課程設計-動機第6章元素化學

聯(lián)系物質結構基礎知識,了解單質和某些化合物的熔點、硬度以及導電性等物理性質的一般規(guī)律。第6章元素化學

聯(lián)系化學熱力學基礎知識,了解單質氧化還原性的一般規(guī)律。

聯(lián)系周期系和電極電勢,明確某些化合物的氧化還原性和酸堿性等化學性質的一般規(guī)律。了解配合物的組成、命名。了解配合物價鍵理論的基本要點以及配合物的某些應用。

了解重要金屬、金屬材料、無機非金屬材料及納米材料的特性及應用。本章學習要求目錄6.1

單質物理性質的周期性6.2單質的性質6.3無機化合物的物理性質6.4無機化合物的化學性質6.5配位化合物6.6無機材料6.1

單質物理性質的周期性在目前發(fā)現(xiàn)的112種元素中，單質的存在狀態(tài)各異，有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種。思考：單質的物理性質主要與什么因素有關？答：單質的物理性質與它們的原子結構或晶體結構有關。由于原子結構或晶體結構具有一定的規(guī)律性，因此單質的物理性質也有一定的規(guī)律性。6.1.1

熔點、沸點和硬度單質的熔點、沸點和硬度一般具有相同的變化趨勢，即熔點高的單質其沸點一般也高，硬度也較大。

第2、3周期元素的單質從左到右，逐漸升高，第ⅣA主族元素最高，隨后急劇降低；原因：左→右，原子半徑降低，價電子增多，金屬鍵能上升，所以溶、沸點上升；至第ⅣA，未配對價電子數(shù)漸減少，單質由金屬晶體過渡到原子熔所以熔沸點高;分子晶體溶、沸點低。6.1.1

熔點、沸點和硬度

第4、5、6周期元素的單質從左到右，逐漸升高，第ⅥB族元素最高，隨后總趨勢逐漸降低。即：高熔點、高硬度單質集中在中部，其兩側較低。原因：ⅢB~ⅥB，原子半徑減小,價電子增多,金屬鍵能上升。第ⅥB的(n-1)dns電子數(shù)目最多，可參與成鍵,又原子半徑較小,所以對應單質熔、沸點最高。

74W：熔點最高（3410℃）的金屬；ⅦB起，未成對電子又漸減少，單質向分子晶體過渡。

80Hg：熔點最低（-38.84℃）的金屬.1.

單質的熔點圖6.1單質的熔點(°C)2.

單質的沸點圖6.2單質的沸點(°C)3.單質的硬度圖6.3單質的硬度(莫氏)4.

主族元素的晶體類型IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0H2分子H2分子He分子Li金屬Be金屬B近原子C金剛石,原子石墨,層狀N2分子O2分子F2分子Ne分子Na金屬Mg金屬Al金屬Si原子P分子,層狀S分子,鏈狀Cl2分子Ar分子K金屬Ca金屬Ga金屬Ge原子As分子,層狀Se分子,鏈狀Br2分子Kr分子Rb金屬Sr金屬In金屬Sn原子,金屬Sb分子,層狀Te鏈狀I2分子Xe分子Cs金屬Ba金屬Tl金屬Pb金屬Bi層狀,近金屬Po金屬AtRn分子5.

非金屬單質的晶體結構圖6.4非金屬單質的分子和晶體結構示意圖金屬晶體C60的發(fā)現(xiàn)圖6.5C60結構圖1996年英國科學家

Kroto,美國科學家

Smalley及Curl三位教授因首先發(fā)現(xiàn)C60而榮獲瑞典皇家科學院頒發(fā)的諾貝爾化學獎。H.W.克魯托

HaroldW.KrotoR.E.史沫萊

RichardE.SmalleyR.F.柯爾

RobertF.Curl附圖6.1發(fā)現(xiàn)C60的三位科學家碳的同素異形體金剛石sp3網格狀硬度大圖6.6

碳的同素異形體石墨C60金剛石C60類sp2球烯多種優(yōu)異性能石墨sp2

片層狀

潤滑性、導電性6.1.2

導電性和能帶理論1.單質的導電性金屬能三維導電，是電的良導體；許多非金屬單質不能導電，是絕緣體；介于導體與絕緣體之間的是半導體，例如Si、Ge等。思考：單質中最好的導體是誰？答：Ag、Cu、Au、Al等是最好的導電材料。金屬的純度以及溫度等因素對金屬的導電性能影響相當重要。導體與半導體的某些區(qū)別圖6.7單質的電導率(MS·m-1)單質的電導率(MS·m-1)2.

