主族元素PPT课件.pptx

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1、元素化学元素 化学22023/4/92010年4月7日报道了俄罗斯杜布纳联合核研究所与国际科研小组成功合成了一种拥有117个质子的新元素科学家们一直在苦苦寻找的第117号元素(ununseptium)，这将填补目前已被发现的第116号和118号元素之间缺失的“一环”，从而使元素周期表中的未完全周期第七周期成为完全周期，使元素周期表中的元素达到118种。所谓元素化学就是周期系中各元素的单质及其化合物的化学。元素化学是无机化学的中心内容，主要讨论元素及其化合物的存在、性质、结构、制备和用途。随着现代化学理论的不断发展与完善，为学习元素化学提供了基本理论与系统，学习元素化学要结合化学反应的一般原理与

2、物质结构的原理。一、概述1.元素的丰度地壳 地球表面下16km厚的岩石层称为地壳。有时也包括水圈和大气圈，前者质量为1.21021kg，占地壳总质量的6.91%，后者质量为5.11018kg，占地壳总质量的0.03%。丰度 化学元素在地壳中的含量称丰度，以质量分数表示的称质量Clarke值。地壳中含量最高的元素是O，其次是Si，两者占地壳75%。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 8种元素占99%以上。人体中约含30多种元素，期中11种常见元素约占99.95%，其余为微量元素与超微量元素。元素 化学42023/4/9地壳中一些元素的丰度（质量Clarke值）元素w/%元素w/%元素w/

3、%O47.2K2.60P0.08Si27.6Mg2.10S0.05Al8.80Ti0.60Ba0.05Fe5.1H(0.15)Cl0.045Ca3.60C0.10Sr0.04Na2.64Mn0.09人体中一些元素的含量（质量分数）元素w/%元素w/%元素w/%O65Ca2Na0.15C18P1Cl0.15H10K0.35Mg0.05N3S0.25元素 化学52023/4/92.元素的分类稀 有 元 素 分 类轻稀有金属Li,Ru,Cs,Be高熔点稀有金属Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re分散稀有元素Ga,In,Tl,Ge,Se,Te稀有气体He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn稀土金

4、属Sc,Y,La及La系元素铂系元素Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt(加Ag,Au又称贵金属)放射性稀有元素Tc,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac及Ac系元素及Ac系后人造元素 习惯上按元素在地壳中的分布将元素分为普通元素与稀有元素，之间没有绝对明确的界限。所谓稀有元素，一般指在自然界中含量少或发现晚、或研究少、提炼难以致应用晚的元素。元素 化学62023/4/91.元素周期表二、元素周期系S区元素A、A元素，碱金属与碱土金属价电子构型：ns12；氧化态：+1、+2；单质为最活泼金属，化合物大多为离子型，Li、Be形成共价型（少数共价型）；P区元素AA元素，除H外的全部非金属和部分金属元素

5、。价电子构型：ns2np16d区元素BB元素，全部为金属元素，分三个过渡系列；价电子构型:(n1)d18ns12(除Pd、Pt)f 区元素La系和Ac系元素，又称内过渡元素；价电子构型：(n2)f014(n1)d02 ns2全为金属，Ac系为放射性元素ds区元素B、B元素，共6个元素；价电子构型：(n1)d10ns12与d区元素一起统称过渡元素元素 化学2023/4/92.原子的电子层结构元素周期律周期 周期名称能级组电子填充次序元素元素个数1 特短周期1 1s12 1H 2He 22 短周期2 2s12 2p16 3Li 10Ne 83 短周期3 3s12 3p16 11Na 18Ar 84

6、 长周期4 4s12 3d1104p16 19K36Kr 185 长周期5 5s12 4d1105p16 37Rb54Xe 186 特长周期6 6s124f 114 5d1106p16 55Cs86Rn 327 特周期7 7s12 5f 1146d110 7p16 87Fr118号元素 32(1)能级组与周期的关系元素 化学82023/4/9 目前人们常用的是长式周期表,它将元素分为7个周期。核外电子排布的周期性变化使得元素性质呈现周期性的规律，即元素周期律；元素的基态原子最外层电子的n值即为元素所在周期数；如 26FeAr3d64s2为第四周期元素；47AgKr4d105s1为第五周期元素。

