元素化学概述市公开课一等奖课件省赛课获奖课件

元素化学概述1/106元素化学22023/10/10一、概述2023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个质子新元素，科学家们始终在苦苦寻找第117号元素(ununseptium)，这将弥补目前已被发觉第116号和118号元素之间缺失“一环”，从而使元素周期表中未完全周期第七周期成为完全周期，使元素周期表中元素达成118种。所谓元素化学就是周期系中各元素单质及其化合物化学。元素化学是无机化学中心内容，主要讨论元素及其化合物存在、性质、构造、制备和用途。伴随当代化学理论不停发展与完善，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一般原理与物质构造原理。2/106元素化学32023/10/101.元素丰度地壳地球表面下16km厚岩石层称为地壳。有时也包括水圈和大气圈，前者质量为1.21021kg，占地壳总质量6.91%，后者质量为5.11018kg，占地壳总质量0.03%。丰度化学元素在地壳中含量称丰度，以质量分数表达称质量Clarke值。地壳中含量最高元素是O，其次是Si，二者占地壳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，其中11种常见元素约占99.95%，其他为微量元素与超微量元素。3/106元素化学42023/10/10地壳中某些元素丰度（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人体中某些元素含量（质量分数）元素w/%元素w/%元素w/%O65Ca2Na0.15C18P1Cl0.15H10K0.35Mg0.05N3S0.254/106元素化学52023/10/102.元素分类习惯上按元素在地壳中分布将元素分为一般元素与稀有元素，之间没有绝对明确界限。所谓稀有元素，一般指在自然界中含量少或发觉晚、或研究少、提炼难以致应用晚元素。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5/106元素化学62023/10/101.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外所有非金属和部分金属元素。价电子构型：ns2np1~6d区元素ⅢB～ⅧB元素，所有为金属元素，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6/106元素化学72023/10/102.原子电子层构造

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11s1

2 1H

2He22短周期22s1

2

2p1

63Li

10Ne83短周期33s1

2

3p1

611Na

18Ar84长周期44s1

2

3d1

10

4p1

619K

36Kr185长周期55s1

2

4d1

10

5p1

637Rb

54Xe186专长周期66s1

2

4f1

14

5d1

10

6p1

655Cs

86Rn327特周期77s1

2

5f1

14

6d1

107p1

687Fr

118号元素32(1)能级组与周期关系7/106元素化学82023/10/10目前人们常用是长式周期表,它将元素分为7个周期。核外电子排布周期性变化使得元素性质展现周期性规律，即元素周期律；元素基态原子最外层电子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对应能级组中原子轨道所能容纳电子总数。8/106元素化学92023/10/10(2)价电子构型与周期表中族划分价电子构型

价电子是原子发生化学反应时易参与形成化学键电子，对应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=(n

2)f(n

1)dnsnp主族元素IA

ⅧA(即0族)：元素最后一种电子填入ns或np亚层，价电子总数等于族数。如元素7N，电子构造式为1s22s22p3，最后一种电子填入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电子稳定构造，根据洪特规则补充，全满电子构型尤其稳定。9/106元素化学102023/10/10副族元素

ⅢB

ⅧB(Ⅷ)族+ⅠB

ⅡB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)。

ⅠB

ⅡB最后一种电子填入ns轨道族数=最外层电子数

ⅢB

ⅦB最后一种电子填入(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表达；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表达。它们最后一种电子填入倒数第三层(n2)f。铂系元素10/106元素化学112023/10/10IA0ⅡA

ⅢA

ⅦAⅢB

ⅦBⅧⅠBⅡBLa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11/106元素化学122023/10/103原子性质周期性

(1)有效核电荷(Z

)屏蔽效应

多电子原子中，电子不但受到原子核吸引，还受到其他电子排斥。这种其他电子对指定电子排斥作用可当作是抵消部分核电荷作用，从而削弱了核电荷对指定电子吸引力，使作用在指定电子上有效核电荷下降。这种抵消部分核电荷作用叫屏蔽效应。

