第18章 非金属元素小结PPT讲稿.ppt

第18章 非金属元素小结第1页，共19页，编辑于2022年，星期日18-1 18-1 非金属单质的结构和性质非金属单质的结构和性质18-1-118-1-1 非金属单质的结构和物理性质非金属单质的结构和物理性质根据元素单质的性质，周期表右侧中斜线将所有化学元根据元素单质的性质，周期表右侧中斜线将所有化学元素分为金属和非金属两部分。素分为金属和非金属两部分。金属一般电离势低、有光泽、易导电和导热、有可塑性。金属一般电离势低、有光泽、易导电和导热、有可塑性。非金属一般电离势高、其晶体一般不导电、不反射光、也非金属一般电离势高、其晶体一般不导电、不反射光、也不易变形。不易变形。非金属单质按其结构和性质分为三类：非金属单质按其结构和性质分为三类：1.由小分子组成的单质：常温下一般为气体，属分子晶体，由小分子组成的单质：常温下一般为气体，属分子晶体，熔沸点均很低。熔沸点均很低。第2页，共19页，编辑于2022年，星期日2.多原子分子多原子分子组组成的成的单质单质：常温下一般为固体，属分子晶：常温下一般为固体，属分子晶体，熔沸点不高，但较第一类高。体，熔沸点不高，但较第一类高。3.大大分子单质：属原子晶体，熔沸点极高，难挥发。分子单质：属原子晶体，熔沸点极高，难挥发。非金属元素原子结构和氧化态的特征：非金属元素原子结构和氧化态的特征：电负性大，价电子多；电负性大，价电子多；半径小，易获得电子；半径小，易获得电子；负价，为负价，为N-8，N为族数。为族数。非金属单质的结构类型：非金属单质的结构类型：分子晶体或原子晶体分子晶体或原子晶体共价特征。共价特征。单原子分子构成的单质（稀有气体）；单原子分子构成的单质（稀有气体）；双原子分子构成的单质（卤素、双原子分子构成的单质（卤素、O2、N2）；）；第3页，共19页，编辑于2022年，星期日多原子分子构成多原子分子构成 单质（硫、磷等）；单质（硫、磷等）；巨型大分子（原子晶体）构成的巨型大分子（原子晶体）构成的单质单质（碳、硅等）。（碳、硅等）。18-1-218-1-2 非金属单质的化学性质非金属单质的化学性质非金属单质在形成化合物时的主要性质：非金属单质在形成化合物时的主要性质：易形成易形成单单或多原子阴离子（或多原子阴离子（S2-、Sx2-）；）；氧化物多氧化物多为为酸性，易与碱形成含氧酸酸性，易与碱形成含氧酸盐盐；单质单质不易与水（不易与水（F2除外）、稀酸作用，可与氧化性酸及碱除外）、稀酸作用，可与氧化性酸及碱作用。作用。18-2 18-2 分子型氢化物分子型氢化物熔沸点：熔沸点：同族中，沸点从上到下同族中，沸点从上到下递递增，但第增，但第2周期的周期的NH3，H2O和和HF的沸点异常高。的沸点异常高。第4页，共19页，编辑于2022年，星期日18-2-118-2-1 热稳定性热稳定性同周期中，从左到右热稳定性逐渐增加；同周期中，从左到右热稳定性逐渐增加；同族中，自上而下热稳定性逐渐减小。同族中，自上而下热稳定性逐渐减小。原因：原因：非金属与氢之间电负性相差越大，生成的氢化物越非金属与氢之间电负性相差越大，生成的氢化物越稳定；反之，不稳定。稳定；反之，不稳定。或者，氢化物标准生成自由能或标准生成焓越负，氢化物越或者，氢化物标准生成自由能或标准生成焓越负，氢化物越稳定。稳定。18-2-2 18-2-2 还原性还原性除除HF外，其它分子型氢化物都有还原性。外，其它分子型氢化物都有还原性。同周期中，从左到右还原性逐渐减弱；同周期中，从左到右还原性逐渐减弱；同族中，自上而下还原性逐渐增强。同族中，自上而下还原性逐渐增强。原因：原因：从左到右，自上而下，元素从左到右，自上而下，元素A的半径增大，电负性减的半径增大，电负性减小，小，An-失电子能力逐渐增强失电子能力逐渐增强,还原性逐渐增强还原性逐渐增强。第5页，共19页，编辑于2022年，星期日18-2-3 18-2-3 水溶液酸碱性和无氧酸的强度水溶液酸碱性和无氧酸的强度水溶液酸性从上到下及从左到右均依次增强。水溶液酸性从上到下及从左到右均依次增强。决定无氧酸强度的主要因素：决定无氧酸强度的主要因素：1.HA的键能：的键能：HA键键越弱，越弱，HA越易越易释释放出放出H+。