大学化学主族元素.ppt

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1、12.1 12.1 单质单质12.2 12.2 氢化物氢化物12.3 12.3 卤化物卤化物12.4 12.4 含氧酸的种类及性质含氧酸的种类及性质12.5 12.5 简单含氧酸的结构简单含氧酸的结构12.6 12.6 含氧酸酸性强弱含氧酸酸性强弱12.7 12.7 非金属含氧酸及其盐的性质非金属含氧酸及其盐的性质基本要求基本要求第十二章第十二章 主族元素主族元素12.1 单质单质12.1.1 单质的化学性质单质的化学性质12.1.2 氟、氯、溴、碘单质的制备氟、氯、溴、碘单质的制备 12.1.1 单质的化学性质单质的化学性质1.单质的氧化还原性单质的氧化还原性 S区元素区元素单质单质(除除H

2、2外外)均为活泼金属，具有很强的还原均为活泼金属，具有很强的还原性易形成阳离子盐性易形成阳离子盐 p区区绝大多数非金属元素既绝大多数非金属元素既有氧化性有氧化性,又有还原性又有还原性：与金属作用与金属作用时表现出时表现出氧化性氧化性，形成负氧化值，形成负氧化值，如：氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、卤化物、硅化如：氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、卤化物、硅化物、氢化物、硼化物等物、氢化物、硼化物等 与活泼非金属反应与活泼非金属反应时表现出时表现出还原性还原性,形成正氧化形成正氧化值，如：氧化物、卤化物、含氧酸等值，如：氧化物、卤化物、含氧酸等2.与水的作用与水的作用 金属单质与水的作用：金属单质

3、与水的作用：s区元素与水作用区元素与水作用2M+2H2O 2MOH+H2（g）CaLiNaK卤素与水的作用卤素与水的作用 F2、Cl2、Br2氧化水的作用氧化水的作用 2X2+2H2O=4HX+O2 Cl2(光照下，慢光照下，慢)、Br2(很慢很慢),主要发生岐化反应主要发生岐化反应 Cl2、Br2、I2在水中的歧化反应在水中的歧化反应 X2+H2O H+X-+HXO 可逆反应可逆反应注注：除卤素外大部分非金属元素不与水反应：除卤素外大部分非金属元素不与水反应3.与酸的反应与酸的反应4.大部分金属元素可以与酸反应，置换出氢气大部分金属元素可以与酸反应，置换出氢气如：如：2Al+6HCl=2Al

4、Cl3+3H2非金属一般不和稀酸反应，非金属一般不和稀酸反应，I2、S、P、C、B可与可与HNO3或热的浓或热的浓H2SO4反应，如：反应，如：I2+10HNO3(浓浓)=2HIO3+10NO2+4H2O B+3HNO3(浓浓)=H3BO3+3NO24.与碱的反应与碱的反应5.Be、Al、Ge、Sn等两性金属与碱的反应等两性金属与碱的反应 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2 Sn+2NaOH+4H2O=Na2Sn(OH)6+2H2置换反应 B、Si等与碱的反应等与碱的反应 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 2B+2NaOH(热浓热浓)+2H2O=2NaB

5、O2+3H2 (偏硼酸钠偏硼酸钠)Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 3Br2+6OH-=5Br-+BrO3-+3H2O 3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O 加热条件下：加热条件下：Cl2+6OH-=Cl-+ClO3-+3H2O歧化反应 Cl2、Br2、I2与碱的反应与碱的反应(常温下）常温下）10.1.2 氟、氟、氯、溴、碘单质的制备氯、溴、碘单质的制备 F2 (g)电解电解:Cl2(g)电解(工业):氧化还原法氧化还原法(实验室实验室):Br2 ()氧化剂:逆歧化:I2(s)氧化剂:工业:Cl2过量时:12.2 氢化物氢化物12.2.1 离子型氢化物离子型氢化物12.2.

