Chapter18非金属元素小结 18.1非金属单质的结构和性质 18.2分子型氢化物 18.3含氧酸 18.4非金属含氧酸盐的某些性质 18.5P区元素的次级周期性
Chapter 18 非金属元素小结 18.1 非金属单质的结构和性质 18.2 分子型氢化物 18.3 含氧酸 18.4 非金属含氧酸盐的某些性质 18.5 P区元素的次级周期性
18.1非金属单质的结构和性质 非金属占22种（金属约为90种）。无机物大都同非金属 有关，如酸和盐。无机酸分为无氧酸和含氧酸，即一些 非金属元素的氢化物及非金属氧化物的水合物。 在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为 金属和非金属两个部分。将元素分为这两大 类的主要根据是元素的单质的性质。 IIB IV8 VB 7 IA 准金属 非金属 0 He IIIA IVA VA VIAVIIA 809F o Ne 硼 碳 氧 氟 氖 137A 4 Si 15P 16S 17C118Ar 铝 硅 磷 硫 氯 氩 斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br Tc和Po等为准金属，它们既有金属的性质又有 镓 锗 砷 漠 氪 49 Ir 50S7 52 Te53 T 54Xe 非金属的性质。 锡 锑 碲 碘 氙 如果不算准金属B、Si、As、Se、Te),则 81T1 82 Pb 83B1 84 Po 85At 86 Rn 非金属只有17种所以在金属与非金属之间没有 铊 铅 铋 砹 截然的界线。 114 116 118 金属
18.1 非金属单质的结构和性质 非金属占22种(金属约为90种)。无机物大都同非金属 有关，如酸和盐。无机酸分为无氧酸和含氧酸，即一些 非金属元素的氢化物及非金属氧化物的水合物。 斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、 Te和Po等为准金属，它们既有金属的性质又有 非金属的性质。 如果不算准金属(B、Si、As、Se、Te)，则 非金属只有17种所以在金属与非金属之间没有 截然的界线。 114 116 118 1 2 3 4 5 6 7 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 镧系 锕系 钫 镭 铌 钽 银 金 镉 汞 铟 铊 锡 铅 锑 铋 碲 钋 砹 氡 碘 氙 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 锕 钍 镤 铀 镎 钚 镅 锔 锫 锎 锿 镄 钔 锘 铹 铷 铯 锶 钡 钇 锆 铪 钼 钨 锝 铼 钌 铑 钯 锇 铱 铂 氢 锂 氦 铍 硼 碳 氮 氧 氟 氖 钠 镁 铝 硅 磷 硫 氯 氩 钾 钙 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn IB IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IIB Rf Db Sg Bh H s Mt Ac-Lr Uun Uuu Uub La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Cs Fr Sr Ba Ra Y La-Lu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 57 89-103 -71 1 2 3 4 5 6 7 氢 IA 1 H 114 116 118 铟 铊 锡 铅 锑 铋 碲 钋 砹 氡 碘 氙 氦 硼 碳 氮 氧 氟 氖 铝 硅 磷 硫 氯 氩 镓 锗 砷 硒 溴 氪 In Sn Sb Te I Xe Tl Pb Bi Po At Rn IIIA IVA VA VIA VIIA He B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar Ga Ge As Se Br Kr 2 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 31 32 33 34 35 36 49 50 51 52 53 54 81 82 83 84 85 86 准金属 非金属 金属 在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为 金属和非金属两个部分。将元素分为这两大 类的主要根据是元素的单质的性质
18.1.1非金属单质的结构和物理性质 自学要求： 1、了解非金属单质中的共价键数为8-N(H2为2-N)。 2、第2周期中的0、N为什么易形成多重键？第3、4 周期的S、Se、P、As等则易形成单键？ 3、非金属单质按其结构和性质大致可分为哪三类？ 4、掌握单质C2、S、P、S和B与NaOH反应的方程
18.1.1 非金属单质的结构和物理性质 自学要求： 1、了解非金属单质中的共价键数为8-N(H2为2-N)。 2、第2周期中的O、N为什么易形成多重键？第3、4 周期的S、Se、P、As等则易形成单键？ 3、非金属单质按其结构和性质大致可分为哪三类？ 4、掌握单质Cl2、S、P、Si和B与NaOH反应的方程 式