7、各周期元素总和等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。元素 化学92023/4/9(2)(2)价电子构型与周期表中族的划分价电子构型与周期表中族的划分价电子构型 价电子是原子发生化学反应时易参与形成化学键的电子，相应的电子排布即为价电子构型。主族元素价电子构型=最外层电子构型(nsnp)；副族元素价电子构型=(n2)f(n1)d nsnp主族元素 I AA(即0族)：元素的最后一个电子填入ns或np亚层，价电子总数等于族数。如元素7N，电子结构式为1s22s22p3，最后一个电子填入2p亚层，价电子总数为5，因而是VA元素。其中A(即0族)元素为稀有气体，价电子构型为ns2np6(除He)

8、，为8电子稳定结构，根据洪特规则的补充，全满电子构型特别稳定。元素 化学102023/4/9铂系元素副族元素 BB()族+BB共10列，其中 族有3列。副族元素也称过渡元素(同一周期从s区向p区过渡)。BB最后一个电子填入ns轨道族数=最外层电子数 BB最后一个电子填入(n1)d轨道族数=最外层电子数+(n1)d电子数 族较特殊，有三个列，共9个元素。Fe Co Ni 为铁系元素 Ru Rh Pd Os Ir Pt La系和Ac系元素 也称内过渡元素。第六周期B位置从57La到71Lu共15个元素称镧系元素，用符号Ln表示；第七周期B位置从89Ac到103Lr共15个元素称锕系元素，用符号An

9、表示。它们的最后一个电子填入倒数第三层(n2)f。元素 化学112023/4/9IA0A A A B BBBLa系f区(n2)f014(n1)d02 ns2全为金属，Ac系为放射性元素Ac系(3)(3)价电子构型与元素分区价电子构型与元素分区s区ns12活泼金属ds区(n1)d10ns12介于dp间d区(n1)d19ns12全为金属呈多变氧化态 非金属 p区 ns2np16 金属元素 化学2023/4/93 3 原子性质的周期性原子性质的周期性(1)有效核电荷(Z)屏蔽效应 多电子原子中，电子不仅受到原子核的吸引，还受到其他电子的排斥。这种其他电子对指定电子的排斥作用可看成是抵消部分核电荷的作

10、用，从而削弱了核电荷对指定电子的吸引力，使作用在指定电子上的有效核电荷下降。这种抵消部分核电荷的作用叫屏蔽效应。屏蔽效应的大小可用斯莱脱(Slater)规则计算得出的屏蔽常数i表示。i为除被屏蔽电子以外的其余电子对被屏蔽电子的屏蔽常数之和，i=。元素 化学132023/4/9屏蔽常数的计算屏蔽常数的计算 SlaterSlater规则规则A.轨道分组：(1s),(2s2p),(3s3p),(3d),(4s4p),(4d),(4f),(5s5p)位于被屏蔽电子右边各组对屏蔽电子的屏蔽常数=0，即近似 看作对该电子无屏蔽作用；B.按上面分组，同组电子间=0.35(1s组例外，=0.3)；C.对(ns

11、)(np)组的电子，(n1)层的电子对其的屏蔽常数=0.85，(n2)电子层及更内层对其的屏蔽常数=1.00；D.对nd或nf组的电子，左边各组电子对其的屏蔽常数 =1.00。元素 化学142023/4/9Question 例 计算21Sc的4s电子和3d电子的屏蔽常数i。解：21Sc的电子构型为1s22s22p63s23p63d14s2 分组：(1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)2 4s=101.00 +90.85 +10.35 =18.00 3d=181.00 =18.00元素 化学2023/4/9有效核电荷 核电荷数(Z)减去屏蔽常数(i)得到有效核电荷(Z)：Z=Z

12、 i 多电子原子中，每个电子不但受其他电子的屏蔽，而且也对其他电子产生屏蔽作用。电子的轨道能量可按下式估算：Z*：作用在某一电子上的有效核电荷数；n*：该电子的有效主量子数，与主量子数n有关：n 1 2 3 4 56 n*1.0 2.0 3.03.74.04.2元素 化学162023/4/9例：试确定19K的最后一个电子是填在3d还是4s轨道？Question 解：若最后一个电子是填在3d轨道，则K原子的电子结构式为 1s22s22p63s23p63d1 若最后一个电子是填在4s轨道，则K原子的电子结构式为 1s22s22p63s23p64s1 Z3d=19(181.00)=1.0 Z4s=1

13、9(101.00+80.85)=2.2 E3d=2.1791018J(1.00/3.0)2=0.241018J E4s=2.1791018J(2.2/3.7)2=0.771018J由于E4s E3d，根据能量最低原理，19K原子最后一个电子应填入4s轨道，所以19K的电子结构式为1s22s22p63s23p64s1。元素 化学172023/4/9例：试计算21Sc的E3d和E4s，确定21Sc在失电子时是先失3d 电子还是4s电子。解：21Sc的电子结构式为：1s22s22p63s23p63d14s2 根据前例已知 4s=3d=18.0 Z3d=Z i=2118.0=3.0 Z4s=2118.

