非金属元素化学

1、 碳碳 和和 硅硅(Carbon and Silicon)主要内容主要内容一、碳族元素概述一、碳族元素概述二、碳族元素的单质二、碳族元素的单质三、碳的化合物三、碳的化合物四、硅的化合物四、硅的化合物碳族元素概述碳族元素概述价电子构型：ns2np2CSiG eSnPb-4+2+4(+2)+2+2+4+4+4(+4)46666氧化值最大配位数单质可形成原子晶体 金属晶体碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb存在形式：碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气； 碳酸盐； CO2 。硅：SiO2和各种硅酸盐。锗：硫银锗矿 4Ag2SGeS2 ， 硫铅锗矿2PbS GeS2 。锡：锡石 SnO2

2、。铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。锡石SnO2方铅矿 PbS 以不同比例与孔雀石、木炭共热，可制作青铜器碳族元素的单质碳族元素的单质金刚石：原子晶体,硬度最大, 熔点最高，sp3杂化。石墨：层状晶体 ，质软， 有金属光泽， sp2杂化。碳单质的同素异形体：碳纤维碳纳米管富勒烯： C60 是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。C60 是由12个五边形和20个六边形组成的32面体。稳定性顺序为：稳定性顺序为： 线型碳 (型)石墨金刚石富勒烯C60 硅单质有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石。 锗单质是灰白色金属，硬而脆，结构类似于金刚石。锡单质有三种同素异形体： 铅单质：质

3、软，能阻挡X射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。13.2161灰锡(锡) 白锡(锡) 脆锡 白锡变为粉末状灰锡，此现象叫“锡疫”碳的化合物碳的化合物结构： CO(6+8=14e-)与N2（27=14e-）是等电子体, 结构相似。一个键两个键:C O: 1.碳的氧化物(1) 一氧化碳(CO):C O:性质：作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中C是配位原子。还原剂：(g)CO(g)O21CO(g)22(g)3CO2Fe(s)3CO(g)(s)OFe232剧毒(2) 二氧化碳 (CO2)43 ：O C O ：经典的分子结构：O=C=OOC=O双键键

4、长124pm (在CH3-C-CH3中)C O叁键键长113pmCO2中，碳、氧之间键长116pmC：sp杂化固体二氧化碳干冰OOC43 43 2.碳酸及其盐 CO2溶于水，大部分为CO2H2O，极小部分为H2CO3CO32-的结构：CO32-(6+38+2=32e-)与BF3(5+39=32e-)为等电子体。C：sp2杂化COOO2-64 -71-332104.4 HCOH COH=K11-2-23-3104.7 COH HCO=K碳酸及其盐的热稳定性： H2CO3MHCO3M2CO3 (g)COOMCOMCOOHCOMHCO2M(g)COOHCOH2II3II223I23I2232同一族金

5、属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/ 100 540 900 1290 1360过渡金属碳酸盐稳定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 282价电子构型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_离子极化观点：COOO2-M2+MCO3 MO + CO2 r(M2+) 愈小，M2+ 极化力愈大，MCO3 愈不稳定； M2+ 为18e_，(18+2)e_ ，(9-17)e_ 构型相对于 8e_构型的极化力大， 其 MCO3 相对不稳定。碳酸盐的溶解度： 易溶盐：Na2CO3

6、NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)COOOCOOOHOCOOHH- 其它金属(含Li)碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。氢键存在，形成二聚物或多聚物COOOHOOC2-HO可溶性碳酸盐与金属离子作用的产物类型：水溶液中存在碳酸盐的水解： )( OHHCO OHCO-32-23强碱性 OHCOHOHHCO-322-3)CO(H)CO(322W231KK K=-)CO(H)CO( 321W232KKK=- 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀。 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。 金属离子加入可溶性碳酸盐

7、时，生成沉淀的类型：(s)BaCOCOBa3-232氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐(碱式碳酸盐)沉淀。 例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。 水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233(g)CO(s)CO(OH)MgOH2CO2Mg23222-232(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232硅的化合物硅的化合物1.硅的氧化物无定形体：石英玻璃、硅藻土、燧石

