第十二章 非金属元素通论和硼

第十二章非金属元素通论和硼第1页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-1元素的发现、分类及其在自然界的存在12-1-1元素的发现和分类金属非金属稀有气体2023/5/5第2页，共35页，2023年，2月20日，星期三元素发现的时期和分类LrNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpPaLuEuPmFrAtReHfTcAsPPbHgAuSbSnAgCuFeSCThErTbCeIrOsTaLaBaICdPdRhRuNbBrVCaKSiAlMgNaBBeLiYbTmHoDyGdSmNdPrAcRaRnPoTlCsXeInRbKrGeGaScArNeFHeUBiPtWTeMoZrYSrSeZnNiCoMnCrTiClONH古代13~17世纪18世纪19世纪上半叶19世纪下半叶20世纪上半叶2023/5/5第3页，共35页，2023年，2月20日，星期三地壳中主要元素的丰度12-1-2元素在地壳、海洋和大气中的分布元素在地壳中的含量称为丰度，通常以质量分数和原子分数表示。元素OSiAlFeCaNaKMgHTi质量分数/%48.626.37.734.753.452.742.472.000.760.422023/5/5第4页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-2非金属元素通论非金属元素有22种2023/5/5第5页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-2-1非金属单质的结构和性质一.非金属单质的结构8-N规则：第N族的非金属元素的每个原子可以提供8-N个价电子去与8-N个邻近原子形成8-N个共价（单）键。VII族N=78-N=1双原子分子(F2,Cl2,Br2,I2)零族N=88-N=0单原子分子(He,Ne,Ar,Kr,Xe)VI族N=68-N=2V族N=58-N=3IV族N=48-N=4III族N=38-N=52023/5/5第6页，共35页，2023年，2月20日，星期三非金属元素按其单质的结构和性质可分为三类：①小分子物质——单原子分子，双原子分子分子晶体②多原子物质——S8,Sex,P4……

分子晶体③大分子物质——C,Si（含链、层）原子晶体2023/5/5第7页，共35页，2023年，2月20日，星期三二.非金属单质的化学性质(1)与H2O的反应常温下氧化型还原型F2+2e==2F-Eo=2.87VCl2+2e==2Cl-Eo=1.36VBr2+2e==2Br-Eo=1.07VI2+2e==2I-Eo=0.54V氧化性增强还原性增强4H++O2+4e==2H2O(中性溶液)Eo=0.81V2023/5/5第8页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第9页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第10页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第11页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-2-2非金属元素的氢化物2023/5/5第12页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-2-3非金属含氧酸及其盐一、非金属含氧酸的酸性1、ROH规则2023/5/5第13页，共35页，2023年，2月20日，星期三

也可以用ROH规则说明ⅦA中HClO,HBrO,HIO的酸性依次减弱。

HClO3,HBrO3,HIO3

的酸性也依次减弱2023/5/5第14页，共35页，2023年，2月20日，星期三2、鲍林规则2023/5/5第15页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第16页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第17页，共35页，2023年，2月20日，星期三二、非金属含氧酸及其盐的氧化还原性2023/5/5第18页，共35页，2023年，2月20日，星期三2023/5/5第19页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-2-4非金属单质的一般制备方法1、氧化法3FeS(s)+12C(s)+8O2(空气)==Fe3O4(s)+12CO(g)+6S(g)4HCl(浓)+MnO2==MnCl2(aq)+2H2O(l)+Cl22、还原法

2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s)==6CaSiO3(s)+10CO(g)+P43、置换反应