屏蔽效应大小可用斯莱脱(Slater)规则计算得出屏蔽常数

i表达。

i为除被屏蔽电子以外其他电子对被屏蔽电子屏蔽常数

之和，

i=

。12/106元素化学132023/10/10屏蔽常数计算

——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)组电子，(n1)层电子对其屏蔽常数

=0.85，

(n2)电子层及更内层对其屏蔽常数

=1.00；D.对nd或nf组电子，左边各组电子对其屏蔽常数

=1.00。13/106元素化学142023/10/10Question例计算21Sc4s电子和3d电子屏蔽常数

i

。解：

21Sc电子构型为1s22s22p63s23p63d14s2

分组：(1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)2

4s=101.00+90.85+10.35=18.00

3d=181.00=18.0014/106元素化学152023/10/10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屏蔽，并且也对其他电子产生屏蔽作用。电子轨道能量可按下式估算：

Z*：作用在某一电子上有效核电荷数；n*：该电子有效主量子数，

与主量子数n有关：

n 1 23 4 5 6n* 1.0 2.0 3.0 3.7 4.0 4.215/106元素化学162023/10/10例：试确定19K最后一种电子是填在3d还是4s轨道？解：若最后一种电子是填在3d轨道，则K原子电子构造式为1s22s22p63s23p63d1若最后一种电子是填在4s轨道，则K原子电子构造式为1s22s22p63s23p64s1

Z

3d=19

(18

1.00)=1.0

Z

4s=19

(10

1.00+8

0.85)=2.2

E3d=

2.179

10

18J

(1.00/3.0)2=

0.24

10

18JE4s=

2.179

10

18J

(2.2/3.7)2=

0.77

10

18J由于E4s

E3d，根据能量最低原理，19K原子最后一种电子应填入4s轨道，因此19K电子构造式为1s22s22p63s23p64s1。Question16/106元素化学172023/10/10例：试计算21ScE3d和E4s，确定21Sc在失电子时是先失3d电子还是4s电子。解：

21Sc电子构造式为：1s22s22p63s23p63d14s2

根据前例已知

4s=

3d=18.0

Z

3d=Z

i

=21

18.0=3.0

Z

4s=2118.0=3.0E3d=

2.179

10

18

(3.0/3.0)2J=

2.2

10

18JE4s=

2.179

10

18

(3.0/3.7)2J=

1.4

10

18J由于此时E4s

E3d，因此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。Question17/106元素化学182023/10/10

Z*确定后，就能计算多电子原子中各轨道近似能量。

在同一原子中，

当轨道角动量量子数l相同步，主量子数n值愈大，对应轨道能量愈高。因而有E1s

E2s

E3s

；E2p

E3p

E4p

；

E3d

E4d

E5d

；

E4f

E5f。当主量子数n相同步，伴随轨道角动量量子数l增大，对应轨道能量也随之升高。因而有Ens

Enp

End

Enf(钻穿效应)当主量子数n与轨道角动量量子数l均不相同步，应求出Z*再求出Ei，因此有能级交叉现象，如E4s与E3d。18/106元素化学192023/10/10有效核电荷周期性变化(最外层电子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

因此从左右，Z*；对长周期，电子填入(n1)层，Z1，

0.85,

Z*不显著；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显著，Z*不显著；如原因：增加一种满电子层，屏蔽作用很强。由于Z*周期性变化，引发原子半径、电离能、电子亲和能、电负性等周期性变化。LiNaKRb1.32.22.23.719/106元素化学202023/10/1020/106元素化学212023/10/10(2)原子半径(r)根据原子与原子间作用力不一样，原子半径数据一般有三种：共价半径、金属半径和范德华半径。共价半径同种元素共价分子中原子核间距二分之一(l/2)；金属半径金属晶体中相邻原子核间距二分之一；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，它们核间距二分之一称为范德华半径。

共价半径金属半径范德华半径21/106元素化学222023/10/10原子半径周期性变化原子半径大小主要取决于原子有效核电荷和核外电子层构造。同一周期：从左右，Z*，对核外电子吸引力，r；同一主族：从上下，电子层，原子半径显著；同一副族：元素原子半径从上到下递变不是很显著；第一过渡系到第二过渡系递变较显著；而第二过渡系到第三过渡系基本没变，这是由于镧系收缩成果。镧系收缩：镧系元素从La到Lu整个系列原子半径逐渐收缩现象称为镧系收缩。原因：电子依次填入(n2)层4f轨道，屏蔽效应较大，Z*迟缓增大，r逐渐收缩。由于镧系收缩，镧系后来各元素如Hf、Ta、W等原子半径也对应缩小，致使它们半径与上一种周期同族元素Zr、Nb、Mo非常接近，对应性质也非常相同，在自然界中常共生在一起，很难分离。22/106元素化学232023/10/1023/106元素化学242023/10/1024/106元素化学252023/10/10

