第06章 非金属元素与无机非金属材料.ppt

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1、 第第 六六 章章 非非 金金 属属 元元 素素与与 无无 机机 非非 金金 属属 材材 料料第一节 非金属元素概述一一.周期系中的非金属元素周期系中的非金属元素 (H)HeB C N O F Ne Si P S Cl Ar As Se Br Kr Te I Xe At Rn 1 1 外层电子构型：外层电子构型：H 1s 1s1 1 其它其它 nsns2 2npnp1-51-5 0族族 nsns2 2npnp6 61 1 电离能大电离能大 ；电子亲合能负；电子亲合能负；电负性大。电负性大。3 3 可变的氧化数；可变的氧化数；4 4 晶体类型：晶体类型：原子晶体原子晶体过渡晶体过渡晶体分子晶体分

2、子晶体 B C Si As Se Sb 大多数大多数2 22 2 原子的性质：原子的性质：二二 单质的物理性质单质的物理性质 熔沸点、硬度熔沸点、硬度 与晶体类型对应与晶体类型对应:金刚石金刚石(C)最高最高(10)(10)原子晶体，原子晶体，He 最低最低 分子晶体；分子晶体；大多数是非导体大多数是非导体。B C Si P As Se具有半导体性质。具有半导体性质。三三 单质的化学性质单质的化学性质 与活泼金属可反应与活泼金属可反应 （O2、X2，N2需需“活化活化”）；）；3 3 N2可做保护气体，但可做保护气体，但20002000下可得下可得NO：N2+O22NO 常温下只有常温下只有X

3、2可与水反应：可与水反应：2F2+2H2O4HF+O2 Cl2+H2OHCl+HClO 高温下高温下B、C、Si与与H2O反应得反应得H2。4 4 常温下与氧无明显反应常温下与氧无明显反应(白磷自燃白磷自燃)不与非氧化性酸反应。不与非氧化性酸反应。与氧化性酸反应得含氧酸：与氧化性酸反应得含氧酸：S+c.HNO3H2SO4+2NO 5 5 如如,1000,1000时：时：C+H2O（g）CO+H2 N2、P、O2、S则不反应。则不反应。Cl2可与碱反应，可与碱反应，B、Si、P、S与与浓碱反应得含氧酸：浓碱反应得含氧酸：2B+2KOH+2H2O2KBO2+3H2第二节 非金属元素的重要化合物一一

4、 卤卤 化化 物物 1 1 卤化物的晶体类型及熔沸点卤化物的晶体类型及熔沸点 卤化物卤化物卤素与比卤素电负性小的元素卤素与比卤素电负性小的元素 组成的二元化合物。组成的二元化合物。卤化物的熔点：卤化物的熔点：活泼金属卤化物：离子晶体，熔点较高；活泼金属卤化物：离子晶体，熔点较高；过渡金属卤化物：过渡晶体，熔点较低；过渡金属卤化物：过渡晶体，熔点较低；非金属的卤化物：分子晶体，熔点很低。非金属的卤化物：分子晶体，熔点很低。6 6 上述情况可用离子极化理论予以说明。上述情况可用离子极化理论予以说明。离子极化理论：离子极化理论：视化合物由正、负离子组成；视化合物由正、负离子组成；视离子的正负电荷中心

5、重合；视离子的正负电荷中心重合；离子在电场作用下产生诱导偶极离子在电场作用下产生诱导偶极 离子的极化离子的极化。离子的极化决定于离子的离子的极化决定于离子的极化力极化力和和 变形性变形性：7 7 离子的极化力与离子的电荷、半径、离子的极化力与离子的电荷、半径、电子层结构有关；电子层结构有关；离子的离子的变形性变形性是指某离子在外电场作是指某离子在外电场作用下被极化的程度。与离子的电荷、半用下被极化的程度。与离子的电荷、半径、电子层结构有关。主要与离子的半径、电子层结构有关。主要与离子的半径有关。径有关。8 8 离子的离子的极化力极化力是指：某离子使邻近异是指：某离子使邻近异电荷离子变形（极化）