固體能帶理論-以分子軌道理論為基礎以鈉為例，兩個3s原子軌道可以組合形成兩個分子軌道：一個能量較低的成鍵分子軌道和一個能量較高的反鍵分子軌道。當原子數(shù)目n很大時，分子軌道數(shù)也很多，這些分子軌道的能級之間相差極小，形成了具有一定上限和下限的能帶，由于3s原子軌道之間的相互作用，形成3s能帶。圖6.8金屬鈉中原子的3s軌道能帶示意圖空能級

電子占用能級未滿帶3n個

3pn個

3s

Mg的3s能帶是滿帶，3p能帶是空帶，可以部分重疊。通過重疊電子可以躍遷到

3p空帶中去?？諑M帶金屬Mg的能帶示意圖圖6.9金屬Mg的能帶示意圖3.

能帶理論的應用導體：晶體中存在未滿帶（電子未充滿或滿帶與空帶部分重疊）是金屬能導電的根本原因。絕緣體：特征是價電子所處的能帶都是滿帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個較寬的禁帶（一般﹥5ev）

。半導體：能帶與絕緣體的相似，但半導體的禁帶要狹窄得多（一般1ev

）

。導體、半導體和絕緣體能帶空能級電子占用能級a導體

空帶禁帶滿帶b半導體空帶禁帶滿帶c絕緣體圖6.10導體、半導體和絕緣體的能帶模型示意圖滿帶空帶6.2單質的性質金屬非金屬光澤金屬光澤大多數(shù)銀白色無金屬光澤狀態(tài)固體氣體或液體導電導熱+--延展性+--無嚴格界限,位于周期表p區(qū)對角線附近的B、Si、Ge和As等稱為類金屬（metal-like）.

黑色金屬:Fe、Mn、Cr及合金有色金屬:工程上分類6.2.1金屬元素1.金屬的分類活潑:s區(qū)、ⅢB族中等活潑:d區(qū)、ds區(qū)、p區(qū)不活潑:d區(qū)按活潑性有色金屬又可分為:輕金屬重金屬貴金屬稀有金屬放射性金屬5g/cm3Fr、Tc、Po、Ra和Ac系Au、Ag和Pt族素（1） 主族金屬元素2.金屬的性質

s區(qū)金屬元素ns1-2

物理性質應用晶體類型金屬晶體密度小鋰、鈹、鎂是重要的輕質合金元素硬度小熔沸點低Cs的熔點28.40℃鈉鉀合金特性光電效應

Rb和Cs（1） 主族金屬元素2.金屬的性質

s區(qū)金屬元素化學性質應用還原性強O2正常氧化物過氧化物氧氣發(fā)生劑漂白劑超氧化物急救H2O劇烈Be、Mg鈍化思考題思考1：金屬單質的還原性主要與哪些因素有關？答：從結構因素考慮，主要與元素的核電荷數(shù)、原子半徑和最外層電子數(shù)有關。思考2：金屬單質的還原性主要體現(xiàn)在哪些反應上？

金屬與氧的作用

金屬置換氫的能力p區(qū)金屬元素ns2np1-5

物理性質應用晶體類型金屬晶體過渡型晶體

Ge、Sn、Sb、Bi

密度大重金屬

Al小輕質合金元素硬度小熔沸點低Ga熔點29.78℃錫、鉛、鉍是低熔合金元素用來制造測高溫的溫度計導電性Al高壓電纜GaInTlGe半導體特性銻、鉍凝固時體積膨脹鉛字合金(由Sn、Sb、Pb和Cu組成）p區(qū)金屬元素化學性質應用還原性弱Al++強O2-Pb+但鈍化鉛蓄電池Al++強但鈍化日用器皿H2O-稀酸+銻、鉍-堿鋁鎵錫鉛+兩性金屬（2）過渡金屬元素（n-1）d1-10ns0-2