同一周期短周期从左

右，I；因从左

右Z*，r

，对核外电子吸引力，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电子稳定构造，在同一周期中电离能最大。

长周期

中间过渡元素电离能相近；因过渡元素电子加在次外层，有效核电荷增加不多，原子半径减小迟缓，电离能增加不显著。同一主族

从上

下，I；从上到下，有效核电荷增加不多，而原子半径则显著增大，电离能逐渐减小。同一副族从上

下，变化不很显著；注意：第二过渡系第三过渡系

I，原因：La系收缩；因而第三过渡系金属性质尤其稳定，不容易氧化。(3)电离能周期性变化25/106元素化学262023/10/1026/106元素化学272023/10/10同一周期从左

右|A1|

，每一周期卤素最大。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，因此电子亲和能较小。稀有气体价电子构型为ns2np68电子稳定构造，因此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|不大于同族第三周期对应元素，这就是第二周期特殊性。第二周期元素原子轨道为1s2s2p，原子半径尤其小，得到电子后斥力很大，因而放出能量不多。(4)电子亲和能周期性变化注意：电离能I、电子亲和能A仅反应元素气态孤立原子得失电子能力大小，不适用于判断水溶液中元素得失电子能力大小。此时应用电极电势大小来判断元素得失电子能力即氧化还原能力大小。27/106元素化学282023/10/10(5)元素电负性周期性变化电负性元素原子在分子中吸引电子能力相对大小，即对共用电子正确吸引力相对大小。电负性周期性变化：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元素电负性是最大；一般金属电负性不大于2；非金属电负性大于2；过渡金属元素电负性都比较接近，没有显著变化规律。28/106元素化学292023/10/10三、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、还原性削弱电离能、电负性增大29/106元素化学302023/10/102.单质均具有银白色金属光泽（Be灰色）活泼金属，物理性质主要特点是三低（低密度、低硬度、低熔点）。碱金属熔点变化30/106元素化学312023/10/10碱金属化学性质4Li+O2(过量)2Li2O其他金属Na2O2,K2O2,KO2,RbO2,CsO22M+SM2S反应剧烈，也产生多硫化物2M+2H2O2MOH+H2Li反应迟缓，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+X

X2：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与冷水反应迟缓M+2H+

M2++H2Be反应迟缓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31/106元素化学322023/10/103.Li、Be特殊性与对角线规则第二周期元素特殊性第二周期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、氢化物熔沸点等性质存在特殊性。主要原因在于原子电子层构造不一样，第二周期元素价电子构型为2s2p，不存在2d轨道，且1s电子屏蔽效应较小，有效核电荷较大，因此原子半径尤其小。Li、Be特殊性碱金属、碱土金属元素性质递变是很有规律，但Li、Be体现出反常性。如：Li、Be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特殊性，Li、Be有同族最小原子（离子）半径，在化合物中有很大极化能力，许多化合物展现较大共价性。32/106元素化学332023/10/10对角线规则s区和p区元素除同族元素相同性外、尚有某些元素及其化合物展现“对角线”相同性。如

Li、Mg相同性

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相同性

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：对角线元素离子极化能力相近，Z/r，由此反应出物质性质与构造内在联系。LiBeBCNaMgAlSi33/106元素化学342023/10/10四、p区元素1.概述p区元素性质特性各族元素性质由上到下展现二次周期性①第二周期元素具有反常性(只有2s,2p轨道)形成配合物时，配位数最多不超出4；第二周期元素单键键能不大于第三周期同族元素单键键能

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

mol

1)

E(P-P)=209E(S-S)=264E(Cl-Cl)=199(kJ

mol

1)②第四周期元素体现出异样性(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。34/106元素化学352023/10/10③各族第四、五、六周期三种元素性质迟缓地递变

(由于d区、f区插入，性质递变不如s区元素显著)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，主要体现为6s2电子对更趋于稳定，不易失去，虽然失去了也很易夺回来，体现出高氧化态强氧化性。稳定性：Tl+Tl3+，Pb2+Pb4+，Bi3+

