沈阳师范大学教师教案无机化学Ⅱ课程名称：4授课学分：72授课学时：化学授课专业：张红丹授课教师：所在教研室：无机化学沈阳师范大学化学化工学院2022年10月1
1 沈阳师范大学 教 师 教 案 课程名称： 无机化学Ⅱ 授课学分： 4 授课学时： 72 授课专业： 化 学 授课教师 ： 张红丹 所在教研室： 无机化学 沈阳师范大学化学化工学院 2022 年 10 月
第十章元素化学引论一、教学目标掌握非金属单质结构特点：金属和非金属单质的化学性质：掌握无机含氧酸的结构特点和酸性强弱变化规律；掌握无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原性的规律。二、教学重难点无机含氧酸的结构特点和酸性强弱变化规律无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原性的规律。三、教学时数4学时四、教学资源与工具多媒体课件辅以板书五、教学过程（一）创设情境，导入新课本章是在学习无机单质和化合物的性质之前，运用所学过的无机化学的基本概念和基本原理，根据元素原子结构的特点及其在周期表中的位置，讨论元素及其化合物性质的一般规律，对元素及其化合物知识的学习起到引导作用。（二）学习新课10.1元素分布1、迄今已发现的113种元素中，非金属元素有22中，金属元素有91种。周期表中的位置IIAIVAVAVIA VIIAVIIIAHe(H)BcN0FNe非金属共22种PsAlSiCIAr（五种准金属）GaBrKrGeAsSeInSn1XeSbTeTIPbBiPoRnAt金属2.存在状态1
1 第十章 元素化学引论 一、教学目标 掌握非金属单质结构特点; 金属和非金属单质的化学性质； 掌握无机含氧酸的结构特点和酸性强弱变化规律； 掌握无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原性的规律。 二、教学重难点 无机含氧酸的结构特点和酸性强弱变化规律； 无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原性的规律。 三、教学时数 4 学时 四、教学资源与工具 多媒体课件辅以板书 五、教学过程 （一）创设情境，导入新课 本章是在学习无机单质和化合物的性质之前，运用所学过的无机化学的基本 概念和基本原理，根据元素原子结构的特点及其在周期表中的位置，讨论元素及 其化合物性质的一般规律，对元素及其化合物知识的学习起到引导作用。 （二）学习新课 10.1 元素分布 1、迄今已发现的 113 种元素中，非金属元素有 22 中，金属元素有 91 种。 2. 存在状态
非金属共22种，常温压下气体11种VIA族6种、Fz、Cl、O2、N2、H2液体1种Br2固体10种IAtSsSeTePAsBCSi3.丰度丰度用质量分数（即质量Clarke值）表示前十位OSiAIFeCaNaKMgHTi我国矿产资源丰富钨、锌、锑、锂、硼和稀土的储量均居世界第10.2单质结构和性质10.2.1非金属单质的结构和性质非金属单质的结构①非金属单质的成键规则8-N规则：N代表族数每个原子的8-N个价电子可与8-N个原子连接，形成8-N个共价键，即共价数为8-N第八主族稀有气体8-8=0为单原子分子，范德华力为内聚力，分子型晶体第七主族卤素8-7=1双原子分子，8共价单键范德华力为内聚力，分子型晶体第六主族氧族元素8-6=2氧原子可形成复键，为双原子分子.8键和2个三电子的元键，硫，硒，碲半径较大，不易形成P-p元键，而倾向于形成尽可能多的单键，其单质大多为多原子分子，如S8、Ses及P4等。第五主族氮族元素8-5=3氮原子可形成复键.为多重键双原子分子磷,砷,锑为三配位的有限分子P4AS4600PD第四主族8-4=4碳、硅易sp杂化形成的共价单键结合成庞大的分子四配位金刚石结构，原子晶体有些单质由于形成大元键多中心键键型发生变化，不遵守此规则如硼单质中的多中心键的数目不等于8-N②非金属元素的分类(按结构和性质)2