6、的能力。电荷离子变形（极化）的能力。结果是：离子键向共价键过渡；结果是：离子键向共价键过渡；离子晶体向分子晶体过渡；离子晶体向分子晶体过渡；化合物的物理性质随之发生相应变化。化合物的物理性质随之发生相应变化。如熔点变低，水中溶解度变小，等。如熔点变低，水中溶解度变小，等。9 9离子极化的结果导致原子轨道的重叠；离子极化的结果导致原子轨道的重叠；离子极化作用增强离子极化作用增强如第如第3 3周期氯化物熔点依次：周期氯化物熔点依次：高高低低正离子正离子元素元素 Na Mg Al Si P S 电荷电荷 +1 +2 +3 +4 +5+6+1 +2 +3 +4 +5+6 离子的离子的半径半径 依次变小

7、依次变小离子的离子的极化力极化力 依次增强依次增强ClCl-被极化被极化程度程度 依次增大依次增大氯化物氯化物键型键型 离子键离子键共价键共价键 晶型晶型 离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体熔点熔点 高高低低1010 解释：解释：AA、AA卤化物一般不水解；卤化物一般不水解；某些卤化物水解生成某些卤化物水解生成氯氧化物氯氧化物+HCl：SbCl3+H2OSbOCl(s)+HCl BiCl3+H2OBiOCl(s)+HCl 非金属卤化物能完全水解生成非金属卤化物能完全水解生成两种酸两种酸：BCl3+3H2OH3BO+3HCl PCl5+4H2OH3PO4+5HCl SiCl4+3H2OH2SiO3

8、+4HCl11112.2.卤化物的水解卤化物的水解 二二 氧氧 化化 物物氧化物氧化物氧与电负性比氧小的元素组成氧与电负性比氧小的元素组成 的二元化合物。的二元化合物。1 1 氧化物的晶型、熔点、硬度氧化物的晶型、熔点、硬度 规律与卤化物类似，如：规律与卤化物类似，如：1212此处讨论正常氧化物。此处讨论正常氧化物。Mn n+极化力极化力 依次增强依次增强 晶晶 型型 离子晶体离子晶体过渡过渡分子晶体分子晶体 熔熔 点点 高高 低低例例 NaO MgO Al2O3 CO2 SO3 CrO3 MnO2 Cr2O3 Mn2O3 1313高价态极化力强高价态极化力强低价态极化力弱低价态极化力弱 B

9、C N Na Mg Al Si P S Cl2 2 氧化物及其水合物的酸碱性氧化物及其水合物的酸碱性 ROH模型模型 ROH由由Rn n+、O2-、H+离子组成；离子组成；ROH中中RO，OH皆为离子键；皆为离子键；R O H碱式碱式解离解离如如:ROHRn+n+OH-ROHH+ROn-1414酸式酸式解离解离 ROH的解离方式决定于的解离方式决定于R-O键的相键的相对强弱，即决定于对强弱，即决定于Rn n+的极化力。的极化力。同周期：同周期：Na+Mg2+Al3+Si4+P5+S6+Cl7+Rn n+电荷电荷 依次增大依次增大 R-O结合力结合力 依次增强依次增强 RO对对H+斥力斥力 依次

10、增大依次增大 ROH的酸性的酸性 依次增强依次增强同族：同族：上上下下n+n+同同r r(+)(+)大大Rn n+极化力极化力 弱弱R-O键键 弱弱酸性酸性 弱弱1515 举例：举例：包括两种情况：包括两种情况：热分解热分解,如如:2HgO2Hg+O2 置换，如置换，如:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 前者可用前者可用f fH判断；判断；后者可用后者可用G-T 图判断。图判断。大多数氧化物大多数氧化物稳定稳定,不分解。不分解。少数少数不活泼金属氧化物不活泼金属氧化物受热会分解：受热会分解：2Ag2O4Ag+O2 卤素氧化物卤素氧化物最不稳定，低温下即分解。最不稳定，低温下即分解。1616

