第六章(无机化合物)

1、 第六章第六章 无机化合物无机化合物本节要点本节要点 氧化物和卤化物的性质氧化物和卤化物的性质无机材料基础无机材料基础 已发现的非金属元素共16种，位于周期表的右上角。 非金属元素的价电子结构：ns2np15 (位于p区） 在化合物中常表现负价，容易形成单原子负离子或多原子负离子，如：Cl-, O2- , NO3-等周期IA0电子层电子数1HIIAIIIAIVAVAVIAVIIAHeK22LiBeBCNOFNeLK823NaMgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBAlSiPSClArMLK8824KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrNMLK8188

2、25RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeONMLK81818826CsBaLa-LuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtPONMLK8183218827FrRaAc-LrUnq UnpUnhUnsUnoUne非金属元素概论非金属元素概论纳米半导体材料纳米半导体材料太阳电池材料太阳电池材料光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料分子筛分子筛碳碳- -碳复合材料碳复合材料高能燃料高能燃料人造金刚石人造金刚石层间为分子间力C(金刚石金刚石)原子晶体原子晶体C60(球烯球烯)分子晶体分子晶体C (石墨石墨)过渡型晶体过渡型晶体富勒烯中以富勒烯中以C

3、60 最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十面体截顶而得的三十二面体面体截顶而得的三十二面体. 32个面中包括个面中包括12个五边形面和个五边形面和20个六个六边形面，每个五边形均与边形面，每个五边形均与5个六边形共边，而六边形则将个六边形共边，而六边形则将12个五边个五边形彼此隔开形彼此隔开. C60 分子中每个分子中每个 C 原子成键与石墨相似原子成键与石墨相似.6.1氧化物和卤化物的性质 6.1.1氧化物和卤化物的物理性 1、卤化物的熔点、沸点 IA族与族与IIA族元素氯化物熔点变化规律相反。族元素氯化物熔点变化规律相反。 IA族氯化物熔

4、点变化规律：随式量增大而减小族氯化物熔点变化规律：随式量增大而减小(LiCl 除外除外) IIA族氯化物熔点变化规律：随式量增大而增大族氯化物熔点变化规律：随式量增大而增大 过渡元素及过渡元素及P区金属氯化物熔点较低，区金属氯化物熔点较低， 同一元素的低价态比高价态熔点高同一元素的低价态比高价态熔点高化学键或分子间作用力强弱决定熔沸点高低 为什么会出现这种现象-？以离子极化理论解释一般：原子晶体离子晶体分子晶体，金属晶体的熔沸点变化很大（如钨、汞）对于原子晶体，成键原子半径越小，键长越短，键能越大， 共价键越强，原子晶体的熔沸点越高对于离子晶体，离子电荷数大小（主要因素）和离子半径的大小决定离

5、子键的强弱决定熔沸点的高低。 离子键随着离子电荷数的增大、离子半径的减小儿增强对于分子晶体，范德华力越强，熔沸点越高。1.组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，分子间作用里越强，分子晶体的熔沸点越高。2.对于相对质量相同的分子，如同分异构体，一般地，支链数越多，沸点越低，分子越对称，则熔点越高。注意：并非外界条件对物质熔沸点的影响总是一致的。熔点常与晶体空间结构的对称性有关3.若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的其他同类晶体强，故熔沸点相对高）对于金属晶体，离子电荷数大小（主要因素）和离子半径大小决定金属键的强弱决定熔沸点高低。一般地，金属键随着金属阳离子电荷数的增大、离子半径电减

6、小而增强 在外电场作用下，离子中的原子核与电子在外电场作用下，离子中的原子核与电子发生相对位移，离子变形产生诱导偶极的过程。发生相对位移，离子变形产生诱导偶极的过程。- - - -2、离子极化理论及其应用、离子极化理论及其应用- -(a)不在电场不在电场 中的离子中的离子(b)在电场中在电场中的离子的离子(c)两个离子的两个离子的相互极化相互极化- - -1）.离子极化：离子极化：离子极化结果：离子极化结果：两离子电子云变形，轨道相互重两离子电子云变形，轨道相互重叠叠离子键向共价键过离子键向共价键过渡渡离子相互极化作用增强，键极性减离子相互极化作用增强，键极性减小小2）离子极化影响因素： 离子