2 3. 丰度 丰度用质量分数（即质量 Clarke 值）表示前十位 O Si Al Fe Ca Na K Mg H Ti 我国矿产资源丰富 钨、锌、锑、锂、硼和稀土的储量均居世界第一 10.2 单质结构和性质 10.2.1 非金属单质的结构和性质 ◆ 非金属单质的结构 ① 非金属单质的成键规则 8-N 规则: N 代表族数,每个原子的 8-N 个价电子可与 8-N 个原子连接, 形成 8-N 个共价键, 即共价数为 8-N 第八主族 稀有气体 8-8=0 为单原子分子,范德华力为内聚力,分子型晶 体 第七主族 卤素 8-7=1 双原子分子,δ共价单键范德华力为内聚力, 分子型晶体 第六主族 氧族元素 8-6=2氧原子可形成复键, 为双原子分子.δ键和2 个三电子的π键，硫,硒,碲半径较大,不易形成 p-p键,而倾向于形成尽可能多的 单键，其单质大多为多原子分子，如 S8、Se8及 P4 等。 第五主族 氮族元素 8-5=3 氮原子可形成复键,为多重键双原子分子. 磷,砷,锑为三配位的有限分子 P4 As4 第四主族 8-4=4 碳、硅易 sp3 杂化形成的共价单键结合成庞大的分子, 四配位金刚石结构, 原子晶体 有些单质由于形成大键,多中心键,键型发生变化，不遵守此规则,如硼单质 中的多中心键的数目不等于 8-N ② 非金属元素的分类(按结构和性质)
·小分子物质，如单原子稀有气体，双原子分子·多原子分子物质S8P4As4·大分子(巨型分子)物质「金刚石、晶体硅、硼等原子晶体L混合型晶体：石墨、灰砷、黑鳞→非金属单质的性质1.常温常压下性质常温常压下，F2.Cl2.Br2.O2、S.P较活泼，与金属元素形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐等；其余在高温下可与其它物质反应。非金属元素彼此之间也能形成卤化物、氧化物、无氧酸、含氧酸等;N2、C、Si、B不活泼2.与水反应多数非金属单质不与水反应(1）卤素F2氧化水，其余微弱反应F2+H,0=2HF+1/202(2)C,B赤热与水蒸气反应C + H,O(g) = CO + H2B + 3H,O(g) = B(OH) +3H,3.与酸反应(1).不与非氧化性酸反应(2).C，B，S，P，I2等单质与氧化性酸作用P+5HNO3(浓)=H,PO4+5NO,+H02B+3H,SO4（浓）=2H,BO,+3SO2(3).硅不溶于单一酸中，但可溶于HF-HNO3的混合溶液中3Si + 4HNO, +18 HF=3H,SiF+8H,O + 4NO个4.与碱反应(1).Cl2.Br2、I2、S.P等遇碱歧化3
3 ● 小分子物质, 如单原子稀有气体, 双原子分子 ● 多原子分子物质 S8 P4 As4 ●大分子(巨型分子)物质 ◆ 非金属单质的性质 1. 常温常压下性质 常温常压下, F2、Cl2、Br2、O2 、S、P 较活泼，与金属元素形成卤化物、氧 化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐等；其余在高温下可与其它物质反应。非金属 元素彼此之间也能形成卤化物、氧化物、无氧酸、含氧酸等;N2、C、Si、B 不活 泼 2. 与水反应 多数非金属单质不与水反应 (1) 卤素 F2 氧化水, 其余微弱反应 (2) C, B 赤热与水蒸气反应 3. 与酸反应 (1). 不与非氧化性酸反应 (2). C，B， S，P，I2 等单质与氧化性酸作用 (3). 硅不溶于单一酸中，但可溶于 HF-HNO3 的混合溶液中 4. 与碱反应 (1). Cl2、Br2 、 I2 、 S、P 等遇碱歧化
