第十一章 非金属元素(二)
第一节 氧及其化合物
第二节 硫及其化合物
第三节 氮及其化合物
第四节 磷及其化合物
第五节 碳硅硼及其化合物
第一节 氧及其化合物
?1、氧
? 氧的分子光谱表明:有一个 σ键和两
个 3电子 π键,每个 3电子 π键中有一个未
成对电子,两个未成对的电子,自旋平
行,使 O2表现出顺磁性。
? 氧的应用范围很广。
臭氧
?1)物理性质
?2) 结构:
?3) O2 2O
? O + O2 O3
? O3在紫外辐射的作用下能重新分解为 O和 O2
?从而防止太阳紫外线到达地面。
?4)应用:强氧化性方面的应用,系制水室。
过氧化氢( H2O2)
?市售为 30% 和 3%,任意比例混合。
?结构:
?
?保存,棕色瓶,8-羟基喹啉等
?应用:
? 1)修复壁画。
? 2)清洗粘附有 MnO2污渍的器皿。
? 3)出去残留的氯
(1) 单质硫的结构
S,sp3杂化形成环状 S8分子
(2) 单质硫的物理性质
硫有几种同素异形体
斜方硫 单斜硫 弹性硫
密度 /g?cm-3 2.06 1.99
颜色 黄色 浅黄色 190℃ 的熔融硫
稳定性 >95.5℃ <95.5℃ 用冷水速冷
?? ?? ?? C190C9 5, 5 )S( )S( 单斜斜方 弹性硫
第二节 硫及其化合物
1 单质硫
( 3)硫的化学性质
?能与许多金属
直接化合
?能与氢、氧、碳、
卤素 (碘除外 )、
磷等直接作用
?与氧化性酸作用
?与碱的作用
H gSSHg
SAl3S2A l 32
? ???
? ???
22
22
62
SOOS
S C lClS
SF)(3FS
Δ
? ???
? ???
? ??? 过量
O2H( g)3 S O)(SO2HS
2 NO ( g)SOH2 H NOS
2242
423
?? ???
?? ???

O3HOSNaS2 N a6 N a O H)4 S (
O3HSONaS2 N a6 N a O H3S
23222
2322
Δ
??? ???
??? ???
?过量
2 硫化氢和硫化物
?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
1,与空气 (O2)反应
SO2HOS2H
2 S OO2H3OS2H
222
2222
???? ???
??? ???
不完全
完全
SH 0, 1 4 1 V S 0, 4 5 V SOH 0, 2 0 V SO 232-24AE 0.347V
0.303V
( 1)硫化氢
2,与中等强度氧化剂作用
??? ??? ??? 2H3 F eS2 F eSH 232
F eS
SFe 32
I)B r,C l,(X 2H2XSXSH -22 ???? ??? ?
3,与强氧化剂反应 ;
O2H5 S O8 Mn14HO9 Mn S5H
O8H5S2 Mn6HMn OS5H
8HXSOHO4H)Br,( C lXSH
2
-2
4
2-
42
2
2-
42
4222222
??? ????
??? ????
?? ????
??
??
产物:
-2
4SO
S
( 2)金属硫化物
颜色,(大多数为黑色,少数需要特殊记忆 )
SnS 棕,SnS2 黄,As2S3 黄,As2S5 黄,
Sb2S3橙,Sb2S5橙,MnS 肉,ZnS 白,
CdS 黄
易水解
最易水解,Cr2S3,Al2S3
溶解性 C r )A l,(M S3H2M ( O H )O6H3SM2 232
-23
?
?? ?????
硫酸、三氧化硫,省略
冷却发烟硫酸时,可以析出焦硫酸晶体
722423 OSHSOHSO ? ???
OH
O
HO S
O
OH H O S OH
O
O
OHOSH 2722 ?
S
O
OO
S
O
OH
O
H2S2O7为无色晶体,
吸水性、腐蚀性比
H2SO4更强。
焦硫酸盐可作为溶剂
4247222
4234272232
SOKT i O S OOSKT i O
SO3K)( S OAlOS3KOAl-
?? ???
?? ????
硫代硫酸 (H2S2O3),极不稳定,尚未制得纯品。
硫代硫酸盐,Na2S2O3?5H2O,海波,大苏打。
制备:
性质,a.易溶于水,水溶液呈弱酸性
b.遇酸分解
c.还原性
32232 OSNaSSONa ? ???
(2) 硫代硫酸及其盐
OHSOSOSH2HOS 22322-232 ??? ???? ?