d區(qū)、ds區(qū)金屬元素物理性質應用晶體類型金屬晶體密度高硬度高鉻9.0硬質合金熔沸點高鎢熔點3410℃耐高溫合金

Hg熔點-38.8℃

溫度計、氣壓計導電導熱好ⅥB（2）過渡金屬元素

d區(qū)、ds區(qū)金屬元素化學性質應用還原性弱第1過渡系比第2、3過渡系活潑（ⅢB族除外）ⅢB族+O2第4周期+第5、6周期弱酸第4周期+（銅除外）第5、6周期弱ZrHf能溶于王水或氫氟酸ZrNbMoTcHfTaWRe高穩(wěn)定稀有金屬耐腐蝕合金元素RuRhOsIr不溶于王水RuRhPdAgOsIrPtAu貴金屬金屬的鈍化：金屬或合金在某些環(huán)境條件下，喪失化學活潑的行為。條件：（1）生成的氧化物體積須大于氧化消耗的金屬的體積；（2）表面膜本身結構須致密，且具有較高的穩(wěn)定性；（3）膜的膨脹系數(shù)與單質差不多。最宜產生鈍化的物質：Al,Cr,Ni,Ti及含其合金。3.金屬的鈍化FeO疏松Fe3O4致密“發(fā)藍處理”4.

金屬單質活潑性規(guī)律

同一周期在短周期中，從左到右金屬單質的還原性逐漸減弱。在長周期中的遞變情況和短周期一致，但較為緩慢，也有例外。

同一族自上而下主副族變化規(guī)律相反（ⅢB與相鄰的主族一致）。氧化性增強氧化性增強還原性增強還原性增強增強還原性還原性增強不明顯還原性增強ⅠAⅡAⅢAⅦAⅢBⅣBⅡB附圖6.11金屬單質活潑性規(guī)律溫度對單質活潑性的影響*化學熱力學計算結果表明：在873K的高溫時，單質與氧氣結合的能力由強到弱的順序大致為：Ca、Mg、Al、Ti、Si、Mn、Na、Cr、Zn、Fe、H2、C、Co、Ni、Cu這一順序與常溫時單質的活潑性遞變情況并不完全一致。溫度會影響金屬與氧氣反應的產物。

對于氧化值可變的金屬來說，高溫下生成低氧化值的金屬氧化物的傾向較大，而常溫下生成高氧化值的金屬氧化物的傾向較大。例如，鐵在高溫下以生成FeO為主,常溫時則以Fe2O3為主。

rGm

(T)

≈

rHm

(298.15K)

T.

rSm

(298.15K)圖6.12一些單質與氧氣反應的

rGm(T)與溫度的近似關系思考題*思考：副族元素與氧反應的活潑性遞變規(guī)律同主族元素相比，有何不同？答：同一周期：活潑性遞變規(guī)律基本一致，但副族元素的變化很小，性質比較類似。同一族：活潑性主族元素隨周期數(shù)增加而增加；副族元素（除Sc副族）隨周期數(shù)增加而降低。6.2.2非金屬元素（22種）附圖6.13非金屬單質

1.非金屬單質的物理性質物理性質應用晶體類型分子晶體過渡型晶體同素異晶

原子晶體密度硬度小大金剛石10熔沸點低高金剛石熔點3550℃石墨熔點3527℃球烯特性2.非金屬元素的化學性質1活潑的非金屬單質強氧化劑F2,Cl2,O2,Br22較不活潑的非金屬單質還原劑C,H2,Si3不活潑的非金屬單質惰性介質（保護性氣體）N2,稀有氣體4大多數(shù)既有氧化性，又有還原性歧化反應Cl2,Br2，I2

，P4

，S82.非金屬元素的化學性質

較活潑的非金屬單質如F2、O2、Cl2、Br2具有強氧化性，常用作氧化劑。5Cl2+I2+6H2O=10Clˉ+2IO3ˉ+12H+

較不活潑的非金屬單質如C、H2、Si常用做還原劑，如：C+2H2SO4(濃)=CO2(g)+2SO2(g)+2H2O3Si+18HF+4HNO3=3H2[SiF6]+4NO(g)+8H2OSi+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(g)

一些不活潑的非金屬單質如稀有氣體、N2等通常不與其他物質反應，常用做惰性介質保護氣體。值得注意的問題：

歧化反應--有些非金屬單質既具有氧化性又具有還原性，其Cl2、Br2、I2、P4、S8等能發(fā)生岐化反應。Cl2+H2O=HCl+HClOCl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2OBr2+6NaOH=5NaBr+NaBrO3+3H2OI2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O次氯酸鈉次氯酸鈉可以釋放出原子氯，后者有極強的殺菌和漂白作用。因此廣泛地用作消毒液和漂白劑。次氯酸鈉在工業(yè)上用作氧化劑，可以將芳酮氧化為羧酸：ArCOCH3+NaOCl=ArCOONa+CH3Cl3.

