化学竞赛非金属金属元素综述

关于化学竞赛非金属金属元素综述第一页，共七十五页，2022年，8月28日一、非金属单质熔沸点同素异形现象导电性化学活性第二页，共七十五页，2022年，8月28日单质NaMgAlSiPS8Cl2Ar熔点℃97.8651660141044112.8-101-189.2沸点℃989.8110724672355280444.6-34.6-185.7晶型金属晶体原子晶体分子晶体原子晶体：原子半径越小→键长越短→键能越大熔沸点越高分子晶体：相对分子质量越大熔沸点越高组成和结构相似的分子晶体第三页，共七十五页，2022年，8月28日0FClBrI温度0NPAsSbBi温度熔点：第四页，共七十五页，2022年，8月28日1、熔沸点小分子：如稀有气体、双原子分子的氟、氯、氮、氢等单质属于分子晶体通常是气体。多原子分子：S8、P4、As4等虽然也是分子晶体熔沸点不高，但要高于前一类，通常是固体。大分子：晶体硅、金刚石、硼等原子晶体熔沸点很高，不易挥发。第五页，共七十五页，2022年，8月28日2、同素异形现象原子在晶体中排列方式不同形成，如金刚石、石墨。组成分子的原子个数不同，如O2，O3。PPPPPPPPn第六页，共七十五页，2022年，8月28日3、导电性一般属于非导体Ge、Si、As、Sn等准金属半导体，导电能力随温度升高而增大第七页，共七十五页，2022年，8月28日4、化学活性F2、Cl2、Br2、O2、S、P较活泼，易和氢反应生成氢化物，也易与金属化合。非金属元素是成酸元素一般不和酸反应。和碱反应：歧化或非歧化2B+2NaOH+2H2O===2NaBO2+3H2第八页，共七十五页，2022年，8月28日二、非金属氢化物熔沸点热稳定性还原性酸碱性第九页，共七十五页，2022年，8月28日1、熔沸点通常为气体或挥发性液体。周期性变化氢键：在第二周期氨，水，氟化氢沸点异常的高，氢键在分子间缔合的作用。第十页，共七十五页，2022年，8月28日同周期比较碳族氮族氧族卤族氢化物化学式RH4RH3H2RHR稳定性还原性逐渐增强逐渐减弱第十一页，共七十五页，2022年，8月28日2、热稳定性与非金属元素的电负性（XA）有关，与氢的电负性相差越远越稳定；反之，越不稳定。同一周期从左到右增强同一族从上到下减小第十二页，共七十五页，2022年，8月28日3、还原性处氟化氢，都有还原性，与稳定性增减规律相反，稳定性大的还原性小。H2S、HI、PH3、AsH3具有强还原性第十三页，共七十五页，2022年，8月28日4、酸碱性大部分是酸，HX、H2S少数为碱，NH3酸性自上而下加强，HF<HCl<HBr<HI酸性自右向左减弱，HF>H2O>NH3第十四页，共七十五页，2022年，8月28日三、非金属含氧酸含氧酸的强度含氧酸氧化还原性第十五页，共七十五页，2022年，8月28日1、含氧酸的强度由中心原子的电负性、原子半径以及氧化数等因素决定。通过它们对X－O－H键中的电子云密度的影响来实现。当中心原子电负性大，半径小，氧化数高时，则对与之相连的O原子来说，争夺电子的能力较强，可以有效的降低O原子的电子云密度，使得O－H键变弱，容易释放出质子，表现出较强的酸性。第十六页，共七十五页，2022年，8月28日一般规律同一周期从左到右，酸性增强

