元素化学主族元素

元素化学主族元素第1页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学22023/7/21一、概述2010年4月7日报道了俄罗斯杜布纳联合核研究所与国际科研小组成功合成了一种拥有117个质子的新元素——科学家们一直在苦苦寻找的第117号元素(ununseptium)，这将填补目前已被发现的第116号和118号元素之间缺失的“一环”，从而使元素周期表中的未完全周期第七周期成为完全周期，使元素周期表中的元素达到118种。所谓元素化学就是周期系中各元素的单质及其化合物的化学。元素化学是无机化学的中心内容，主要讨论元素及其化合物的存在、性质、结构、制备和用途。随着现代化学理论的不断发展与完善，为学习元素化学提供了基本理论与系统，学习元素化学要结合化学反应的一般原理与物质结构的原理。第2页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学32023/7/211.元素的丰度地壳地球表面下16km厚的岩石层称为地壳。有时也包括水圈和大气圈，前者质量为1.21021kg，占地壳总质量的6.91%，后者质量为5.11018kg，占地壳总质量的0.03%。丰度化学元素在地壳中的含量称丰度，以质量分数表示的称质量Clarke值。地壳中含量最高的元素是O，其次是Si，两者占地壳75%。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg8种元素占99%以上。人体中约含30多种元素，期中11种常见元素约占99.95%，其余为微量元素与超微量元素。第3页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学42023/7/21地壳中一些元素的丰度（质量Clarke值）元素w/%元素w/%元素w/%O47.2K2.60P0.08Si27.6Mg2.10S0.05Al8.80Ti0.60Ba0.05Fe5.1H(0.15)Cl0.045Ca3.60C0.10Sr0.04Na2.64Mn0.09人体中一些元素的含量（质量分数）元素w/%元素w/%元素w/%O65Ca2Na0.15C18P1Cl0.15H10K0.35Mg0.05N3S0.25第4页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学52023/7/212.元素的分类

习惯上按元素在地壳中的分布将元素分为普通元素与稀有元素，之间没有绝对明确的界限。所谓稀有元素，一般指在自然界中含量少或发现晚、或研究少、提炼难以致应用晚的元素。稀有元素分类轻稀有金属Li,Ru,Cs,Be高熔点稀有金属Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re分散稀有元素Ga,In,Tl,Ge,Se,Te稀有气体He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn稀土金属Sc,Y,La及La系元素铂系元素Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt(加Ag,Au又称贵金属)放射性稀有元素Tc,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac及Ac系元素及Ac系后人造元素第5页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学62023/7/211.元素周期表二、元素周期系S区元素ⅠA、ⅡA元素，碱金属与碱土金属价电子构型：ns1~2；氧化态：+1、+2；单质为最活泼金属，化合物大多为离子型，Li、Be形成共价型（少数共价型）；P区元素ⅢA～ⅧA元素，除H外的全部非金属和部分金属元素。价电子构型：ns2np1~6d区元素ⅢB～ⅧB元素，全部为金属元素，分三个过渡系列；价电子构型:(n1)d1~8ns1~2(除Pd、Pt)f区元素La系和Ac系元素，又称内过渡元素；价电子构型：(n2)f014(n1)d02ns2全为金属，Ac系为放射性元素ds区元素ⅠB、ⅡB元素，共6个元素；价电子构型：(n1)d10ns1~2与d区元素一起统称过渡元素第6页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学72023/7/212.原子的电子层结构

与元素周期律周期周期名称能级组电子填充次序元素元素个数1

特短周期11s12 1H2He22

短周期22s122p163Li10Ne83

短周期33s123p1611Na18Ar84

长周期44s123d1104p1619K36Kr185

长周期55s124d1105p1637Rb54Xe186

特长周期66s124f1145d1106p1655Cs86Rn327

特周期77s12

5f1146d1107p1687Fr118号元素32(1)能级组与周期的关系第7页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学82023/7/21

目前人们常用的是长式周期表,它将元素分为7个周期。核外电子排布的周期性变化使得元素性质呈现周期性的规律，即元素周期律；元素的基态原子最外层电子的n值即为元素所在周期数；