Bi5+，35/106元素化学362023/10/102.硼族元素价电子构型：ns2np1

(1)硼成键特性

硼族元素为缺电子元素（元素价电子数少于价轨道数）最简单硼烷是B2H6：两个B原子均sp3杂化动画激发sp3杂化36/106元素化学372023/10/10B2H62L2BH3L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]－37/106元素化学382023/10/10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3中心-2电子硼桥键

B

BB闭合3中心-2电子硼桥键

B

BB38/106元素化学392023/10/10B4H10分子构造39/106元素化学402023/10/10(2)BX3成键特性与路易斯酸性(GaCl3)2(InCl3)2(AlBr3)2(AlI3)2(GaBr3)2除B卤化物及ⅢA氟化物以外,气态均为二聚形式。AlCl3中Al原子为sp3杂化40/106元素化学412023/10/10

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·mol

1646444368267

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,可接收外来电子，均为Lewis酸。BF3+NH3

F3B:NH3

BF3+HF

H++[BF4]

C5H5N(l)+BX3(g)

C5H5N:BX341/106元素化学422023/10/10硼酸H3BO3构造：B：sp2杂化一元弱酸(固体酸)=5.8

10

1042/106元素化学432023/10/10氮化硼BN与C2是等电子体，性质相同：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43/106元素化学442023/10/103.碳族元素概述价电子构型：ns2np2氧化值最大配位数单质可形成原子晶体金属晶体44/106元素化学452023/10/10碳同素异形体金刚石(sp3杂化)富勒烯

(sp2杂化)石墨(sp2杂化)45/1062023/10/10元素化学46构造：CO与N2为等电子体,构造相同。一氧化碳(CO):CO::CO:一种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]46/1062023/10/10元素化学47二氧化碳(CO2)

OCO

C：sp杂化碳酸及其盐CO32

构造按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CO2

H2O，极小部分H2CO3，二元弱酸：

H2CO3H++HCO3

K

1=4.4107HCO3

H++CO32

K

2=4.7101147/1062023/10/10元素化学48碳酸盐稳定性Li2CO3Na2CO3MgCO3BaCO3FeCO3ZnCO3PbCO3

r(Mn+)/pm6095651357674120Mn+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

48/106元素化学492023/10/10Sn2+与Sn(Ⅳ)反应SnCl4

H2OH2SnO3+HCl↑(强烈)Sn+Cl2(过)HClS2－SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2+H2S↑[SnCl6]2－+H2S↑HClH2SnCl649/106元素化学502023/10/10Sn2+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+50/106元素化学512023/10/10PbCO3

(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+CO2

PbSO4+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]+H2S

PbS+H2O2

PbSO4

+H2O出土古代壁画、泥桶经常是黑，由于古代人用铅白(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)性质51/1062023/10/10元素化学52PbCrO4+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↓52/1062023/10/10元素化学53

ⅢA

ⅣA

ⅤA

B

C

N

Al

Si

P

Ga

Ge

As

In

Sn

Sb

Tl

Pb

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

ns2np2

ns2np3+1+2+3ns2

ns2

ns2惰性电子对效应53/1062023/10/10元素化学54概述价电子构型：ns2np34.氮族元素

ⅤANPAsSbBins2np3

氮半径小，易形成双键、三键54/1062023/10/10元素化学55成键特性A.形成离子键(N3

)B.形成共价键a.三个共价单键(NH3、NF3、NCl3)b.一种共价双键和一种共价单键(Cl

N=O角形)c.一种共价三键(: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+55/1062023/10/10元素化学56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+3H2NH3HaberF.获1923年诺贝尔奖Fe,Ru56/1062023/10/10元素化学57N2O,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：57/1062023/10/10元素化学58

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+H2

HN3123

∶N－N＝N∶H：sp2杂化；2：2,3sp杂化；3：

N3

：直线型分子

NNN

sp杂化，尚有两个

58/1062023/10/10元素化学59

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－构造：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，可引发消化系统癌症59/1062023/10/10元素化学60硝酸及其盐HNO3构造：

N：sp2杂化，NO3-构造N：sp2杂化60/1062023/10/10元素化学61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被还原氧化值越低。非金属HNO3+非金属单质==对应高价酸+NO61/1062023/10/10元素化学62磷及其化合物单质黑磷：石墨状片状构造，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。62/1062023/10/10元素化学63P4O10+6H2SO4==6SO3

