第10章元素化学引论
第10章 元素化学引论
学习内容口非金属单质的结构特点，金属和非金属单质的主要化学性质口无机含氧酸的结构特点和酸性强弱的规律口无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原性、水解性的规律
非金属单质的结构特点，金属和非金属单质的 主要化学性质 无机含氧酸的结构特点和酸性强弱的规律 无机含氧酸盐的溶解性、热稳定性、氧化还原 性、水解性的规律 学习内容
单质的结构和性质非金属单质的结构和性质非金属元素位于周期表中p区，价电子层构型为ns2npl-6。非金属元素大多具有较强的获得电子或吸引电子的倾向，它们有较大的第一电离能、电子亲合能和电负性。+小分子物质图10.1如稀有气体、卤素、O，、N,和H等，常温下都是气体，其固体为分子晶体，熔点、沸点都很低。+多原子分子物质如S.、Seg、P.及As4等。常温下都是固体，分子晶体，熔点、沸点较低+大分子物质如金刚石、单晶硅和硼等，基本属于原子晶体。硬度高，熔点高。还有一类层状结构的过渡型晶体黑磷、灰砷和石墨等
单质的结构和性质 非金属单质的结构和性质 非金属元素位于周期表中p区，价电子层构型为ns 2np 1-6 。 非金属元素大多具有较强的获得电子或吸引电子的倾向，它 们有较大的第一电离能、电子亲合能和电负性。 小分子物质 图10.1 如稀有气体、卤素、O2、N2和H2等，常温下都是气体，其固体为分 子晶体，熔点、沸点都很低。 多原子分子物质 如S8、Se8、P4及As4等。常温下都是固体，分子晶体，熔点、沸点较低 大分子物质 如金刚石、单晶硅和硼等，基本属于原子晶体。硬度高，熔点高。还 有一类层状结构的过渡型晶体黑磷、灰砷和石墨等
主族元素单质VAVIA0VIAHe分子典型金属晶体→原子晶体、层状或链状晶体→分子晶体晶体LiBeNeF202金属a分子金属熔点、沸点：低→高一低子晶体最体分子晶体或原子晶体一金属晶体晶体晶体分子晶体密度、硬度：小一大一→小NaMgAr单斜硫一分子金属金金属十萌体最体晶体晶体S导电性：导体一→半导体、非导体KCaKrGe四黑砷分子晶体红硒分子晶体金属金属金属鼠保原子晶体晶体晶体晶体灰砷层状结构晶体灰硒链状结构晶体Sb好SnTeRbSrIn五黑锑砷分子晶体灰锑链状结构晶体灰锡原子晶体金属金属金属晶体晶体晶体白锡金属结构晶体灰锑层状结构晶体BiRnBaCsTiPbPo六C层状结构晶体盆味金属金属金属金属晶体金属晶体晶体晶体晶体?1(近于金属晶体)
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 一 H2 分子 晶体 He 分子 晶体 二 Li 金属 晶体 Be 金属 晶体 B 原子 晶体 C 金刚石 原子晶体 石墨 片状结构晶体 富勒烯碳原子簇 分子晶体 N2 分子晶体 O2 分子晶体 F2 分子 晶体 Ne 分子 晶体 三 Na 金属 晶体 Mg 金属 晶体 Al 金属 晶体 Si 原子晶体 P 白磷 分子晶体 黑磷 层状结构晶体 S 斜方硫、单斜硫 分子晶体 弹性硫 链状结构晶体 Cl2 分子 晶体 Ar 分子 晶体 四 K 金属 晶体 Ca 金属 晶体 Ga 金属 晶体 Ge 原子晶体 As 黑砷 分子晶体 灰砷 层状结构晶体 Se 红硒 分子晶体 灰硒 链状结构晶体 Br2 分子 晶体 Kr 分子 晶体 五 Rb 金属 晶体 Sr 金属 晶体 In 金属 晶体 Sn 灰锡原子晶体 白锡 金属结构晶体 Sb 黑锑砷 分子晶体 灰锑 层状结构晶体 Te 灰锑链状结构晶体 I2 分子 晶体 Xe 分子 晶体 六 Cs 金属 晶体 Ba 金属 晶体 Ti 金属 晶体 Pb 金属晶体 Bi C层状结构晶体 (近于金属晶体) Po 金属晶体 At 金属 晶体 Rn 分子 晶体 主族元素单质 典型金属晶体→原子晶体、层状或链状晶体→分子晶体 分 子 晶 体 或 原 子 晶 体 → 金 属 晶 体 熔点、沸点：低→高→低 密度、硬度：小→大→小 导电性：导体→半导体、非导体