如26Fe[Ar]3d64s2为第四周期元素；

47Ag[Kr]4d105s1为第五周期元素。

各周期元素总和等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。第8页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学92023/7/21(2)价电子构型与周期表中族的划分价电子构型

价电子是原子发生化学反应时易参与形成化学键的电子，相应的电子排布即为价电子构型。

主族元素价电子构型=最外层电子构型(nsnp)；副族元素

价电子构型=(n2)f(n1)dnsnp主族元素

IAⅧA(即0族)：元素的最后一个电子填入ns或np亚层，价电子总数等于族数。如元素7N，电子结构式为1s22s22p3，最后一个电子填入2p亚层，价电子总数为5，因而是VA元素。其中ⅧA(即0族)元素为稀有气体，价电子构型为ns2np6(除He)，为8电子稳定结构，根据洪特规则的补充，全满电子构型特别稳定。第9页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学102023/7/21副族元素

ⅢBⅧB(Ⅷ)族+ⅠBⅡB共10列，其中Ⅷ族有3列。副族元素也称过渡元素(同一周期从s区向p区过渡)。

ⅠBⅡB最后一个电子填入ns轨道族数=最外层电子数

ⅢBⅦB最后一个电子填入(n1)d轨道族数=最外层电子数+(n1)d电子数

Ⅷ族较特殊，有三个列，共9个元素。FeCoNi为铁系元素

RuRhPdOsIrPtLa系和Ac系元素也称内过渡元素。第六周期ⅢB位置从57La到71Lu共15个元素称镧系元素，用符号Ln表示；第七周期ⅢB位置从89Ac到103Lr共15个元素称锕系元素，用符号An表示。它们的最后一个电子填入倒数第三层(n2)f。铂系元素第10页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学112023/7/21IA0ⅡA

ⅢAⅦAⅢBⅦBⅧⅠBⅡBLa系f区(n2)f014(n1)d02ns2全为金属，Ac系为放射性元素Ac系(3)价电子构型与元素分区s区ns12活泼金属ds区(n1)d10ns12介于dp间d区(n1)d19ns12全为金属呈多变氧化态

非金属p区ns2np16

金属第11页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学122023/7/213原子性质的周期性

(1)有效核电荷(Z)屏蔽效应

多电子原子中，电子不仅受到原子核的吸引，还受到其他电子的排斥。这种其他电子对指定电子的排斥作用可看成是抵消部分核电荷的作用，从而削弱了核电荷对指定电子的吸引力，使作用在指定电子上的有效核电荷下降。这种抵消部分核电荷的作用叫屏蔽效应。

屏蔽效应的大小可用斯莱脱(Slater)规则计算得出的屏蔽常数i表示。i为除被屏蔽电子以外的其余电子对被屏蔽电子的屏蔽常数之和，

i=。第12页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学132023/7/21屏蔽常数的计算

——Slater规则A.轨道分组：(1s),(2s2p),(3s3p),(3d),(4s4p),(4d),(4f),(5s5p)

位于被屏蔽电子右边各组对屏蔽电子的屏蔽常数=0，即近似看作对该电子无屏蔽作用；B.按上面分组，同组电子间=0.35(1s组例外，=0.3)；C.对(ns)(np)组的电子，(n1)层的电子对其的屏蔽常数=0.85，

(n2)电子层及更内层对其的屏蔽常数=1.00；D.对nd或nf组的电子，左边各组电子对其的屏蔽常数=1.00。第13页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学142023/7/21Question例计算21Sc的4s电子和3d电子的屏蔽常数i

。解：

21Sc的电子构型为1s22s22p63s23p63d14s2

分组：(1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)24s=101.00+90.85+10.35=18.003d=181.00=18.00第14页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学152023/7/21有效核电荷核电荷数(Z)减去屏蔽常数(i)得到有效核电荷(Z)：

Z=Z

i

多电子原子中，每个电子不但受其他电子的屏蔽，而且也对其他电子产生屏蔽作用。电子的轨道能量可按下式估算：

Z*：作用在某一电子上的有效核电荷数；n*：该电子的有效主量子数，

与主量子数n有关：

n 1 23 4 5 6n* 1.0 2.0 3.0 3.7 4.0 4.2第15页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学162023/7/21例：试确定19K的最后一个电子是填在3d还是4s轨道？解：若最后一个电子是填在3d轨道，则K原子的电子结构式为