2.元素元素A的的电电子子亲亲和能和能E：电电子子亲亲和能越大，和能越大，HA分子的极分子的极性越大，性越大，HA在水中越易在水中越易电电离。离。3.阴离子阴离子A-的水合能大小：半径小的阴离子其水合能大，有利的水合能大小：半径小的阴离子其水合能大，有利于于HA在水中在水中电电离。离。18-3 18-3 含氧酸含氧酸18-3-1 18-3-1 最高氧化态氢氧化物的酸碱性最高氧化态氢氧化物的酸碱性族价含氧酸族价含氧酸同周期，从左到右族价含氧酸酸性依次增同周期，从左到右族价含氧酸酸性依次增强强；第6页，共19页，编辑于2022年，星期日同族，从上到下酸性逐渐减弱，但减弱程度不同。同族，从上到下酸性逐渐减弱，但减弱程度不同。同主族不同周期的成酸元素，酸性强弱变化规律为：同主族不同周期的成酸元素，酸性强弱变化规律为：第二周期第二周期第三周期第三周期第四周期第四周期第五周期第五周期同一元素不同价态的含氧酸同一元素不同价态的含氧酸一般高氧化态的含氧酸酸性比低氧化态的强。一般高氧化态的含氧酸酸性比低氧化态的强。同一元素同一价态的含氧酸同一元素同一价态的含氧酸缩合酸的酸性比单酸强。缩合酸的酸性比单酸强。解释：解释：R-OH规则（未考虑非羟基氧原子的影响）规则（未考虑非羟基氧原子的影响）氧化物的水合物通式氧化物的水合物通式R(OH)n，R为成酸或成碱元素，有两种为成酸或成碱元素，有两种解离可能：解离可能：RO-+H+R-O-H R+OH-其可能性与其可能性与R的氧化数和半径有关，即与的氧化数和半径有关，即与“离子势离子势”有关。有关。第7页，共19页，编辑于2022年，星期日R的氧化数越高，半径越小，的氧化数越高，半径越小，R-O-H中中R-O键越强，键越强，O-H键则越弱，越易解离出键则越弱，越易解离出H+；反之易解离出；反之易解离出OH-。(1)同周期元素含氧酸酸性从左到右逐渐增强。同周期元素含氧酸酸性从左到右逐渐增强。(2)同主族元素含氧酸酸性从上而下逐渐减弱。同主族元素含氧酸酸性从上而下逐渐减弱。(3)同一元素几种不同氧化态的含氧酸，其酸性按氧化态升同一元素几种不同氧化态的含氧酸，其酸性按氧化态升高而增强。高而增强。当1/210时R(OH)n显酸性当101/27时R(OH)n显两性当1/27时R(OH)n显碱性第8页，共19页，编辑于2022年，星期日18-3-2 18-3-2 含氧酸及其酸根（含氧酸阴离子）的结构含氧酸及其酸根（含氧酸阴离子）的结构第第2 2周期的成酸元素周期的成酸元素中心原子采用中心原子采用sp2杂化杂化(除硼酸根外除硼酸根外)，价电子对空间构型，价电子对空间构型为平面三角形。为平面三角形。配位数为配位数为3的的ROn-离子空间构型为平面三角形，且有一个离子空间构型为平面三角形，且有一个46大大键键。配位数配位数为为2的的RO2n-离子（如离子（如NO2-）空间构型为角形，且）空间构型为角形，且有一个有一个34大大键键。第第3 3周期的成酸非金属元素周期的成酸非金属元素中心原子中心原子R均以均以sp3杂化轨道成键，价电子对空间构型为四杂化轨道成键，价电子对空间构型为四面体。面体。第9页，共19页，编辑于2022年，星期日形成的形成的RO4n-型离子为正四面体，型离子为正四面体，RO3n-型离子为三角锥型，型离子为三角锥型，RO2n-型离子为角型，型离子为角型，ROn-型离子为直线型。型离子为直线型。P，S，Cl等多电子原子形成的含氧阴离子中，形成等多电子原子形成的含氧阴离子中，形成R-O 键键的同的同时时，还还可形成可形成d-p 配配键键。第第4 4周期元素周期元素与第与第3周期元素含氧酸结构相似，价电子对构型为四面周期元素含氧酸结构相似，价电子对构型为四面体，成酸原子的配位数为体，成酸原子的配位数为4。第第5 5周期的元素周期的元素第五周期元素的含氧酸配位数既有第五周期元素的含氧酸配位数既有6也有也有4，前者采用，前者采用sp3d2杂化轨道成键，形成八面体构型，后者采用杂化轨道成键，形成八面体构型，后者采用sp3杂化轨道成杂化轨道成键，形成四面体构型。键，形成四面体构型。