化学竞赛元素概论

化学竞赛元素概论第一页，共四十一页，2022年，8月28日稀有气体镧系和锕系主族主族过渡金属第二页，共四十一页，2022年，8月28日一、主族元素单质的性质变化规律主族单质的结构及物理性质非金属大分子非金属小分子金属第三页，共四十一页，2022年，8月28日2、氧化还原性氧化性增强还原性增强第四页，共四十一页，2022年，8月28日(1)主族元素单质与酸的反应主族金属单质+非氧化性酸——氢气+盐主族金属单质+硝酸——低价氮化合物+盐铝+冷、浓硝酸——钝化锡+硝酸——锡酸＋低价氮化合物部分主族非金属元素单质(B、C、P)+氧化性酸——相应非金属含氧酸+还原产物Si(B)+HF——H2SiF6(HBF4)+H2第五页，共四十一页，2022年，8月28日单质在碱溶液中F无正价C、N、O无此反应(2)主族元素单质的歧化反应

第六页，共四十一页，2022年，8月28日Ge+2OH－+H2O=GeO32－+2H2↑

Sn+2OH－+2H2O=Sn(OH)42－+H2↑Pb+2OH－=

PbO22－+H2↑S过量时：第七页，共四十一页，2022年，8月28日例1.最近，我国某高校一研究小组将0.383gAgCl,0.160gSe和0.21gNaOH装入充满蒸馏水的反应釜中加热到115oC,10小时后冷至室温,用水洗净可溶物后，得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察，发现A的单晶竟是六角微型管，现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成，Se的质量大约为原料的2/3；A的理论产量约0.39g，写出合成A的化学方程式，溶于水的物质有：___________________________。第八页，共四十一页，2022年，8月28日解：设A的分子式为：AgxSey4AgCl+3Se+6NaOH=2Ag2Se+Na2SeO3+4NaCl+3H2O

2AgCl+Na2Se=Ag2Se

+2NaCl溶于水的物质有：NaOH,Na2SeO3,NaCl3Se

+6NaOH=2Na2Se

+Na2SeO3+3H2O

第九页，共四十一页，2022年，8月28日其它歧化反应X2+H2O=HXO+HXCl2﹥Br2﹥I22Cl2+2HgO=HgO·HgCl2+Cl2OCl2O+H2O=2HClO3KClO3+2H2SO4=KClO4+2KHSO4+2ClO2+H2O第十页，共四十一页，2022年，8月28日3、主族元素氧化物对应水合物的酸碱性(1)含氧酸酸性强弱变化规律(L.Pauling规则)含氧酸非羟基氧原子数目N越多，则酸性越强含氧酸按结构写NKaHClO Cl(OH)03.2×10-8HClO2ClO(OH)11.1×10-2HClO3ClO2(OH)2103HClO4ClO3(OH)3108第十一页，共四十一页，2022年，8月28日正磷酸H3PO4N=1焦磷酸H4P2O7N=2酸性：正酸<焦酸类似有：酸性H2SO4<H2S2O7第十二页，共四十一页，2022年，8月28日阳离子的电荷高，半径越小，即离子势φ大，所以ROH以酸式离解为主。且φ越大，酸性越强；而离子势φ小，R-O键比较弱，则ROH倾向于作碱式离解。且φ越小，碱性越强。

(2)主族元素氢氧化物酸碱性强弱变化规律

R—O—H=RO-+H+酸式电离R—O—H=R++OH-碱式电离由中心原子R的性质决定：第十三页，共四十一页，2022年，8月28日Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2r增大，碱性增强NaOHMg(OH)2Al(OH)3Si(OH)4

Z增加,r减小,碱性渐弱，酸性渐强第十四页，共四十一页，2022年，8月28日(1)离子型氢化物、碳化物和氮化物产物分别为H2、CH4/C2H2、NH3和相应的金属氢氧化物2、卤化物水解(2)活泼金属可溶性氟化物：NaF、KF、NH4F，F-水解，呈碱性。4、水解反应第十五页，共四十一页，2022年，8月28日

②其它可溶性的金属卤化物(Mn+水解)呈酸性；例：MgCl2+H2O=Mg(OH)Cl+HClBiCl3+H2O=BiOCl+HClCeCl3+H2O=Ce(OH)3+3HClΔΔHCl(g)

或NH4ClΔΔ加H+，可抑制水解,如：加HCl(g)

或NH4Cl

MgCl2

·6H2OMgCl2+6H2OAl3+水解倾向更大：AlCl3·6H2O===Al(OH)3+3HCl+3H2O无水AlCl3只能用“干法”制备：2Al(s)+3Cl2(g)=2AlCl3(s)第十六页，共四十一页，2022年，8月28日③非金属卤化物：少数(CCl4、CF4、NF3、SF6)不水解水解机理：SiCl4(l)+4H2O(l)→H4SiO4+4HCl

第十七页，共四十一页，2022年，8月28日类似：BX3+3H2O=B(OH)3+HXBX3+HX=H[BX4]PClx+xH2O=P(OH)x+xHCl(x=3,5)例外：NCl3+3H2O=NH3+3HOCl第十八页，共四十一页，2022年，8月28日例2.在一定条件下，单质X和单质Y反应，生成化合物Z，Z与水作用可生成气体G和白色沉淀P(如下图所示)，已知气体G与空气之密度比约为1.17请填空：(1)组成单质X和Y的元素分别属第