8、晶体：天然晶体为石英，属于原子晶体纯石英：水晶含有杂质的石英：玛瑙，紫晶水晶石英盐黑曜石紫晶缟玛瑙玛瑙Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体硅氧四面体二氧化硅 结构： 原料为天然结晶石英(水晶或纯的二氧化硅) 或合成硅烷，经高温在1600时熔化成粘稠液体，其内部结构变为不规则状态，若急剧冷却，因粘度大不易再结晶而形成石英玻璃。 石英玻璃石英玻璃高纯石英玻璃可制光导纤维性质：(g)COSiONaCONaSiOOHSiONa2NaOHSiO2323222322O2H(g)SiF4HFSiO242 与碱作用 与HF作用2.硅酸及其盐 H4SiO4 原硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸 xSiO2yH2

9、O 多硅酸性质：12210132106 . 1107 . 1 SiOH-=，溶解度小，是二元弱酸KKSiO (SiO44-)PO(PO43-)SO(SO42-)ClO(ClO4-)1.611.541.491.441.771.731.701.69-0.16-0.19-0.21-0.25制备：浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。胶冻状硅酸硅胶-H2O2NaClSiOH2HClSiONa3232(g)2NH2NaClSiOHCl2NHSiONa332432可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3不溶性：大部分硅酸盐难溶于水， 且有特征颜色。硅酸盐水中花园 硅酸盐结构复杂, 一般写成氧化物形式

10、，它的基本结构单位为硅氧四面体。白云石：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O4.硅的卤化物 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态 g l l s（氟硅酸）4HClSiOHO3HSiCl3224水解：熔沸点 低 高 分子量 小 大SiFH 2HFSiF6244HFSiOH O3HSiF3224金刚砂（SiC）：用石英和焦碳在电炉中反应制得SiO2 + 3C SiC + 2CO化学稳定性和热稳定性好，机械强度大，热膨胀率低，可做高温结构陶瓷材料氮氮 和和 磷磷(Nitrogen and Phosphorus)主要内容主要

11、内容一、氮族元素概述一、氮族元素概述二、氮族元素的单质二、氮族元素的单质三、氮的化合物三、氮的化合物四、磷的化合物四、磷的化合物氮族(VA)：N，P，As，Sb， Bi价电子构型：ns2np3NPAsSbBi+5+5+5(+5)+3+3+3+3氧化值+5|-3-3-3(-3)最大配位数46666M2O3酸性酸性两性两性 碱性 氨 膦 胂 SbH3 BiH3MH3碱性减弱，稳定性下降NH3 PH3 AsH3 SbH3 BiH3 氮族元素概述氮族元素概述N、P：非导电体，能形成酸性氧化物； As：金属外貌/非金属同素异形体，能形成两性氧化物，归类于准金属或非金属均可；Sb、Bi：电阻高于金属，具有

12、特征的相当长的液态金属温度范围；熔点：从N到As依次递增，从Sb到Bi熔点下降；As、Sb、Bi可以形成共价化合物； 氮气是无色、无臭、无味的气体。沸点为 -195.8C。微溶于水。常温下化学性质极不活泼，加热时与活泼金属Li，Ca，Mg等反应，生成离子型化合物。氮族元素的单质氮族元素的单质白磷 红磷磷的同素异形体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。磷的燃烧红磷的结构AsSbBi 氮、磷为非金属，砷、锑为准金属，铋为金属。结构：N：sp3杂化，三角锥形1.氮的氢化物NH100.8pm107.

13、3o.HH(1) 氨 (NH3)氮的化合物氮的化合物工业：(g)2NHO2HCaClCa(OH)Cl2NH322243222NH3HNFe 30MPa C500450制备：实验室：性质： 易溶于水，易形成一元弱碱O6HNO4)(5O4NHO6H2N)(3O4NH2Pt232223空气纯 强还原性_OHNH OHNH OHNH42323 取代反应)Ag(NHNH2AgNHNHH2334322C5703H2NaNH2Na2NH 催化NH2-NH2联氨(肼)，NH 亚氨基，N 氮化物 加合反应铵盐一般为无色晶体，绝大多数易溶于水HNHHH(2) 铵盐石蕊试纸法 (红蓝)4NH的结构：现象：红棕到深褐