--2
642
-2
32
--2
422
-2
32
2IOSIOS
10H8 C l2 S OO5H4 C lOS
?? ???
??? ???? ?
S
O S
O O
S
O O
O S
-2
-2
?
I
|
I
S
O S
O O
S
O O
O S
-2
? ?2I
( 3)过硫酸及其盐
过氧化氢,H-O-O-H 磺酸基:
O
S
OHO
过二硫酸
O
S
OHO
O O
S
O
HO O
O
S
OHO
过一硫酸
O OH
H2S2O8的制备,
实验室, 氯磺酸 HSO3Cl和无水过氧化氢反应,
H C lOOHH S OH O O HClH S O 33 ??? ???
2 H C lHSOOOH S OH O O HCl2 H S O 333 ???? ???
工业, 电解冷硫酸溶液,
822-
-
4 OSH2e-2 H S O ? ??
过二硫酸盐,
.OS)( N H,OSK 8224822
强氧化剂,
?
??
??
?? ????
?
16H1 0 S OM n O2
O8HO5S2 M n
-2
4
-
4
Ag
2
2
82
2
稳定性差,
2342822 O2 S OSO2KOS2K ??? ?? ?
2, 0 1 V)/ S OOS( -24-282 ?E
( 4)连二亚硫酸,(H2S2O4)
S
O
S
O
HO OH
亚硫酸,
S OH
O
HO
二元中强酸,
-32 10 3, 5 ??K
遇水分解,
323222422 SO2HOSHOHOS2H ?? ???
32322 SOHSOSH ?? ??
-11 10 4, 5 ??K
连二亚硫酸盐,
:O2HOSNa 2422 ? 保险粉
还原剂,
1, 1 2 V)O/S( S O 2423 ???E
4322422 N aH S ON aH S OOHOOSNa ?? ????
稳定性比相应的酸强,
232322422 SOSONaOSNaOS2 N a ??? ??
?
第三节 氮及其化合物
?主要内容大家都很熟了,本质介绍几点:
?1) N2的制备
?2)三酸二碱
?3)硝酸盐和亚硝酸盐
?4)含氮氧化物废气的处理
第四节 磷及其化合物
1 磷的同素异形体
红磷白磷黑磷 隔绝空气高温高压 ?????? ?????? ?? ? C400
P4化学性
质活泼,空
气中自燃,
溶于非极性
溶剂。
较稳定,
400℃ 以上
燃烧,不
溶于有机
溶剂。
3 磷的氧化物
104
2
64
2
4 OPOPP
O) 足 不 (O ?? ????? ?? ?
O2(足 )
( 1)次磷酸( H3PO2) 及其盐
性质:一元中强酸 =1.0× 10-2
强还原剂 0, 4 9 9 V)PO/HPO(H 2333A ?E
,5 6 5 V1)PO/H( H P O -22-23B ??E
AgNO3 HgCl2 CuCl2 NiCl2
Ag Hg Cu Ni
O
P
H
HH
O
4 磷的含氧酸及其盐
结构:
aK
(2) 亚磷酸 (H3PO3)及其盐
结构:
性质,二元中强酸
强还原性 72
2
1
106.2
106, 3
?
?
??
??
K
K
??
??? ????
?
?
2H2 A gPOHOH2 A gPOH
- 1, 1 2 V)/ H P O(PO
- 0, 2 7 6 V)PO/HPO(H
43233
-2
3
-3
4B
3343A
E
E
34333 PHPO3HPO4H Δ ?? ??受热歧化
O
P
HHH
O
O
( 3) 磷酸 H3PO4
结构:
性质,三元中强酸
特性:脱水缩合后形成
焦磷酸、聚磷酸,(聚 )偏磷酸
10.24 103.6 107, 1 3138231 ??? ?????? KKK
O
P
H
H
H
O
O
O
焦磷酸 H4P2O7
O
P ?
OH
HO O H
O
P
OH
HO OH
O
P
OH
HO O
O
P
OH
OH
聚磷酸
聚磷酸 (n个磷酸脱 n-1个 H2O) n=2 焦磷酸
三 (聚 )磷酸
O
P ?
OH
HO O H
O
P
OH
HO
O
P
OH
HO O
O
P
OH
O H
O
P
OH
HO? OH
O
O
P
OH
OH ? O2H 2
(聚 )偏磷酸
(聚 )偏磷酸 (n个 H3PO4脱 n个 H2O)
偏磷酸 HPO3 (n=1) 四 (聚 )偏磷酸
(HPO3)4
O
P ?