6、2 共价型氢化物共价型氢化物12.2.3 HX的制备的制备P377氢化物的种类：氢化物的种类：离子型离子型(类盐型类盐型)共价型共价型(分子型分子型)金属型金属型(间充型间充型)除除Be、Mg以外的以外的IA、IIA氢化物氢化物 如：如：NaH、LiH、CaH2 p 区元素的氢化物、区元素的氢化物、BeH2 如：如：CH4、NH3、H2O、HF d区、区、ds区元素的氢化物，认为区元素的氢化物，认为H填充于金属晶格的空隙之间填充于金属晶格的空隙之间这些氢化物保持金属的一些性质，组成不定，无准确化学式这些氢化物保持金属的一些性质，组成不定，无准确化学式如：如：PdH0.812.2.1 离子型氢化

7、物离子型氢化物 金属与氢之间是离子键金属与氢之间是离子键 都是强还原剂都是强还原剂 受热易分解受热易分解2NaH Na +H2 可与水作用可与水作用NaH+H2O =NaOH +H2 TiCl4+4NaH=Ti+4NaCl+2H2 氢化锂铝四氢合铝(III)酸锂形成配位氢化物形成配位氢化物12.2.2 共价型氢化物共价型氢化物 热稳定性及变化规律热稳定性及变化规律与组成氢化物的非金属元素的电负性有关与组成氢化物的非金属元素的电负性有关电负性电负性越大，氢化物越稳定越大，氢化物越稳定变化规律：变化规律：同族元素从上至下，氢化物热稳定性递减同族元素从上至下，氢化物热稳定性递减HF HCl HBr

8、HI 同一周期从左至右，氢化物热稳定性递增同一周期从左至右，氢化物热稳定性递增CH4 NH3 H2O HF还原性及变化规律还原性及变化规律氢化物氢化物(HnA)还原性主要取决于还原性主要取决于An的失电子的能力的失电子的能力An的失电子的能力与元素的电负性及离子半径有关的失电子的能力与元素的电负性及离子半径有关变化规律：变化规律：同族元素从上至下，氢化物还原性递增同族元素从上至下，氢化物还原性递增HF HCl HBr NH3 H2O HFSiH4 PH3 H2S HCl水溶液的酸碱性及变化规律水溶液的酸碱性及变化规律 碳族和氮族元素氢化物碳族和氮族元素氢化物(NH3、PH3除外除外)不显酸碱性

9、不显酸碱性 氧族和卤族元素氢化物氧族和卤族元素氢化物(H2O除外除外)的水溶液显酸性的水溶液显酸性 同一周期从左至右酸性递增同一周期从左至右酸性递增 同一族从上至下酸性递增同一族从上至下酸性递增NH3 H2O HFHF HCl HBr HIB：利用：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键杂化轨道，与氢形成三中心两电子键氢桥键氢桥键非平面结构非平面结构P384B2H6:缺电子原子和缺电子化合物缺电子原子和缺电子化合物 缺电子原子缺电子原子 缺电子化合物缺电子化合物价电子数少于价层轨道数的原子价电子数少于价层轨道数的原子 如：如：B当缺电子原子与其它原子形成共价键时，价当缺电子原子与其它原子形

10、成共价键时，价电子层中还留下空轨道，这种化合物称为电子层中还留下空轨道，这种化合物称为如：如：BF3、AlCl3成键电子对数成键电子对数 MClnMBrnMIn 12.3.2 卤化物的水解性卤化物的水解性 活泼金属的卤化物大多在水中电离而不水解，唯活泼金属的卤化物大多在水中电离而不水解，唯氟化物在水中水解：氟化物在水中水解：F-+H2O HF+OH-活泼性较差的金属元素卤化物在水中水解：活泼性较差的金属元素卤化物在水中水解：SbCl3+H2OSbOCl(s)+2HCl BiCl3+H2OBiOCl(s)+2HCl SnCl2+H2OSn(OH)Cl(s)+HCl非金属元素卤化物在水中完全水解：