Cl, + 2NaOH-NaCIO + NaCI + H,03Cl,+6NaOH → 5NaCI +NaCIO,+3H,03Br,+6Na0H→5NaBr+NaBrO,+3H,03I, +6Na0H=5NaI +NaI0,+3H,03S+60H=2S2-+S0,2-+3H,0(2).Si、B、As等与碱反应放出氢气Si+2Na0H +H,0=Na,SiO,+2H,1B, +2NaOH + 2H,O = 3H, ↑ + 2NaB02此类单质多为两性和准金属；亲氧性强，与氧形成含氧酸10.2.2金属单质的结构和性质1、金属单质的结构：金属单质一般形成金属晶体2、金属单质的通性（1）金属的分类黑色金属：铁、铬、锰及它们的合金有色金属：除铁、铬、锰以外的所有金属有色金属可以分为4类：（1）轻金属：密度一般在5.0g/cm2以下，包括钾、钙、钠、镁、锶、钡、铝等。（2）重金属：密度一般大于5.0g/cm2，包括铜、锌、铅、镉、汞、锡、锑、铬、钻、镍等。（3）贵金属：包括金、银、钱、、铂、钉、、钯等。它们密度大，熔点高。（4）稀有金属：很多稀有金属在自然界中的丰度并不低，如钛、钒、锆、铺比铜、镉、银、汞等普通金属还多。少数化学性质不活泼的（如金、银、铂）在自然界以单质形式存在：性质活泼的轻金属常以氯化物、氧化物、碳酸盐、硫酸盐及磷酸盐的形式存在；重金属主要以氧化物、硫化物，也有形成碳酸盐或硅酸盐的。（2）金属的物理性质·金属一般有金属光泽，有良好的导热、导电性能·延性最好的是铂，最细的白金丝直径不过1/5000mm可以冷轧制成厚度为0.0025mm的箔·展性最好的是金,28克金延展至65公里长。最薄的金箔只有1/10000mm厚，4
4 (2). Si、B、As 等与碱反应放出氢气 此类单质多为两性和准金属 ；亲氧性强, 与氧形成含氧酸 10.2.2 金属单质的结构和性质 1、金属单质的结构 ：金属单质一般形成金属晶体 2、金属单质的通性 （1）金属的分类 黑色金属：铁、铬、锰及它们的合金 有色金属：除铁、铬、锰以外的所有金属 有色金属可以分为 4 类： （1）轻金属：密度一般在 5.0 g/cm3 以下，包括钾、钙、钠、镁、锶、钡、 铝等。 （2）重金属：密度一般大于 5.0 g/cm3，包括铜、锌、铅、镉、汞、锡、锑、 铬、钴、镍等。 （3）贵金属：包括金、银、锇、铱、铂、钌、铑、钯等。它们密度大，熔 点高。 （4）稀有金属：很多稀有金属在自然界中的丰度并不低，如钛、钒、锆、 铈比铜、镉、银、汞等普通金属还多。 少数化学性质不活泼的（如金、银、铂）在自然界以单质形式存在；性质活 泼的轻金属常以氯化物、氧化物、碳酸盐、硫酸盐及磷酸盐的形式存在；重金属 主要以氧化物、硫化物，也有形成碳酸盐或硅酸盐的。 （2）金属的物理性质 ● 金属一般有金属光泽，有良好的导热、导电性能 ● 延性最好的是铂，最细的白金丝直径不过 1/5000mm,可以冷轧制成厚度为 0.0025mm 的箔 ●展性最好的是金,28 克金延展至 65 公里长。最薄的金箔只有 1/10000mm 厚
