第二节 P区元素

第二节P区元素1.稀有气体3.氧族元素2.卤素4.氮族元素5.碳族元素6.硼族元素周期表中元素的分区s区d区ds区p区f区p区元素在周期表中的位置非金属金属价层电子组态为ns2np1~6，原子半径自上而下逐渐增大，元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强1.稀有气体命名的变化对于第18列的元素，随着人们对它们认识的逐步深化而不断地在改变，现今文献中，常见的命名有以下几种；1．1962年以前，由于未制备出这些元素的任何化合物，确信它们的性质不活泼，叫它们为“惰性气体”（inertgases)；2．曾因它们与各种化学试剂都不发生反应，于是认为它们的化合价为零，又将其称为“零族元素”；3．根据这六个元素在地壳中的含量稀少，又广泛地称它们为“稀有气体”4．这族元素自上而下，以氦为首，故也叫做“氦族元素”；5．也有人称它们为“单原子气态元素”一、稀有气体heliumneonargonkryptonxenonradon氦氖氩氪氙氡HeNeArKrXeRn价层电子构型：ns2np6稀有气体在地壳中的分布HeNeArKrXeRnI1/kJ·mol-1237220871527135711761043m.p./℃-272-249-189-157-112-71S/ml/kgH2O8.610.533.659.4108230临界温度/K5.2544.5150.9209.4289.7378.1稀有气体的物理性质：XeXe—O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”,“氡管”用于治疗癌症和中子源He大型反应堆的冷却剂，He-Ne-O2呼吸气可防“气塞病”，飞船的飞升气体，保护气Ne霓红灯，电子工业中的充气介质，低温冷冻剂Kr灯泡填充气，同位素测量Ar灯泡填充气，保护气稀有气体的主要用途1.元素的存在、性质氟氯溴碘砹FClBrIAt价层电子构型：ns2np5I2,Br2,Cl2二、卤素元素的存在氟：萤石（CaF2)、冰晶石（Na3AlF6)、氟磷灰石[3Ca3(PO4)2.Ca(F,Cl)2]氯：海水和内地盐湖(NaCl)溴、碘：海水，海藻，硝石矿（NaIO3,NaIO4)（1）物理性质F2Cl2Br2I2室温聚集态分子间力b.p./℃m.p./℃颜色原子半径/pm电负性电子亲和能/kJ·mol-1g小-188-220无色(浅黄)644.98322g-34.5-101黄绿993.16348.7l59-7.3红棕1142.96324.5s大183升华紫色1332.66295FCIBrI与水的反应发生氧化反应X2+2H2O4HX+O2激烈程度：F2﹥Cl2﹥Br2（1）化学性质F2与H2O的反应特殊F2与H2O反应强烈，并有燃烧现象，不仅放出O2，同时生成少量OF2、H2O2和O3：F2+H2O2HF+O2OO23OO3O+H2OH2O2O+F2OF22.卤化氢和氢卤酸卤化氢的制备●硫酸和卤化物的作用工业上和实验室制备HF：CaF2+H2SO4CaSO4+2HF浓H2SO4与NaCl反应制HCl：NaCl(s)+H2SO4(l)NaHSO4(l)+HCl(g)NaCl(s)+NaHSO4(s)Na2SO4(s)+HCl(g)直接合成法复分解法●单质的直接化合：H2+X2=2HX(X=Cl,Br,I)氢卤酸卤化氢的水溶液叫氢卤酸P195除氢氟酸的稀溶液外，其他三种氢卤酸都是强酸.●性质氢卤酸HFHClHBrHI在101.3kPa和20℃时的最高浓度/%35.3424957沸点/℃120110126127质量分数/%25.3720.244757相对密度1.141.101.49170101.3kPa下的恒沸液氢氟酸具备腐蚀玻璃的功能：SO2+4HFSiF4+2H2OCaSiO3+6HFCaF2+SiF4+3H2O(用来分析矿物或钢铁中的SiO2含量)盐酸与硫酸和硝酸一起被列入工业的“三大酸”，氟化氢的世界年产量超过1×106t，它是制备其他无机氟化物（如AlF3,BF3,UF4）和有机氟化合物（特别是氯氟烃）的关键化合物，HF的其他用途还涉及玻璃的刻蚀和抛光，不锈钢材表面清洗和半导体制造等.