11、非金属元素卤化物在水中完全水解：PCl5+4H2OH3PO4+5HCl BCl3+3H2OH3BO3+3HCl12.4 含氧酸的种类及性质含氧酸的种类及性质12.4.1 卤素的含氧酸卤素的含氧酸12.4.2 硫的含氧酸硫的含氧酸12.4.3 磷的含氧酸磷的含氧酸12.4.4 硼的含氧酸硼的含氧酸12.4.1 卤素的含氧酸卤素的含氧酸(以氯为例以氯为例)HClO HClO2 HClO3 HClO4 次氯酸次氯酸 亚氯酸亚氯酸 氯酸氯酸 高氯酸高氯酸 弱酸弱酸 中强酸中强酸 强酸强酸 最强无机酸最强无机酸 酸性增强酸性增强稳定性增大稳定性增大(HClO2除外除外)氧化性减弱氧化性减弱(HClO2除

12、外除外)注：注：HClO2稳定性小于稳定性小于HClO，氧化性强于，氧化性强于HClO12.4.2 硫的含氧酸硫的含氧酸 H2SO3 亚硫酸亚硫酸H2S2O4 连二亚硫酸连二亚硫酸 H2SO4 硫酸硫酸H2S2O3 硫代硫酸硫代硫酸H2S2O7 焦硫酸焦硫酸H2S4O6 连四硫酸连四硫酸H2SxO6(x=26)连多硫酸连多硫酸H2SO5 过一硫酸过一硫酸H2S2O8 过二硫酸过二硫酸12.4.3 磷的含氧酸磷的含氧酸 1.次磷酸（次磷酸（H3PO2）一元中强酸 结构：2.亚磷酸亚磷酸 (H3PO3)二元中强酸结构结构：3.磷酸磷酸 H3PO4结构：性质：三元中强酸特性：脱水缩合后形成焦磷酸、聚

13、磷酸、(聚)偏磷酸4.焦磷酸焦磷酸 H4P2O75.三三(聚聚)磷酸磷酸:H5P3O106.偏磷酸偏磷酸:HPO37.硫代硫酸盐硫代硫酸盐：Na2S2O3 5H2O，海波，大苏打，海波，大苏打性质性质：a.易溶于水,水溶液呈弱碱性 b.遇酸分解 S2O32-+2H+=H2S2O3 S+SO2+H2O c.还原性12.4.4 硼的含氧酸硼的含氧酸H3BO3 一元弱酸一元弱酸 Ka =5.8 10-10H3BO3+H2O+H+硼酸的酸性并不是本身给出质子，硼酸的酸性并不是本身给出质子，而是由于硼为缺电子原子，加合了而是由于硼为缺电子原子，加合了来自水分子中的来自水分子中的OH而释放出而释放出H+1

14、2.5 简单含氧酸的结构简单含氧酸的结构12.5.1 只含简单单键的含氧酸结构只含简单单键的含氧酸结构12.5.2 含一般双键的含氧酸结构含一般双键的含氧酸结构12.5.3 含大含大键的含氧酸结构键的含氧酸结构12.5.4 含含(p-d)键的含氧酸结构键的含氧酸结构P39112.5.1 只含简单单键的含氧酸结构只含简单单键的含氧酸结构 氧原子数与氢原子数相等氧原子数与氢原子数相等，如：HClO、H3AsO3HClO的结构：H3AsO3的结构：HOClAsOHHOHO12.5.2 含一般双键的含氧酸结构含一般双键的含氧酸结构一般是第二周期元素的含氧酸，氧原子数多于氢原子数，第二周期元素的含氧酸，

15、氧原子数多于氢原子数，如：H2CO3、HNO2等HNO2的结构：N：sp2杂化后HON=OH2CO3的结构：CO32-(6+38+2=32e-)与BF3(5+39=32e-)为等电子体等电子体,其结构：C：sp2杂化2-C=OHOHO12.5.3 含大含大键的含氧酸结构键的含氧酸结构具有这种结构的含氧酸不多，常见 HNO3,性质特殊性质特殊结构 N：sp2杂化后120116130114分子内氢键HONOO简记为：112.5.4 含含(p-d)键的含氧酸结构键的含氧酸结构 大多数具有这种结构，较普遍。如：H2SO4、H2SiO3、HClO4、HClO3、HClO2等NO3-：HOHOSOO(p-