1s22s22p63s23p63d1

若最后一个电子是填在4s轨道，则K原子的电子结构式为

1s22s22p63s23p64s1

Z3d=19(181.00)=1.0

Z4s=19(101.00+80.85)=2.2

E3d=2.1791018J(1.00/3.0)2=0.241018JE4s=2.1791018J(2.2/3.7)2=0.771018J由于E4sE3d

，根据能量最低原理，19K原子最后一个电子应填入4s轨道，所以19K的电子结构式为1s22s22p63s23p64s1。Question第16页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学172023/7/21例：试计算21Sc的E3d和E4s，确定21Sc在失电子时是先失3d

电子还是4s电子。解：

21Sc的电子结构式为：1s22s22p63s23p63d14s2

根据前例已知

4s=3d=18.0

Z3d=Z

i

=2118.0=3.0

Z4s=2118.0=3.0E3d=2.1791018(3.0/3.0)2J=2.21018JE4s=2.1791018(3.0/3.7)2J=1.41018J由于此时E4sE3d，所以21Sc原子在失电子时先失去4s电子，过渡金属原子在失电子时都是先失去4s电子再失3d电子的。Question第17页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学182023/7/21

Z*确定后，就能计算多电子原子中各轨道的近似能量。

在同一原子中，

当轨道角动量量子数l相同时，主量子数n值愈大，相应的轨道能量愈高。因而有

E1sE2sE3s；E2pE3pE4p；

E3dE4dE5d；

E4fE5f。当主量子数n相同时，随着轨道角动量量子数l的增大，相应轨道的能量也随之升高。因而有

EnsEnpEndEnf(钻穿效应)

当主量子数n与轨道角动量量子数l均不相同时，应求出Z*再求出Ei，所以有能级交叉现象，如E4s

与E3d

。第18页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学192023/7/21有效核电荷的周期性变化(最外层电子的Z*)第三周期NaMgAlSiPSClZ*2.202.853.504.154.805.456.10第一过渡系ScTiVCrMnFeCoNiCuZnZ*3.003.153.302.953.603.753.904.053.704.35镧系LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuZ*3.003.002.852.852.852.852.853.002.852.852.852.852.852.853.00同一周期：对短周期，电子填入同一层，Z1，0.35,

Z*0.65

所以从左右，Z*；对长周期，电子填入(n1)层，Z1，0.85,

Z*不明显；而在填满d10后，(n1)层为18电子全满，屏蔽效应较大，Z*略(Cu)同一族：从上下，Z明显，Z*不明显；如原因：增加一个满电子层，屏蔽作用很强。由于Z*的周期性变化，引起原子半径、电离能、电子亲和能、电负性等的周期性变化。LiNaKRb1.32.22.23.7第19页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学202023/7/21第20页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学212023/7/21(2)原子半径(r)

根据原子与原子间作用力的不同，原子半径的数据一般有三种：共价半径、金属半径和范德华半径。共价半径同种元素的共价分子中原子核间距的一半(l/2)；金属半径金属晶体中相邻原子核间距的一半；范德华半径当两个原子只靠范德华力(分子间作用力)互相吸引时，它们核间距的一半称为范德华半径。

共价半径金属半径范德华半径第21页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学222023/7/21原子半径的周期性变化

原子半径的大小主要取决于原子的有效核电荷和核外电子层结构。同一周期：从左右，Z*，对核外电子的吸引力，r；同一主族：从上下，电子层，原子半径明显；同一副族：元素的原子半径从上到下递变不是很明显；第一过渡系到第二过渡系的递变较明显；而第二过渡系到第三过渡系基本没变，这是由于镧系收缩的结果。镧系收缩：镧系元素从La到Lu整个系列的原子半径逐渐收缩的现象称为镧系收缩。原因：电子依次填入(n2)层4f轨道，屏蔽效应较大，Z*缓慢增大，r逐渐收缩。由于镧系收缩，镧系以后的各元素如Hf、Ta、W等原子半径也相应缩小，致使它们的半径与上一个周期的同族元素Zr、Nb、Mo非常接近，相应的性质也非常相似，在自然界中常共生在一起，很难分离。第22页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学232023/7/21第23页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学242023/7/21第24页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学252023/7/21