H4SiO4<H3PO4<H2SO4<HClO4同一族同类型从上到下减弱

HIO4<HBrO4<HClO4同一元素不同氧化数的含氧酸，随氧化数增大而增强

H2SO4>H2SO3,HNO3>HNO2第十七页，共七十五页，2022年，8月28日四、非金属含氧酸盐的某些性质溶解性热稳定性氧化还原性第十八页，共七十五页，2022年，8月28日1、溶解性绝大多数钾，钠，铵以及酸式盐都溶于水硝酸盐，氯酸盐都易溶于水，但SrSO4、BaSO4、PbSO4难溶于水，CaSO4、Ag2SO4、Hg2SO4微溶。碳酸盐，大多数都不溶于水，CaCO3、BaCO3、SrCO3、PbCO3最难溶。磷酸盐，大多数不溶于水。第十九页，共七十五页，2022年，8月28日2、热稳定性一般多原子阴离子化合物不如二元化合物稳定热分解通常是吸热反应，加热有利于热分解。正盐比酸式盐稳定，酸式盐比酸稳定。在酸性介质中，不少含氧酸盐较易分解。活泼金属正盐一般较稳定CaCO3>FeCO3,NaNO3>AgNO3第二十页，共七十五页，2022年，8月28日3、氧化还原性通常最高价含氧酸盐具有氧化性，KMnO4、K2Cr2O7等加热时作氧化剂，KMnO4、KClO3、KNO3等。

2KNO3====2KNO2+O2介质的影响。往往酸化的环境有利于增加氧化性。第二十一页，共七十五页，2022年，8月28日常温下SO2气体通入BaCl2溶液至饱和，未见有沉淀产生，继续通入另一种气体X，则有沉淀产生。试列举三种X气体。（1）写出它们的分子式：

、

、

。（2）用化学方程式表示生成沉淀的化学原理：

第二十二页，共七十五页，2022年，8月28日下图是中学化学中常见的物质间化学反应关系的图示，其中A的焰色反应呈黄色，E、F为有刺激性气味的气体，G为强酸性溶液，H为既难溶于水、也难溶于稀酸的白色固体。试回答：(1)写出化学式：A_________；B_________。(2)写出下列反应的离子方程式： ①C→E：

； ②D→H：

； ③E＋F＋H2O→G：

。第二十三页，共七十五页，2022年，8月28日下图中D为常见的固体单质，E为无色有刺激性气味的气体，B、H、G为化合物，反应③为我国工业生产B的主要反应之一。(图中部分产物已略去)。请按要求填空：(1)写出A物质的化学式______________。(2)反应②中生成F气体的电极反应式为：__________________。(3)反应③的化学方程式为：___________________。当有12.0g化合物H被氧化时，转移电子的物质的量为_________mol。(4)反应①的离子方程式为：___________________________。第二十四页，共七十五页，2022年，8月28日已知A是一种由短周期元素组成的盐，H是引起温室效应的主要气体之一，Y是一种常见液体，E的相对分子质量比D大16，L、K均为白色沉淀，且K光照后无变化。它们存在如下转化关系（反应条件及部分产物已略去）：(1)A的化学式是___________，Y的电子式是__________。(2)反应①的化学方程式是________________________。(3)反应②的离子方程式是____________________