16、d)HOP=OOHOH(p-d)一般是第三周期及其以后的元素的含氧酸，一般是第三周期及其以后的元素的含氧酸，且氧原子数多于氢原子数。中心原子S采取sp3 杂化，使得杂化轨道上有4个电子分别与四个氧原子的单电子p轨道形成键，S的其余两个电子被激发到d轨道上，与非羟基氧上的另外一个单电子p轨道重叠形成键12.6 含氧酸酸性强弱含氧酸酸性强弱 12.6.1 ROH规则规则12.6.2 鲍林鲍林(pauling)规则规则 12.6.1 ROH规则规则化合物的酸碱结构可简单表示为：ROH 电离方式与阳离子的极化作用有关，阳离子的极化作用可用离子势衡量：Rn+的值越大，极化作用越强，氧原子的电子云越偏向R

17、,从而使OH键极性增强,致使按方式离解,水溶液呈酸性；反之，RO键极性增强，按 方式解离，水溶液呈碱性。ROHRO-+H+R+OH-P393经验规则：10ROH酸碱性碱性两性酸性很强酸强酸中强酸弱酸两性中强碱强碱性质16.414.412.19.887.755.553.240.0260.0290.0340.0410.050.0650.095r/nmHClO4H2SO4H3PO4H2SiO3Al(OH)3Mg(OH)2NaOHR-O-HClSPSiAlMgNa元素第三周期元素氧化物水合物的酸碱性强碱强碱强碱中强碱两性性质3.854.214.505.558.030.1350.1130.0990.06

18、50.031r/nmBa(OH)2Sr(OH)2Ca(OH)2Mg(OH)2Be(OH)2R-O-HBaSrCaMgBe元素碱土金属元素氢氧化物的酸碱性这种方法判断酸碱性及其强弱只是一个经验规律，有例这种方法判断酸碱性及其强弱只是一个经验规律，有例外，如：外，如：Zn(OH)2的的 ，但它是两性氢氧化物。，但它是两性氢氧化物。氢氧化物或含氧酸，可记作：HnROm或ROm-n(OH)nm-n：非羟基氧的个数：非羟基氧的个数Pauling规则：规则：(定性定性)含氧酸的酸性随非羟基氧(m-n)的个数增加而增加 H4SiO4H3PO4H2SO4H2SO4 P394Pauling规则半定量：规则半定量

19、：m-n=0 弱酸 ()m-n=1 中强酸 ()m-n=2 强酸 ()m-n=3 最强酸 ()12.7 非金属含氧酸盐的性质非金属含氧酸盐的性质 12.7.1 非金属含氧酸盐的溶解性非金属含氧酸盐的溶解性12.7.2 非金属含氧酸盐的热稳定性非金属含氧酸盐的热稳定性12.7.3 非金属含氧酸盐的氧化还原性非金属含氧酸盐的氧化还原性P394 12.7.1 非金属含氧酸盐的溶解性非金属含氧酸盐的溶解性 含氧酸盐属于离子化合物，绝大多数钾、钠、铵盐及酸式盐都溶于水。溶解性规律溶解性规律：1.硝酸盐和氯酸盐几乎都溶于水，溶解度随温度硝酸盐和氯酸盐几乎都溶于水，溶解度随温度升高迅速增大升高迅速增大 2.

20、多数硫酸盐易溶于水，但多数硫酸盐易溶于水，但Pb2+、Ba2+、Sr2+的硫的硫酸盐难溶，酸盐难溶，Ca2+、Ag+、Hg2+、Hg22+的硫酸盐微溶的硫酸盐微溶 3.大多数碳酸盐难溶于水大多数碳酸盐难溶于水(Na+、K+、Rb+、Cs+、NH4+盐例外盐例外)，Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+的碳酸盐的碳酸盐最难溶最难溶12.7.2 非金属含氧酸盐的热稳定性非金属含氧酸盐的热稳定性热稳定性规律：热稳定性规律：1.相同金属离子与相同成酸元素组成的含氧酸盐热稳定相同金属离子与相同成酸元素组成的含氧酸盐热稳定性顺序：性顺序：正盐酸式盐 2.不同金属离子与相同含氧酸根组成的盐热稳定性顺序不同金