18.1.2非金属单质的化学反应 1、活泼的非金属(F2、Cl2、Br2、O2、P、S)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； 2、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； 3、大部分非金属单质不与水反应，卤素仅部分地与水反应，碳在赤 热条件下才与水蒸气反应： 4、非金属一般不与非氧化性稀酸反应，硼、碳、磷、硫、碘、砷等 被浓HNO3、浓H2SO4及王水氧化，硅在含氧酸中被钝化，只 能在有氧化剂存在的条件下与氢氟酸反应。 5、除碳、氮、氧外，非金属单质可和碱溶液反应，对于有变价的非 金属元素主要发生歧化反应： CL,+2NaOH ==NaClO NaCI+H,O 31,+6NaOH ===5NaI+NalO +3H,O 4P+3NaOH+3H,O===3NaH,PO,+PH 硅、硼则从碱中置换出氢气： Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3 2H21 3B+2NaOH+2H20===NaBO2+3H,1
18.1.2 非金属单质的化学反应 1、 活泼的非金属（F2 、Cl2 、Br2 、O2 、P、S）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； 2、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； 3、大部分非金属单质不与水反应，卤素仅部分地与水反应，碳在赤 热条件下才与水蒸气反应； 4、非金属一般不与非氧化性稀酸反应，硼、碳、磷、硫、碘、砷等 被浓HNO3 、浓H2SO4 及王水氧化，硅在含氧酸中被钝化，只 能在有氧化剂存在的条件下与氢氟酸反应。 5、除碳、氮、氧外，非金属单质可和碱溶液反应，对于有变价的非 金属元素主要发生歧化反应： 硅、硼则从碱中置换出氢气： Cl2 + 2NaOH ===NaClO + NaCl + H2O 3I2 + 6NaOH ===5NaI + NaIO3 + 3H2O 4P + 3NaOH + 3H2O ===3NaH2PO2 + PH3 Si + 2NaOH + H2O===Na2SiO3 + 2H2 ↑ 3B + 2NaOH + 2H2O ===NaBO2 + 3H2 ↑
18.2分子型氢化物 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。 它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族 和周期呈周期性的变化。 ●氢化物的极性强弱变化非常规律。 分子 偶极矩μ/D 分子 偶极矩μ/D HF 1.92 H20 1.85 HCI 1.08 HS 1.10 HBr 0.78 NH; 1.48 HI 0.38 CH 0
18.2 分子型氢化物 ⚫ 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。 ⚫ 它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族 和周期呈周期性的变化。 分子 偶极矩m/D 分子 偶极矩m/D HF 1.92 H2O 1.85 HCl 1.08 H2S 1.10 HBr 0.78 NH3 1.48 HI 0.38 CH4 0 ⚫氢化物的极性强弱变化非常规律
主族元素氢化物熔点对比 主族元素氢化物沸点对比 0 150 -20 100 40 50 60 -80 0 燕 -100 -50 -120 100 姿 -140 -160 -150 -180 -200 周期（丛第二周期至第六周期） -200 ◆AH4-AH3·-H2A-HA ◆AH4-AH3◆-H2A*-HA
⚫ 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。 ⚫ 它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族和 周期呈周期性的变化。 主族元素氢化物熔点对比 -200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 熔点/摄氏度 AH4 AH3 H2A H A 主族元素氢化物沸点对比 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 周 期 （从第二周期至第六周期） 沸点 / 摄氏度 AH4 AH3 H2A HA
18.2.1热稳定性 ·分子型氢化物的热稳定性，在同一周期中，从 左到右逐渐增强； ●在同一族中，自上而下逐渐减小； ●变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一 致的。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