同一周期短周期从左右，I；因从左右Z*，r

，对核外电子的吸引力，电离能逐渐增大；其中s,p,d,f各亚层半满、全满I较大。稀有气体由于具有8电子稳定结构，在同一周期中电离能最大。

长周期

中间的过渡元素电离能相近；因过渡元素的电子加在次外层，有效核电荷增加不多，原子半径减小缓慢，电离能增加不明显。同一主族

从上下，I；从上到下，有效核电荷增加不多，而原子半径则明显增大，电离能逐渐减小。同一副族从上下，变化不很明显；注意：第二过渡系第三过渡系

I，原因：La系收缩；因而第三过渡系的金属性质特别稳定，不容易氧化。(3)电离能的周期性变化第25页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学262023/7/21第26页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学272023/7/21同一周期从左右|A1|，每一周期的卤素最大。氮族元素由于其价电子构型为ns2np3，p亚层半满，根据洪特规则较稳定，所以电子亲和能较小。稀有气体的价电子构型为ns2np6的8电子稳定结构，所以其电子亲和能为正值。同一主族

|A1|自上而下减小，但第二周期|A1|小于同族第三周期相应元素，这就是第二周期的特殊性。第二周期元素的原子轨道为1s2s2p，原子半径特别小，得到电子后斥力很大，因而放出能量不多。(4)电子亲和能的周期性变化注意：电离能I、电子亲和能A仅反映元素的气态孤立原子得失电子能力的大小，不适用于判断水溶液中元素得失电子能力的大小。此时应用电极电势的大小来判断元素得失电子能力即氧化还原能力的大小。第27页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学282023/7/21(5)元素的电负性的周期性变化电负性元素的原子在分子中吸引电子能力的相对大小，即对共用电子对的吸引力的相对大小。电负性的周期性变化：同一周期从左到右电负性逐渐增大；同一主族从上到下电负性逐渐减小。F元素的电负性是最大的；一般金属的电负性小于2；非金属的电负性大于2；过渡金属元素的电负性都比较接近，没有明显的变化规律。第28页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学292023/7/21三、s区元素

1.概述价电子构型：ns1，ns2原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大第29页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学302023/7/212.单质

均具有银白色金属光泽（Be灰色）的活泼金属，物理性质的主要特点是三低（低密度、低硬度、低熔点）。碱金属熔点变化第30页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学312023/7/21碱金属的化学性质4Li+O2(过量)2Li2O其他金属Na2O2,K2O2,KO2,RbO2,CsO22M+SM2S反应激烈，也产生多硫化物2M+2H2O2MOH+H2Li反应缓慢，K发生爆炸，与酸反应均爆炸2M+H2

2M+H高温下反应，LiH最稳定2M+X2

2M+XX2：卤素6Li+N22Li3N室温，其他金属不反应3M+EM3EE=P,As,Sb,Bi,加热反应碱土金属的化学性质2M+O22MO加热能燃烧，Ba能形成BaO2M+SMSM+2H2OM(OH)2+H2Be、Mg与冷水反应缓慢M+2H+

M2++H2Be反应缓慢M+H2MH2高温下反应，Mg需高压M+X2

MX2X2：卤素3M+N2M3N2M3N2水解生成NH3和M(OH)23M+EM3EE=P,As,Sb,Bi,加热反应第31页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学322023/7/213.Li、Be的特殊性与对角线规则第二周期元素的特殊性第二周期的元素与第三周期同族元素比较，其原子半径、电离能、电子亲和能、配位数、键能、氢化物的熔沸点等性质存在特殊性。主要原因在于原子的电子层结构不同，第二周期的元素的价电子构型为2s2p，不存在2d轨道，且1s电子的屏蔽效应较小，有效核电荷较大，所以原子半径特别小。Li、Be的特殊性碱金属、碱土金属元素的性质递变是很有规律的，但Li、Be表现出反常性。如：Li、Be的熔沸点、硬度高于同族其他元素，化学性质变化也不一致等。特殊性主要源于第二周期元素的特殊性，Li、Be有同族最小的原子（离子）半径，在化合物中有很大的极化能力，许多化合物呈现较大的共价性。第32页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学332023/7/21对角线规则s区和p区元素除同族元素的相似性外、还有一些元素及其化合物呈现“对角线”相似性。如