。第二十五页，共七十五页，2022年，8月28日金属元素综述第二十六页，共七十五页，2022年，8月28日一、元素周期表中位置和原子结构位置原子结构金属的晶体结构第二十七页，共七十五页，2022年，8月28日1、位置分布在元素周期表的左下方，比非金属多，除零族和卤族外其他各族都含有金属元素过渡元素都是金属金属与非金属无严格界限。周期表里金属和非金属交接处元素既有金属性又有非金属性。第二十八页，共七十五页，2022年，8月28日2、原子结构一般最外层电子数不超过4个，第一、二主族：ns1－2,第三主族：ns1－2np1，过渡元素：（n－1）d1－10ns1－2，锕系、镧系n－2）d1－14ns1－2金属元素原子半径均比同周期非金属原子半径大。第二十九页，共七十五页，2022年，8月28日3、晶体结构金属原子最外层电子数比较少，电离能比较低，原子半径比较大，易失电子，彼此不能形成离子键和共价键。金属晶体中金属易失去价电子形成金属阳离子，释出的电子可在整个金属晶体中自由移动。金属离子和自由电子之间的强烈作用就是金属键。金属键强弱与其半径大小、价电子数有关第三十页，共七十五页，2022年，8月28日二、金属的性质金属通性化学性质金属元素在水溶液中的反应第三十一页，共七十五页，2022年，8月28日1、金属的通性金属晶体具有金属光泽和颜色。原因：自由电子对可见光的选择性吸收和反射。具有良好的导电，传热性。原因：外加电场的作用下，自由电子定向移动导电；自由电子在运动时经常和金属离子碰撞传递能量，能量从高温部分传到低温部分。第三十二页，共七十五页，2022年，8月28日良好的延展性。原因：金属键没有方向性，当受到外力作用，被拉成细丝或压成薄片时，依然存在金属键，而不至于断裂。金属的熔点，硬度取决于金属键的强弱。一般金属元素原子价电子数越多，核电荷数越大，原子半径小，金属键越强，金属熔点越高，硬度越大。第三十三页，共七十五页，2022年，8月28日2、金属的化学性质判断金属活动性的一般规律A、与水或酸的反应越剧烈，金属越活泼B、对应的氢氧化物碱性越强，金属越活泼C、一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置换出来，则该金属活泼性强与另一种D、两种金属能构成原电池，一般作负极的金属比正极的金属活泼。E、电解时，阴极首先放电的金属离子对应活泼性强第三十四页，共七十五页，2022年，8月28日金属活动性顺序表的应用1、判断金属还原性和离子与氧化性强弱。顺序表中从左到右金属的还原性依次减弱；金属阳离子得电子能力从左到右依次增强，氧化性增强。2、判断和氧气反应得难易。活泼金属K，Ca，Na等在常温下和空气中氧气化合生成氧化物，燃烧时能生成过氧化物或超氧化物；Mg，Al，Zn常温下能与氧气反应，Mg在空气中能点燃，Al，Zn需在氧气中反应；Fe，Cu等金属在潮湿得空气里能发生电化学腐蚀。Ag，Pt，Au即使在氧气中加热也不反应。第三十五页，共七十五页，2022年，8月28日3、判断与水反应得难易