漂白粉的成分：OHOHCaCaClClOCaOHCaCl222222)()()(32可氧化浓HCl得到Cl2以检验ClO-的存在④应用：KClO3——制造炸药，制造火柴.KClO3+P混合爆炸反应——“小心”.S击撞火柴头中的氧化剂(KClO3)KBrO3、KIO3是分析化学上非常有用的试剂5.2.4.3高卤酸及其盐HClO4HBrO4H5IO6最强强弱1.高卤酸：A结构：HClO4HBrO4H5IO6sp3杂化、四面体sp3、四面体sp3d2、八面体B性质：一元无机最强酸强酸五元弱酸酸性减弱氧化性:酸性：HClO4是无机最强酸重要高卤酸盐：高氯酸盐高氯酸盐多易溶于水，但K+、NH4+、Cs+、Rb+的高氯酸盐的溶解度都很小。KClO4稳定性好,用作炸药比KClO3更稳定。242OKClC610KClONH4ClO4：现代火箭推进剂Mg(ClO4)2,Ca(ClO4)2可用作干燥剂1.元素的存在、性质oxygensulfurseleniumtelluriumpolonium三、氧族元素氧主要存在于空气中氧的工业制法仍是空气深冷精馏和可望成为工业生产的膜分离技术,它们总是同时得到O2和N2.氮—氧膜分离器示意图氧硫在自然界以化合态和单质两种形态出现.重要的化合态有FeS2(黄铁矿)、有色金属硫化矿、CaSO4·2H2O(石膏)和Na2SO4·10H2O(芒硝)等.生产途径有两条:硫●H2S的氧化(以天然气、石油炼焦炉气中的H2S为原料)H2S+1.5O2SO2+H2O2H2S+SO23S+2H2O●隔绝空气加热黄铁矿1200℃FeS2S+FeSFeS2(黄铁矿)单质形态的硫出现在石盐、石膏等沉积矿床和火山形成的沉积中.硫的世界年产量(约6×107t)的85%～90%用于制H2SO4，其他用途包括制造SO2，SO3，CS2，P4S10，橡胶硫化剂、硫染料以及含硫混凝土、枪药、爆竹等多种商品.Asulfurdeposit氧族(VIA)OSSeTePo元素非金属准金属放射性金属存在单质或矿物共生于重金属硫化物中价层电子构型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4电负性3.442.582.552.102.0氧化值-2,(-1)±2,4,6±2,4,62,4,62,6晶体分子晶体分子晶体红硒(分子晶体)灰硒(链状晶体)链状晶体金属晶体5.3.2氧、臭氧和过氧化氢碱性：2242222222s2121)(π)(π)()()()()(p*pps*s*sσσσσσ5.3.2.1氧（O2）分子轨道电子排布式：OO酸性：(氧化性强)0.401VE4OH4eO2HO--221.229VEO2H4e4HO2-2••43Π结构：中心O：sp2杂化形成键角：117oμ=1.8×10-30C•m惟一极性单质5.3.2.2臭氧(O3)：O2的同素异形体臭氧能将I-迅速而定量地氧化至I2，该反应被用来测定O3的含量：O3+2I-+H2OI2+O2+2OH-臭氧的氧化性被用于漂白、除臭、杀菌和处理含酚、苯等的工业废水，处理电镀工业含CN-废液时基于以下反应：OCN-+O3CO2+N2+O2O3+CN-OCN-+O2金在O3作用下可以迅速溶解于HCl，O3能从SO2的低浓度废气中制H2SO42Au+3O3+8HCl→2H[AuCl4]+3O2+3H2O5.3.2.2过氧化氢（H2O2）OOHH149pm97o97o97pm94o结构：HH孤对电子高纯H2O2在不太高的温度下还是相当稳定的，例如90%H2O2在325K时每小时仅分解0.001%.