第10页，共19页，编辑于2022年，星期日18-3-3 18-3-3 含氧酸的强度含氧酸的强度一、鲍林规则一、鲍林规则鲍林提出的非羟基氧数目半定量规则：含氧酸鲍林提出的非羟基氧数目半定量规则：含氧酸HnROm可写可写成成ROm-n(OH)n，分子中非羟基氧原子数，分子中非羟基氧原子数N=m-n。N值越大，含氧酸酸性越强。值越大，含氧酸酸性越强。二、该规则的局限性二、该规则的局限性1.N值相同时无法比较酸性大小。值相同时无法比较酸性大小。2.有时按有时按ROm-n(OH)n表观式求算的表观式求算的N值与实际不符，导值与实际不符，导致结果错误。致结果错误。在实际应用中，一般先用非羟基氧原子数在实际应用中，一般先用非羟基氧原子数N值大小判断酸值大小判断酸性强弱（性强弱（N值越大，酸性越强）。若值越大，酸性越强）。若N值相同，则转用离值相同，则转用离子势子势来判断（来判断（值值越大，酸性越越大，酸性越强强）。）。第11页，共19页，编辑于2022年，星期日18-4 18-4 非金属含氧酸盐的某些性质非金属含氧酸盐的某些性质18-4-1 18-4-1 溶解性溶解性一、溶解性规律一、溶解性规律含氧酸为离子化合物，其大部分钠盐、钾盐、铵盐及酸式含氧酸为离子化合物，其大部分钠盐、钾盐、铵盐及酸式盐均易溶于水。盐均易溶于水。其它含氧酸盐在水中溶解性如下：其它含氧酸盐在水中溶解性如下：1.硝酸盐、氯酸盐均易溶于水，且溶解度随温度升高而迅硝酸盐、氯酸盐均易溶于水，且溶解度随温度升高而迅速增加。速增加。2.硫酸盐大部分溶于水，但硫酸盐大部分溶于水，但SrSO4、BaSO4和和PbSO4难溶，难溶，CaSO4、Ag2SO4和和Hg2SO4微溶。微溶。3.碳酸盐大多数都不溶于水，其中以碳酸盐大多数都不溶于水，其中以Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+的碳酸盐最难溶。的碳酸盐最难溶。第12页，共19页，编辑于2022年，星期日4.磷酸盐大多数都不溶于水。磷酸盐大多数都不溶于水。二、溶解性理论解释二、溶解性理论解释1.溶解性与溶解焓变的关系溶解性与溶解焓变的关系晶格能和离子水合能对离子化合物的溶解性有影响。晶格能和离子水合能对离子化合物的溶解性有影响。离子电荷高，半径小，即离子电荷高，半径小，即Z/r值大的离子所形成的盐的晶格值大的离子所形成的盐的晶格能大，则溶解时破坏晶格能所需的能量也大。能大，则溶解时破坏晶格能所需的能量也大。但但Z/r值大的离子其水合热也大，即放出热量多，有利于溶解。值大的离子其水合热也大，即放出热量多，有利于溶解。一般规律：阴阳离子半径相差大的比相差小的易溶，如一般规律：阴阳离子半径相差大的比相差小的易溶，如MgSO4比比BaSO4易溶。易溶。因当阴阳离子大小相差大时，离子水合作用在溶解过程中占因当阴阳离子大小相差大时，离子水合作用在溶解过程中占优势，故在性质相似的盐中，阳离子的半径越小，该盐越易优势，故在性质相似的盐中，阳离子的半径越小，该盐越易溶解，如溶解，如 NaClO4KClO4RbClO4。第13页，共19页，编辑于2022年，星期日若阴阳离子的半径相差不多，则晶格能的大小在溶解过程若阴阳离子的半径相差不多，则晶格能的大小在溶解过程中有较大的影响，即中有较大的影响，即Z/r值大的离子所组成的盐较难溶解，值大的离子所组成的盐较难溶解，如碱土金属和许多过渡金属的碳酸盐、磷酸盐等；而碱金如碱土金属和许多过渡金属的碳酸盐、磷酸盐等；而碱金属的硝酸盐和氯酸盐等易溶。属的硝酸盐和氯酸盐等易溶。2.溶解性与溶解自由能变的关系溶解性与溶解自由能变的关系离子电荷低，半径大，其溶解熵为正值；离子电荷低，半径大，其溶解熵为正值；电荷高，半径较小的离子的溶解熵大多为负值。电荷高，半径较小的离子的溶解熵大多为负值。18-4-2 18-4-2 水解性水解性阴离子的水解能力与它的共轭酸的强度成反比。阴离子的水解能力与它的共轭酸的强度成反比。阳离子的水解能力与离子的极化能力有关，离子极化能阳离子的水解能力与离子的极化能力有关，离子极化能力越强力越强(即即Z/r值越大值越大)，则水解程度越大。，则水解程度越大。