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第四章重要元素及其化合物【学习目标】•1.了解卤族、氧族、氮族、碳族和碱金属的通性。•2.理解卤素单质、卤化氢、O2、O3、H2O2、氮、碳、磷、碳酸、硅和硅酸的性质。•3.理解重要的硫酸盐、碳酸盐、氮的氧化物、磷的化合物、硅酸盐的性质。•4.理解碱金属氧化物的性质，水的处理的主要内容。•5.掌握卤素单质化学性质、卤素单质制法、卤离子的检验、重要金属卤化物的性质。•6.掌握硫和硫的主要化合物、硝酸及硝酸盐、氨和铵盐的化学性质。•7.掌握碱金属的盐、镁、铝和铁的性质。19:46第一节卤族元素第二节氧族元素第三节氮族元素第四节碳族元素第五节碱金属第六节其他重要的金属元素第一节卤族元素一、卤素的通性•卤素是元素周期表中的第VIIA族元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)五种元素，其中砹是放射性元素.•卤原子的最外层电子数都是7，它们的单质在化学反应中都容易得到1个电子，形成具有稳定结构的-1价阴离子，表现出强烈的氧化性，具有相似的化学性质。19:46二、卤素单质的性质和制法•（一）物理性质•（二）化学性质•1.与金属反应：•在室温下，卤素单质可与镁、铁、铜等金属反应。例如Mg+Cl2=MgCl2•卤素单质与金属反应的作用活泼性顺序为:氟氯溴碘。19:46二、卤素单质的性质和制法•2.与氢气的反应•卤单质虽然都能和氢气直接化合，但是表现出的氧化性却逐渐减弱。•3.与水反应•卤素单质的反应活性为：氟(完全反应)氯溴碘；•氯气与水反应后生成“氯水”，氯水中的次氯酸（HClO）是强氧化剂，能对自来水杀菌消毒。•次氯酸不稳定，易分解放出氧气，2HClO=2HCl+O2↑19:46二、卤素单质的性质和制法•4.与碱反应•卤素单质与碱溶液反应可生成卤化物、次卤酸盐和水。•工业上用氯气和消石灰（主要成分为氢氧化钙）作用生产漂白粉。2Ca(OH)2＋2Cl2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O次氯酸钙Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO19:46二、卤素单质的性质和制法•5.卤素单质间的置换反应•卤素单质的氧化能力不同，活动性顺序为:氟氯溴碘。•氧化能力强的卤素单质能把氧化能力弱的卤素从它的卤化物中置换出来。19:46二、卤素单质的性质和制法•6.碘的特性•单质碘遇到淀粉显蓝色，这是碘的特殊性质。利用这个特性可以对碘和淀粉进行相互检验和鉴别。19:46二、卤素单质的性质和制法•(三）制法•卤素单质的制法主要有电解熔盐法、化学制备法等。19:46三、卤化氢和卤化物•（一）卤化氢•卤化氢的通式为HX，通常为气态。它们都有刺激性气味，有一定的毒性，HF的毒性最强。•卤化氢具有较高的热稳定性，HF在很高的温度下都不容易分解。•卤化氢的水溶液称为氢卤酸。酸性和还原性随着卤素原子序数的增大而增强。19:46三、卤化氢和卤化物•（二）卤离子的检验•在实验室常用硝酸酸化的硝酸银溶液来检验卤素离子：Ag++Cl-=AgCl↓（白色）Ag++Br-=AgBr↓（浅黄色）Ag++I-=AgI↓（黄色）19:46三、卤化氢和卤化物•（三）重要的金属卤化物•1.氯化钠（NaCl）：俗称食盐，医疗上用的生理盐水就是浓度为9g/L的氯化钠溶液。•2.氯化钾（KCl）：氯化钾在医疗上主要用作利尿药，常用于治疗心脏性、肾脏性水肿等。•3.氯化铵（NH4Cl）：医学上用它来纠正酸中毒和止咳祛痰剂中。•4.氯化钙（CaCl2）：在医学上，氯化钙可用于维生素Ｄ缺乏性佝偻病、软骨病、孕妇及哺乳期妇女钙盐补充等。•5.溴化钠（NaBr）：溴化钠可用于感光胶片,医药,香料,染料等工业。•6.碘化钾（KI）：我们常吃的加碘食用盐就是在普通食盐中加入碘化钾或碘酸钾。19:46第二节氧族元素一、氧族元素的通性•周期表中原子最外层电子数是6的主族元素有：氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、钋（Po），它们都位于周期表中第VIA族，统称为氧族元素。•氧在地球上分布极广，硫是某些蛋白质的组成元素，是生物生长所需要的一种元素。