Li、Mg的相似性

在过量O2中均生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱、溶解度不大，加热脱水；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水；氯化物呈共价性。Be、Al的相似性

Be、Al及氢氧化物均为两性，氧化物高熔点、高硬度；均为缺电子元素，易形成配合物；氯溴碘化物共价，易升华易溶于水等。原因：对角线元素离子的极化能力相近，Z/r，由此反映出物质性质与结构的内在联系。LiBeBCNaMgAlSi第33页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学342023/7/21四、p区元素1.概述p区元素性质的特征各族元素性质由上到下呈现二次周期性①第二周期元素具有反常性(只有2s,2p轨道)

形成配合物时，配位数最多不超过4；第二周期元素单键键能小于第三周期同族元素单键键能

E(N-N)=159E(O-O)=142E(F-F)=141(kJmol1)

E(P-P)=209E(S-S)=264E(Cl-Cl)=199(kJmol1)②第四周期元素表现出异样性(前面增加了10个d区元素)例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。第34页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学352023/7/21③各族第四、五、六周期三种元素性质缓慢地递变

(由于d区、f区插入，性质递变不如s区元素明显)K+Ca2+

Ga3+Ge4+As5+r/pb+Sr2+In3+Sn4+Sb5+r/pm148113817162Cs+Ba2+Tl3+Pb4+Bi5+r/pm169135958474④惰性电子对效应

p区元素同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定，主要表现为6s2电子对更趋于稳定，不宜失去，即使失去了也很易夺回来，表现出高氧化态的强氧化性。稳定性：Tl+Tl3+，Pb2+Pb4+，Bi3+

Bi5+，第35页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学362023/7/212.硼族元素价电子构型：ns2np1

(1)硼的成键特性

硼族元素为缺电子元素（元素的价电子数少于价轨道数）最简单的硼烷是B2H6：两个B原子均sp3杂化动画激发sp3杂化第36页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学372023/7/21B2H62L2BH3L均裂异裂[BH2L2]++[BH4]两个三中心二电子氢桥键

均裂：B2H6+2NaH→2Na[BH4]B2H6+2:PF3→2H3B:PF3B2H6+2:CO→2H3B:CO

异裂：

B2H6+2:NH3→[BH2(NH3)2]++[BH4]－第37页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学382023/7/21硼烷中有五种键型硼氢键

B－H

硼硼键

B－B

氢桥键

H

BB开放的3中心-2电子硼桥键

B

BB闭合的3中心-2电子硼桥键

B

BB第38页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学392023/7/21B4H10分子结构第39页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学402023/7/21(2)BX3的成键特征与路易斯酸性(GaCl3)2(InCl3)2(AlBr3)2(AlI3)2(GaBr3)2除B的卤化物及ⅢA的氟化物以外,气态均为二聚形式。AlCl3中Al原子为sp3杂化第40页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学412023/7/21

BF3

(g)BCl3

(l)BBr3(l)BI3(s)熔点/K146166227316沸点/K172285364483键长/pm(实测)131174189210共价半径和/pm153180195214键能/kJ·mol1646444368267

共价分子晶体随分子量增大，分子间作用力增强，熔沸点依次升高。由于有空轨道,可接受外来电子，均为Lewis酸。BF3+NH3

F3B:NH3

BF3+HFH++[BF4]C5H5N(l)+BX3(g)C5H5N:BX3第41页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学422023/7/21硼酸H3BO3结构：B：sp2杂化一元弱酸(固体酸)=5.81010第42页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学432023/7/21氮化硼

BN与C2是等电子体，性质相似：

BN有三种晶型：无定型(类似于无定型碳)六方晶型(类似于石墨)

又称白石墨，熔点3000℃（分解）作润滑剂

立方晶型(类似于金刚石)

硬度仅次于金刚石，作磨料第43页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学442023/7/21氧化铝和氢氧化铝

氧化铝：Al2O3

α-Al2O3

：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。

γ-Al2O3

：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作

为催化剂载体。(3)铝的化合物第44页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学452023/7/21红宝石(Cr3+)