+4H3PO4P4O10+12HNO3==6N2O5

+4H3PO4磷氧化物P4+3O2==P4O6点击右图观看动画+2O2==P4O1063/1062023/10/10元素化学64磷含氧酸及盐H3PO4

正+5H3PO2

次+1P4+Ba(OH)2+H2O

PH3

+Ba(H2PO2)2

H2SO4H3PO2+BaSO4

+3P4O6+6H2O(冷)

4H3PO34H3PO3

3H3PO4+PH3H3PO3

亚

O||PHO|HH一元酸O||PHO

|OHH二元酸O||PHO

|OHOH三元酸P原子所有为sp3杂化，同步均存在d-p键。64/1062023/10/10元素化学65

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构造SO42－、ClO4－含d-pπ反馈65/1062023/10/10元素化学66PO43－HPO42－

+Ag+

Ag3PO4↓(黄)可溶于酸H2PO4－SiO44

,PO43

,SO42

,ClO4

互为等电子体，具有相同构造，均为正四周体构造，都存在d～p键或键。XO4n型离子键长含氧酸根XO4n

SiO44

PO43

SO42

ClO4

试验测定值/pm163154149146共价单键半径之和/pm186179175172(AgI↓黄不溶于硝酸)66/1062023/10/10元素化学672H3PO4

H4P2O7+H2O3H3PO4

H5P3O10+2H2ONa5P3O10点击方程式，观看动画(NaPO3)n格氏盐H3PO4

－H2OHPO3(偏)(HPO3)n焦磷酸、

聚磷酸、偏磷酸67/1062023/10/10元素化学68磷卤化物PX3分子晶体PX5离子晶体PCl5固体中具有[PCl4]+和[PCl6]－离子P：sp3d2杂化P：sp3杂化－68/1062023/10/10元素化学69存在及成键特性

砷、锑、铋为亲硫元素，自然界以硫化物形式存在：雄黄As4S4雌黄As2S3辉锑矿Sb2S3辉铋矿Bi2S3砷、锑、铋氧化态一般是+3和+5，由于惰性电子对效应加强，+5氧化态Bi是强氧化剂。As(Ⅲ)Sb(Ⅲ)Bi(Ⅲ)As(Ⅴ)Sb(Ⅴ)Bi(Ⅴ)碱性增强酸性增强还原性增强氧化性增强碱性增强酸性增强69/1062023/10/10元素化学70氧化还原性E

=0.54VI2/I－E

=0.56VH3AsO4/H3AsO3H3AsO3+I2

H3AsO4+2I－H+OH－

NaBiO3+6HCl(浓)==Bi3++Cl2↑+Na++3H2O+4Cl－Bi(OH)3+Cl2+3NaOH==NaBiO3↓+2NaCl+3H2O5NaBiO3+2Mn2++14H+==2MnO4－

+5Bi3++7H2O+5Na+H3SbO4+2HCl==H3SbO3+Cl2+H2O——惰性电子对效应2Sb3＋

+3Sn==2Sb+3Sn2＋2Bi3＋

+3Sn(OH)42－

+6OH－

==2Bi+3Sn(OH)62－70/1062023/10/10元素化学71概述价电子构型ns2np45.氧族元素71/1062023/10/10元素化学72氧分子O2O2O2

O22－

O2+O2分子轨道：(

1s)2(

1s)2(

2s)2(

2s)2(

2px)2(

2py)2(

2pz)2(

2py)1(

2pz)1键级：(106)/2=2磁矩：臭氧O3有鱼腥味淡蓝色气体，O原子sp2杂化

<242nm3O2+h

2O3

(220~330nm)2Ag+2O3==

Ag2O2+2O2PbS+4O3==PbSO4+O2↑3KOH(s)+2O3(g)

==2KO3(s)+KOH·H2O(s)+(1/2)O2(g)KO2+O272/1062023/10/10元素化学73构造：O原子均为sp3杂化H2O2弱酸性、不稳定现有氧化性又有还原性过氧化氢H2O2E