一两黄金，压成金箔可覆盖两个篮球场·熔点最低的是汞，和在手心上能熔化，熔点最高的是钨，为3683KLi,Na,K为轻金属(p0Al，Cr，Fe遇冷、浓HNO;钝化”Au+HNO +4HCI—→H[AuC].]+NO↑ +2H,ONb和Ta在“王水”中不溶，可溶于HNO3-HF混合酸N6+5HNQ+7HFHNbF +5NQ ↑+5HO·与碱反应----两性金属，Zn,AI等Zn+2NaOH +2H,O-→Na[Zn(OH)4]+H, 个2Al+2NaOH+6H,O—→2NdAl(OH)4]+3H, 个。与配位剂反应2Gu+2H,O+4CN 2G(CM),I +20H +H, ↑10.3无机酸的结构和强度①分子型氢化物②无机含氧酸10.3.1氢化物的结构非金属元素都能形成具有最高氧化态的共价型的简单氢化物，在通常情况下5
5 一两黄金，压成金箔可覆盖两个篮球场。 ● 熔点最低的是汞，铯和镓在手心上能熔化， 熔点最高的是钨，为 3683K ● Li, Na, K 为轻金属(ρ<1), Os 密度最大(ρ=22.57) ● Cr 硬度最大(9)（金刚石的硬度是 10） 金属化学性质 ● 与非金属反应 活泼金属；不活泼金属 ● 与水反应 活泼金属与水剧烈反应(Na, K)；Mg 与沸水反应； 铁赤热态下与水蒸汽反应； ● 与酸反应 Al, Cr, Fe 遇冷、浓 HNO3“钝化” Nb 和 Ta 在“王水”中不溶，可溶于 HNO3-HF 混合酸 ● 与碱反应-两性金属，Zn, Al 等 ● 与配位剂反应 10.3 无机酸的结构和强度 ① 分子型氢化物 ② 无机含氧酸 10.3.1 氢化物的结构 非金属元素都能形成具有最高氧化态的共价型的简单氢化物，在通常情况下
它们为气体或挥发性液体。B,H.CH4NH,H,OHFSiHPH,H,SHCIAsH,H,SeHBrSbH,HIH,Te10.3.2氢化物的性质1、熔、沸点（1）同一族氢化物从上到下熔沸点升高第二周期NH3、H2O、HF反常高（2）同一周期，不太规律、与分子极性有关主族元素氢化物熔点对比主族元表氧化物沸点对比1500-20100-406060度0/8010020点120%-100培-140-150-160-180200思期（从第二周期至第六周期）200→AH4AH3+H2A-HAAH4 -AH3H2A --HA2、热稳定性①从结构上：△X愈大，愈稳定。电负性减小，与氢结合能力减弱，稳定性减弱NH3很稳定，PH3加热则分解。AsH3和SbH3在室温时逐渐自动分解，BiH3很容易分解由上到下热稳定性降低3.043.443.98HFCH4NH3H,03.98SiH4HCI3.16PH,H,SHBr2.96AsH,H,SeH,TeHI2.66SbH3从左到右，热稳定性增加②从能量上：△G愈小，△H愈小，放出的能量增大，键能增加，化学键6
6 它们为气体或挥发性液体。 10.3.2 氢化物的性质 1、熔、沸点 （1）同一族氢化物 从上到下熔沸点升高. 第二周期 NH3 、H2O、HF 反常高 （2）同一周期, 不太规律. 与分子极性有关 2、 热稳定性 ①从结构上：△X 愈大，愈稳定。 电负性减小，与氢结合能力减弱，稳定性减弱 NH3 很稳定， PH3 加热则分解。AsH3 和 SbH3 在室温时逐渐自动分解，BiH3 很容易分解 ②从能量上：△G 愈小，△H 愈小， 放出的能量增大，键能增加，化学键
愈不易断，愈稳定。ArG/kJ·mol-!A,H/kJ·mol-273.31/2H2(g)+1/2F2(g)—→+HF(g)-275.495.392.31/2H2(g)+1/2Cl2(g)—→HC(g)53.436.31/2H2(g)+1/2Br2(g)—→HBr(g)1.726.51/2H2(g)+1/212(g)→HI(g)A、变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一致的。B、在同一族中，分子型氢化物的热稳定性还与键能自上而下越来越弱有关。