硒碲为稀有元素，钋是放射性元素。19:46二、过氧化氢（H2O2）•（一）物理性质•熔点272K，沸点423K，纯过氧化氢是淡蓝色的粘稠液体，与水以任意比混溶。水溶液为无色透明液体，有微弱的特殊气味。19:46二、过氧化氢（H2O2）•（二）化学性质•1.不稳定性：•纯H2O2受热高于150℃时爆炸分解，水溶液缓慢分解。2H2O2=2H2O+O2↑•2.氧化还原性：•在H2O2中，氧的化合价是-1，既可以升高也可以降低，因此既可以作为氧化剂也可用做还原剂，以氧化性为主。19:46二、过氧化氢（H2O2）•（三）用途•在不同的情况下可有氧化作用或还原作用。漂白，消毒，化学合成，氧源，燃料及燃料推进剂等。医药上常用质量分数为0.03的过氧化氢水溶液作为外用消毒剂。19:46三、硫和硫的主要化合物•（一）硫•1.硫的物理性质和用途•2.硫的化学性质•S在化学反应中容易得2个电子，具有活泼的氧化性。容易跟金属、氢气和其它非金属发生反应。19:46三、硫和硫的主要化合物•（二）硫的主要化合物•1.硫化氢(H2S)•硫化氢有剧毒，能刺激人的眼睛和呼吸道，还能与血红蛋白中的铁结合，会造成人的呼吸麻痹而死亡。•在较高温度时,硫化氢分解成氢气和硫。•硫化氢在空气充足条件下完全燃烧生成水和二氧化硫。•硫化氢燃烧时氧气不足或缓慢氧化条件下，产物中会析出单质硫。2H2S＋O2＝2H2O＋2S↓19:46三、硫和硫的主要化合物•硫化氢能被碘氧化生成单质硫，被氯氧化生成硫酸。H2S+I2=2HI+S↓H2S+4Cl2+4H2O=8HCl+H2SO4•硫化氢的水溶液能够使石蕊试液变为浅红色。它是一种弱酸，叫做氢硫酸，具有酸的通性。19:46三、硫和硫的主要化合物•2.硫的氧化物•（1）二氧化硫(SO2)•SO2溶于水后，可以与水化合生成亚硫酸，并且该反应是一个可逆反应。SO2＋H2OH2SO3•（2）三氧化硫(SO3)•SO3与H2O反应生成H2SO4。SO3＋H2O=H2SO419:46三、硫和硫的主要化合物•（3）硫酸(H2SO4)•浓硫酸有吸水性和脱水性，在浓热时显强氧化性，可以跟金属和非金属反应。H2SO4+xH2O=H2SO4·xH2OCu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2OC+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O•稀硫酸可与金属活动性顺序表中氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气；可与碱反应生成相应的硫酸盐和水。△＝△＝19:46四、重要的硫酸盐•（一）硫酸盐•1.硫酸钠（Na2SO4）•无水硫酸钠又称无水芒硝，中药名称为元明粉，可作缓泻剂，用于润燥破结，消肿明目。•2.硫酸钙（CaSO4）•硫酸钙可用作磨光粉和气体干燥剂，用于制作医疗上的石膏绷带，也用于冶金和农业等方面。•3.十二水合硫酸铝钾（KAl(SO4)2·12H2O）•俗称明矾或钾矾等，是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐。明矾味酸涩，有毒，用做中药有抗菌、收敛等作用。19:46四、重要的硫酸盐•（二）硫酸根离子(SO42-)的检验•使用经过盐酸（HCl）酸化的氯化钡（BaCl2)可检验物质中的硫酸根。H2SO4+BaCl2=2HCl+BaSO4↓（白色）Na2SO4+BaCl2=2NaCl+BaSO4↓（白色）Ba2++SO42-=BaSO4↓（白色）19:46第三节氮族元素一、氮族元素的通性•氮族元素包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）五种元素，位于元素周期表ⅤA族。其中氮、磷是非金属元素，砷是准金属，锑和铋是金属。19:46二、氮及其重要化合物•（一）氮及其氧化物•1.单质氮：•氮气是无色、无味、无臭、熔沸点低、难于液化、在水中溶解度很小的气体。•单质N2不活泼，在室温下不与氧、水、酸、碱等试剂反应。在高温或放电等条件下，氮气的化学活性增强。•氮主要用于合成氨，由此制造化肥、硝酸和炸药等。由于氮的化学惰性，常用作保护气体，以防止物体暴露于空气时被氧化；用氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存。