蓝宝石(Fe3+,Ti3+)

黄玉/黄晶(Fe3+)

有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。含少量Cr呈红色，名红宝石；若含少量Ti和Fe,则呈蓝色,名蓝宝石；有的因晶体中含有成六次对称分布的针状金红石或其他包裹物，则可产生六射星芒，称星彩红宝石或星彩蓝宝石。第45页，课件共111页，创作于2023年2月Al(OH)3+OH

[Al(OH)4元素化学462023/7/21在碱性溶液中存在[Al(OH)4]或[Al(OH)6]3有时也简便书写为：

氢氧化铝：Al(OH)3两性：Al(OH)3+3H+

Al3++3H2O第46页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学472023/7/21铝的卤化物离子晶体分子晶体分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机溶剂，易形成双聚物。水解激烈：AlF3AlCl3AlBr3 AlI3离子键共价键第47页，课件共111页，创作于2023年2月用干法合成AlCl3：

潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。白烟为NH4Cl2023/7/21元素化学48第48页，课件共111页，创作于2023年2月[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++H+铝的含氧酸盐硫酸铝：Al3+易水解：=105.03铝钾矾(明矾)：双水解反应2023/7/21元素化学49第49页，课件共111页，创作于2023年2月Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素O3H)()OHAl(C234714+红色茜素3NH(s)Al(OH)OH3NHAl43233++++(OH)OHC3Al(OH)226143+2023/7/21元素化学50第50页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学512023/7/213.碳族元素(1)概述价电子构型：ns2np2氧化值最大配位数单质可形成原子晶体金属晶体第51页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学522023/7/21碳族元素的单质第52页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学532023/7/21碳的同素异形体金刚石(sp3杂化)石墨(sp2杂化)富勒烯(sp2杂化)

纳米管

1991年，日本科学家饭岛

首次合成，强度比钢高100倍，

但重量只有钢的六分之一

第53页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学542023/7/21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：铅单质质软，能阻挡X射线。可作电缆的包皮，

核反应堆的防护屏。灰锡(α锡)白锡(β锡)脆锡13.2℃161℃第54页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学55结构：CO与N2为等电子体,结构相似。一氧化碳(CO):CO::CO:一个σ键两个二电子π键性质：①CO作配体，形成羰基配合物，配位原子为C原子如：Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co2(CO)8②还原剂：③剧毒：取代血红蛋白中O2的配位位置，使人窒息(0.1%)CO：[(1s)2(1s)2(2s)2(2s)2(2py)2(2pz)2(2px)2]第55页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学56二氧化碳(CO2)

OCO

C：sp杂化

碳酸及其盐CO32的结构按VSEPR理论：Lp=[(4+2)32]/2=0，Vp=3，Vp平面三角形按杂化轨道理论：

C原子sp2杂化2-

CO2溶于水，大部分CO2H2O，极小部分H2CO3，二元弱酸：

H2CO3H++HCO3K1=4.4107HCO3

H++CO32K2=4.71011第56页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学57碳酸盐的稳定性

Li2CO3Na2CO3MgCO3BaCO3FeCO3ZnCO3PbCO3

r(Mn+)/pm6095651357674120Mn+的电子构型2e8e8e8e9～17e18e18+2e分解T/℃131018005401360282300300离子极化观点：

r(M2+)愈小，M2+极化力愈大，MCO3

愈不稳定；M2+为18、(18+2)、(9~17)电子

构型相对于8电子构型的极化力大，其MCO3

相对不稳定。热稳定性：碳酸碳酸氢盐碳酸盐也源于此理。M2+MCO3MO+CO22第57页，课件共111页，创作于2023年2月

硅的化合物硅的氧化物无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石晶体：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2023/7/21元素化学58第58页，课件共111页，创作于2023年2月水晶紫晶石英盐黑曜石缟玛瑙玛瑙2023/7/21元素化学59第59页，课件共111页，创作于2023年2月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：2023/7/21元素化学60第60页，课件共111页，创作于2023年2月性质：①与碱作用②与HF作用SiF4+2HFH2[SiF6]2023/7/21元素化学61第61页，课件共111页，创作于2023年2月硅酸及硅酸盐