11、3 3 氧化物的稳定性氧化物的稳定性三三 含氧酸及其盐含氧酸及其盐 盐由两部分组成：盐由两部分组成：正离子：正离子：1717酸酸 根：根：无氧酸根无氧酸根，含氧酸根含氧酸根，负配离子负配离子 如：如：Cl-S2-SO42-CO32-Fe(CN)63-此处讨论含氧酸的盐。此处讨论含氧酸的盐。金属离子金属离子，金属氧根金属氧根，正配离子正配离子 如：如：K+Cu2+SbO+TiO2+Cu(NH3)42+CO2 水溶液中，含有大量水溶液中，含有大量CO2H2O，少量少量H2CO3。H2CO3的解离：的解离：H2CO3HCO3-盐的溶解度：盐的溶解度：A（除（除Li+），），NH4+外皆难溶。外皆难溶

12、。1818假定溶于水中的假定溶于水中的CO2 全部转化为全部转化为H2CO31 1 碳酸及其盐碳酸及其盐H+HCO3-K1 1=4.310=4.310-7-7H+CO32-K2 2=5.210=5.210-11-11 易溶盐的酸式盐易溶盐的酸式盐NaHCO3难溶；难溶；难溶盐的难溶盐的酸式盐Ca(HCO3)2易溶。易溶。热稳定性：热稳定性：正盐正盐 酸式盐酸式盐 酸酸 如：如：CaCO3 Ca(HCO3)2 H2CO3 可用热分解温度衡量碳酸盐的稳定性。可用热分解温度衡量碳酸盐的稳定性。如：如：AA碳酸盐碳酸盐 BaCO3 SrCO3 CaCO3 MgCO3热分解温度热分解温度/1292 10

13、98 841 5581292 1098 841 5581919 热分解温度热分解温度碳酸盐分解出的碳酸盐分解出的p p(CO2)达到达到101325101325Pa时的温度。此温度可用时的温度。此温度可用热力学数据计算。热力学数据计算。无论浓稀都有氧化性，还原产物很无论浓稀都有氧化性，还原产物很多：多：N2O、NO、NO2、N2、NH4+等，决等，决定于酸的浓度和还原剂。定于酸的浓度和还原剂。20202 2 硝酸（亚硝酸）及其盐硝酸（亚硝酸）及其盐 HNO3 可可钝化钝化某些金属，如：某些金属，如：Ti、Cr、Al、Fe、Co、Ni；2121王水王水由于由于HNO3的氧化能力和的氧化能力和Cl

14、-配合配合物的形成而具有很强的溶解能力。物的形成而具有很强的溶解能力。这里有三块黄金样品：这里有三块黄金样品：左边的样品上加浓盐酸，左边的样品上加浓盐酸，右边的加浓硝酸，中间右边的加浓硝酸，中间的加两种酸的混合物。的加两种酸的混合物。金子只与混酸反应，金子只与混酸反应，这种混酸称为王水，这种混酸称为王水，意思是意思是“黄金水黄金水”。活泼金属活泼金属 2NaNO32NaNO2+O2 Mg-Cu之间之间 2Pb(NO3)22PbO+4NO2+O2 Ag后金属 2AgNO32Ag+2NO2+O2其分解情况有三其分解情况有三（视金属的活泼性）：（视金属的活泼性）：硝酸盐硝酸盐 多不稳定多不稳定222

15、2 酸性酸性介质中，氧化性为主；介质中，氧化性为主；遇遇强氧化剂强氧化剂，表现还原性。，表现还原性。3 3 硫的含氧酸及其盐硫的含氧酸及其盐 H2SO4 浓酸具有氧化性。还原产物多种；浓酸具有氧化性。还原产物多种；有钝化作用有钝化作用,如如:Ti Al Cr Fe Co Ni。沸点沸点(338)(338)高高,做热浴，制挥发酸。做热浴，制挥发酸。硫酸盐硫酸盐 溶液无氧化性，热稳定性强。溶液无氧化性，热稳定性强。2323 HNO2 2 兼具氧化兼具氧化 还原性：还原性：5(NH4)2S2O8+2MnSO4+8H2OAg+2HMnO4+5(NH4)2SO4+7H2O 稳定性差，加热分解：稳定性差，