19:46二、氮及其重要化合物•2.氮的含氧化物：•（1）一氧化氮(NO)：•NO很容易与氧反应生成红棕色的NO2。2NO+O2=2NO219:46二、氮及其重要化合物•（2）二氧化氮(NO2)：•NO2是一种红棕色有毒的气体，低温时易聚合成无色的N2O4。2NO2N2O4•将NO氧化或用铜与浓HNO3反应均可制备出NO2。2NO+O2=2NO2Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O19:46二、氮及其重要化合物•（三）硝酸及硝酸盐•1.硝酸是强酸，有酸的通性和强氧化性。•某些金属如Fe、Al、Cr等能溶于稀硝酸，而不溶于冷浓硝酸，发生“钝化”现象。所以现在一般用铝制容器来装盛浓HNO3。•硝酸能跟大多数非金属反应，使它们氧化为对应的氧化物或含氧酸。例如：C+4HNO3（浓）=CO2↑+4NO2↑+2H2OS+6HNO3（浓）=H2SO4+6NO2↑+2H2O19:46硝酸不稳定，易分解，在光照或受热时分解加快。•4HNO3＝4NO2↑+O2↑+2H2O•因NO2为红棕色，硝酸分解产生的NO2溶在硝酸内使硝酸呈黄色。因此硝酸要放在棕色试剂瓶内避光低温保存。光照或受热19:46二、氮及其重要化合物•硝酸与金属反应的产物，主要取决于硝酸的浓度、金属的活泼性、反应的温度。•例如：Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O4Zn+10HNO3（稀）=4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O4Zn+10HNO3（很稀）=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O•浓盐酸和浓硝酸体积比约3:1的混合物称为“王水”。王水的氧化性比硝酸更强。•硝酸用途广泛，可用于制造化肥、塑料、药物、含氮染料、炸药（如TNT、硝化甘油）等。19:46二、氮及其重要化合物•2.硝酸盐：•硝酸盐大多数是无色易溶于水的晶体，它的水溶液没有氧化性。高温时，固体硝酸盐会分解放出氧气，而显氧化性。•硝酸盐中最重要的是硝酸钾、硝酸钠、硝酸铵和硝酸钙等。硝酸盐是常用的化学试剂，在工农业生产上主要用来作肥料和制造炸药。19:46二、氮及其重要化合物•（三）氨和铵盐•1.氨：•氨是一种有刺激臭味的无色气体。氨极易溶于水，在常温下水可溶解氨体积比为1：700。通常把溶有氨的水溶液叫做氨水。氨水中大部分NH3与水结合成一水合氨(NH3·H2O)，少部分电离出NH4+和OH-，因此在氨的水溶液中存在下列平衡：NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-19:46二、氮及其重要化合物•由于氨水中存在少量的OH-，所以氨水呈弱碱性，能使酚酞试液变红。•氨水不稳定，受热分解生成氨和水：NH3·H2ONH3↑+H2O•氨与酸反应生成铵盐，例如：NH3+HCl=NH4ClNH3+HNO3=NH4NO32NH3+H2SO4=(NH4)2SO419:46二、氮及其重要化合物•2.铵盐：•铵盐一般是无色的晶体，易溶于水。•由于氨的弱碱性，铵盐都有一定程度的水解，由强酸组成的铵盐，其水溶液显酸性。NH4++H2ONH3·H2O+H+19:46二、氮及其重要化合物•在任何铵盐的溶液中加入强碱并加热，就会释放出有刺激性气味的NH3，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可利用此反应检验铵盐的存在。•例如氯化铵与氢氧化钠的反应：NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O19:46二、氮及其重要化合物•铵盐加热易分解。•例如：NH4ClHCl↑+NH3↑NH4NO3N2O↑+2H2O19:46三、磷及其重要化合物•（一）磷•磷有白磷、红磷、黑磷三种同素异构体。•（二）磷的重要化合物•1．磷的氢化物•磷的氢化物有PH3、P2H4、P12H16等，其中最重要的是PH3,称之为膦。•PH3在空气中能自燃，因为在这个气体中常含有更活泼易自燃的联膦P2H4，我们常说的的“鬼火”就是P2