族和第

族。(2)化合物Z的化学式为

。(3)每生成1mol的气体G，同时应得到

mol的沉淀P。单质X单质Y化合物Z气体G沉淀P第十九页，共四十一页，2022年，8月28日(1)B：BF4-、BH4-、B(OH)4-BF3+F-=BF4-(2)根据对角线规则Si与B相似LiBeBCNaMgAlSiSiF4+2HF→H2[SiF6]氟硅酸，强酸。

3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O5.非金属元素配位反应第二十页，共四十一页，2022年，8月28日6.主簇化合物氧化还原性变化规律1、含氧酸及其盐的氧化性规律：①介质酸碱性：酸介质>碱介质②同一周期各元素最高氧化态含氧酸的氧化性从左到右渐增；如：H4SiO4、H3PO4几乎无氧化性，而浓H2SO4和HClO4则有强氧化性。③同一主簇各元素最高氧化态含氧酸的氧化性从上到下大多渐增，但第四周期元素一般高于第三、五周期；中间氧化态也有类似变化趋势；低氧化态则从上到下递减。第二十一页，共四十一页，2022年，8月28日

第三四五周期(1)HClO4<HBrO4>H5IO6最高氧化态ClO4-<BrO4-

>H3IO62-

(2)

HClO3<HBrO3

>HIO3中间氧化态ClO3-<BrO3->IO3-(3)

HClO>HBrO>HIO低氧化态ClO->BrO->IO-

类似有：H3PO4<H3AsO4H2SO4<H2SeO4第二十二页，共四十一页，2022年，8月28日④同一元素，不同氧化态含氧酸，低氧化态的氧化性较强；HClO

>HClO3>HClO4；

ClO->ClO3->ClO4-HClO>HClO2

>

HClO3>HClO4⑤浓酸的氧化性比稀酸强。第二十三页，共四十一页，2022年，8月28日XeF2

XeF4XeF6氧化能力渐弱2、氙化合物的氧化性：第二十四页，共四十一页，2022年，8月28日(1)氢化物氢几乎能和除稀有气体外的所有元素化合形成，三种类型的氢化物：离子型、金属型和共价型氢化物。碱金属和碱土金属(铍、镁除外)在加热时能与氢直接化合，生成离子型氢化物。化学式分别为：MH,MH2形成配位氢化物:Na[BH4]、Li[AlH4]

7.特殊化合物第二十五页，共四十一页，2022年，8月28日

NH3 H2O HFPH3 H2S HClAsH3 H2Se HBrSbH3H2TeHIBiH3碱性减弱，酸性增强，还原性减弱

碱性减弱还原性增强第二十六页，共四十一页，2022年，8月28日(2)碳化物甲烷型碳化物：与水反应生成CH4，如Be2C、Al4C3等

二碳化物(乙炔化物)：包括碱金属、碱土金属和镧系元素在内的许多元素都能形成二碳化物。水解产物为乙炔和金属氢氧化物。CaC2(类似NaCl)

Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4

CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2第二十七页，共四十一页，2022年，8月28日①联氨(肼N2H4)、羟氨(NH2OH)和叠氮(HN3)氨的化合价分别为-2，-1和-1/3NH2—NH2NH2—OHHN3

碱性：NH3

＞N2H4＞NH2OH>HN3(一元弱酸)HN3制备：N2H4

+HNO2=

2H2O+HN3

(3)氮的化合物第二十八页，共四十一页，2022年，8月28日

叠氮化物a.N3-与N2O、SCN-和CO2为等电子体，都有直线形结构。b.重金属(Ag+、Pb2+、Cu2+、Hg22+…)的叠氮化物受撞击易爆炸分解，可以作引爆剂。c.N3-为拟卤素离子(似X-)。AgN3、Pb(N3)2、Hg2(N3)2均难溶于水。

N3-第二十九页，共四十一页，2022年，8月28日②氮化物IA族和IIA族元素的氮化物属于离子型，与水生成氨和相应的碱。Li3N+3H2O=3LiOH+NH3↑Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑IIIA簇和IV族的氮化物如：BN、AlN、Si3N4、Ge3N4是固态聚合物。立方氮化硼金刚石石墨六方氮化硼第三十页，共四十一页，2022年，8月28日第一过渡系第二过渡系第三过渡系过渡元素：处在主族金属元素和主族非金属元素之间的元素二、过渡元素概论第三十一页，共四十一页，2022年，8月28日1.原子的电子层构型和原子半径电子层结构特点：有未充满的d轨道(Pd除外4d10)，最外、次外两个电子层都未充满，特征电子构型为：(n-1)d1~9ns1~2。第三十二页，共四十一页，2022年，8月28日同族从上到下原子半径略增加五六周期基本接近

ScTiVCrMnFeCoNiCu(●-●)

YZrNbMoTcRuRhPdAg(■-■)

LaHfTaWReOsIrPtAu(▲-▲)过渡元素的原子半径第三十三页，共四十一页，2022年，8月28日第三十四页，共四十一页，2022年，8月28日总趋势：同周期左右由小大,幅度不大。 同副族没有规律。2.过渡元素的第一电离能第三十五页，共四十一页，2022年，8月28日

3.过渡元素的氧化态有多种