離子型氫化物活潑性極強的堿金屬和堿土金屬可以與氫氣發(fā)生反應生成離子型氫化物：2Na+H2=2NaHCa+H2=CaH2應用：

NaH+TiO2=NaOH+TiCaH2+H2O=2H2+Ca（OH）2氫化物可分為共價型、金屬型、離子型等。共價型如HCl金屬型氫化物（非整比化合物）是很好的貯氫材料。離子型氫化物可以釋放原子態(tài)氫，在工業(yè)上作為強還原劑用于還原醛、酮、酯等羰基化合物。6.3

無機化合物的物理性質

無機化合物種類繁多，情況比較復雜。這里依照元素的周期性規(guī)律和物質結構，尤其是晶體結構理論為基礎，討論具有代表性的氯化物和氧化物的熔點、沸點等物理性質以及規(guī)律。6.3.1

氯化物的熔點、沸點和極化理論氯化物是指氯與電負性比氯小的元素所組成的二元化合物。分為金屬氯化物與非金屬氯化物。金屬氯化物分為：離子型氯化物--熔點較高、穩(wěn)定性好的氯化物在熔融狀態(tài)可用作高溫介質(鹽浴劑)，CaF2、NaCl、KCl等可以用作紅外光譜儀的棱鏡；性質較穩(wěn)定的無水氯化物如CaCl2等常用作干燥劑。過渡型氯化物--過渡型的無水氯化物如AlCl3、ZnCl2、FeCl3等可以在極性有機溶劑中溶解，常用作烷基化反應或?；磻拇呋瘎?。1.

氯化物的熔點和沸點金屬鹵化物非金屬鹵化物離子型過渡型共價型所有金屬氟化物一般金屬氯化物活潑金屬氯化物溴化物溴化物碘化物熔沸點高居中低晶體類型離子晶體離子晶體分子晶體過渡分子晶體氯化物熔點圖6.14氯化物的熔點(單位為°C)注1：IB~VB，IA~IVA族價態(tài)與族數(shù)相同；VIA族為四氯化物，VIB、VA族為三氯化物。VIIB和VIII族為二氯化物。

注2：Tl、Pb、Bi分別為+1、+2、+3價。IAHCl

-84.9IIAIIIAIVAVAVIALiCl

1342BeCl2

520BCl3

12.5CCl4

76.8NCl3<71NaCl

1413MgCl2

1412AlCl3178sSiCl4

57.6PCl375.5SCl4-15dIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBKCl1500sCaCl2

>1600ScCl3

825sTiCl4

136.4VCl4

148.5CrCl3

1300sMnCl2

1190FeCl3

315dCoCl2

1049NiCl2

973sCuCl2933dCuCl1490ZnCl2

732GaCl3201.3GeCl4

84AsCl3130.2SeCl4288dRbCl

1390SrCl2

1250YCl3

1507ZrCl4

331sNbCl5

254MoCl5

268RhCl2

800sAgCl1550CdCl2

960InCl3600SnCl4

114.1SbCl3283TeCl4380CsCl

1290BaCl2

1560LaCl3

>1000HfCl4

319sTaCl5

242WCl6346.7

WCl5

275.6ReCl4

500AuCl3265s

AuCl

289.5dHgCl2

302TlCl720PbCl4

105dPbCl2

950BiCl3447圖6.15氯化物的沸點(單位為°C)s表示升華;d表示分解；LiCl，ScCl3的數(shù)據有一個溫度范圍，本表取平均值。氯化物的沸點2.