14、0=3.0 E3d=2.1791018(3.0/3.0)2J=2.21018J E4s=2.1791018(3.0/3.7)2J=1.41018J由于此时E4s E3d，所以21Sc原子在失电子时先失去4s电子，过渡金属原子在失电子时都是先失去4s电子再失3d电子的。Question 元素 化学182023/4/9 Z*确定后，就能计算多电子原子中各轨道的近似能量。在同一原子中，当轨道角动量量子数l相同时，主量子数n值愈大，相应的轨道能量愈高。因而有 E1sE2sE3s；E2pE3pE4p；E3dE4dE5d；E4f E5f。当主量子数n相同时，随着轨道角动量量子数l的增大，相应轨道的能量也随

15、之升高。因而有 Ens Enp End Enf (钻穿效应)当主量子数n与轨道角动量量子数l均不相同时，应求出Z*再求出Ei，所以有能级交叉现象，如E4s 与E3d。元素 化学192023/4/9有效核电荷的周期性变化(最外层电子的Z*)第三周期NaMgAlSiPSClZ*2.202.853.504.154.805.456.10第一过渡系 ScTiVCrMnFeCoNiCuZnZ*3.00 3.15 3.30 2.95 3.60 3.75 3.90 4.05 3.70 4.35镧系La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuZ*3.003.002.8

16、52.852.852.852.853.002.852.852.852.852.852.853.00同一周期：对短周期，电子填入同一层，Z1，0.35,Z*0.65 所以从左右，Z*；对长周期，电子填入(n1)层，Z1，0.85,Z*不明显；而在填满d10后，(n1)层为18电子全满，屏蔽效应较大，Z*略(Cu)同一族：从上下，Z明显，Z*不明显；如 原因：增加一个满电子层，屏蔽作用很强。由于Z*的周期性变化，引起原子半径、电离能、电子亲和能、电负性等的周期性变化。Li Na K Rb1.3 2.2 2.2 3.7元素 化学202023/4/9元素 化学212023/4/9(2)(2)原子半径原

17、子半径(r r)根据原子与原子间作用力的不同，原子半径的数据一般有三种：共价半径、金属半径和范德华半径。共价半径 同种元素的共价分子中原子核间距的一半(l/2)；金属半径 金属晶体中相邻原子核间距的一半；范德华半径 当两个原子只靠范德华力(分子间作用力)互相吸引时，它们核间距的一半称为范德华半径。共价半径金属半径范德华半径元素 化学232023/4/9原子半径的周期性变化原子半径的周期性变化 原子半径的大小主要取决于原子的有效核电荷和核外电子层结构。同一周期：从左右，Z*，对核外电子的吸引力，r；同一主族：从上下，电子层，原子半径明显；同一副族：元素的原子半径从上到下递变不是很明显；第一过渡系

18、到第二过渡系的递变较明显；而第二过渡系到第三过渡系基本没变，这是由于镧系收缩的结果。镧系收缩：镧系元素从La到Lu整个系列的原子半径逐渐收缩的现象称为镧系收缩。原因：电子依次填入(n2)层4f轨道，屏蔽效应较大，Z*缓慢增大，r逐渐收缩。由于镧系收缩，镧系以后的各元素如Hf、Ta、W等原子半径也相应缩小，致使它们的半径与上一个周期的同族元素Zr、Nb、Mo非常接近，相应的性质也非常相似，在自然界中常共生在一起，很难分离。元素 化学242023/4/9元素 化学252023/4/9元素 化学262023/4/9 同一周期 短周期 从左右，I；因从左右Z*，r，对核外电子的吸引力，电离能逐渐增大；