2KBr(aq)+Cl2(g)==2KCl(aq)+Br2(l)2KI(aq)+Cl2(g)==2KCl(aq)+I2(s)4、电解法

2KHF2(l)==2KF(s)+H2(g)+F2(g)阳极

阴极

2023/5/5第20页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-3硼及其化合物

单质硼的制备在1808年由英国的戴维、法国的盖·吕萨克和泰纳完成。自然界中并无天然单质硼存在，常与其他元素共生在一起，如硼镁矿、硼砂等，我国西部地区的内陆盐湖及辽宁、吉林等地都产硼。硼化学的独特性仅是在近40年来由于结构化学的发展才被发现的。近年来硼化合物的化学获得了迅速和多方面的发展，硼化学领域的广阔几乎有可能同碳化学（有机化学）相比美。2023/5/5第21页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-3-1硼的成键特征电子层结构

ns2p1缺电子原子（价电子数少于价轨道数）原子半径小（88pm）第一电离能高（801kJ·mol-1）上述特征决定了硼化学的独特性。2023/5/5第22页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-3-2硼的氢化物分类BnHn+4类：B2H6、B5H9、B6H10、B8H12、B10H14……BnHn+6类：B3H9、B4H10、B5H11、B6H14……2023/5/5第23页，共35页，2023年，2月20日，星期三2.B2H6的分子结构

称“三中心二电子”键，用“3c—2e”表示，又称为氢桥。

HB⌒B2023/5/5第24页，共35页，2023年，2月20日，星期三3.B2H6的性质含硼化合物燃烧时，火焰呈现绿色。(2)遇水易离解(1)自燃2023/5/5第25页，共35页，2023年，2月20日，星期三（3）可做高能（火箭）燃料。（4）硼烷剧毒

远超过氰化钾，光气（COCl)等。故常使用硼烷的衍生物，如：(C2H5)3B5H6是液体高能燃料；(C2H5)2B10H12和(C4H9)2B10H12等是固体高能燃料。2023/5/5第26页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-3-3硼的重要化合物一、硼砂Na2B4O7·10H2O

硼砂为无色透明晶体，在空气中容易失去部分水而风化，加热至380～400℃，完全失去水成为无水盐Na2B4O7

，加热到878℃，则熔化为玻璃状物体。硼砂珠实验Na2B4O7+CoO==2NaBO2·Co(BO2)2(宝蓝色)Na2B4O7+NiO==2NaBO2·Ni(BO2)2（淡红色）此性质用于鉴定重金属离子，也被应用于搪瓷和玻璃工业（上釉、着色并耐高温）及焊接金属(焊药，除去金属表面的氧化物）。硼砂还用于制造特种光学玻璃和人工宝石。2023/5/5第27页，共35页，2023年，2月20日，星期三硼砂常温下溶解度较小，沸水中易溶。

水解显较强的碱性。Na2B4O7+3H2O==2NaBO2+2H3BO3；2NaBO2+4H2O==2NaOH+2H3BO3所以，工业上用作肥皂、洗衣粉的填料。2023/5/5第28页，共35页，2023年，2月20日，星期三B：sp2杂化二、硼酸（H3BO3）

1.制备①Mg2B2O5·H2O+2H2SO4==2H3BO3+2MgSO4②Na2B4O7·10H2O+H2SO4==4H3BO3+Na2SO4+5H2O2.结构2023/5/5第29页，共35页，2023年，2月20日，星期三3.性质(1)一元弱酸(固体酸)硼酸的酸性不是而是由于B的缺电子性，可以接受水电离出的OH-，生成加合物B(OH)4-，使水溶液的[H+]，从而使溶液呈酸性。2023/5/5第30页，共35页，2023年，2月20日，星期三(3)受热易分解(2)与多羟基化合物加合（B的缺电子性）可使硼酸的酸性增加。2023/5/5第31页，共35页，2023年，2月20日，星期三应用

硼酸被大量的用于玻璃和搪瓷工业。因为是弱酸，对人体的受伤组织有和缓和防腐作用，故为医药上常用的消毒剂之一，如硼酸软膏、硼酸粉等。硼酸也是减少排汗的收敛剂，为痱子粉的成份之一。此外，它还用于食物防腐。2023/5/5第32页，共35页，2023年，2月20日，星期三12-3-4新型硼化物碳化硼B4C(boroncarbide)

黑色有光泽，共价性碳化物，特征：密