18.2.1 热稳定性 ⚫ 分子型氢化物的热稳定性，在同一周期中，从 左到右逐渐增强； ⚫ 在同一族中，自上而下逐渐减小； ⚫ 变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一 致的。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
18.2.2还原性 还 CH, NH; H,O HF 性 SiHa PH; H,S HCI 强 GeHa AsH3 HSe HBr (SnH) SbH3 H,Te HI ←一还原性增强 ●还原性大小规律与稳定性的增减规律相反，稳定性大的，还 原性小。 ●在周期表中，从右向左，自上而下，元素半径增大，电负 性减小，失电子的能力依上述方向递增，所以氢化物的还 原性也按此方向增强。 ●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。例如： Cl2+2H=12+2HC1
18.2.2 还原性 还 原 性 增 强 ↓ CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HCl GeH4 AsH3 H2Se HBr (SnH4 ) SbH3 H2Te HI ←还原性增强 ⚫还原性大小规律与稳定性的增减规律相反,稳定性大的,还 原性小。 ⚫在周期表中，从右向左，自上而下，元素半径增大，电负 性减小，失电子的能力依上述方向递增，所以氢化物的还 原性也按此方向增强。 ⚫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。例如： Cl2+2HI=I2+2HCl
18.2.3水溶液酸碱性和无氧酸的强度 。无氧酸的强度取决于下列平衡： HA+H2OH3O++A 常用K或DK的大小来衡量其酸碱性。 可以用△Ge=-2.303RTgK,来计算出K的值， 也可以用热力学循环来推算。 ●分子型氢化物中在水溶液中的pKa值(298K) CH~58 NH339 H,O 16 HF SiH~35 PHs 27 H>S 7 HCI 增强 GeHa 25 ASH3~19 HSe 4 HBr (SnH)~20 SbH3≈15 H,Te 3 HI -10 酸性增强→
18.2.3 水溶液酸碱性和无氧酸的强度 ⚫ 无氧酸的强度取决于下列平衡： HA+H2OH3O++A- 常用Ka或pKa的大小来衡量其酸碱性。 可以用rG=-2.303RTlgKa来计算出Ka的值， 也可以用热力学循环来推算。 ⚫ 分子型氢化物中在水溶液中的pKa值（298K） 酸 性 增 强 ↓ CH4 ～58 NH3 39 H2O 16 HF 3 SiH4 ～35 PH3 27 H2S 7 HCl –7 GeH4 25 AsH3 ～19 H2Se 4 HBr –9 (SnH4 )～20 SbH3 ～15 H2Te 3 HI -10 酸性增强→
18.3含氧酸 18.3.1最高氧化态氢氧化物的酸碱性 非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个OH基团的氢氧化 物。 第2、3周期非金属元素的氢氧化物 第2周期的元素 第3周期的元素 非金属元素R+n B+3 C4 N+5 Si4 p5 S+6 CI*7 R*/6H 0.15 0.11 0.08 0.30 0.25 0.210.19 配位数 3 2 2 4 4 3 3 是高氧化态的氢氧 B(OH)3 C(OH)4N(OH)5 Si(OH)4P(OH)s S(OH)CI(OH) 化物R(OHDn 脱水后的氢氧化物不脱水H2CO3HNO3 H2SiO3 H3PO4H2SO4 HCIO4 或不脱水
18.3.1最高氧化态氢氧化物的酸碱性 ⚫ 非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个OH基团的氢氧化 物。 ⚫ 这类化合物的中心原子R,它周围能结合多少个OH,取决于R+n的 电荷数及半径大小。 通常R+n的电荷高，半径大时，结合的OH基团数目多。当R+n 的电荷高且半径小时，例如Cl+7应能结合七个OH基团，但是由于 它的半径太小(0.027nm)，容纳不了这许多OH，势必脱水，直 到Cl+7周围保留的异电荷离子或基团数目，既能满足Cl+7的氧化 态又能满足它的配位数。 ⚫ 处于同一周期的元素，其配位数大致相同。 非金属元素R 配位数 是高氧化态的氢氧 化 物 脱水后的氢氧化物 第2周期的元素 第3周期的元素 第2、3周期非金属元素的氢氧化物 不脱水 或不脱水 +n r / rO H - R n+ R(OH)n B +3 C +4 N +5 Si +4 P +5 S + 6 Cl +7 0.15 0.11 0.08 0.30 0.25 0.21 0.19 3 2 4 B(OH) 3 C(OH) 4 N(OH) 5 Si(OH) 4 S(OH) 6Cl(OH) P 7 (OH) 5 2 4 3 3 H2CO3 HNO3 H2 SiO3 H3 PO4H2 SO4 HClO4 18.3 含氧酸