K，Ca，Na能和冷水剧烈反应放出氢气；Mg和Al与热水反应；Zn-Pb之间得金属只在高温下和水蒸气反应，生成金属氧化物和氢气；排在氢以后得金属不和水发生置换反应。4、判断金属和非氧化性酸和盐溶液能否发生置换反应。5、判断形成原电池的正负极，活泼性强的金属做负极。6、判断盐溶液的电解产物。惰性电极上活泼性弱的金属先放电。第三十六页，共七十五页，2022年，8月28日7、帮助识记金属氢氧化物的热稳定性和硝酸盐碳酸盐的稳定性。金属活动顺序钾－－钠镁－－铜汞－－银氢氧化物热稳定性强热熔化不分解受热分解，从左到右稳定性降低常温下即分解硝酸盐受热分解规律生成亚硝酸盐和氧气生成金属氧化物、NO2、O2生成金属单质、NO2、O2碳酸盐受热分解规律高温灼烧不分解，除（Ca）受热分解，从左到右稳定性降低微热即分解第三十七页，共七十五页，2022年，8月28日3、金属元素在水溶液中的反应金属离子沉淀1、氢氧化物的沉淀：碱金属氢氧化物易溶，Ba（OH）2可溶，Ca（OH）2，Sr（OH）2微溶，其它均难溶。Fe3＋在pH=3时开始转化为Fe（OH）3。有些金属氢氧化物不稳定，在溶液中分解Hg2＋＋2OH－＝＝HgO＋H2O2Ag＋＋2OH－＝＝Ag2O＋H2O第三十八页，共七十五页，2022年，8月28日有些氢氧化物生成后立即被空气中的氧气氧化。4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝＝4Fe(OH)3有些具有两性，能溶于过量强碱溶液。Al(OH)3、Cr(OH)3、Zn(OH)2、Cd(OH)2、Sn(OH)2、Sn(OH)4、Pb(OH)2。2、硫化物沉淀一般碱金属硫化物可溶，由于水解显碱性。Al3＋、Cr3＋、Fe3＋硫化物双水解产生氢氧化物沉淀和H2S。其余硫化物均不溶于水，FeS、MnS、ZnS能溶于稀酸，所以在弱碱性条件下才能生成。第三十九页，共七十五页，2022年，8月28日而CuS、CdS、HgS、Ag2S不溶于稀酸但是能溶于氧化性酸。第四十页，共七十五页，2022年，8月28日三、金属的存在和冶炼金属在自然界中的存在金属的冶炼第四十一页，共七十五页，2022年，8月28日1、金属在自然界中的存在活泼金属以化合态存在，常以氯化物，碳酸盐，磷酸盐，硫酸盐存在：石膏（CaSO42H2O）、光卤石（KClMgCl26H2O）、菱镁矿（MgCO3）、芒硝（Na2SO410H2O）等。少数既不活泼金属以游离态存在：Au、Pt第四十二页，共七十五页，2022年，8月28日2、金属的冶炼冶炼过程的实质：Mn＋＋ne－＝＝M1、高温还原法ZnO＋C＝＝Zn＋COFe2O3＋3CO＝＝2Fe＋3CO2WO3＋3H2＝＝W＋3H2OCr2O3＋2Al＝＝2Cr＋Al2O3TiCl4＋4Na＝＝Ti＋4NaCl高温高温高温高温高温第四十三页，共七十五页，2022年，8月28日2、电解法：对于活泼金属，活动性顺序排在铝之前的金属，不能用一般还原剂还原出来，通常电解熔融化合物2NaCl＝＝2Na＋Cl22Al2O3＝＝4Al＋3O23、热分解：活泼性弱的金属氧化物受热易分解2HgO＝＝2Hg＋O22Ag2O＝＝4Ag＋O2电解电解第四十四页，共七十五页，2022年，8月28日无机化学反应的一般规律一、常见化学反应规律第四十五页，共七十五页，2022年，8月28日1、酸碱反应近代酸碱理论酸碱理论理论要点提出人酸碱电离理论电离时产生的阳离子全是氢离子的化合物是酸，阴离子全是氢氧根的是碱。阿累尼乌斯酸碱质子理论凡是能给出质子的物质是酸；凡是能接受质子的是碱。布朗施泰德－劳莱酸碱电子理论凡是可以接受电子的物质是酸；凡是可以提供电子的物质是碱。路易斯第四十六页，共七十五页，2022年，8月28日2、沉淀反应沉淀反应是复分解反应的一种重要类型。看一组化学事实：1、将硫化钠溶液的入氯化亚铁溶液，2、将硫化氢气体通入氯化亚铁溶液，3、将硫化氢气体通入硫酸铜溶液，4、黄色AgI加入氯化钠溶液，5、白色AgCl加入碘化钠溶液，6、向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳，第四十七页，共七十五页，2022年，8月28日3、置换反应置换反应中既有单质参加，又有单质生成1、金属置换非金属2、金属置换金属3、非金属置换金属4、非金属置换非金属第四十八页，共七十五页，2022年，8月28日A、B、C是三种短周

期元素的单质，甲、乙是两种常见的化合物。这些化合物和单质之间存在如下图所示的关系。据此判断：(1)在甲、乙两种化合物中，不含有组成A元素的化合物是________，不含组成B元素的化合物是________（用“甲”、“乙”填写）。(2)单质A是______