19、其中p,d,f各亚层半满、全满 I 较大。稀有气体由于具有8电子稳定结构，在同一周期中电离能最大。长周期 中间的过渡元素电离能相近；因过渡元素的电子加在次外层，有效核电荷增加不多，原子半径减小缓慢，电离能增加不明显。同一主族 从上下，I；从上到下，有效核电荷增加不多，而原子半径则明显增大，电离能逐渐减小。同一副族 从上下，变化不很明显；注意：第二过渡系第三过渡系 I，原因：La系收缩；因而第三过渡系的金属性质特别稳定，不容易氧化。(3)电离能的周期性变化元素 化学272023/4/9元素 化学282023/4/9同一周期 从左右|A1|，每一周期的卤素最大。氮族元素由 于其价电子构型为ns2n

20、p3，p亚层半满，根据洪特规 则较稳定，所以电子亲和能较小。稀有气体的价电子 构型为ns2np6的8电子稳定结构，所以其电子亲和能 为正值。同一主族|A1|自上而下减小，但第二周期|A1|小于同族第三周期 相应元素，这就是第二周期的特殊性。第二周期元素 的原子轨道为1s2s2p，原子半径特别小，得到电子后 斥力很大，因而放出能量不多。(4)电子亲和能的周期性变化注意：电离能I、电子亲和能A仅反映元素的气态孤立原子得失电子能力的大小，不适用于判断水溶液中元素得失电子能力的大小。此时应用电极电势的大小来判断元素得失电子能力即氧化还原能力的大小。元素 化学292023/4/9(5)(5)元素的电负性

21、的周期性变化元素的电负性的周期性变化电负性 元素的原子在分子中吸引电子能力的相对大小，即对共用电子对的吸引力的相对大小。电负性的周期性变化：同一周期 从左到右电负性逐渐增大；同一主族 从上到下电负性逐渐减小。F元素的电负性是最大的；一般金属的电负性小于2；非金属的电负性大于2；过渡金属元素的电负性都比较接近，没有明显的变化规律。元素 化学302023/4/9三、s区元素 1.概述 价电子构型：ns1，ns2原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大元素 化学312023/4/92

22、.单质 均具有银白色金属光泽（Be灰色）的活泼金属，物理性质的主要特点是三低（低密度、低硬度、低熔点）。碱金属熔点变化元素 化学322023/4/9碱金属的化学性质4Li+O2(过量)2Li2O其他金属Na2O2,K2O2,KO2,RbO2,CsO22M+S M2S反应激烈，也产生多硫化物2M+2H2O 2MOH+H2Li反应缓慢，K发生爆炸，与酸反应均爆炸2M+H2 2M+H高温下反应，LiH最稳定2M+X2 2M+XX2：卤素6Li+N2 2Li3N室温，其他金属不反应3M+E M3EE=P,As,Sb,Bi,加热反应碱土金属的化学性质2M+O22MO加热能燃烧，Ba能形成BaO2M+S

23、MSM+2H2O M(OH)2+H2Be、Mg与冷水反应缓慢M+2H+M2+H2Be反应缓慢M+H2 MH2高温下反应，Mg需高压M+X2 MX2X2：卤素3M+N2 M3N2M3N2水解生成NH3和M(OH)23M+E M3EE=P,As,Sb,Bi,加热反应元素 化学332023/4/93.Li、Be的特殊性与对角线规则第二周期元素的特殊性 第二周期的元素与第三周期同族元素比较，其原子半径、电离能、电子亲和能、配位数、键能、氢化物的熔沸点等性质存在特殊性。主要原因在于原子的电子层结构不同，第二周期的元素的价电子构型为2s2p，不存在2d轨道，且1s电子的屏蔽效应较小，有效核电荷较大，所以原

24、子半径特别小。Li、Be的特殊性 碱金属、碱土金属元素的性质递变是很有规律的，但Li、Be表现出反常性。如：Li、Be的熔沸点、硬度高于同族其他元素，化学性质变化也不一致等。特殊性主要源于第二周期元素的特殊性，Li、Be有同族最小的原子（离子）半径，在化合物中有很大的极化能力，许多化合物呈现较大的共价性。元素 化学342023/4/9对角线规则 s区和p区元素除同族元素的相似性外、还有一些元素及其化合物呈现“对角线”相似性。如 Li、Mg的相似性 在过量O2中均生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱、溶解度不大，加热脱水；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水；氯化物呈共价性。Be、Al的相似性 Be、

25、Al及氢氧化物均为两性，氧化物高熔点、高硬度；均为缺电子元素，易形成配合物；氯溴碘化物共价，易升华易溶于水等。原因：对角线元素离子的极化能力相近，Z/r，由此反映出物质性质与结构的内在联系。Li Be B CNa Mg Al Si2023/4/9四、p区元素1.概述p p区元素性质的特征区元素性质的特征 各族元素性质由上到下呈现二次周期性第二周期元素具有反常性(只有2s,2p轨道)形成配合物时，配位数最多不超过4；第二周期元素单键键能小于第三周期同族元素单键键能 E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141 (kJmol1)E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(C