非金属单质的化学性质+活泼的非金属元素(F,CI,Br,P,S，而N,B,C,Si在常温下不活泼)易与金属元素形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐。非金属元素相互之间也可以形成化合物。+大多数非金属单质不与水反应。卤素中只有F,与水剧烈反应，CI,与水的作用很微弱。碳和硼在赤热的条件下才与水蒸气反应。+非金属一般不与非氧化性酸反应，碘、硫、磷、碳和硼等可被浓硝酸或浓硫酸氧化。+非金属单质Si、B与强碱反应放出氢气Si + NaOH→ Na2SiO3 + H2B + NaOH→ NaBO2 + H2S、Cl、P与强碱发生歧化反应Cl, +6 NaOH → NaCI + NaCIO3S+ NaOH→ Na2S +Na2SO3P+ NaOH→ NaH,PO2 + PH31
非金属单质的化学性质 活泼的非金属元素(F,Cl,Br,P,S ，而 N,B,C,Si在常温下不活泼)易与 金属元素形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐。 非金属元素相互之间也可以形成化合物。 大多数非金属单质不与水反应。卤素中只有F2与水剧烈反 应，Cl2与水的作用很微弱。碳和硼在赤热的条件下才与水蒸 气反应。 非金属一般不与非氧化性酸反应，碘、硫、磷、碳和硼等 可被浓硝酸或浓硫酸氧化。 非金属单质Si、B与强碱反应放出氢气 Si + NaOH → Na2 SiO3 + H2 B + NaOH → NaBO2 + H2 S、Cl2、P与强碱发生歧化反应 Cl2 + 6 NaOH → NaCl + NaClO3 S + NaOH → Na2 S + Na2 SO3 P + NaOH → NaH2PO2 + PH3 ↑
金属的分类非金属金属准金属17587Fe、Cr、Mn及它们的合金(Fe、C合金即钢铁)黑色金属轻有色金属(4.5g.cm-3):Cu、Zn、Cd、Hg)Sn、Pb、Bi、Co、Ni等。属贵金属(10.4~22.4g.cm-3):Au、Ag、Pt、Ir、Os、有色Ru、Rh、Pd等。熔点高，化学性质稳定。金属希有金属:Li、Rb、Cs、Be、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ga、In、Tl、Ge希土和超铀元素等。准金属：B、Si、Se、Te、As等。性脆,热和电的不良导体,电负性较大(1.8~2.1)
金属 87 准金属 5 非金属 17 黑色 金属 有色 金属 Fe、Cr、Mn及它们的合金(Fe、C合金即钢铁) 轻有色金属(4.5g.cm-3 ): Cu、Zn、Cd、Hg、 Sn、Pb、Bi、Co、Ni等。 贵金属(10.4~22.4g.cm-3 ): Au、Ag、Pt、Ir、Os、 Ru、Rh、Pd等。熔点高, 化学性质稳定。 准金属: B、Si、Se、Te、As等。性脆,热和电 的不良导体,电负性较大(1.8~2.1) 希有金属: Li、Rb、Cs、Be、Ti、Hf、V、 Nb、Ta、Mo、W、Re、Ga、In、Tl、Ge 希土和超铀元素等。 金属的分类 金 属
金属单质的结构和性质金属晶体的密堆积结构金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：体心立方堆积原子空间利用率68%IA. VB. VIB74%六方密堆积IIIB, IVB74%面心立方密堆积IB, Ni, Pd,PtIA, VB, VIBIIIB, IVBIB, Ni, Pd, Pt
