第十二章 非金属元素通论和硼精选文档.ppt

第十二章 非金属元素通论和硼本讲稿第一页，共三十五页12-1元素的发现、分类及其在自然界的元素的发现、分类及其在自然界的存在存在12-1-1 元素的发现和分类元素的发现和分类金属金属非金属非金属稀有气体稀有气体2023/1/23本讲稿第二页，共三十五页元素发现的时期和分类元素发现的时期和分类LrNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpPaLuEuPmFrAtReHfTcAsPPbHgAuSbSnAgCuFeSCThErTbCeIrOsTaLaBaICdPdRhRuNbBrVCaKSiAlMgNaBBeLiYbTmHoDyGdSmNdPrAcRaRnPoTlCsXeInRbKrGeGaScArNeFHeUBiPtWTeMoZrYSrSeZnNiCoMnCrTiClONH古代古代1317 世纪世纪18 世纪世纪19 世纪上半叶世纪上半叶19 世纪下半叶世纪下半叶20 世纪上半叶世纪上半叶2023/1/23本讲稿第三页，共三十五页地壳中主要元素的丰度地壳中主要元素的丰度12-1-2 元素在地壳、海洋和大气中的分布元素在地壳、海洋和大气中的分布元素在地壳中的含量称为元素在地壳中的含量称为丰度丰度，通常以质量分数和，通常以质量分数和原子分数表示。原子分数表示。元素元素OSiAlFeCaNaKMgHTi质量分数质量分数/%48.626.37.734.753.452.742.472.000.760.422023/1/23本讲稿第四页，共三十五页12-2 非金属元素通论非金属元素通论非金属元素有非金属元素有22种种2023/1/23本讲稿第五页，共三十五页12-2-1非金属单质的结构和性质非金属单质的结构和性质一一.非金属单质的结构非金属单质的结构8-N 规则：规则：第第N族的非金属元素的每个原子可以提供族的非金属元素的每个原子可以提供8-N个价电子去与个价电子去与8-N个邻近原子形成个邻近原子形成8-N个共价（单）键。个共价（单）键。VII族族 N=7 8-N=1 双原子分子双原子分子(F2,Cl2,Br2,I2)零族零族 N=8 8-N=0 单原子分子单原子分子(He,Ne,Ar,Kr,Xe)VI族族 N=6 8-N=2V族族 N=5 8-N=3 IV族族 N=4 8-N=4III族族 N=3 8-N=52023/1/23本讲稿第六页，共三十五页非金属元素按其单质的结构和性质可分为三类：非金属元素按其单质的结构和性质可分为三类：小分子物质小分子物质单原子分子，双原子分子单原子分子，双原子分子 分子晶体分子晶体 多原子物质多原子物质S8,Sex,P4 分子晶体分子晶体 大分子物质大分子物质C,Si （含链、层）（含链、层）原子晶体原子晶体2023/1/23本讲稿第七页，共三十五页二二.非金属单质的化学性质非金属单质的化学性质(1)与与H2O的反应的反应常温下常温下 氧化型氧化型 还原型还原型 F2 +2e=2F-Eo=2.87V Cl2+2e=2Cl-Eo=1.36VBr2+2e=2Br-Eo=1.07V I2+2e=2I-Eo=0.54V氧化性氧化性增强增强还原性还原性增强增强4H+O2+4e=2H2O (中性溶液中性溶液)Eo=0.81V2023/1/23本讲稿第八页，共三十五页2023/1/23本讲稿第九页，共三十五页2023/1/23本讲稿第十页，共三十五页2023/1/23本讲稿第十一页，共三十五页12-2-2 非金属元素的氢化物非金属元素的氢化物2023/1/23本讲稿第十二页，共三十五页12-2-3 非金属含氧酸及其盐非金属含氧酸及其盐一、非金属含氧酸的酸性一、非金属含氧酸的酸性1、ROH规则规则2023/1/23本讲稿第十三页，共三十五页 也可以用也可以用ROH规则说明规则说明A中中HClO,HBrO,HIO的酸性的酸性依次减弱。