15-常见非金属元素及其化合物-P区元素

第九章常见非金属元素及其重要化合物首都医科大学第十二章常见非金属元素及其重要化合物CommonNonmetalElementsandTheirCompounds内容提要学习目的主要介绍卤族元素、氧族元素、氮族元素、碳族元素中常见非金属元素及其重要化合物的性质，深刻认识物质结构与物质性质的关系，为分析化学、生物化学检验、血液学检验等后续课程的学习打下基础。内容提要知识要求1.掌握常见非金属元素及其重要化合物的性质；掌握非金属元素性质中的一些变化规律。2.熟悉卤素、氧族元素、氮族元素、碳族元素的通性。3.了解非金属元素在医药领域及生活、生产中的应用。内容提要能力要求熟练掌握物质性质的实践技能，学会常见非金属离子的鉴定技术；学会运用物质的化学性质分析、解决实践、生活和工作中的化学问题，正确使用化学物质。第一节卤族元素(一)卤族元素的通性(二)卤化氢和卤化物(三)含氧酸及其盐(四)拟卤素第二节氧族元素(一)氧族元素的通性(二)氧和氧的化合物(三)硫和硫的化合物内容提要内容提要第三节氮族元素(一)氮族元素的通性(二)氮的氧化物(三)氨和铵盐(四)硝酸及其盐(五)磷和砷第四节碳硅硼(一)碳族元素的通性(二)碳及其化合物(三)硅和硼引言人体内非金属元素在周期表中的分布H氢He氦LiBeB硼C碳N氮O氧F氟Ne氖NaMgAlSi硅P磷S硫Cl氯Ar氩KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAs砷Se硒Br溴Kr氪RbSrYZrNbMoTcRuRuPdAgCdInSnSbTe碲I碘Xe氙CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAt砹Rn氡注：人体必需宏量元素，人体必需微量元素，__为有害元素引言人体内非金属元素在周期表中的分布H氢He氦LiBeB硼C碳N氮O氧F氟Ne氖NaMgAlSi硅P磷S硫Cl氯Ar氩KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAs砷Se硒Br溴Kr氪RbSrYZrNbMoTcRuRuPdAgCdInSnSbTe碲I碘Xe氙CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAt砹Rn氡引言●C、H、O、N、S、P组成了水、蛋白质、糖类、脂肪等人体的主要组成物质，P、O、F与金属元素Ca组成了骨组织。●F以氟化钙的形式存在于人的骨骼和牙齿中，缺氟容易引起龋齿。碘是甲状腺激素的重要组成成分，缺碘造成甲状腺肿大，导致智力低下、聋哑、身材矮小等。是多种体液的主要成分，食物中缺少氯时会引起多种病症。Cl引言●P在人体和生命中具有重要的意义：骨骼中失去磷，人体就会缩成一团；肌肉失去磷，就会失去运动能力；脑子失去磷，人的一切思想活动就会立即停止。●Se能够抑制过氧化、抗毒性、刺激免疫球蛋白及抗体的产生，具有抑制癌细胞的作用，并为智力发育的营养素。P区元素概述p区元素包括ⅢA~ⅦA族和0族元素。p区元素沿B─Si─As─Te─At对角线分为两部分，对角线右上角的元素（含对角线上的元素）为非金属元素，对角线左下角的元素为金属元素。在同一族中，p区元素的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。同一族p区元素中，第一个元素的原子半径最小，电负性最大，与同族其他元素相比，化学性质有较大的差异。p区元素的价层电子组态为ns2np1~6，大多数都有多种氧化值。ⅢA族、ⅣA族和ⅤA族元素的较低正氧化值化合物的稳定性，在同一族中总的趋势从上到下逐渐增强；但最高氧化值化合物的稳定性则从上到下逐渐减弱。同一族元素这种从上到下低氧化值化合物比高氧化值化合物稳定的现象，称为惰性电子对效应。一般认为，ⅣA族元素从上到下，最外层s轨道中的一对电子越不容易参与成键，因此高氧化值化合物容易获得两个电子而形成ns2电子组态。惰性电子对效应也存在于ⅢA族元素和VA族元素中。