離子極化理論及應用*把組成化合物的原子看作球形的正、負離子，正、負電荷的中心重合于球心。在外電場的作用下，離子中的原子核和電子會發(fā)生相對位移，離子就會變形，產生誘導偶極，這種過程叫做離子極化。事實上離子都帶電荷，所以離子本身就可以產生電場，使帶有異號電荷的相鄰離子極化。圖6.16離子極化作用示意圖離子極化的結果離子極化的結果，使正、負離子之間發(fā)生了額外的吸引力，甚至有可能使兩個離子的軌道或電子云產生變形而導致軌道的相互重疊，趨向于生成極性較小的鍵（如下圖），即離子鍵向共價鍵轉變。因而，極性鍵可以看成是離子鍵向共價鍵過渡的一種形式。圖6.17離子鍵向共價鍵轉變的示意圖影響離子極化作用的重要因素*極化力：離子使其它離子極化而發(fā)生變形的能力（正離子）變形性：離子可以被極化的程度（負離子）離子電荷z↑,極化力↑電荷的代數(shù)值↓，變形性↑Si４＋＜Al３＋＜Mg２＋＜Na+＜F-＜Ｏ2-離子半徑r↓,極化力↑r↑,變形性↑F-＜Cl-＜Br-＜I–Ｏ2-＜S2-外層電子構型8電子

弱8電子變形性小9－17居中1818+29－17變形性較大1818+22

強極化對晶體結構和熔點的影響*（同周期）以第三周期氯化物為例：Na+、Mg2+、Al3+、Si4+離子電荷依次遞增半徑減小極化力增強引起Clˉ發(fā)生變形的程度依次增大致使正負離子軌道的重疊程度增大鍵的極性減小晶體由NaCl的離子晶體轉變?yōu)镸gCl2、AlCl3的層狀過渡型晶體，最后轉變?yōu)镾iCl4的共價型分子晶體，其熔點、沸點、導電性也依次遞減。極化對晶體結構和熔點的影響*（同族）ⅠA典型的離子晶體（H、Li除外）上→下r＋↑，靜電引力↓，熔點↓ⅡA出現(xiàn)過渡型晶體上→下r＋↑極化力↓離子晶體傾向↑熔點↑BeCl2(鏈狀晶體)→MgCl2（層狀晶體）→

BaCl2（離子晶體）PbCl2

＞PbCl4SnCl2＞

SnCl4z↑極化作用增強高價態(tài)氧化物熔點低

AgCl,AgBr,AgI顏色逐漸加深，水中溶解度漸?。瓹l-，Br-，I-

r↑,變形性增大(共價程度增強)，極性減小，溶解度減小。6.3.2

氧化物的熔點、沸點和硬度離子型氧化物--金屬性強的元素的氧化物是離子型化合物，如Na2O、MgO，熔點、沸點大都較高。共價型氧化物--大多數(shù)非金屬氧化物是共價化合物，如CO2、N2O5，固態(tài)時是分子晶體，熔點、沸點低；SiO2則是原子晶體，熔點高，硬度大。過渡型氧化物--金屬性弱的元素的氧化物屬過渡型晶體：其中低價偏向離子晶體或原子晶體，如Cr2O3、Fe2O3、Al2O3

高價偏向共價型分子晶體，如V2O5、CrO3、MoO3

原子型、離子型和某些過渡型的氧化物晶體，由于具有熔點高、硬度大、對熱穩(wěn)定性高的共性，工程中?？捎米髂チ?、耐火材料及耐高溫無機涂料等。氧化物的熔點圖6.18