H4SiO4

原硅酸硅酸H2SiO3

偏硅酸

xSiO2•yH2O多硅酸性质：12210132106.1107.1

SiOH×=×=，，溶解度小，是二元弱酸KK2023/7/21元素化学62第62页，课件共111页，创作于2023年2月制备：浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。胶冻状硅酸硅胶H2O2NaClSiOH2HClSiONa3232++(g)2NH2NaClSiOHCl2NHSiONa332432+++2023/7/21元素化学63第63页，课件共111页，创作于2023年2月

硅酸盐结构复杂,一般写成氧化物形式，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·nH2O分子筛2023/7/21元素化学64第64页，课件共111页，创作于2023年2月熔沸点低 高硅的卤化物SiX4

SiF4SiCl4SiBr4SiI4聚集态glls(氟硅酸)水解：

分子量小大2023/7/21元素化学65第65页，课件共111页，创作于2023年2月

硅的氢化物(硅烷SinH2n+2)性质：最简单的硅烷：SiH4(甲硅烷)自燃：水解：强还原性：热稳定性差：2023/7/21元素化学66第66页，课件共111页，创作于2023年2月金刚砂（SiC）：2023/7/21元素化学67第67页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学682023/7/21Sn2+与Sn(Ⅳ)的反应SnCl4

H2OH2SnO3+HCl↑(强烈)Sn+Cl2(过)HClS2－SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2+H2S↑[SnCl6]2－+H2S↑HClH2SnCl6第68页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学692023/7/21Sn2+Sn4+O2SnS↓S22－SnS32－H+SnS2↓+H2SH2O,Cl－HCl+Sn(OH)Cl↓Fe3+Sn4++Fe2+OH－Sn(OH)2↓OH－[Sn(OH)3]－Bi3+Bi↓+[Sn(OH)6]2－

HgCl2Hg2Cl2↓+Sn4+Sn2+Hg↓+Sn4+第69页，课件共111页，创作于2023年2月元素化学702023/7/21PbCO3(白)PbCl2(白)PbSO4

(白)PbCrO4(黄)PbI2(黄)PbS(黑)如何使这些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3

Pb(NO3)2+H2O+CO2PbSO4+OH－(过量)[Pb(OH)3]

－+SO42－PbSO4+NH4Ac(饱和)Pb(Ac)3－+SO42－+NH4+PbS+HNO3

Pb2++S+NO+H2OPbS+HCl(浓)H

[PbCl3]+H2SPbS+H2O2

PbSO4+H2O

出土的古代壁画、泥桶常常是黑的，因为古代人用铅白(碱式碳酸铅PbCO3·2Pb(OH)2

)作白颜料,铅白与H2S作用成PbS黑色沉淀,因此可用此法使之变白。醋酸铅俗名叫“铅糖”,甜,有毒Pb2+与Pb(Ⅳ)的性质第70页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学71PbCrO4+HNO3==Pb2++Cr2O72－+NO3－PbCl2、PbI2溶于热水PbCl2+HCl==H

[PbCl3]PbI2+KI==K

[PbI3]沉淀互相转化：Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4↓(白)KIPbI2↓(黄)Na2CO3PbCO3↓(白)PbS↓第71页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学72

ⅢA

ⅣA

ⅤA

B

C

N

Al

Si

P

Ga

Ge

As

In

Sn

Sb

Tl

Pb

Bi与族数对应的最高氧化态越来越不稳定，族数减2的氧化态愈来愈稳定主要是6s2电子对的惰性ns2np1

ns2np2

ns2np3+1+2+3ns2

ns2

ns2惰性电子对效应第72页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学73概述价电子构型：ns2np34.氮族元素

ⅤANPAsSbBins2np3

氮半径小，易形成双键、三键第73页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学74成键特征A.形成离子键(N3)B.形成共价键

a.三个共价单键(NH3

、NF3、NCl3)b.一个共价双键和一个共价单键(ClN=O角形)c.一个共价三键(:N≡N:，:C≡N:)d.+5氧化态(NO3，HNO3，NF4+

，FNO2)C.形成配位键：[Cu(NH3)4)]2+、[Os(NH3)5(N2)]2+第74页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学75氨制备性质

