入的物質(zhì)是（）A．氯化鈉B．液溴C．氯氣D．溴化鉀答案：1.

B、2.

D第一節(jié)鹵族元素4．下列物質(zhì)具有漂白作用的是（）A.氯水B.次氯酸鈣C.氯化鈣D.碳酸鈣E.氟化氫3.下列物質(zhì)能使淀粉－KI試紙變藍(lán)的是（）A.氫氟酸B.碘溶液C.碘化鉀溶液D.氯化鈉溶液E.溴水答案：3.B、E4.A、B第二節(jié)氧族元素第二節(jié)氧族元素ⅥA：OSSeTePo氧族元素的基本性質(zhì)：OS

Se

TePo原子序數(shù)8

16

34

5284價(jià)電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4原子半徑／pm66104117137153電負(fù)性（鮑林）3.52.52.42.12.0

氧化數(shù)－2,－2,0,－2,0,－2,0,

－1,0＋2,＋4＋2,＋4＋2,＋4,＋6,＋6,＋6第二節(jié)氧族元素一、氧族元素的通性比較活潑的非金屬性。OS

Se

TePo典型非金屬金屬在化合物中常見氧化數(shù)為－2。硫、硒、碲還表現(xiàn)出＋2、＋4、＋6的氧化數(shù)。非金屬性逐漸增強(qiáng)第二節(jié)氧族元素+2氧化態(tài)+4氧化態(tài)+6氧化態(tài)一個(gè)電子躍遷二個(gè)電子躍遷第二節(jié)氧族元素O約占地殼重量47%約占空氣體積21%氧單質(zhì)

化合態(tài)氧動(dòng)植物體礦物巖石化合態(tài)氧二、氧和氧的化合物第二節(jié)氧族元素(一)臭氧（）

3O2

2O3紫外線照射電火花大氣平流層中存在的臭氧層能夠吸收太陽光的紫外輻射，保護(hù)著地球表面上的一切生物。人類大量使用的礦物燃料和氯氟烴，臭氧層正遭到破壞。第二節(jié)氧族元素

藍(lán)色氣體，強(qiáng)氧化劑。用于飲水消毒、空氣凈化以及含有機(jī)物廢水的處理。(二)過氧化氫俗稱雙氧水，常用其水溶液。過氧基：O

O

過氧化氫：H

O

O

H97°97°94°第二節(jié)氧族元素

中O的氧化數(shù)為－1：H2O（－2）氧化劑O2

（0）還原劑

（－1）還原氧化第二節(jié)氧族元素實(shí)驗(yàn)室中常用的氧化劑，不會(huì)引入雜質(zhì)。常用作漂白劑和消毒劑。不穩(wěn)定性：

置棕色瓶中于陰涼處保存第二節(jié)氧族元素

過氧化氫的鑒定：

穩(wěn)定存在于乙醚中，顯藍(lán)色。第二節(jié)氧族元素

實(shí)例解析實(shí)例：

藥物分析中，通過在酸性溶液中加入過量的過氧化氫、煮沸至溶液無色后，再加入硝酸和硝酸銀試液，并與標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液比濁的方法檢查碘化物中的氯化物。第二節(jié)氧族元素實(shí)例解析解析：（無色溶液）（白色）溶液的渾濁度與的含量成正比。溶液的渾濁度不超過標(biāo)準(zhǔn)溶液，則氯化物的含量符合要求。第二節(jié)氧族元素課堂互動(dòng)1.碘化物中氯化物的檢查，能否直接加入硝酸和硝酸銀試液進(jìn)行？為什么？2.醚等有機(jī)物因在空氣中氧化產(chǎn)生過氧化物，極易發(fā)生爆炸，使用時(shí)常通過加入或KI檢測(cè)過氧化物的存在，請(qǐng)解釋檢測(cè)原理。