P区元素概述p区元素的电负性较大，它们在许多化合物中都以共价键与其他元素原子结合。除In和Tl元素外，p区元素形成的氢化物都是共价化合物，且相对原子质量较大元素形成的氢化物不稳定。例如，VA族元素的氢化物的稳定性为：NH3PH3AsH3SbH3BiH3在p区元素中，第二周期元素的性质也表现出反常，氮、氧、氟单质的单键键能分别小于第三周期元素磷、硫、氯单质的单键键能，与通常情况下单键键能在同一主族中从上到下依次递减的规律不符。造成这一反常现象的原因，是由于N、O、F元素的原子半径小，成键时两个原子间距离较近，原子中未成键的电子间有比较明显的排斥作用，从而削弱了共价单键的键能。第二周期p区元素的原子最外层只有2s和2p轨道，其配位数一般不超过4。而其他周期p区元素的原子最外层有d轨道，可以形成更高配位数的化合物。从第四周期起，在s区元素和p区元素之间插入了d区元素和ds区元素，使第四周期p区元素的有效核电荷显著增大，原子半径比同周期的s区元素显著减小。因此，第四周期p区元素的性质在同族中也显得比较特殊,表现出异样性。P区元素概述在第五周期和第六周期的p区元素之前，也排列着d区元素和ds区元素(第六周期前还排列着f区元素)，它们对这两个周期的元素也有类似的影响，使各族第四、五、六周期三种元素性质又出现了同族元素性质的递变情况，但这种递变远不如s区元素那样有规律。第六周期p区元素受镧系收缩的影响，与第五周期同族元素的性质比较接近。第五周期元素的原子半径与第六周期元素的原子半径相差不太大，而第四周期元素的原子半径与第五周期同族元素的原子半径相差较大。P区元素概述p区元素具有以下特征性质：(1)第二周期元素具有反常性质；(2)第四周期元素表现出异样性；(3)各族第四、五、六周期三种元素性质缓慢地递变；(4)各族第五、六周期两种元素性质相似。P区元素概述第一节卤族元素第一节卤族元素卤素的基本性质FClBrI原子序数9173553价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5原子半径／pm6499114133电负性（鲍林）4.03.23.02.7氧化数－1,0－1,0,－1,0,－1,0,＋1,＋3,＋1,＋3,＋1,＋3,＋5,＋7＋5,＋7＋5,＋7ⅦA：FClBrIAt(X)第一节卤族元素非金属性逐渐增强活泼的非金属元素。FClBrI在化合物中常见氧化数为－1。氯、溴、碘还表现出＋1、＋3、＋5、＋7的氧化态。一、卤族元素的通性第一节卤族元素+1氧化态+3氧化态+5氧化态+7氧化态一个电子跃迁二个电子跃迁三个电子跃迁第一节卤族元素二、卤化氢和卤化物卤化氢氢卤酸卤化物（HX）（HX）(MXn)+H2O+碱卤化氢（HX）为无色、有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水。第一节卤族元素★HI＞HBr＞HCl＞HF卤离子具有还原性，还原能力强弱顺序为：★I－＞Br－＞Cl－＞F－卤素单质的氧化能力强弱顺序为：★F2＞Cl2＞Br2＞I2氢卤酸均为挥发性酸。酸性强弱顺序为：第一节卤族元素溶于四氯化碳中显棕色溶于四氯化碳中显紫红色或遇到淀粉显蓝（紫）色Br2-CCl4I2-CCl4I2-淀粉--22Cl+2Br=2Cl+Br--22Cl+2I=2Cl+I第一节卤族元素氢氟酸能够腐蚀玻璃：用于刻蚀玻璃制品上的标志和花纹，并贮存于塑料或铅制容器中。2424HF+SiO=SiF+2HO第一节卤族元素2NO∶大多数金属卤化物易溶于水，但氯、溴、碘的银盐则难溶于水、不溶于硝酸中。AgCl、AgBr、AgI的颜色和溶解性存在明显的差异。卤化银颜色加入硝酸加入氨水加入硫代硫酸钠AgCl白色不溶解溶解溶解AgBr淡黄色不溶解部分溶解溶解AgI黄色不溶解不溶解不溶解第一节卤族元素2NO∶+NH3AgClAgIAgBr+Na2S2O3+NH3+Na2S2O3+NH3+Na2S2O3第一节卤族元素2NO∶三、卤素含氧酸及其盐卤素含氧酸：名称氧化数氯溴碘次卤酸＋1HClOHBrOHIO亚卤酸＋3HClO2HBrO2卤酸＋5HClO3HBrO3HIO3高卤酸＋7HClO4HBrO4HIO4、HIO6第一节卤族元素性质：强氧化性、不稳定性。