26、l-Cl)=199 (kJmol1)元素 化学362023/4/9第四周期元素表现出异样性(前面增加了10个d区元素)例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。元素 化学372023/4/9各族第四、五、六周期三种元素性质缓慢地递变 (由于d区、f 区插入，性质递变不如s区元素明显)K+Ca2+Ga3+Ge4+As5+r/pm 133 99 62 53 47 Rb+Sr2+In3+Sn4+Sb5+r/pm 148 113 81 71 62 Cs+Ba2+Tl3+Pb4+Bi5+r/pm 169 135 95 84 74惰性电子对效应 p

27、区元素同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定，主要表现为6s2电子对更趋于稳定，不宜失去，即使失去了也很易夺回来，表现出高氧化态的强氧化性。稳定性：Tl+Tl3+，Pb2+Pb4+，Bi3+Bi5+，元素 化学382023/4/92.硼族元素 价电子构型：ns2np1(1)硼的成键特性 硼族元素为缺电子元素（元素的价电子数少于价轨道数）最简单的硼烷是B2H6：两个B原子均sp3杂化动画激发sp3杂化元素 化学392023/4/9B2H62L2BH3L均裂异裂BH2L2+BH4两个三中心二电子氢桥键 均裂：B2H6+2NaH2NaBH4 B2H6+2:PF32H3B:PF3

28、B2H6+2:CO2H3B:CO 异裂：B2H6+2:NH3BH2(NH3)2+BH4元素 化学402023/4/9硼烷中有五种键型 硼氢键硼氢键 BH 硼硼键硼硼键 BB 氢桥键氢桥键 H B B开放的开放的3中心中心-2电子硼桥键电子硼桥键 B B B闭合的闭合的3中心中心-2电子硼桥键电子硼桥键 B B B元素 化学412023/4/9B4H10分子结构元素 化学422023/4/9(2)BX(2)BX3 3的成键特征与路易斯酸性的成键特征与路易斯酸性(GaCl3)2 (InCl3)2 (AlBr3)2 (AlI3)2 (GaBr3)2除B的卤化物及A的氟化物以外,气态均为二聚形式。Al

29、Cl3中Al原子为sp3杂化元素 化学432023/4/9 BF3(g)BCl3(l)BBr3(l)BI3(s)熔点/K 146 166 227 316沸点/K 172 285 364 483 键长/pm(实测)131 174 189 210共价半径和/pm 153 180 195 214键能/kJmol1 646 444 368 267 共价分子晶体随分子量增大，分子间作用力增强，熔沸点依次升高。由于有空轨道,可接受外来电子，均为Lewis酸。BF3+NH3 F3B:NH3 BF3+HF H+BF4C5H5N(l)+BX3(g)C5H5N:BX3元素 化学442023/4/9硼酸 H3BO3

30、结构：B：sp2杂化一元弱酸(固体酸)=5.81010性质：性质：一元弱酸一元弱酸 (固体酸固体酸)与多羟基化合物加合与多羟基化合物加合 受热易分解受热易分解=5.810=5.810-1010 硼砂硼砂硼酸根的结构：硼酸根的结构：性质性质：水解呈碱性水解呈碱性 与酸反应制与酸反应制H H3 3BOBO3 3性质性质：水解呈碱性水解呈碱性 与酸反应制与酸反应制H H3 3BOBO3 3元素 化学492023/4/9氮化硼氮化硼 BN与C2是等电子体，性质相似：BN有三种晶型：无定型(类似于无定型碳)六方晶型(类似于石墨)又称白石墨，熔点3000（分解）作润滑剂 立方晶型(类似于金刚石)硬度仅次于

31、金刚石，作磨料元素 化学502023/4/9氧化铝和氢氧化铝 氧化铝：Al2O3 -Al2O3：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。-Al2O3：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作 为催化剂载体。(3)(3)铝的化合物铝的化合物元素 化学512023/4/9元素 化学522023/4/9红宝石(Cr3+)蓝宝石(Fe3+,Ti3+)黄玉/黄晶(Fe3+)有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。含少量Cr呈红色，名红宝石；若含少量Ti和Fe,则呈蓝色,名蓝宝石；有的因晶体中含有成六次对称分布的针状金红石或其他包裹物，则可产生六射星芒，称星彩红宝石或星彩蓝宝石。Al(OH)3+OH Al(OH)4元