依次减弱。HClO3,HBrO3,HIO3 的酸性也依次减弱的酸性也依次减弱2023/1/23本讲稿第十四页，共三十五页2、鲍林规则、鲍林规则2023/1/23本讲稿第十五页，共三十五页2023/1/23本讲稿第十六页，共三十五页2023/1/23本讲稿第十七页，共三十五页二、非金属含氧酸及其盐的氧化还原性二、非金属含氧酸及其盐的氧化还原性2023/1/23本讲稿第十八页，共三十五页2023/1/23本讲稿第十九页，共三十五页12-2-4 非金属单质的一般制备方法非金属单质的一般制备方法1、氧化法、氧化法3FeS(s)+12C(s)+8O2(空气空气)=Fe3O4(s)+12CO(g)+6S(g)4HCl(浓浓)+MnO2=MnCl2(aq)+2H2O(l)+Cl22、还原法、还原法 2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s)=6CaSiO3(s)+10CO(g)+P43、置换反应、置换反应 2KBr(aq)+Cl2(g)=2KCl(aq)+Br2(l)2KI(aq)+Cl2(g)=2KCl(aq)+I2(s)4、电解法、电解法 2KHF2(l)=2KF(s)+H2(g)+F2(g)阳极阳极 阴极阴极 2023/1/23本讲稿第二十页，共三十五页12-3 硼及其化合物硼及其化合物 单质硼单质硼的制备在的制备在1808年由英国的戴维、法年由英国的戴维、法国的盖国的盖吕萨克和泰纳完成。自然界中并无天然单吕萨克和泰纳完成。自然界中并无天然单质硼存在，常与其他元素共生在一起，如质硼存在，常与其他元素共生在一起，如硼镁矿、硼镁矿、硼砂硼砂等，我国西部地区的内陆盐湖及辽宁、吉林等地等，我国西部地区的内陆盐湖及辽宁、吉林等地都产硼。都产硼。硼化学的独特性仅是在近硼化学的独特性仅是在近40年来由于结构化学年来由于结构化学的发展才被发现的。近年来硼化合物的化学获得的发展才被发现的。近年来硼化合物的化学获得了迅速和多方面的发展，硼化学领域的广阔几乎了迅速和多方面的发展，硼化学领域的广阔几乎有可能同碳化学（有机化学）相比美。有可能同碳化学（有机化学）相比美。2023/1/23本讲稿第二十一页，共三十五页12-3-1 硼的成键特征硼的成键特征电子层结构电子层结构 ns2p1缺电子原子缺电子原子（价电子数少于价轨道数）（价电子数少于价轨道数）原子半径小原子半径小（88pm）第一电离能高第一电离能高 （801 kJmol-1）上述特征决定了硼化学的独特上述特征决定了硼化学的独特性。性。2023/1/23本讲稿第二十二页，共三十五页12-3-2 硼的氢化物硼的氢化物分类分类BnHn+4 类：类：B2H6、B5H9、B6H10、B8H12、B10H14 BnHn+6 类：类：B3H9、B4H10、B5H11、B6H142023/1/23本讲稿第二十三页，共三十五页2.B2H6的分子结构的分子结构 称称“三中心三中心 二电子二电子”键，键，用用“3c2e”表示，表示，又称为又称为氢桥氢桥。HB B2023/1/23本讲稿第二十四页，共三十五页3.B2H6的性质的性质含硼化合物燃烧时，含硼化合物燃烧时，火焰呈现绿色。火焰呈现绿色。(2)遇水易离解遇水易离解(1)自燃自燃2023/1/23本讲稿第二十五页，共三十五页（3 3）可做高能（火箭）燃料）可做高能（火箭）燃料。（4 4）硼烷剧毒）硼烷剧毒 远超过氰化钾，光气（COCl)等。