联氨(肼)、羟胺OH－－NH2N2H4

无色液体NH2OH无色固体O6HNO45O4NHO6H2N3O4NH2Pt(2322)(23)+¾®¾++®+空气纯2N2+3H2

NH3HaberF.获1916年诺贝尔奖Fe,Ru第75页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学76N2O,NO,N2O3,NO2,N2O4,N2O5,

氮氧化物NO：(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1顺磁性2NO＋3I2

＋4H2O==2NO3－＋8H＋＋6I－4NO2

＋H2S==4NO＋SO3

＋H2O10NO2

＋2MnO4－＋2H2O==2Mn2＋＋10NO3－＋4H＋NO2：sp2杂化：第76页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学77

叠氮酸与叠氮化物

N2H4+HNO2

HN3+2H2O

HN3为无色有刺鼻臭味液体，极不稳定，常因震动而爆炸。

AgN3Cu(N3)2Pb(N3)2Hg(N3)2撞击NaOH

NaN3N2+H2

ZnZn(N3)2+H2HN3123

∶N－N＝N∶H：sp2杂化；2：2,3sp杂化；3：N3：直线型分子NNNsp杂化，还有两个第77页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学78

亚硝酸及其盐亚硝酸及其盐既具有氧化性又具有还原性，以氧化性为主。2HNO2+2I－

+2H+==2NO+I2+2H2O5NO2－

+2MnO4－+6H+==5NO3－

+2Mn2+

+3H2ONO2－+Cl2+H2O==2H++2Cl－+NO3－结构：按VSEPR理论，HONO，

Lp=(512)/2=1，Vp=1+2=3Vp排布为平面三角形，分子构型V型，N原子sp2杂化

亚硝酸盐绝大部分无色,易溶于水，

(AgNO2浅黄色不溶)，金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差。亚硝酸盐遇到仲胺可形成亚硝酰，可引起消化系统癌症第78页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学79硝酸及其盐HNO3的结构：

N：sp2杂化，NO3-的结构N：sp2杂化第79页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学80活泼金属Zn+4HNO3(浓)Zn(NO3)2+2NO2+2H2O3Zn+8HNO3(稀1:2)3Zn(NO3)2+2NO+4H2O4Zn+10HNO3(较稀2mol/L)4Zn(NO3)2+N2O+5H2O4Zn+10HNO3(很稀1:10)4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2OHNO3越稀，金属越活泼，HNO3被还原的氧化值越低。非金属HNO3+非金属单质==相应的高价酸+NO第80页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学81磷及其化合物单质黑磷：石墨状的片状结构，可导电。红磷：P4(白磷)4P(红磷)400℃白磷(黄磷)：∠P－P－P=60°具有张力，化学性质非常活泼，易氧化，空气中自燃，剧毒，0.15g致死。第81页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学82P4O10+6H2SO4==6SO3+4H3PO4P4O10+12HNO3==6N2O5

+4H3PO4磷的氧化物P4+3O2==P4O6点击右图观看动画+2O2==P4O10第82页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学83磷的含氧酸及盐H3PO4

正+5H3PO2

次+1P4+Ba(OH)2+H2OPH3+Ba(H2PO2)2

H2SO4H3PO2+BaSO4+3P4O6+6H2O(冷)4H3PO34H3PO33H3PO4+PH3H3PO3

亚O||PHO|HH一元酸O||PHO

|OHH二元酸O||PHO

|OHOH三元酸P原子全部为sp3杂化，同时均存在d-p键。第83页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学84

O||HO—P—OH|OHP:sp3杂化3s3p

3dO:O:O:O:—H—H—H

O

HO—P—OH︱OH两个d-pπ反馈H3PO4结构SO42－、ClO4－含d-pπ反馈第84页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学85PO43－HPO42－

+Ag+

Ag3PO4↓(黄)可溶于酸H2PO4－SiO44,PO43,SO42,ClO4互为等电子体，具有相似的结构，均为正四面体结构，都存在d～p键或键。XO4n型离子的键长含氧酸根XO4nSiO44PO43SO42ClO4实验测定值/pm163154149146共价单键半径之和/pm186179175172(AgI↓黄不溶于硝酸)第85页，课件共111页，创作于2023年2月2023/7/21元素化学862H3PO4H4P2O7+H2O3H3PO4H5