第14页，共19页，编辑于2022年，星期日18-4-3 18-4-3 热稳定性热稳定性一、酸根阴离子的影响一、酸根阴离子的影响含氧酸盐若阳离子相同而酸根离子不同时，酸根离子稳含氧酸盐若阳离子相同而酸根离子不同时，酸根离子稳定性越差，则盐的稳定性也越差。定性越差，则盐的稳定性也越差。酸根离子的稳定性顺序：酸根离子的稳定性顺序：硅酸盐，磷酸盐硅酸盐，磷酸盐硫酸盐，碳酸盐硝酸盐，卤酸盐硫酸盐，碳酸盐硝酸盐，卤酸盐二、阳离子极化作用的影响二、阳离子极化作用的影响含氧酸盐当阴离子相同而阳离子不同时，阳离子的离子极含氧酸盐当阴离子相同而阳离子不同时，阳离子的离子极化作用越强，则盐的稳定性就越差。化作用越强，则盐的稳定性就越差。因因H+离子半径较小，其离子极化能力较强，故同一元素的离子半径较小，其离子极化能力较强，故同一元素的酸式盐热稳定性小于正盐。酸式盐热稳定性小于正盐。第15页，共19页，编辑于2022年，星期日18-4-4 18-4-4 氧化还原性氧化还原性一、变化规律一、变化规律1.同周期中，各元素最高氧化态含氧酸氧化性从左到右递同周期中，各元素最高氧化态含氧酸氧化性从左到右递增。增。2.同族中，元素的最高氧化态含氧酸氧化性多数随原子序同族中，元素的最高氧化态含氧酸氧化性多数随原子序数增加呈锯齿形升高。即：数增加呈锯齿形升高。即：第三周期第三周期第四周期第五周期第六周期第四周期第五周期第六周期3.3.对于同一种元素的不同氧化态含氧酸，低氧化态的氧化性对于同一种元素的不同氧化态含氧酸，低氧化态的氧化性高于高氧化态的。高于高氧化态的。4.4.含氧酸氧化性比相应含氧酸盐的强，同一含氧酸的浓含氧酸氧化性比相应含氧酸盐的强，同一含氧酸的浓溶液氧化性比稀溶液的强。溶液氧化性比稀溶液的强。二、影响氧化能力的因素二、影响氧化能力的因素1.1.中心原子结合电子的能力中心原子结合电子的能力第16页，共19页，编辑于2022年，星期日电负性大、原子半径小、氧化态高的中心原子，其获得电子的电负性大、原子半径小、氧化态高的中心原子，其获得电子的能力强，酸的氧化性则强。能力强，酸的氧化性则强。2.2.分子的稳定性分子的稳定性分子越不稳定，其氧化性越强。分子越不稳定，其氧化性越强。分子的稳定性与分子的稳定性与R-O键的强度和键数有关，其键的强度越大，键的强度和键数有关，其键的强度越大，成键数越多，则要断裂这些键越难，中心原子越不易从外界得成键数越多，则要断裂这些键越难，中心原子越不易从外界得到电子，到电子，故含氧酸氧化性则越弱。故含氧酸氧化性则越弱。18-5 p18-5 p区元素的次级周期性区元素的次级周期性次级周期性：次级周期性：元素周期表中，每族元素的性质从上到下并非元素周期表中，每族元素的性质从上到下并非单调地直线式递变，而是呈现起伏的单调地直线式递变，而是呈现起伏的“锯齿状锯齿状”变化。变化。第17页，共19页，编辑于2022年，星期日18-5-1 18-5-1 第第2 2周期周期p p区元素的特殊性区元素的特殊性其与本族元素之间的显著差异：其与本族元素之间的显著差异：1.N、O、F的含氢化合物易生成氢键，离子性较强；的含氢化合物易生成氢键，离子性较强；2.它们的最高配位数为它们的最高配位数为4，第，第3周期和以后几个周期元素的配周期和以后几个周期元素的配位数可超过位数可超过4；3.元素有自相成链的能力，以碳元素最强；元素有自相成链的能力，以碳元素最强；4.多数有生成重键的特性；多数有生成重键的特性；5.与第与第3周期元素相比较，化学活泼性差别大；周期元素相比较，化学活泼性差别大；6.同素异形体性质上差别较大。同素异形体性质上差别较大。18-5-2 18-5-2 第第2 2周期周期p p区元素的特殊性区元素的特殊性一、第四周期一、第四周期p p区元素的不规则性区元素的不规则性不规则性：由原子半径引起的不规则性：由原子半径引起的p区元素的电负性、金区元素的电负性、金第18页，共19页，编辑于2022年，星期日（非金属性）、氢氧化物酸碱性及含氧酸的氧化还原性等（非金属性）、氢氧化物酸碱性及含氧酸的氧化还原性等均出现异常现象。均出现异常现象。第19页，共19页，编辑于2022年，星期日