14、Nessler试剂法 (K2HgI4)N：sp3杂化，正四面体4NH的鉴定：O3H7II(s)NH HgHg O4OH2HgINH22244-水解： + H2O H3O+ + NH34NH挥发性非氧化性酸铵盐O(g)H(g)CO(g)NHHCONHO(g)H(g)CO(g)NH2CO)(NHHCl(g)(g)NHClNH2233422332434非挥发性，非氧化性酸铵盐443424433434HSONH(g)NHSO)(NHPOH(g)NH3PO)(NH 热稳定性差氧化性酸铵盐O2HONNONHO9H2HNON4NO5NHO4H(s)OCr(g)NOCr)(NHO2H(g)NNONH22342

15、32C24034232272242224 催化剂2.氮的氧化物O4H2NO)3Cu(NO)(8HNO3Cu2233稀22222Fe(NO)NOFe)2NOCl(Cl2NO2NOO2NO氯化亚硝酰O6HNO(g)4(g)5O(g)4NH2C80023 铂丝网(1) 一氧化氮(NO)制备：性质：无色气体，水中溶解度较小。 (2) 二氧化氮(NO2)N：价电子2s22p3，sp2杂化后 有毒，有特殊臭味的红棕色气体NO2HNOOH3NO322 溶于水 用碱吸收OHNaNONaNO2NaOH2NO2232结构：33 性质：（无色）（红棕色）422ON 2NO冷却C1403.氮的含氧酸及其盐N：sp2杂

16、化后：22224422HNO2OHNONOHNONaHSOSOHNaNO 冷冻冷(1) 亚硝酸及其盐制备：结构：亚硝酸（HNO2）亚硝酸(HNO2)NO+NO2性质： 弱酸(蓝色) 不稳定22_NOH HNO4_100 . 6 =K a223222NONOOH ONOH 2HNO亚硝酸盐制备：碱吸收法 222NONO 2NaOH2NaNOH O性质： 绝大部分无色, 易溶于水, (AgNO2 浅黄色不溶)极毒是致癌物。 金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差主AgNO2MNO31.04V/NO)(HNO2=E0.96V/NO)(NO-3=E1.磷的氢化物 (膦 PH3)结构：与NH3相似性质：无色

17、气体，似大蒜臭味，剧毒 强还原性：4323POH2OPH制备：KIOHPHKOHIPH23423223232233Mg(OH)2PHO6HPMg3Mg(OH)2NHO6HNMg次磷酸钾22324PO3KHPHO3H3KOHP磷的化合物磷的化合物2.磷的氧化物104 26424OPOPPO) 足 不 (O O2(足)性质：P4O6白色易挥发的蜡状晶体，易溶于有机溶剂。P4O10白色雪花状晶体，强吸水性。33264PO4H)O(6HOP冷歧化43523104PO4HO6N12HNOOP43342104PO4H6SOSO6HOP432104PO4HO6HOPP8PO12H)O(H18O5P43264

18、热462343P O6H O()3H POPH 热(1) 次磷酸( H3PO2)及其盐性质：一元中强酸3.磷的含氧酸及其盐结构：OPHHHOAgNO3 HgCl2 CuCl2 NiCl2AgHgCuNi- 0.499V)PO/HPO(H2333=EA-.565V1)PO/H(HPO2223-=EB强还原剂K a=1.010-2(2) 亚磷酸 (H3PO3)及其盐性质：二元中强酸：34333PHPO3HPO4H受热歧化结构：HOOPHHO2106.3-=K 17100 . 2-=K 2=- 0.76V)PO/HPO(H3343EA=- 1.12V)/HPO(PO-23-34EB2H2AgPOHOH2AgPOH43233强还原性：(3) 磷酸及其盐 特性：脱水缩合后形成 焦磷酸、聚磷酸、(聚)偏磷酸。结构：性质：三元中强酸OPHHHOOO 107 . 63-=Ka18102 . 6 -=Ka2 10.5431-=Ka3磷酸(H3PO4) 焦磷酸 H4P2O7OPOHHOOHOPOHHOOHOPOHHOOOPOHOH+H2O聚磷酸聚磷酸(n个磷酸脱n-1个H2O) n=2 焦磷酸 n=3 三(聚)磷酸OPOHHOOHOPOHHOOHOPOHHOOHOPOHHOOOPOHOOPOHOHO2H2(聚)偏磷酸(聚)偏磷酸 (n个H3PO4脱n个H2O)偏磷酸：HPO3