氧化物的熔點(單位為°C)除標有*、**和VIII族的元素外，所有元素氧化物的價態(tài)與族數(shù)一致。*：Rh2O3

；**：Au2O3;VIII族：+2價。VA族有下劃線的為+3價。大多數(shù)同價態(tài)金屬氧化物熔點＞氯化物熔點MgO＞MgCl2

，CuO＞CuCl2,Fe2O3＞FeCl3rCl-

＞rO2-,O2-變形性小。氧化物的熔沸點離子晶體過渡型原子晶體分子晶體低價態(tài)高偏離子晶體

高高價態(tài)低偏分子晶體高低例：比較ⅡA族碳酸鹽的熱穩(wěn)定性：答：r+極化力↓

↑，越易奪O2-，并放出CO2↑ MgCO3

＜CaCO3＜BaCO3例：比較Ag2CO3與Na2CO3的熱穩(wěn)定性：Ag+(9-17或18電子構型)比Na+(8電子構型)極化力↑，共價成分↑

Ag2CO3＜Na2CO3其它性質6.4

無機化合物的化學性質本節(jié)選擇科學研究和實際工程中應用較多的高錳酸鉀、重鉻酸鉀、亞硝酸鹽、過氧化氫為代表，介紹氧化還原性、介質的影響及產物的一般規(guī)律。無機化合物的化學性質涉及范圍很廣?，F(xiàn)聯(lián)系周期系，著重討論氧化還原性和酸堿性。6.4.1氧化還原性H2O2H2O2既有氧化性，又有還原性應用酸性介質H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O殺菌劑漂白劑織物皮膚頭發(fā)3%的H2O2做外科消毒劑90%的H2O2做火箭燃料的氧化劑遇更強氧化劑2MnO4-+5H2O2+６H+=２Mn2++5O2+8H2O高錳酸鉀KMnO4

還原產物酸性介質Mn2+(淺紅色/無色)消毒殺菌劑毒氣吸收劑脫色劑中性或弱堿性MnO2

(棕褐色沉淀)堿性介質MnO42-

(綠色)K2Cr2O7K2Cr2O7揉革染料顏料電鍍鈍化2Cr2O72-+16H+＋3C2H5OH=4Cr3++11H2O+3CH3COOH橙紅色綠色檢測酒后駕車K2Cr2O7+H２ＳO４=CrO３+K２ＳO４++H2O

Cr3+暗紅色

綠色洗液洗液失效Cr是人體必須元素缺乏過量糖代謝和脂肪代謝中協(xié)助胰島素作用血液中糖胰島素細胞糖尿病冠心病有毒三價鉻毒性大致畸、致癌、致突變亞硝酸鹽亞硝酸鹽既有氧化性，又有還原性應用酸性介質呈氧化性2NO2-+2I-+4H+=2NO(g)+I2+2H2O金屬表面處理肉類食品添加劑遇更強氧化劑呈還原性CrO72-+3NO2-＋8H+=2Cr3++3NO3-+4H2O作用副作用發(fā)色Ｆｅ２＋Ｆｅ３＋，缺氧防腐4兩可梭狀肉毒芽孢桿菌可將全世界的人致死致癌改善風味6.4.2

酸堿性氧化物及其水合物的酸堿性強弱的一般規(guī)律：

氧化物及其水合物的酸堿性根據氧化物對酸、堿的反應不同可將氧化物分為酸性氧化物堿性氧化物兩性氧化物不成鹽氧化物（ＣＯ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ）氧化物的水合物可用一個簡化通式R(OH)x來表示。

周期系各族元素最高價態(tài)的氧化物及其水合物從左到右：酸性增強，堿性減弱自上而下：酸性減弱，堿性增強

同一元素形成不同價態(tài)的氧化物及其水合物高價態(tài)的酸性比低價的態(tài)強；低價態(tài)的堿性比高價的態(tài)強。氧化物及水合物的酸堿性堿性增強IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA酸性增強酸性增強LiOH

(中強堿)

NaOH

(強堿)

KOH

(強堿)

RbOH

(強堿)

CsOH

(強堿)Be(OH)2

(兩性)

Mg(OH)2

(中強堿)

Ca(OH)2

(中強堿)

Sr(OH)2

(中強堿)

Ba(OH)2

(強堿)H3BO3

(弱酸)

Al(OH)3

(兩性)

Ga(OH)3

(兩性)

In(OH)3

(兩性)

Tl(OH)3

(弱堿)H2CO3

(弱酸)

H2SiO3

(弱酸)

Ge(OH)4

(兩性)

Sn(OH)4

(兩性)

Pb(OH)4

(兩性)HNO3

(強酸)

H3PO4

(中強酸)

H3AsO4

(弱性)

HSb(OH)4

(弱性)

H2SO4

(強酸)

H2SeO4

(強性)

H2TeO4

(弱性)

HClO4

(超強酸)

HBrO4

(強性)

H5IO6

(強性)堿性增強表6.19氧化物及水合物的酸堿性相同元素不同價態(tài)的氧化物及其水合物的酸堿性HClO HClO2 HClO3 HClO4

弱酸 中強酸 強酸 極強酸酸性增強Mn(OH)2 Mn(OH)3 Mn(OH)4 H2MnO4 HMnO4堿 弱堿 兩性 弱酸 強酸酸性增強CrO Cr2O3 CrO3堿性 兩性 酸性酸性增強R(OH)x離子鍵理論*R(OH)X型化合物可以按兩種方式解離：