故常使用硼烷的衍生物，如：(C2H5)3B5H6是液体高能燃料；(C2H5)2B10H12和(C4H9)2B10H12等是固体 高能燃料。2023/1/23本讲稿第二十六页，共三十五页12-3-3 硼的重要化合物硼的重要化合物一、硼砂一、硼砂Na2B4O710H2O 硼砂为无色透明晶体，在空气中容易失去部分水而风化，加热硼砂为无色透明晶体，在空气中容易失去部分水而风化，加热至至380400，完全失去水成为无水盐，完全失去水成为无水盐Na2B4O7，加热到，加热到878，则熔化为玻璃状物体。，则熔化为玻璃状物体。硼砂珠实验硼砂珠实验Na2B4O7+CoO=2NaBO2 Co(BO2)2(宝蓝色宝蓝色)Na2B4O7+NiO=2NaBO2 Ni(BO2)2（淡红色）（淡红色）此性质用于鉴定重金属离子，也被应用于搪瓷和玻璃工业此性质用于鉴定重金属离子，也被应用于搪瓷和玻璃工业（上釉、着色并耐高温）及焊接金属（上釉、着色并耐高温）及焊接金属(焊药，除去金属表面焊药，除去金属表面的氧化物）。硼砂还用于制造特种光学玻璃和人工宝石。的氧化物）。硼砂还用于制造特种光学玻璃和人工宝石。2023/1/23本讲稿第二十七页，共三十五页硼砂常温下溶解度较小，沸水中易溶。硼砂常温下溶解度较小，沸水中易溶。水解显较强的碱性。水解显较强的碱性。Na2B4O7+3H2O=2NaBO2+2H3BO3；2NaBO2+4H2O=2NaOH+2H3BO3所以，工业上用作肥皂、洗衣粉的填料。所以，工业上用作肥皂、洗衣粉的填料。2023/1/23本讲稿第二十八页，共三十五页B：sp2杂化二、硼酸（二、硼酸（H3BO3）1.制备制备 Mg2B2O5 H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 Na2B4O710H2O+H2SO4=4H3BO3+Na2SO4+5H2O 2.结构结构2023/1/23本讲稿第二十九页，共三十五页3.性质性质(1)一元弱酸(固体酸)硼酸的酸性不是 而是由于B的缺电子性，可以接受水电离出的OH-，生成加合物B(OH)4-，使水溶液的H+，从而使溶液呈酸性。2023/1/23本讲稿第三十页，共三十五页(3)受热易分解受热易分解(2)与多羟基化合物加合（与多羟基化合物加合（B的缺电子性）的缺电子性）可使硼酸的酸性增加。2023/1/23本讲稿第三十一页，共三十五页应用应用 硼酸被大量的用于硼酸被大量的用于玻璃和搪瓷玻璃和搪瓷工业。因为是弱酸，工业。因为是弱酸，对人体的受伤组织有和缓和防腐作用，故为医药对人体的受伤组织有和缓和防腐作用，故为医药上常用的上常用的消毒剂消毒剂之一，如硼酸软膏、硼酸粉等。硼之一，如硼酸软膏、硼酸粉等。硼酸也是减少排汗的收敛剂，为痱子粉的成份之一。酸也是减少排汗的收敛剂，为痱子粉的成份之一。此外，它还用于食物此外，它还用于食物防腐防腐。2023/1/23本讲稿第三十二页，共三十五页12-3-4 新型硼化物新型硼化物1.碳化硼碳化硼B4C(boron carbide)黑色有光泽，共价性碳化物，特征：密度小黑色有光泽，共价性碳化物，特征：密度小（2.52g/cm3）、熔点高）、熔点高(2800K以上以上)、硬度大、耐腐、硬度大、耐腐蚀性好。是航天工业配件的一种理想特种材料。蚀性好。是航天工业配件的一种理想特种材料。2.氮化硼氮化硼(BN)n (boron nitride)俗称白色石墨俗称白色石墨 层状：层状：固体润滑剂固体润滑剂 金刚石型：金刚石型：硬度超过金刚石硬度超过金刚石2023/1/23本讲稿第三十三页，共三十五页回页首回页首下一章2023/1/23本讲稿第三十四页，共三十五页2023/1/23本讲稿第三十五页，共三十五页