3、还原性氢化物AHn的还原性来自A"，A"还原性的能力与其半径和电负性的大小有关。还原性依次增强NH,H,0HFCH4SiH4PH3H,SHCIGeH4HBrAsH3H,SeHIH,TeSbH,还原性依次增强电负性减小，半径增大，失电子能力递增，还原性增强2HI+2Fe3+->1, +2Fe?+ +2H氢化物能与氧、卤素、氧化态高的金属离子以及一些含氧酸盐等氧化剂作用。①与02的作用4NH3+5O2=4NO+6H20PH3+O2 = P2O5+H20H2S+O2 =SO2+H202HX+1/202=X2+H20(Cl2、Br2、I2)②与卤素的作用8NH3+3C12=6NH4CI+N2H2S+Cl2=2HCI+S2HX+Cl2=X2+2HC1(X=Br、I)PH3+4Cl2=PC1s+3HC1③与Agt、Fe3+作用2AsH3+12Ag+3H20=As203+12Ag+12H7
7 愈不易断，愈稳定。 A、变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一致的。 B、在同一族中，分子型氢化物的热稳定性还与键能自上而下越来越弱有关。 3、还 原 性 氢化物 AHn 的还原性来自 A n-，A n-还原性的能力与其半径和电负性的大小有 关。 电负性减小，半径增大, 失电子能力递增，还原性增强 氢化物能与氧、卤素、氧化态高的金属离子以及一些含氧酸盐等氧化剂作用。 ①与 O2 的作用 4NH3+5O2 = 4NO+6H2O PH3+O2 = P2O5+H2O H2S+O2 =SO2+H2O 2HX+1/2O2= X2+H2O ( Cl2、Br2、I2) ②与卤素的作用 8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2 H2S+Cl2=2HCl+S 2HX+Cl2=X2+2HCl (X =Br、I) PH3+4Cl2=PCl5+3HCl ③与 Ag+、 Fe3+作用 2AsH3+12Ag + +3H2O=As2O3+12Ag+12H+
2Fe3++2HI=2Fe2++I,+2H2Fe3++H2S= S+2Fe2++2H④与CrO2、MnO4、CIO3作用5H2S +2MnO4+6H*=2Mn2++5S+8H206HC1 + Cr20,2- + 8Ht=2Cr3+ + 3Cl2 + 7H206HI+CIO3+6H=3I+CI+3H204、水溶液酸碱性按照酸碱质子理论，大多数非金属元素的氢化物相对于水而言，易给出质子，是酸。少数非金属元素的氢化物易结合质子，是碱。酸的强度取决于下列质子传递反应平衡常数的大小：无氧酸的强度取决于下列平衡：HA+H2O=H30O*+A*常用Ka或pKa的大小来衡量其酸碱性。酸强度愈大pKa愈小，碱性pKa16分子型氢化物中在水溶液中的pKa值（298K）NH, 393酸CH~58H,016HF性增强27-7SiH~35PH,H,S7HCI25AsH,~194HBr -9GeH4H,Se→SbH,~15HI-10(SnH)～20H,Te3酸性增强A同一周期，从左到右，酸性依次增强随着中心原子原子序数的增加，中心原子所带负电荷依次减少，中心原子的电子密度越来越小对质子的吸引能力减小。氢化物酸性依次增强HFCH4NH3H,0酸性依次增强SiH4PH,H,SHCIGeH4AsH,HBrH,SeSbH,H,TeHI酸性依次增强<HF酸性：NH3<H20同一主族，从上到下，酸性依次增强随着中心原子原子序数的增加，原子半径增大，中心原子的电子密度越来8