7、极化作用的大小决定于离子的极化力和变形性。 极化作用-离子使异号离子极化而变形的作用 变形性用-被异号离子极化而发生离子电子云变形的性能。 离子有二重性：变形性和极化能力离子有二重性：变形性和极化能力 异号离子之间都可以使对方极化，但因阳离子具有多余的正电荷，半径较小，在外壳上缺少电子，它对相邻的阴离子起诱导作用显著，即极化作用； 阴离子则因半径较大，在外壳上有较多的电子容易变形，容易被诱导产生诱导偶极。 所以，对阳离子来说，极化作用应占主要地位，而对阴离子来说，变形性应占主要地位。 2.2.离子极化力：离子极化力：3.3.离子变形性：离子变形性：离子使其它离子极化而发生变形的能离子使其它离子

8、极化而发生变形的能力力影响离子极化力因影响离子极化力因素素(1)(1)离子电荷离子电荷Z：(2)(2)离子半径离子半径r：(3)(3)离子外层电子构型离子外层电子构型：Z，极化力，极化力。r，极化力，极化力 。8电子构型：电子构型：极化力极化力弱弱9-18电子构型：电子构型：极化力极化力强强离子可以被极化的程离子可以被极化的程度度影响变形性因影响变形性因素素(1)(1)离子电荷离子电荷Z：(2)(2)离子半径离子半径r：(3)(3)离子外层电子构型离子外层电子构型：Z(代数值代数值)，变形性，变形性 r ，变形性，变形性 。8电子构型：电子构型：变形性变形性小小9-18电子构型：电子构型：变形

9、性变形性大大以正离子为以正离子为主主以负离子为以负离子为主主离子间的极化作用很强时，会导致正负离子的电子云产生较大变形，甚至发生电子云的相互重叠，此时离子键转变成了共价键。相应的晶体由离子晶体转变为层状过渡型晶体，最后转变为共价性分子晶体。键长正负离子半径和键长正负离子半径和离子键共价键Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272极化力：极化力：IA族离子族离子 Al2O3SiO2MgOTiO2Fe2O36.2.16.2.1氧化物卤化物的化学性氧化物卤化物的化学性1 1、氧化还原性：、氧化还原性：MnO4(aq) + 8H+(aq) + 5

10、e = Mn2+(aq) + 4H2O(l) （肉色）（肉色）MnO4(aq) + 2H2O(l)+3e = MnO2 (s) + 4OH(aq) （棕褐色沉淀）棕褐色沉淀）KMnO4高锰酸钾是暗紫色晶体,常用强氧化剂。氧化能力随介质的酸度的减弱而减弱，还原产物也不同。MnO4(aq)+ e = MnO42-(aq) （ 绿色）绿色）高锰酸钾，又叫过锰酸钾，俗称灰锰氧、PP粉 作用消毒、洗胃药物、净化水、防治蔬菜病害、生火作用消毒、洗胃药物、净化水、防治蔬菜病害、生火2MnO4 + 6H+ + 5SO32 = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O2MnO4 + 6H+ + 5H2O2= 2

11、Mn2+ + 8H2O + 5O2 2MnO4 + H2O + 3SO32 = 2MnO2(s) + 3SO42 +2OH2MnO4 + H2O + 3H2O2= 2MnO2(s) + 2OH + 3O2 + H2O 2MnO4 +2OH + SO32 = 2MnO42+ SO42 + H2O 2MnO4 + 2OH+ H2O2= 2MnO42+ O2 + 2H2O 酸性条件：酸性条件：中性条件：中性条件：碱性条件：碱性条件：Cr2O72-Cr2O72(aq) + 14H+(aq) + 6e = 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)2+22322Cr2O72 + 14H+ + 6Fe2+ =