IRO鍵斷裂堿式解離

IIOH鍵斷裂酸式解離若簡單地把R、O、H都看成離子，考慮正離子Rx+和H+分別與O2-之間的作用力。Rx+離子的電荷數(shù)越多半徑越小Rx+的吸O2-斥H+能力越大越易發(fā)生酸式解離酸性越強堿性越弱當R為低價態(tài)(≤+3)金屬元素(s區(qū)和d區(qū)低價態(tài)離子)時，其氫氧化物多呈堿性；當R為中間價態(tài)(+2～+4)時(p區(qū)金屬，d區(qū)、ds區(qū)），其氫氧化物常顯兩性，當R為＋3≤R≤+7（p區(qū)非金屬，d區(qū)弱金屬）其氫氧化物多呈酸性。ROHIII酸式堿式氯化物

氯化物與水的作用

不太活潑金屬的氯化物鎂、鋅、鐵等的氯化物會不同程度地與水發(fā)生反應(水解)，盡管反應常常是分級進行和可逆的，卻總引起溶液酸性的增強。

SnCl2+H2OSn(OH)Cl(s)+HCl SbCl3+H2OSbOCl(s)+HCl BiCl3+H2OBiOCl(s)+HCl活潑金屬的氯化物鉀、鈉、鋇的氯化物在水中解離并水合，但不與水發(fā)生反應。氯化物非金屬氯化物多數(shù)非金屬氯化物和某些高價態(tài)金屬氯化物與水完全反應，形成酸霧。SiCl4(c)+3H2O=H2SiO3(s)+4HCl(aq)PCl5(s)+4H2O=H3PO4(aq)+5HCl(aq)GeCl4(c)

+4H2O=GeO2.2H2O(s)+4HCl(aq)硅酸鹽

硅酸鹽與水的作用除堿金屬外，絕大多數(shù)硅酸鹽難溶于水也不與水作用。硅酸鈉、硅酸鉀是常見的可溶性的硅酸鹽。將二氧化硅與燒堿或純堿共熔，可得硅酸鈉。 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(g) SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2(g)Na2SiO3與水反應，強烈水解，呈堿性。

SiO32ˉ＋H2O=H2SiO3＋2OHˉ水玻璃硅酸鈉的水溶液稱為水玻璃，俗稱泡花堿?？捎米飨礈熘鷦９杷徕c的計量式可表示為Na2O·mSiO2(寫成Na2SiO3是簡化表示)，m稱為水玻璃的模數(shù)，一般在3左右。在一定范圍內，水玻璃的模數(shù)越大，水玻璃的粘結性越高，硬化速率越快，但粘結后強度較低。因此正確選擇模數(shù)或加入化學試劑(如NH4Cl或NaOH)來調節(jié)模數(shù)，是保證粘結質量的一個重要因素。水玻璃常用做鑄型砂的粘結劑：在空氣中遇CO2變成粘結力極強的硅凝膠）：Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3(s)+2NaHCO3也可以使用氯化銨：Na2SiO3+2NH4Cl=H2SiO3(s)+2NaCl+2NH3(g)硅膠*硅酸分子由于其中含有SiO2與H2O的比例不同而形成幾種硅酸，通式為mSiO2·nH2O，式中m和n都是正整數(shù)。m>1的硅酸稱為多硅酸。硅酸凝膠就是多硅酸，受熱能完全脫水，轉變成SiO2。若將其中大部分水脫去，可得白色透明固體，稱為硅膠。硅膠的比表面積非常大(800～900m2/g)，可用作吸附劑、干燥劑和催化劑載體。經CoCl2處理可得變色硅膠，是常用的干燥劑。當藍色變成粉紅色時，就要進行再生處理，方可恢復吸濕能力。Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl6.5

配位化合物配位化學是無機化學的一個重要研究方向。由于配位化學與生命科學的結合，以及具有特殊功能配合物的良好前景等，使配位化學獲得很大的發(fā)展。附圖6.4Cu(DABT)Cl2配合物的分子結構(70K以下呈鐵磁性質),配體DABT為2,2’-二氨基-4,4’-聯(lián)噻唑的簡稱配位化學的研究對象是配位化合物，也稱為配合物。6.5.1