21、属离子与相同含氧酸根组成的盐热稳定性顺序 碱金属盐碱土金属盐过渡金属盐铵盐 3.相同金属离子与不同酸根组成的盐热稳定性顺序相同金属离子与不同酸根组成的盐热稳定性顺序 结构对称性越好盐越稳定结构对称性越好盐越稳定，如：四面体结构的SO42-、PO43-盐中的S、P处于4个O的包围中心，完全被屏蔽起来，相对于三角形或三角锥形的ClO3-、NO3-、CO32-盐，热稳定性更好些 4.同一成酸元素高氧化值的含氧酸盐更稳定同一成酸元素高氧化值的含氧酸盐更稳定，如：KClO4KClO3KClO 5.A元素阳离子的含氧酸盐从上到下热稳定性增强元素阳离子的含氧酸盐从上到下热稳定性增强 BeCO3 MgCO3

22、CaCO3 SrCO3 BaCO3分解温度：100 402 814 1098 127712.7.3 非金属含氧酸及其盐的氧化还原性非金属含氧酸及其盐的氧化还原性非金属含氧酸及其盐的氧化还原性取决于 成酸元素的性质：成酸元素的性质：非金属性强的成酸元素，其酸及盐往往具有氧化性，如：HNO3,KNO3,HClO等；非金属性较弱的含氧酸及其盐一般无氧化性,如：Na2CO3等与成酸元素的氧化值有关与成酸元素的氧化值有关：高氧化值的非金属成酸元素，有获得电子的可能性，具有氧化性；处于中间氧化值的，如HNO2及H2SO3等,既有氧化性又有还原性；但高氧化值的含氧酸盐不一定在任何情况下都显示氧化性，如：硝酸

23、盐在高温或酸性介质中是强氧化剂，而在中性及碱性介质中几乎不显示氧化性非金属含氧酸及其盐的氧化还原性的变化规律氧化还原性的变化规律：1.同一周期：同一周期：各元素最高氧化值含氧酸的氧化性从左至右增强,如：H2SiO3 H3PO4 H2SO4(浓热)HClO4 无 无 有 强 同类型低氧化值含氧酸的氧化性从左至右增强,如：H2SO3 HClO3 H2SeO3HBrO3 2.同一族：同一族：最高氧化值含氧酸多数从上至下氧化性增强，如：HClO4HBrO4 H2SO4H2SeO4 H3PO4HBrOHIO 同类型中间氧化态的含氧酸中，第四周期元素的含氧酸最强,如：H2SO3H2TeO3 HClO3HI

24、O3 3.同一成酸元素不同氧化值的含氧酸，在浓度相同且被还原为同一氧化值时，低氧化值的氧化性比高氧化值强，如-1)：HClOHClO3HClO4 HNO2HNO3 H2SO3H2SO44.一般浓酸比稀酸氧化性强，酸比其盐氧化性强原因原因：价态高，还原时需断开的R-O键数多，困难大1919年年,Langmuir提出提出等电子原理等电子原理:原子数相同原子数相同,电子总数相同的分子电子总数相同的分子,互称为互称为等电子体等电子体 等电子体具有相似的结构和性质等电子体具有相似的结构和性质 如：如：N2和和CO等电子体等电子体基本要求掌握内容掌握内容：卤素单质的制备及性质；HX的制备及还原性、酸性、热稳定性；卤素含氧酸的酸性、热稳定性、氧化性；氢化物、卤化物的性质；S、P的各种含氧酸的分子式和B2H6的结构式，Na2S2O3的性质；ROH规则；含氧酸盐的热稳定性及氧化还原性变化规律。熟悉内容熟悉内容：金属、非金属与碱的反应，与酸的反应；等电子体，缺电子原子及化合物的概念。了解内容了解内容：元素性质的对角线规律；重要元素的化学性质；元素及其化合物性质的变化规律