12、 2Cr3+ 6Fe3+ +7H2O2Cr2O72 + 16H+ + 3C2H5OH =4Cr3+3CH3COOH +11H2O用于测定铁矿石中铁含用于测定铁矿石中铁含量量用于快速检测驾驶员是否酒后驾用于快速检测驾驶员是否酒后驾车车Cr2O72与与CrO42存在如下平衡存在如下平衡：142CrO42(aq)+ 2H+(aq) Cr2O72(aq)+ H2O(l) 六价铬毒性大于三价铬。铬还是一种致敏源，六价铬有刺激性和腐蚀性，铬是一种致癌物。作用：实验室洗涤2 2、氧化物及其水合物的酸碱性、氧化物及其水合物的酸碱性1.1.氧化物及其水合物分类：氧化物及其水合物分类：(1)(1)酸性氧化物：酸性

13、氧化物：(2)(2)碱性氧化物：碱性氧化物：(3)(3)两性氧化物：两性氧化物：(4)(4)不成盐氧化物：不成盐氧化物：非金属氧化物如：非金属氧化物如：SO2、NO2、CO2强金属氧化物如强金属氧化物如K2O、BaO、CaO、Na2O两性金属氧化物如：两性金属氧化物如：Al2O3、ZnO、SnO 、 SnO2、 Sb2O3、Cr2O3水不溶性非金属氧化物如水不溶性非金属氧化物如CO、NO酸性酸性水合物：水合物：如：如：H2SO3、H2CO3碱性碱性水合物：水合物：KOH、NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2两性两性水合物：水合物：两性两性R(OH)x水合物：水合物：Al(OH)3H3AlO

14、3HAlO2 +H2O6.3 无机材料基础无机材料基础 材料：可以用来制造有用的构件、 器件或物品等的物质。 按组成分类按组成分类： 无机非金属材料： 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 金属材料 有机材料和复合材料：塑料、合成橡胶、合成纤维塑料、合成橡胶、合成纤维 水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷 高温结构陶瓷、光导纤维高温结构陶瓷、光导纤维 Fe、Cu、Al、合金等、合金等 结构材料：以强度为特征，如建筑、构件功能材料：以光、电、磁、热等性能为特征的材料按用途分按用途分金属材料的优点：金属材料的优点：良好的导电、传热性、高的机械强度，较为广泛的温度使用范围，良好的机械加工性能等。金属材

15、料的缺点：金属材料的缺点：易被腐蚀和难以满足高新技术更高温度的需要。思考思考：911事件中纽约世贸大厦坍塌的原因？ 合金钢强度经得起12级台风、各种龙卷风的袭击，也耐得住地震、雷电或爆炸的侵扰。但其优良的导热性，使它经不起高温，整体变软，促使大厦迅速倒塌。 无机非金属材料的分类和特点无机非金属材料的分类和特点 主要有传统的硅酸盐材料和新型无机材料等。前者主要指陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、砖瓦、搪瓷等以天然硅酸盐为原料的制品 (这些制品称为传统陶瓷)。 新型无机材料是用人工合成方法制得的材料，包括氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化合物(这些材料又称为精细陶瓷或特种陶瓷)以及一些非金属单质

16、如碳、硅等。无机材料的主要特点是耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀和硬度大，而脆性是其不足。硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。由于键能较高这类化合物具有：高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性 一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料1.天然的硅酸盐矿物（粘土、石英、长石等）：宝石绿柱石、黄玉、水晶2、以天然硅酸盐为主要原料，经高温窑炉烧制而成的一大类材料，故又称窑业材料。包括日用陶瓷、一般工业用陶瓷、普通玻璃、水泥、耐火材料等。 分类:1.硅酸盐矿石的结构硅酸盐矿石