(一)次氯酸（HClO）及其盐次氯酸因强氧化性而具有杀菌和漂白作用。Cl2＋H2O＝HCl＋HClO222222Cl+2Ca(OH)=Ca(ClO)+CaCl+2HO第一节卤族元素氯气、漂白粉常用作消毒剂和漂白剂。次氯酸是一种弱酸，很不稳定，室温即分解放出氧气。22HClO=2HCl+O2223Ca(ClO)+CO+HO=CaCO+2HClO第一节卤族元素(二)氯酸（)及其盐在催化剂存在下，氯酸钾受热分解：2MnO322KClO2KCl+3O催化剂用于实验室中氧气的制备。3HClO第一节卤族元素氯酸钾与硫、磷、碳等易燃物质混合，极易爆炸，用于制造炸药、火柴、烟火等。第一节卤族元素(三)高氯酸（)及其盐高氯酸为最强的无机酸，比较稳定。高氯酸的冰醋酸溶液为分析化学中非水酸碱滴定的标准溶液。高氯酸因其钾盐难溶于水而用于鉴定K＋。44K+ClOKClO4HClO第一节配合物的基本概念第一节卤族元素四、拟卤素拟卤素拟卤离子(CN)2(氰)CN-(氰离子)(SCN)2(硫氰)SCN-(硫氰酸根离子)(一)氰化氢（HCN）和氰化物氰化氢氢氰酸氰化物（HCN）（HCN）[M(CN)n]第一节配合物的基本概念第一节卤族元素氰化钾和氰化钠均为剧毒品。毫克数量级即可致死。工业废水中氰化物排放标准：＜0.05mg·L-1。氰离子（）具有还原性：氯气可以氧化废水中的氰化物。---22222CN+8OH+5Cl=CO+N+10Cl+4HO-CN第一节卤族元素氰离子（）具有强配位性:工业上，使用硫酸亚铁和消石灰除去废水中的氰化物。铁氰化钾（）和亚铁氰化钾（）为、、的鉴定试剂。4-2+-6Fe+6CN=Fe(CN)-CN36KFe(CN)46KFe(CN)2+Fe3+Fe2+Cu4-3+64634Fe+3Fe(CN)=FeFe(CN)()蓝色第一节卤族元素亚铁离子的鉴定铁离子的鉴定铜离子的鉴定(二)硫氰化物（硫氰酸盐）血红色该反应为与的特效鉴定反应。3-3+-6Fe+6SCN=Fe(SCN)-SCN3+Fe第一节卤族元素课堂练习1.不能用玻璃瓶盛放的酸是（）A．HClB．HFC．HNO3D．H2SO42．除去液溴中溶解的少量氯气，可向其中加入的物质是（）A．氯化钠B．液溴C．氯气D．溴化钾答案：1.B、2.D第一节卤族元素4．下列物质具有漂白作用的是（）A.氯水B.次氯酸钙C.氯化钙D.碳酸钙E.氟化氢3.下列物质能使淀粉－KI试纸变蓝的是（）A.氢氟酸B.碘溶液C.碘化钾溶液D.氯化钠溶液E.溴水答案：3.B、E4.A、B第二节氧族元素第二节氧族元素ⅥA：OSSeTePo氧族元素的基本性质：OSSeTePo原子序数816345284价电子构型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4原子半径／pm66104117137153电负性（鲍林）3.52.52.42.12.0氧化数－2,－2,0,－2,0,－2,0,－1,0＋2,＋4＋2,＋4＋2,＋4,＋6,＋6,＋6第二节氧族元素一、氧族元素的通性比较活泼的非金属性。OSSeTePo典型非金属金属在化合物中常见氧化数为－2。硫、硒、碲还表现出＋2、＋4、＋6的氧化数。非金属性逐渐增强第二节氧族元素+2氧化态+4氧化态+6氧化态一个电子跃迁二个电子跃迁第二节氧族元素O约占地壳重量47%约占空气体积21%氧单质化合态氧动植物体矿物岩石化合态氧二、氧和氧的化合物第二节氧族元素(一)臭氧（）3O22O3紫外线照射电火花大气平流层中存在的臭氧层能够吸收太阳光的紫外辐射，保护着地球表面上的一切生物。人类大量使用的矿物燃料和氯氟烃，臭氧层正遭到破坏。3O第二节氧族元素蓝色气体，强氧化剂。用于饮水消毒、空气净化以及含有机物废水的处理。(二)过氧化氢22HO22HO22HO俗称双氧水，常用其水溶液。过氧基：OO过氧化氢：HOOH97°97°94°第二节氧族元素中O的氧化数为－1：22HO22HOH2O（－2）氧化剂O2（0）还原剂2