_______（填“金属”、“非金属”或“既可以是金属又可以是非金属”）。第四十九页，共七十五页，2022年，8月28日(3)单质A、B可能同时是同主族非金吗？

，若可能，写出符合反应“单质A＋化合物甲＝单质B＋化合物乙”的化学方程式：

；(4)单质A、B可能同时是同周期非金吗？

，若可能，写出符合反应“单质A＋化合物甲＝单质B＋化合物乙”的化学方程式：

；(5)单质A是金属、单质B是非金属，可能吗？

，若可能，写出符合反应“单质A＋化合物甲＝单质B＋化合物乙”的化学方程式：

。第五十页，共七十五页，2022年，8月28日4、同元素间的氧化还原反应同种元素相邻价态不发生氧化还原反应（硫酸不与SO2反应），相隔的价态之间可能反应。同种元素高价和低价之间氧化还原反应，产物价态介于高、低价之间，化合价不交叉。(H2SO4+H2S)同种价态元素发生氧化还原反应时，化合价必有升降，称歧化反应。(Cl2+OH-)第五十一页，共七十五页，2022年，8月28日5、分解反应金属氢氧化物：金属性越强越不易分解，反之易分解成金属氧化物和水。分解条件熔融不分解高温分解灼热分解加热分解微热分解低温分解实例KOHNaOHCa(OH)2Mg(OH)2Al(OH)3Fe(OH)3Cu(OH)2Hg(OH)2AgOH第五十二页，共七十五页，2022年，8月28日二、化学反应的动力第五十三页，共七十五页，2022年，8月28日1、能量降低绝大多数的放热反应都可以自发进行，而且放热越多，能量降低越多，产物也就越稳定，反应越完全，化学反应都趋向于最低能量状态倾向。例如＋4价的Sn，和＋2价的Pb稳定，＋2价的Sn具有较强的还原性，＋4价的Pb具有较强的氧化性。也可以解释自然界，Sn主要以锡矿石（SnO2）存在，Pb主要以方铅石（PbS）存在第五十四页，共七十五页，2022年，8月28日吸热反应，经常在温度升高后可自发进行，其中还有最大混乱度的倾向。NH4HCO3的分解产物均是无序的气体分子，混乱度大于有序排列的NH4HCO3的晶体，可以认为混乱度增大是此反应的动力。第五十五页，共七十五页，2022年，8月28日2、氧化性、还原性减弱氧化剂＋还原剂＝＝氧化产物＋还原剂

第五十六页，共七十五页，2022年，8月28日3、离子浓度减少非氧化还原反应常常伴随沉淀、气体、或弱电解质的生成CaCl2+Na2CO3====CaCO3+2NaClHCl+Na2CO3====CO2+2NaCl+H2ONaF+HCl

====HF+NaClFeCl3+KSCN

====Fe(SCN)Cl2+KCl第五十七页，共七十五页，2022年，8月28日例1、某主族元素R的单质可被稀硝酸氧化为R3+，R3+最外层有两个电子，在碱性条件下，R3+可被Cl2氧化成带一个单位负电荷的含氧酸根阴离子，该阴离子在酸性条件下能将Mn2+氧化成MnO4

-，同时本身又被还原为R3+。试写出有关反应的离子方程式(不必确定R为何元素)：(1)_______________________________________；(2)_______________________________________；(3)________________________________________。第五十八页，共七十五页，2022年，8月28日例2、A、B、C均为单质，B与C反应后的产物溶于水得到无色溶液E。B、F、D、E的水溶液均呈酸性，E能作还原剂，但其浓溶液不能被浓硫酸氧化，A、B、C之间的其它反应如下图所示：写出各物质的化学式。第五十九页，共七十五页，2022年，8月28日例3、X、Y、Z为三个不同短周期非金属元素的单质。在一定条件下有如下反应：Y+X→A(气)，Y+Z→B(气)。请针对以下两种不同情况回答：（1）若常温下X、Y、Z均为气体，且A和B化合生成固体C时有白烟产生，则：①Y的化学式是