17、的结构-硅氧四面体硅氧四面体：在这种四面体内，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角。这些四面体，依着四面体，依着不同的配合，形成了各类的硅酸盐。 这种结构导致其化学性质很稳定 .正硅酸根离子正硅酸根离子SiO44- -OSiOOO共用一个顶点的二硅酸根离子共用一个顶点的二硅酸根离子Si2O76- -OSiOOOSiOOO共用两个顶点的链状翡翠共用两个顶点的链状翡翠 NaAl(SiO3)2绿柱石中共用两个顶点的环状绿柱石中共用两个顶点的环状Si6O1812- -祖母绿黄玉石英（石英单晶 为水晶翡翠玛瑙2.可溶性硅酸盐v 硅酸盐与水的作用硅酸盐与水的作用 除碱金属外，绝大多数硅酸盐难溶于水也不与水除

18、碱金属外，绝大多数硅酸盐难溶于水也不与水作用。硅酸钠、硅酸钾是常见的可溶性的硅酸盐。作用。硅酸钠、硅酸钾是常见的可溶性的硅酸盐。将二氧化硅与烧碱或纯碱共熔，可得硅酸钠。将二氧化硅与烧碱或纯碱共熔，可得硅酸钠。SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O(g)SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2(g)Na2SiO3与水反应，强烈水解，呈碱性与水反应，强烈水解，呈碱性 SiO32H2O = H2SiO32OH硅酸钠的水溶液称为水玻璃，俗称泡花碱。水玻璃常用做铸型砂的粘结剂：在空气中遇CO2变成黏结力极强的硅凝胶3.水泥-粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌成浆体后能在

19、空气或水中硬化，用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。 分类：分类：硅酸盐水泥（3CaOSiO2，简式C3S），（2CaOSiO2，简式C2S）铝酸盐水泥（3CaOAl2O3，简式C3A）；铁铝酸盐水泥（4CaOAl2O3Fe2O3，简式C4AF）。硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥磷酸盐水泥 生产工艺：以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成 。水泥的凝结和硬化： 1)、3CaOSiO2+H2OCaOSiO2YH2O（凝胶）+Ca（OH）2； 2)、2CaOSiO2+H2OCaOSiO2YH2O（凝胶

20、）+Ca（OH）2； 3)、3CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O（水化铝酸钙，不稳定）；4)、4）、CaOAl2O3Fe2O3+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2 装饰水泥品种装饰水泥品种白色硅酸盐水泥：以硅酸钙为主要成分，加少量铁质熟料及适量石膏磨细而成彩色水泥：在白水泥的生料中加少量金属氧化物，直接烧成彩色熟料，然后再加适量石膏磨细而成。 陶瓷原料是地球原有的大量资源粘土经过淬取而成。粘土的性质具韧性，常温遇水可塑，微干可雕，全干可磨；700度 陶器；气孔率较高、有不同程度渗水性，机械强度低、断面粗糙无光泽的制品，但有耐火、抗氧化、不易腐蚀等优点，分

21、粗陶和精陶。 1230度 瓷化，瓷器 可完全不吸水且耐高温耐腐蚀。4、陶瓷、陶瓷陶器、瓷器陶器、瓷器组成：陶瓷是混合物，成分特别多而复杂，而且根据陶瓷的产地不同成分也不同。其主要成分是二氧化硅和硅酸氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁 土木建筑工程用的陶瓷制品：陶瓷面砖、彩色瓷粒、陶管 如果是粘土烧制的砖也可算陶器如果是粘土烧制的砖也可算陶器 生产砖时一般用大火将砖坯里外烧透，然后熄火，使窑和砖自然冷却。此时，窑中空气流通，氧气充足，形成了一个良好的氧化气氛，使砖坯中的铁元素被氧化成三氧化二铁。由于三氧化二铁是红色的，所以也就会呈红色。如果待砖坯烧透后，往窑中不断淋水，此时，

22、由于窑内温度很高，水很快变成水蒸汽，将会阻止空气的流通，使窑内形成一个缺氧的环境，砖中的三氧化二铁便被还原成氧化亚铁，并存在于砖中。由于氧化亚铁是青灰色的，因而砖就会呈青灰色。青砖在抗氧化，水化，大气侵蚀等方面性能明显优于红砖 玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。冷却过程粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学的组成普通玻璃化学的组成(Na2OCaO6SiO2),主要成份是二氧化硅。主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。二氧