32、素 化学532023/4/9在碱性溶液中存在Al(OH)4或Al(OH)63有时也简便书写为：氢氧化铝：Al(OH)3两性：Al(OH)3+3H+Al3+3H2O元素 化学542023/4/9铝的卤化物离子晶体 分子晶体分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物。水解激烈：AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3离子键 共价键用干法合成AlCl3：潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。白烟为NH4Cl2023/4/9元素 化学55Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+H+铝的含氧酸盐硫酸铝：Al3+易水解：=105.03铝钾矾(明矾)：双水解反应2023/4

33、/9元素 化学56Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素O3H)()OHAl(C234714+红色茜素3NH(s)Al(OH)OH3NHAl43233+(OH)OHC3Al(OH)226143+2023/4/9元素 化学572023/4/9元素 化学58潜在储氢材料化合物A是第二周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对，是乙烷的等电子体，相对分子质量30.87，常温下为白色晶体，稳定而无毒。刚刚融化的A缓慢释放氢气，转变为化合物B（乙烯的等电子体）。B不稳定，易聚合成聚合物C（聚乙烯的等电子体）。C在155释放氢气转变为聚乙炔的等电子体，其中聚合度为3的化合物D是苯的等电子体。高于500时D释放氢气

34、，转变为化合物E，E有多种晶型。1 写出A、B、C、D、E的化学式。2 化合物A转变为E各步释放的氢所占的质量分数以及总共释放的氢气所占的质量分数多大？3 为使A再生，有人设计了化合物D在水蒸气存在下与甲烷反应，写出化学方程式。元素 化学592023/4/93.碳族元素 (1)概述 价电子构型：ns2np2氧化值最大配位数 单质可形成原子晶体 金属晶体元素 化学602023/4/9碳族元素的单质碳族元素的单质元素 化学612023/4/9碳的同素异形体 金刚石(sp3杂化)石墨(sp2杂化)富勒烯(sp2杂化)纳米管 1991年，日本科学家饭岛 首次合成，强度比钢高100倍，但重量只有钢的六分

35、之一 元素 化学622023/4/9硅单质 有无定形体和晶体两种，其晶体类似金 刚石。锗单质 是灰白色金属，硬而脆，结构类似于金 刚石。锡单质 有三种同素异形体：铅单质 质软，能阻挡X射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。灰锡(锡)白锡(锡)脆锡13.21612023/4/9元素 化学63结构：CO与N2为等电子体,结构相似。一氧化碳(CO):C O:C O:一个键两个二电子键性质：CO作配体，形成羰基配合物，配位原子为C原子 如：Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co2(CO)8还原剂：剧毒：取代血红蛋白中O2的配位位置，使人窒息(0.1%)CO：(1s)2(1s)2(2s)2(2s)2(2

36、py)2(2pz)2(2px)22023/4/9元素 化学64二氧化碳二氧化碳 (CO(CO2 2)O C O C：sp杂化 碳酸及其盐CO32的结构按VSEPR理论：Lp=(4+2)32/2=0，Vp=3，Vp平面三角形按杂化轨道理论：C原子sp2杂化2-CO2溶于水，大部分CO2H2O，极小部分H2CO3，二元弱酸：H2CO3 H+HCO3 K1=4.4 107 HCO3 H+CO32 K2=4.7 10112023/4/9元素 化学65碳酸盐的稳定性 Li2CO3 Na2CO3 MgCO3 BaCO3 FeCO3 ZnCO3 PbCO3 r(Mn+)/pm 60 95 65 135 76

37、 74 120Mn+的电子构型 2e 8e 8e 8e 917e 18e 18+2e分解T/1310 1800 540 1360 282 300 300离子极化观点：r(M2+)愈小，M2+极化力愈大，MCO3 愈不稳定；M2+为18、(18+2)、(917)电子 构型相对于 8电子构型的极化力大，其 MCO3 相对不稳定。热稳定性：碳酸碳酸氢盐碳酸盐 也源于此理。M2+MCO3 MO+CO22碳酸盐的溶解度：碳酸盐的溶解度：易溶盐易溶盐：NaNa2 2COCO3 3 NaHCO NaHCO3 3 K K2 2COCO3 3 KHCOKHCO3 3100100溶解度溶解度 45 16 45 1