；②生成固体C的化学方程式是

。（2）若常温下Y为固体，X、Z为气体，A在空气中充分燃烧可生成B，则：①B的化学式是

；②向苛性钠溶液中通入过量的A，所发生反应的离子方程式是

；③将Y与（1）中某单质的水溶液充分反应可生成两种强酸，该反应的化学方程式是

。第六十页，共七十五页，2022年，8月28日例4、汞单质及其化合物在工业生产和科学研究上有广泛的用途，汞唯一重要的矿源是朱砂（HgS）。朱砂炼汞的反应之一为：

HgS+O2Hg+SO2

请回答下列问题：（1）HgS与O2的反应中，氧化剂是

，每生成1molHg转移电子的物质的是为

mol。（2）电解某汞的硝酸盐溶液，当阴极消耗amol金属阳离子时，可获得2amol金属单质，同时阳极可得0.5amol的气体产物。则该气体产物是

（填化学式），由此可推断得知该盐的化学式是

。其阳极上的电极反应式是

。△第六十一页，共七十五页，2022年，8月28日下图是元素R的单质及其重要化合物在一定条件下相互转化的关系图(生成物中不含该元素的物质均已略去)。已知F可用作化肥，也可用来制炸药；G可用于作防腐剂或建筑工程上的抗冻剂。据此回答以下问题：第六十二页，共七十五页，2022年，8月28日(1)单质A必定是______(填“金属”或“非金属”)，理由是_____________。(2)写出反应①的化学方程式________________。并指出该反应在现代化学工业上的实际意义__________。(3)物质B的分子空间构型为__________________。(4)已知反应②是氧化还原反应，其氧化产物与还原产物的质量比为______。(5)写出反应③的离子方程式______________________________________。第六十三页，共七十五页，2022年，8月28日例5、有下图所示的反应关系：A是中学化学中常见的无机物，A、B、C中含有同一种元素R，不含R的产物已经略去。

(1)若A与NaOH反应，既可生成B，也可生成C，还可生成B+C，写出符合上述反应关系的A的四种物质的分子式。(2)若A与NaOH无论以何种比例反应，其产物均是B+C，则A的分子式可能是（）第六十四页，共七十五页，2022年，8月28日例6、X、Y、Z、W四种元素，都位于元素周期中的短周期中，且原子序数X<Y<Z<W。X原子和Y原子的最外层电子数之和与Z原子最外层电子数相等。X的原子半径为自然界中原子半径最小的。W和Y原子最外层电子数的和为Z原子最外层电子数的2倍。试按下列要求写出有关化合物的分子式：

(1)在A、B、C、D四种离子化合物中均含上述四种元素，A、B、C三种化合物中均只含有一个Y原子，且A比B只少一个W原子，C比D少一个Y原子和一个W原子，A、B、C、D的分子式分别是（）

(2)在E、F两种共价化合物中也含有上述四种元素，且E和F均比A多一个Y原子，A和E中含有一个相同的原子团(或官能团)，E、F的分子式相同。请写出E和F的结构简式：

第六十五页，共七十五页，2022年，8月28日例7、有x、y、z三种单质，常温下x是固体，y是液体，z是气体，B是无色溶液，其反应关系如下：

根据反应推断有关物质的分子式或化学式。

第六十六页，共七十五页，2022年，8月28日A、B、C、D、E、F、G七种常见物质，它们满足下图的转化关系：

①A、B、C、D、E、F、G都不是氧化物②D、G是钠盐

③A、B、C、D含同一种元素

④A、E、F、G含同一种元素，且F为单质，E在常温下为气体

请回答（1）写出A、F的化学式：A

、F

（2）写出下列反应的离子方程式：

①DC

②C+DB

第六十七页，共七十五页，2022年，8月28日例8、加热由二价金属A和另一种元素的单质B的混和物，得到一种化合物C。将C溶于过量的盐酸，生成A的氯化物D和气态混合物E(E对空气的相对密度为1.160)；气体混和物E在空气中自燃，产物是B的氧化物和水。向含1.110克D的溶液中加入过量的Na2CO3溶液，析出沉淀F，焙燃F，得到能使澄清石灰水变浑浊的气体0.2240升(标准状况)。

(1)计算A的原子量

(2)推断A、B、C、D各是什么物质?第六十八页，共七十五页，2022年，8月28日例9、某废水处理站用甲醇处理含氨34毫克/升的废水，其反应原理如下:

在处理过程中，NH3转化为NO3-可达95%，而NO3-转化为N2可达到86%，如果每天处理500吨的废水，计算每天需要甲醇的质量(公斤)和