16、加热分解：(NH4)2S2O8(NH4)2SO4+SO2+O2(4)(4)亚硫酸盐亚硫酸盐 兼具氧化、还原性。兼具氧化、还原性。主要在碱性介质中做还原剂。主要在碱性介质中做还原剂。2424过硫酸铵过硫酸铵(NH4)2S2O8 有氧化性有氧化性(因含因含-O-O-)E=2.01V=2.01V Na2SO3+Cl2+H2ONa2SO4+2HClNa2SO3+2KMnO4+2KOHNa2SO4+2K2MnO4+H2O(5)(5)Na2S2O3 常用的还原剂，常用的还原剂，用于吸氯：用于吸氯：S2O32-+4Cl2+5H2O 2SO42-+10H+8Cl-用于测用于测I I2 2：2S2O32-+I2

17、 S4O62-+2I-2525E=0.08=0.08V 氯有四种含氧酸氯有四种含氧酸,皆有氧化性，皆有氧化性，HClO HClO2 HClO3 HClO4 其氧化性：其氧化性：依次增强依次增强可见氧化性与氧化数无关。可见氧化性与氧化数无关。盐：盐：Ca(ClO)2CaCl2漂白粉漂白粉,用于杀菌消毒用于杀菌消毒;2626KClO3 KClO4 NH4ClO4高温时皆氧化剂分高温时皆氧化剂分解出大量气体解出大量气体,可用于火柴可用于火柴 焰火焰火 炸药。炸药。4 4 氯的含氧酸及其盐氯的含氧酸及其盐 2KClO32KCl+3O2 NH4ClO4N2+6H2O+4HCl+5O25 5 含氧酸盐热稳

18、定性的规律：含氧酸盐热稳定性的规律：酸不稳定酸不稳定，对应的，对应的盐亦不稳定盐亦不稳定；正盐正盐 酸式盐酸式盐 酸酸 (同一种酸同一种酸)碱金属盐碱金属盐 碱土金属碱土金属 过渡金属过渡金属 铵铵 (同一酸根同一酸根)高氧化值高氧化值盐盐 低氧化值低氧化值盐盐(同一成酸元素同一成酸元素)（NaNO3Tc c，HHc c，IIc c 超导态都被破坏超导态都被破坏称超导体的称超导体的三大邻界条件三大邻界条件。3838超导态具有完全的抗磁性。超导态具有完全的抗磁性。39392 2 超导材料超导材料目前已发现目前已发现3030种单质，种单质，80008000种金属、种金属、合金、化合物具有超导性。合

19、金、化合物具有超导性。19871987年年 赵宗贤等，赵宗贤等，YBa2Cu3O7-x (T Tc c=90=90K)19931993年年 中中-瑞合作，瑞合作，Hg-Ba-Cu-O (T Tc c=133.5=133.5K)4040日前发现，日前发现，C60的某些金属化合物具的某些金属化合物具有超导性。有超导性。C60（足球烯）足球烯）的结构的结构4141三三 激激 光光 材材 料料1 1 激光的特点激光的特点:光源亮度高；光源亮度高；方向性极强方向性极强;单色性极好单色性极好.2 2 激光的产生激光的产生:通常通常,物质的粒子大多处于基态物质的粒子大多处于基态,极少处于激发态。激发态粒子跃