38、6 156 60156 60(g/100g Hg/100g H2 2O)O)2-其它金属其它金属(含含Li)Li)碳酸盐难溶于水，碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。且酸式盐溶解度大于正盐。氢键存在，形成氢键存在，形成二聚物或多聚物二聚物或多聚物可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：水溶液中存在碳酸盐的水解：水溶液中存在碳酸盐的水解：)(OHHCO OHCO-32-23强碱性+OHCOHOHHCO-322-3+)CO(H)CO(322W231KK K=)CO(H)CO(321W232KKK=可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：可溶性碳酸盐与金属离子作

39、用的产物类型：水溶液中存在碳酸盐的水解：水溶液中存在碳酸盐的水解：)(OHHCO OHCO-32-23强碱性+OHCOHOHHCO-322-3+)CO(H)CO(322W231KK K=)CO(H)CO(321W232KKK=THANK YOUSUCCESS2023/4/969可编辑 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀。生成碳酸盐沉淀。例如：例如：BaBa2+2+、SrSr2+2+、CaCa2+2+和和AgAg+等。等。金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：沉淀的类型：氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生氢氧

40、化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐成碳酸羟盐(碱式碳酸盐碱式碳酸盐)沉淀。沉淀。例如：例如：PbPb2+2+、BiBi3+3+、CuCu2+2+、CdCd2+2+、ZnZn2+2+、HgHg2+2+、CoCo2+2+、NiNi2+2+和和MgMg2+2+等。等。水解性强、两性的金属离子与之反应生水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀。成氢氧化物沉淀。例如：例如：AlAl3+3+、FeFe3+3+、CrCr3+3+、SnSn2+2+、SnSn4+4+和和SbSb3+3+等。等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233+(g)CO(s)CO(OH)MgOH

41、2CO2Mg23222-232+(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232+水解性强、两性的金属离子与之反应生水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀。成氢氧化物沉淀。例如：例如：AlAl3+3+、FeFe3+3+、CrCr3+3+、SnSn2+2+、SnSn4+4+和和SbSb3+3+等。等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233+(g)CO(s)CO(OH)MgOH2CO2Mg23222-232+(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232+硅的化合物硅的化合物硅的氧化物无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石晶体：天

42、然晶体为石英，属于原子晶体纯石英：水晶含有杂质的石英：玛瑙，紫晶2023/4/9元素 化学73水晶紫晶石英盐黑曜石缟玛瑙玛瑙2023/4/9元素 化学74Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体硅氧四面体二氧化硅 结构：2023/4/9元素 化学75性质：与碱作用 与HF作用SiF4+2HF H2SiF62023/4/9元素 化学76硅酸及硅酸盐 H4SiO4 原硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸性质：12210132106.1107.1 SiOH=，溶解度小，是二元弱酸KK2023/4/9元素 化学77制备：浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。胶冻状硅酸硅胶H2O2Na

43、ClSiOH2HClSiONa3232+(g)2NH2NaClSiOHCl2NHSiONa332432+2023/4/9元素 化学78 硅酸盐结构复杂,一般写成氧化物形式，它的基本结构单位为硅氧四面体。白云石：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O分子筛2023/4/9元素 化学79熔沸点 低 高硅的卤化物 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态 g l l s (氟硅酸)水解：分子量 小 大2023/4/9元素 化学80 硅的氢化物(硅烷 SinH2n+2)性质：最简单的硅烷：SiH4(甲硅烷)自燃：水解：强还原性：热

44、稳定性差：2023/4/9元素 化学81金刚砂（SiC）：2023/4/9元素 化学82元素 化学832023/4/9Sn2+与 Sn()的反应 SnCl4 H2OH2SnO3+HCl(强烈)Sn+Cl2(过)HClS2 SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2+H2S SnCl62+H2SHClH2SnCl6元素 化学842023/4/9Sn2+Sn4+O2SnSS22SnS32 H+SnS2+H2SH2O,ClHCl+Sn(OH)ClFe3+Sn4+Fe2+OHSn(OH)2OHSn(OH)3Bi3+Bi+Sn(OH)6 2 HgCl2Hg2Cl2+Sn4+Sn2+Hg+Sn4+2023