O
HO O H
O
PHO OH
H
O
H?
H
O
P
O
HO OH ? H O P
?
H
O
O
OH
O
P
O
HO O
O
P OH
P
O
HO O P
O
O
OH
第五节 碳族元素的单质
单质碳:
金刚石,原子晶体,硬度最大,熔点最高
的单质。
石墨,层状晶体,质软,有金属光泽。
足球烯,富勒烯,C60,C70 等。
金刚石 (sp3杂化 )
石墨 (sp2杂化 )
足球烯,富勒烯,C60 (sp2杂化 )
3,碳化物
碳化物, 碳和电负性较小的元素所形成的
二元化合物
离子型碳化物 是由碳和周期表中 IA,IIA,
IIIA族的金属形成。
例如 CaC2,Al4C3,它们遇水易水解并形成
乙炔或甲烷:
二氧化硅 SiO2 ------硅石
无定型体:石英玻璃、硅藻土、燧石
晶体:天然为石英,原子晶体
纯石英:水晶
含有杂质的石英:玛瑙,紫晶
水晶 石英盐 黑曜石


缟玛瑙 玛瑙
第六节 硼元素及其化合物
1 硼族元素概述
2 硼族元素的单质
3 硼的化合物
1 硼族元素概述
硼族 (Ⅲ A),B,Al,Ga,In,Tl
价电子构型,ns2np1
缺电子元素:价电子数 <价层轨道数
缺电子化合物, 成键电子对数 <价层轨道数
例如,BF3,HBF4
特点,a,易形成配位化合物 HBF4
HF BF3
b,易形成双聚物 Al2Cl6
Cl
Cl
Al
Cl
Cl Cl
Cl
Al
.2 硼族元素的单质
同素异形体:无定形硼,晶形硼
棕色粉末,黑灰色
化学活性高,硬度大
熔点,沸点都很高。
α -菱形硼( B12)
3 硼的化合物
◆ 氧化硼
◆ 硼酸
◆ 硼砂
三氧化二硼
B2O3
B(无定形 ) B2O3 H3BO3
O2
Mg或 Al
+H2O
-H2O
制备:
O3HOBBO2H
( s )O2B( g )3O4 B ( s )
23233
322
?? ??
?
? ??
?
?
原子晶体:熔点 460?C
无定形体:软化
性质:
3 M g O2B3 M gOB 32 ?? ???
B2O3 2HBO2 2H3BO3
偏硼酸 (原 )硼酸
xB2O3·yH2O 多硼酸
+H2O
-H2O
+H2O
-H2O
硼酸的结构
B,sp2杂化
O
H
B
OO
H
H
硼酸的性质
(1) 一元弱酸 (固体酸 )
(2) 与多羟基化合物加合
OH C H
2BOH 33 ?
OH C H
R
-
O C H
O C H
R
R'
B H
C O
H C O
R
R'
O3HH 2?? ?
R'
H O C H
H O C H
R
R'
HO
HO
B
OH H C O H
H C O H
R
R'(3) 受热易分解
)(OBH B OBOH 32O-H2O-H33 22 玻璃态?? ???? ??
- 1 0
a
-
4233 105, 8 HB ( O H ) OHBOH ????
? K
硼砂 O10HOBNa 2742 ?
O8H( O H )OBNa 24542 ?
性质,
构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ℃ )
(1) 水解呈碱性
(2) 与酸反应制 H3BO3
4233242742 SONaBOH4O5HSOHOBNa ?? ????
(3) 脱水
受热脱水 硼砂玻璃
)( 2 Na B O)Ni ( B ONi OOBNa
)( 2 Na B O)C o ( B OC o OOBNa
232742
232742
棕色
蓝色
?? ???
?? ???
风化脱水
742 OBNa
体积膨胀
-433-3322454 2 B ( O H )BO2H 2OHBO4H O5H]( O H )OB[ ????
硅酸盐
硅酸盐结构复杂,一般写成氧化物形式。
硅酸钠,Na2O?nSiO2
泡沸石:
Na2O ? Al2O3 ? 2SiO2 ? nH2O
可溶性,Na2SiO3,K2SiO3
不溶性:大部分硅酸盐难溶于水,
且有特征颜色
硅酸盐