8 2Fe3+ + 2HI= 2Fe2+ + I2 + 2H+ 2Fe3+ + H2S= S + 2Fe2+ + 2H+ ④与 CrO7 2-、MnO4 -、ClO3 - 作用 5H2S + 2MnO4 - + 6H+=2Mn2++ 5S + 8H2O 6HCl + Cr2O7 2- + 8H+=2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O 6HI + ClO3 -+ 6H+=3I2 + Cl- + 3H2O 4、水溶液酸碱性 按照酸碱质子理论，大多数非金属元素的氢化物相对于水而言，易给出质子， 是酸。少数非金属元素的氢化物易结合质子，是碱。 酸的强度取决于下列质子传递反应平衡常数的大小： 无氧酸的强度取决于下列平衡： HA+H2O=H3O ++A- 常用 Ka 或 pKa 的大小来衡量其酸碱性。 pKa 愈小， 酸强度愈大 pKa>16 碱性 pKa<16 酸性 分子型氢化物中在水溶液中的 pKa 值（298K） ◆ 同一周期, 从左到右, 酸性依次增强 随着中心原子 原子序数的增加，中心原子所带负电荷依次减少, 中 心原子的电子密度越来越小,对质子的吸引能力减小。氢化物酸性依次增强 酸性: NH3 < H2O < HF ◆ 同一主族, 从上到下, 酸性依次增强 随着中心原子 原子序数的增加，原子半径增大，中心原子的电子密度越来
越小，对质子的束缚能力减小，氢化物给质子的能力增大，氢化物酸性依次增强HF 在化合物R(OH)n中，可以有两种离解方式：R(OH)n一R(OH)n-1I+OH碱式离解R(OH)n—RO(OH)n-1+H+酸式离解若R-O键弱，碱式电离。若O-H键弱，酸式离解。R周围的非羟基氧原子数目多R原子吸引羟R的电负性大基氧原子的电R的半径较小子的能力强R的氧化数较高1降低羟基氧原子上的电子密度1酸性较强一容易释放出质子O-H键变弱>R-O与O-H键的相对强弱又决定于离子势”—阳离子R+n的极化能力。阳离子电荷Z(r---nm)b阳离子半经rR(OH)中R半径小电荷高，R的β值大，即其极化作用强，对氧原子的吸引力强，R-O键能大，则R(OH)主要是酸式解离，显酸性。反之亦然。经验规则师>0.32酸式电离碱式电离（r用pm为单位）市<0.22市=0.22~0.32两性例1. Be(OH), Mg(OH), Ca(OH), Sr(OH), Ba(OH),减小，碱性增强2、含氧酸的强度·含氧酸在水溶液中的强度决定于酸分子中质子转移倾向的强弱，可以用Ka或pKa值衡量含氧酸的强度。+ H3O+ROH+H2O→RO0-●酸电离的难易程度取决于成酸元素R吸引羟基氧原子的电子的能力。9
9 越小,对质子的束缚能力减小，氢化物给质子的能力增大，氢化物酸性依次增强 HF < HCl < HBr < HI H2O < H2S < H2Se < H2Te 10.3.3 无机含氧酸的结构和酸性 1 、最高氧化态氢氧化物的酸碱性 在化合物 R(OH)n 中，可以有两种离解方式： R(OH)n→R(OH)n-1+OH- 碱式离解 R(OH)n→RO(OH)n-1+H+ 酸式离解 若 R-O 键弱，碱式电离。 若 O-H 键弱，酸式离解。 R-O 与 O-H 键的相对强弱又决定于“离子势”——阳离子 R +n 的极化能力。 R(OH)n 中 R 半径小电荷高，R +n 的 φ 值大，即其极化作用强，对氧原子的吸 引力强，R-O 键能大，则 R(OH)n 主要是酸式解离，显酸性。反之亦然。 经验规则 2、 含氧酸的强度 含氧酸在水溶液中的强度决定于酸分子中质子转移倾向的强弱，可以用 Ka 或 pKa 值衡量含氧酸的强度。 R—O—H + H2O → RO- + H3O + 酸电离的难易程度取决于成酸元素 R 吸引羟基氧原子的电子的能力