配位化合物的組成和結構配合物是由中心離子(或中心原子)通過配位鍵與配位體形成的化合物。根據配位體的不同，配合物分為簡單配合物和特殊配合物兩類。

簡單配合物由單齒配體和中心離子(或中心原子)配位的配合物稱為簡單配合物。

特殊配合物配位體中至少有一個多齒配體和中心離子(或中心原子)配位形成環(huán)狀結構的配合物稱為螯合物。還有中性金屬原子為配合物形成體,CO為配體的羰合物。1.

簡單配合物以[Cu(NH3)4]

SO4

為例，金屬離子Cu2+為中心離子(又稱為配離子的形成體)。在它周圍直接配位著四個NH3配位體(能提供配位體的物質稱為配位劑)。在配位體中，與中心原子直接相結合的原子叫做配原子(如NH3中N)。與中心離子直接相結合的配位原子的總數(shù)是配位數(shù)。在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+離子的配位數(shù)為4。Cu2+NH3NH3H3NH3N附圖6.5[Cu(NH3)4]2+離子的結構2.

特殊配合物（螯合物和羰合物）每一個配位體只能提供一個配位原子的配位體稱為單齒配體，而含有兩個或兩個以上配位原子的配位體稱為多齒配體。能提供多齒配體的物質稱為螯合劑。由多齒配體形成的環(huán)狀結構的配合物稱為螯合物，如[Cu(en)2]2+。附圖6.6[Cu(en)2]2+的結構如果配位化合物的形成體是中性原子，配位體是CO分子，這類配合物稱為羰合物。如Ni(CO)4,Fe(CO)5。3.

價鍵理論

基本要點在形成配位化合物時，中心離子所提供的空軌道進行雜化，形成多種具有一定方向的雜化軌道，從而使配合物具有一定空間構型。

中心離子中心離子（或原子）有空的價電子軌道可接受由配位體的配原子提供的孤對電子而形成配位鍵。

配位體配位體的配位原子必須有孤對電子可提供，常見的配位原子有C、N、S、O、Fˉ、Clˉ、Brˉ、Iˉ等?？臻g構型配位數(shù)雜化軌道空間構型實例2sp

直線形[Ag(NH3)2]+,[AuCl2]ˉ4sp3

四面體形[Zn(NH3)4]2+,[Cu(CN)4]2-,[HgI4]2ˉ,[Ni(CO)4]dsp2

平面四邊形[Ni(CN)4]2-,[Cu(NH3)4]2+,[AuCl4]ˉ,[PtCl4]2ˉ6d2sp3

正八面體[Fe(CN)6]3ˉ,[PtCl6]2ˉ,[Cr(CN)6]3ˉsp3d2[FeF6]3ˉ,[Cr(NH3)6]3+,[Ni(NH3)6]2+表6.8配合物的雜化軌道與空間構型6.5.2

配位化合物的命名

配離子命名配位體名稱列在中心離子(或中心原子)之前，用“合”字將二者聯(lián)在一起。每種配位體前用二、三、四等數(shù)字表示配位體數(shù)目。對較復雜的配位體則將配位體均寫在括號中，以避免混淆。在中心離子之后用帶括號的羅馬字表示其氧化值。例如：[Ag(NH3)2]+命名為二氨合銀(I)配離子。若配體不止一種，不同配體名稱之間以中圓點“·”分開。配體列出的順序按如下規(guī)定：

無機配體先于有機配體

無機配體中，先負離子后中性分子

同類配體的名稱，按配原子元素符號的英文字母順序排列配合物命名服從一般化合物的命名原則。若與配位陽離子結合的負離子是簡單酸根,則該配合物叫做“某化某”；若與配合物陽離子結合的負離子是復雜酸根如SO42-、Ac-等叫做“某酸某”。若配合物含有配陰離子（即配離子是負離子），則配陰離子后加“酸”字，也叫做“某酸某”配合物命名示例[Ag(NH3)2]Cl 氯化二氨合銀(I)[Cu(en)2]SO4

硫酸二(乙二胺)合銅(II)H[AuCl4] 四氯合金(III)酸K3[Fe(CN)6]