它的分解与外界条件有密切关系：为了阻止分解，常采取的防范措施：市售约为30%水溶液，用棕色瓶装，放置在避光及阴凉处，有时加入少量酸Na2SnO3或Na4P2O7作稳定剂.5.3.3硫及其重要化合物●单质硫的结构S:sp3杂化形成环状S8分子S8●单质硫的物理性质硫的几种同素异形体性质斜方硫单斜硫弹性硫密度/g·cm-32.061.99颜色黄色浅黄色190℃的熔融硫稳定性＞95.5℃＜95.5℃用冷水速冷单质硫95.5℃S(斜方)S(单斜)弹性硫190℃1、硫化氢和氢硫酸硫化氢孤对电子孤对电子SHH92。133.4pm5.3.3.1硫化物和多硫化物●H2S结构与H2O相似H2S是无色，有腐蛋味，剧毒气体.稍溶于水.●水溶液呈酸性，为二元弱酸●还原性久置于空气中的氢硫酸因被空气氧化而变浑浊：5.3.3.2硫的氧化物、含氧酸及其盐1、SO2、亚硫酸及其盐SO2(b.p.-10℃)为无色有强烈刺激性气味的气体，易溶于水，溶于水后形成亚硫酸43ΠS：sp2杂化SO2的结构SO2是极性分子SO2的性质H2SO3的性质：二元中强酸：不能从水溶液中离析出来，只存在水溶液中，主要物种为SO2(aq)：SO2+2H2OHSO3-+3H3O+这是因为SO2的路易斯酸性相当弱：8-2-23-3-21-332106.1SOHHSO101.3HSOHSOHKK相关的标准电极电势说明这种中间氧化态的化合物既有氧化性也有还原性：酸性溶液HSO4-H2SO3•(SO2H2O)S+0.158+0.500+6+40碱性溶液SO42-SO32-S-0.936-0.659+6+40O3H3SS2HSOH22320.92V)/SOSO(,0.17V)SO/HSO(-23-24B32-24AEE氧化性还原性4223222422232SO2HOSO2H)Br,(Cl2HISOHOHISOH漂白----使品红褪色H2SO3和Br2的反应有重要工业价值的亚硫酸盐几乎只有钠盐和钙盐，例如Na2SO3用做显影液中的防氧化剂、造纸和纺织工业除氯剂、保存食物和处理锅炉水；NaHSO3用于漂白；Na2S2O5(焦亚硫酸钠)用于照相、造纸、纺织和皮革业；Ca(HSO3)2可以溶解木质素而大量用于造纸业.2、SO3、硫酸及其盐SO3的结构：∠OSO=120°S-O键长143pmS：3s23p464ΠS：杂化后：sp2pd2γ型晶体β型晶体无色，易挥发固体固体有几种聚合物例如：γ型晶体,为三聚分子。β型晶体,为螺旋式长链。SO3的性质：H2SO4的结构：S：sp3杂化后形成分子，分子中除存在σ键外还存在(p-d)π反馈配键。H2SO4分子间通过氢键相连，使其晶体呈现波纹形层状结构。浓H2SO4的性质•强吸水性：作干燥剂。从纤维、糖中提取水。O11H12COHC2112212•二元强酸2100.1×Ka2•强氧化性OH2SO2CuSO)(SOH2Cu22442浓O2H3SO)(SOH2SOH5SO5OP)(SOH52PO2H2SOCO)(SOH2C224222524222242浓浓浓与非金属反应：与不活泼金属反应：与活泼金属反应：O4HS3ZnSO)(SO4H3Zn2442浓O4HSH4ZnSO)(SO5H4Zn22442浓硫的卤化物SF6可由硫与氟直接化合制得，它是目前唯一已知的硫处于族氧化态的卤化物.SF6常温常压下为无色、无味、无毒且不溶于水的气体,热稳定性和化学惰性都很高.这些性质以及很小的介电常数使它成为高压发电系统和其他电器设备中优良的气体绝缘介质.SF6的稳定性被解释为中心硫原子被6个氟原子所保护，支持这种观点的证据是保护得不那么严密的在水中迅速地部分水解：SCl2S2Cl2SF6一卤化物二卤化物六氟化硫SF4+H2O=OSF2+2HF熔态硫与Cl2反应生成恶臭而有毒的S2Cl2，该化合物在室温下为黄色液体(b.p.138℃).S2Cl2及其进一步氯化的产物SCl2（不稳定的红色液体，恶臭，有毒）因用于橡胶硫化等重要工业过程而大量生产.