第二節(jié)氧族元素三、硫和硫的化合物二氧化硫、亞硫酸、亞硫酸鹽

三氧化硫、硫酸、硫酸鹽過二硫酸鹽硫化氫和硫化物硫代硫酸鹽硫的化合物(一)單質(zhì)硫(二)硫的化合物第二節(jié)氧族元素1.金屬硫化物

常見金屬硫化物的溶解性和顏色：溶于水溶于稀鹽酸溶于濃鹽酸溶于濃硝酸僅溶于王水Na2S(白色)K2S(白色)(NH4)2S(白色)MnS(肉色)ZnS(白色)FeS(黑色)CdS(黃色)PbS(黑色)SnS(褐色)CuS(黑色)Cu2S(黑色)Ag2S(黑色)Hg2S(黑色)HgS(黑色)第二節(jié)氧族元素硫離子（）的鑒定反應(yīng)：2.硫代硫酸鈉商品名：海波；俗稱：大蘇打遇酸分解：（淡黃色）該反應(yīng)可作為的鑒定反應(yīng)。第二節(jié)氧族元素還原性：該反應(yīng)為碘量法的基本反應(yīng)。硫代硫酸鈉常用作藥物制劑中的抗氧化劑。醫(yī)藥上用作鹵素、重金屬、氰化物中毒時(shí)的解毒劑。第二節(jié)氧族元素3.過二硫酸鹽強(qiáng)氧化劑，在銀離子(Ag+)催化下，可將氧化為：第二節(jié)氧族元素如何區(qū)別硫化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽、硫代硫酸鹽？【難點(diǎn)釋疑】硫化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽、硫代硫酸鹽是最常見的四種含硫化合物。其中，硫化物、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽在酸性溶液中均不穩(wěn)定而分解。它們之間的比較見表。第二節(jié)氧族元素化合物

硫化物

亞硫酸鹽

硫代硫酸鹽

硫酸鹽

與鹽酸的反應(yīng)試紙變黑，無色↑H2S臭雞蛋氣味，使?jié)駶櫞姿徙U

試紙變黑，無色↑SO2

刺激性氣味，使?jié)駶櫹跛醽喒?/p>

無色↑SO2和黃色↓S，刺激的氣味不反應(yīng)

利用四種含硫化合物與鹽酸作用的差異，使用鹽酸、醋酸鉛試紙、硝酸亞汞試紙，可以將硫化物、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、硫酸鹽及其溶液區(qū)別開。第三節(jié)氮族元素第三節(jié)氮族元素ⅤA：NPAsSbBi氮族元素的基本性質(zhì)：NP

AsSbBi原子序數(shù)7

15

33

5383價(jià)電子構(gòu)型2s22p33s23p34s24p35s25p36s26p3原子半徑／pm70110121141155電負(fù)性（鮑林）3.02.12.01.91.9

氧化數(shù)-3,0,+1,-3,0,-3,0,(-3),0,(-3),0,+2,+3，+3,+5+3,+5+3,+5+3,+5

+4,+5第三節(jié)氮族元素一、氮族元素的通性NPAsSbBi典型非金屬典型金屬非金屬性逐漸增強(qiáng)主要氧化數(shù)為－3、＋3和＋5，形成正氧化數(shù)的趨勢(shì)明顯。第三節(jié)氮族元素二、氮的氧化物重要：、。工業(yè)尾氣、燃料廢氣和汽車尾氣中含有的

和

是大氣污染的主要來源。

土壤中植物養(yǎng)料的來源之一第三節(jié)氮族元素三、氨和銨鹽(一)氨（）無色、有刺激性氣味的氣體，極易溶于水，水溶液稱氨水。氨水顯堿性，是最常用的弱堿溶液。常見的配位體。第三節(jié)氮族元素H3N:＋Ag＋[H3N→Ag←NH3]＋第三節(jié)氮族元素

用于難溶金屬鹽和氫氧化物的溶解。(二)銨鹽無色晶體，易溶于水。第三節(jié)氮族元素遇強(qiáng)堿分解：實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的反應(yīng)。鑒定銨離子的特效反應(yīng)：

使紅色石蕊試紙變藍(lán)。2NH4NO3N2↑＋O2↑＋4H2O(NH4)2SO4

NH3↑＋NH4HSO4第三節(jié)氮族元素受熱分解，產(chǎn)物視酸的性質(zhì)而不同：揮發(fā)性酸：NH4Cl

NH3↑＋HCl↑△△△非揮發(fā)性酸：氧化性酸：第三節(jié)氮族元素四、硝酸及其鹽（一）硝酸硝酸為揮發(fā)性強(qiáng)酸，見光或受熱分解。4HNO3

4NO2↑＋O2↑＋2H2O見光或△硝酸具有強(qiáng)氧化性。能夠與幾乎所有金屬（金、鉑等除外）反應(yīng)，還原產(chǎn)物一般為：第三節(jié)氮族元素濃硝酸稀硝酸活潑金屬與極稀硝酸

王水(濃硝酸與濃鹽酸1:3的混合物)具有比硝酸更強(qiáng)的氧化性，可溶解金、鉑等貴金屬。第三節(jié)氮族元素（二）硝酸鹽均為無色晶體，易溶于水。受熱分解產(chǎn)生氧氣:

可為高溫供氧劑。第二節(jié)氮族元素五、磷和砷(一)磷1.磷酸酐()與水反應(yīng)生成各種磷酸：

2H2O(冷)2H2O(熱)2H2O(沸)強(qiáng)烈的吸水性，是實(shí)驗(yàn)室常用的、吸水性最強(qiáng)的干燥劑。第三節(jié)氮族元素2.磷的含氧酸及其鹽

正磷酸焦磷酸三磷酸偏磷酸亞磷酸次磷酸化學(xué)式P的氧化數(shù)+5+5+5+5+3+1

磷酸為非揮發(fā)性的中強(qiáng)三元酸?？尚纬烧}、一氫鹽和二氫鹽三級(jí)鹽。

磷酸二氫鹽易溶于水，磷酸一氫鹽中僅有鉀、鈉、銨鹽易溶于水。磷酸一氫鹽和磷酸二氫鹽為常用的緩沖對(duì)。第三節(jié)氮族元素

磷酸根離子的鑒定：磷酸鹽和過量的鉬酸銨在含硝酸的溶液中受熱，慢慢析出黃色沉淀。(二)砷1.氧化物及含氧酸

As的氧化數(shù)＋3＋5氧化物(三氧化二砷）(五氧化二砷)含氧酸（亞砷酸）(砷酸)第三節(jié)氮族元素劇毒品!致死量約為0.1g。三氧化二砷(

)，俗稱吡霜。白色粉未狀固體。三氧化二砷和亞砷酸(

)為偏酸性的兩性化合物。在堿性溶液中，亞砷酸鹽為還原劑:第三節(jié)氮族元素在酸性溶液，砷酸表現(xiàn)出氧化性：2.砷化氫（

）馬氏試砷法：用于砷的檢驗(yàn)。加熱部位形成亮黑色的“砷斑”第四節(jié)碳、硅和硼第四節(jié)碳、硅和硼ⅣA：C、Si、Ge、Sn、PbⅢA：B、Al、Ga、In、Tl碳族元素的基本性質(zhì)：

CSi

GeSnPb原子序數(shù)6

14

32

5082價(jià)電子構(gòu)型2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2原子半徑／pm77117122141175電負(fù)性（鮑林）2.51.81.81.81.9

氧化數(shù)-4,0,0,+2,0,+2,0,+2,0,+2,+2,+4+4+4+4+4第四節(jié)碳、硅和硼一、碳族元素的通性

C

Si

Ge

Sn

Pb典型非金屬準(zhǔn)金屬典型金屬金屬性逐漸增強(qiáng)

主要氧化數(shù)為＋4和＋2。

第四節(jié)碳、硅和硼二、碳及其化合物碳單質(zhì)天然氣碳酸鹽石油大氣動(dòng)植物礦物碳的分布蛋白質(zhì)脂肪淀粉纖維素二氧化碳金剛石石墨第四節(jié)碳、硅和硼1.活性炭

具有很強(qiáng)的吸附能力，是藥物生產(chǎn)中常用的吸附劑2.二氧化碳和碳酸

△

通過加熱、煮沸的方法可以除去水中溶解的二氧化碳。品紅溶液+活性碳第四節(jié)碳、硅和硼碳酸為二元弱酸，可以形成碳酸鹽和碳酸氫鹽。碳酸氫鹽均溶于水，碳酸鹽只有堿金屬和銨鹽易于水。碳酸鹽和碳酸氫鹽在一定條件下，可以相互轉(zhuǎn)化：

第四節(jié)碳、硅和硼△這是自然界中溶洞及乳石、石筍等形成的原理。

碳酸鹽和碳酸氫鹽遇強(qiáng)酸分解：是檢驗(yàn)碳酸根和碳酸氫根的特效反應(yīng)。第四節(jié)碳、硅和硼三、硅和硼(一)硅

硅膠具有很強(qiáng)的吸附能力，為常用吸附劑和干燥劑。

含

的硅膠稱變色硅膠，用于實(shí)驗(yàn)室中精密儀器的防潮。吸潮第四節(jié)碳、硅和硼(二)硼1.硼酸（）一元弱酸：加入多元醇，酸性大大增強(qiáng)。硼酸及其鹽的特效鑒定反應(yīng)：硼酸與醇生成的硼酸酯，燃燒時(shí)產(chǎn)生邊緣顯綠色的火焰。第四節(jié)碳、硅和硼2