金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种： 体心立方堆积—— IA，VB，VIB 原子空间利用率68% 六方密堆积—— IIIB，IVB 74% 面心立方密堆积—— IB，Ni，Pd， Pt 74% 金属晶体的密堆积结构 IA，VB，VIB IIIB，IVB IB，Ni，Pd， Pt 金属单质的结构和性质
理化性质+物性：金属一般有金属光泽；大多数金属有良好的导热和导电性能。金属有延展性，易抽成细丝或压成薄片。密度、硬度、熔点差别很大。延性最好铂，展性最好金，导电性最好银。密度锂、钠、钾<1，钱22.57g.cm-3；钠、钾小刀可以切割，硬度最大铬9(金刚石的硬度为10)。常温下汞液态，、手心上可熔化，熔点最高钨3683K。+化性：1.金属可与非金属、水和酸反应，但不同金属，反应差别很大。2.两性金属锌、铝可与碱反应：Zn + NaOH→ Na2[Zn(OH)4l + H,AI+ NaOH→ Na[AI(OH)4] + H)此外铍、镓、铟、锡等金属也能与强碱反应3.金属还可以与一些配位剂形成配合物，使金属溶解在某些试剂中
化性： 1.金属可与非金属、水和酸反应，但不同金属，反应差别 很大。 2.两性金属锌、铝可与碱反应： Zn + NaOH → Na2 [Zn(OH)4 ] + H2 Al + NaOH → Na[Al(OH)4 ] + H2 此外铍、镓、铟、锡等金属也能与强碱反应 3.金属还可以与一些配位剂形成配合物，使金属溶解在某 些试剂中。 物性：金属一般有金属光泽；大多数金属有良好的导热和 导电性能。金属有延展性，易抽成细丝或压成薄片。 密度、硬度、熔点差别很大。 延性最好铂，展性最好金，导电性最好银。密度锂、钠、钾＜1，锇 22.57 g·cm-3 ；钠、钾小刀可以切割，硬度最大铬 9(金刚石的硬度为10)。 常温下汞液态，铯、镓手心上可熔化，熔点最高钨3683 K。 理化性质
无机酸的结构和强度p区元素的氢化物结构、性质氢键HFCH4NH3H,0水溶液酸性增强还原性增强稳定性减弱SiH4H2SHClPH3HBrGeH4H,SeAsH3HISnH4SbH3H,TeX↑，稳定性增强(AG°或AH，越负越稳定)X↑，还原性减弱(除HF外)pKal，水溶液酸性增强(非氢元素电子密度l)
p区元素的氢化物结构、性质 CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr SnH4 SbH3 H2Te HI χ↑，稳定性增强(G0 f 或 H0 f 越负越稳定) χ↑，还原性减弱(除 HF 外) pKa↓，水溶液酸性增强(非氢元素电子密度↓) 稳 定 性 减 弱 还 原 性 增 强 水 溶 液 酸 性 增 强 氢键 无机酸的结构和强度
无机含氧酸的结构和酸性结构HH-ON+第2周期p区元素HOHH含氧酸根构型为?平面三角形或角形H-01+第3、4周期四面体H-01SiH-O-O-HPMOH-O1101501HHHHHO第5周期+H可能形成四面体或八面体结构H.TeO6
第5周期 可能形成四面体或八面体结构 无机含氧酸的结构和酸性 结构 第3、4周期 四面体 第2周期p区元素 含氧酸根构型为 平面三角形或角形 B O O O H H H B O O O 3- C O O O H H C O O O 2- H O N O O N O O O - 4 - Si O O O O Si O O O O H H H H 3- P O O O O P O O H H H O O Te O O O O O O H H H H H H H6TeO6