45、/4/9元素 化学85PbCrO4+HNO3=Pb2+Cr2O72+NO3PbCl2、PbI2 溶于热水PbCl2+HCl=H PbCl3 PbI2+KI =K PbI3沉淀互相转化：Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4(白)KIPbI2(黄)Na2CO3PbCO3(白)PbS 元素 化学862023/4/9PbCO3(白)PbCl2(白)PbSO4(白)PbCrO4(黄)PbI2(黄)PbS(黑)如何使这些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3 Pb(NO3)2+H2O+CO2PbSO4+3OH(过量)Pb(OH)3+SO42PbSO4+NH4Ac(饱和)Pb(Ac)3+SO42+NH4+PbS

46、+HNO3 Pb2+S+NO+H2OPbS+HCl(浓)H PbCl3+H2SPbS+H2O2 PbSO4+H2O 出土的古代壁画、泥桶常常是黑的，因为古代人用铅白(碱式碳酸铅PbCO32Pb(OH)2)作白颜料,铅白与H2S作用成PbS黑色沉淀,因此可用此法使之变白。醋酸铅俗名叫“铅 糖”,甜,有 毒PbPb2+2+与与Pb()Pb()的性质的性质2023/4/9元素 化学87 A A A B C N Al Si P Ga Ge As In Sn Sb Tl Pb Bi 与族数对应的最高氧化态越来越不稳定，族数减2的氧化态愈来愈稳定主要是6s2电子对的惰性ns2np1 ns2np2 ns2n

47、p3+1 +2 +3ns2 ns2 ns2惰性电子对效应例：例：回答有关的问题。锡、铅两种元素的主要化合价是回答有关的问题。锡、铅两种元素的主要化合价是+2+2价价和和+4+4价，其中价，其中+2+2价锡元素和价锡元素和+4+4价铅元素的化合物均是不价铅元素的化合物均是不稳定的，稳定的，+2+2价锡离子有强还原性，价锡离子有强还原性，+4+4价铅元素的化合价铅元素的化合物物,有强氧化性。有强氧化性。例如：例如：SnSn2+2+还原性比还原性比FeFe2+2+还原性强。还原性强。PbOPbO2 2的氧化性比的氧化性比ClCl2 2氧化性强。氧化性强。(1)(1)写出下列反应的化学写出下列反应的化

48、学方程式方程式氯气跟锡共热：氯气跟锡共热：；氯气跟铅共热：氯气跟铅共热：；二氧化铅跟浓盐酸共热：二氧化铅跟浓盐酸共热：。(2)(2)能说明能说明SnSn2+2+还原性比还原性比FeFe2+2+还原性强的离子方程式还原性强的离子方程式是是 。市场上出现过一种市场上出现过一种COCO检测器，其外观像一张塑料信用卡，正中有检测器，其外观像一张塑料信用卡，正中有一直径不到一直径不到2 cm2 cm的小窗口。显出橙红色固态物质。若发现橙色转的小窗口。显出橙红色固态物质。若发现橙色转为黑色且在短时间内不复原，表明室内为黑色且在短时间内不复原，表明室内COCO浓度超标，有中毒危险。浓度超标，有中毒危险。CO

49、CO不超标时，橙红色也会变黑但能很快复原。已知检测器的化学不超标时，橙红色也会变黑但能很快复原。已知检测器的化学成分：亲水性的硅胶、氯化钙、固体胶成分：亲水性的硅胶、氯化钙、固体胶H H8 8Si(MoSi(Mo2 2O O7 7)6)628H28H2 2O O、CuClCuCl2 22H2H2 2O O和和PdClPdCl2 22H2H2 2O O。试完成。试完成下列问题：下列问题：（1 1）常温下）常温下COCO可使可使PdClPdCl2 2溶液变黑的反应十分灵敏，可作为检验溶液变黑的反应十分灵敏，可作为检验COCO之用。试写出之用。试写出COCO和和PdClPdCl2 22H2H2 2O

50、 O反应生成钯（单质反应生成钯（单质PdPd，黑色）、，黑色）、COCO2 2和和HClHCl的化学反应方程式：的化学反应方程式：_。（2 2）当室内）当室内COCO不超标，橙红色也会变黑却能很快复原，这是生不超标，橙红色也会变黑却能很快复原，这是生成的钯又与检测器中的成的钯又与检测器中的CuClCuCl2 22H2H2 2O O发生氧化还原反应恢复原状，发生氧化还原反应恢复原状，此时此时CuClCuCl2 2被还原成被还原成CuClCuCl，试用化学反应方程式表示这一过程：，试用化学反应方程式表示这一过程：_。（3 3）检测器中）检测器中CuClCuCl2 2被还原成被还原成CuClCuCl