20、迁回极少处于激发态。激发态粒子跃迁回基态放出热基态放出热(非辐射跃迁非辐射跃迁)和光（辐射和光（辐射跃迁）跃迁）自发辐射自发辐射；4242 若人为地使多数粒子处于激发态若人为地使多数粒子处于激发态 粒子数反转粒子数反转。此时，以此时，以h h入射此工作物质，激入射此工作物质，激发态粒子受到激发态粒子受到激发而跃迁，辐射发而跃迁，辐射出的光子与入射出的光子与入射光完全相同光完全相同受激发射受激发射。4343 由于激发态粒子多而起到放大作用。由于激发态粒子多而起到放大作用。受激发射所发出的光受激发射所发出的光激光激光。把上述过程持续下去的装置把上述过程持续下去的装置激光器激光器。3 3 激光器种类

21、激光器种类 固体激光器：固体激光器：激活离子激活离子（产生激光的离子）：（产生激光的离子）：Cr3+Mn2+Co3+Ni2+Ln3+（Nd3+）；基质材料基质材料（传播激光的介质）：（传播激光的介质）：4444 Al2O3（晶体激光器）、晶体激光器）、钕玻璃（玻璃激光器）；钕玻璃（玻璃激光器）；气体激光器：气体激光器：原子气体激光器原子气体激光器,如如 He-Ne激光器；激光器；分子气体激光器分子气体激光器,如如 CO2激光器；激光器；离子气体激光器。离子气体激光器。半导体激光器，半导体激光器，等。等。4545 加工：打孔、切割、焊接加工：打孔、切割、焊接;四四 光光 导导 材材 料料皮料皮料

22、低折射率的玻璃；低折射率的玻璃；吸收料吸收料。4646 通讯：方向性、发散性好，通讯：方向性、发散性好，可远距离传输。可远距离传输。1 1 光纤的组成：光纤的组成：芯料芯料高折射率，高透光度，不析晶高折射率，高透光度，不析晶 的玻璃；的玻璃；4 4 应用：应用：多组分玻璃光纤；多组分玻璃光纤；复合材料光纤；复合材料光纤；石英光纤（高纯度或掺杂）。石英光纤（高纯度或掺杂）。光在芯料和皮料光在芯料和皮料界面上全反射，入界面上全反射，入射光封闭在芯料内，射光封闭在芯料内，经过无数次全反射，经过无数次全反射，锯齿状传播。锯齿状传播。47473.3.通信原理：通信原理：2 2 光纤材料：光纤材料：光缆结

23、构图光缆结构图4848 HClO4、H2SO3、H2SO4的酸性的酸性;Sr(OH)2、Sc(OH)3、Y(OH)3的碱性的碱性;FeCl3、PCl3、CaCl2的水解性的水解性;MgCO3、CaCO3、ZnCO3、(NH4)2CO3的热稳定性。的热稳定性。4949例题：例题：比较并简单说明下列物质的有关比较并简单说明下列物质的有关性质：性质：酸性：酸性：HClO4H2SO4H2SO3 成酸元素氧化值高者酸性强。成酸元素氧化值高者酸性强。碱性：碱性：Sr(OH)2 Y(OH)3Sc(OH)3 元素元素R的极化力弱的极化力弱，其，其ROH碱性强碱性强 水解性：水解性：PCl3 FeCl3CaCl

24、2 元素元素R的极化力的极化力弱，卤化物水解性差弱，卤化物水解性差 稳定性：稳定性：CaCO3 MgCO3ZnCO3(NH4)2CO3 元素元素R的极化力的极化力弱，其碳酸盐稳定。弱，其碳酸盐稳定。5050 解解:完成下列各反应方程式：完成下列各反应方程式：NaNO2+NaI+H2SO4 KMnO4+NaNO2+NaOH K2Cr2O7+K2SO3+HCl Na2S2O3+I2解解：2NaNO2+2NaI+2H2SO4 2NO+I2+2Na2SO4+2H2O5151例题例题：2KMnO4+NaNO2+2NaOH K2MnO4+Na2MnO4+NaNO3+H2O K2Cr2O7+3K2SO3+8HCl 8KCl+Cr2(SO4)3+4H2O 2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI5252