BHO2

+H2O+2e

=3OH

E

B=0.867VE

A

3H2O2+2MnO4－

2MnO2

+3O2

+2OH

+2H2O5H2O2+2MnO4－+6H+

2Mn2++5O2

+8H2OH2O2+Mn(OH)2

MnO2

+2H2O3H2O2+2NaCrO2+2NaOH

2Na2CrO4+4H2OH2O2+2Fe2++2H+

2Fe3++2H2O73/1062023/10/10元素化学74

硫及其化合物单质硫S8构造：

S：sp3杂化，形成环状S8分子(立即置冷水中)弹性硫S(正交)94.5oC℃190

单斜)S(硫化物金属硫化物大多数有颜色且难溶于水，只有碱金属硫化物易溶。根据Ksp大小，金属硫化物在酸中溶解度不一样。HgSKsp最小，它只能溶于王水，由于形成配合物HgS还能够溶于Na2S。3HgS+8H＋+2NO3

+12Cl

==3HgCl42－

+3S↓+2NO↑+4H2OHgS+Na2S==Na2[HgS2]硫化物都会产生一定程度水解，而使溶液呈碱性。Na2S＋H2O==NaHS＋NaOH74/1062023/10/10元素化学75治理：SO2+2CO

>731℃铝矾土

S+2CO2Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OSO2，SO3

酸雨罪魁祸首64

πsp2杂化pd2杂化43

πsp2杂化亚硫酸及盐H2SO3二元中强酸，现有氧化性又有还原性，能够使品红褪色。4Na2SO3==3Na2SO4+Na2SSO32－+H2S+H+==S↓+H2OSO32－+Cl2+H2O==SO42－+2Cl－+2H+5SO32－+2MnO4－+6H+==2Mn2++5SO42－+3H2O75/1062023/10/10元素化学76硫酸及其盐强吸水性、强氧化性Fe＋H2SO4(稀)==FeSO4＋H2

Cu＋2H2SO4(浓)==CuSO4＋SO2＋2H2OC＋2H2SO4(浓)==CO2＋2SO2＋2H2OH2SO4构造：S：sp3杂化，分子中除存在σ键外还存在(p-d)

反馈配键。H2SO4分子间通过氢键相连，使其晶体展现波纹形层状构造。76/1062023/10/10元素化学77硫代硫酸(H2S2O3)：极不稳定，尚未制得纯品。硫代硫酸盐：Na2S2O3

5H2O，海波，大苏打。硫代硫酸及盐硫其他含氧酸及盐制备：性质：易溶于水,水溶液呈弱碱性；遇酸分解：S2O32

+2H+H2S2O3S+SO2+H2O还原性：配位性：+II77/1062023/10/10元素化学78H2S2O7为无色晶体，吸水性、腐蚀性、酸性比H2SO4更强。焦硫酸过氧化氢：H-O-O-H过硫酸及其盐过二硫酸盐：K2S2O8，(NH4)2S2O8强氧化剂：E

(S2O82

/SO42)=1.939V稳定性差：过一硫酸磺酸基过二硫酸78/1062023/10/10元素化学79硒、碲化合物SeO2TeO2+SO2+H2O→SeTe+H2SO4H2SeO3、H2SeO4无色固体碲酸H6TeO6或Te(OH)6八面体白色固体，弱酸，氧化性比H2SO4强。中等强度氧化剂与H2SO3对比不挥发性强酸，吸水性强。氧化性比H2SO4强，可溶解金，生成Au2(SeO4)3其他性质类似与H2SO4SeO2，TeO2为中等强度氧化剂79/1062023/10/10元素化学80卤素单质6.卤族元素价电子构型ns2np5化学性质F2Cl2Br2I2聚集状态ggls分子间力小大

b.p./℃

188

3459185m.p./℃

220

102

7114颜色浅黄黄绿红棕紫X2氧化性强弱X

还原性弱强氧化性最强是F2，还原性最强是Iˉ。2.8891.3601.07740.5345E

(X2/X

)/V拟卤素氰(CN)2硫氰(SCN)2氧氰(OCN)2拟卤素离子

CN

SCN

OCN

80/1062023/10/10元素化学81歧化反应：与H2O反应：氧化反应：歧化反应产物：常温加热低温I2Br2Cl2ClO

ClO

81/1062023/10/10元素化学82常温下,卤化氢都是无色具有刺激性气味气体。HFHClHBrHI

/(10

30C·m)6.373.572.761.40分子极性

m.p./℃*

83.57

114.18

86.87

50.80熔点

b.p./℃*19.52

85.05

66.71

35.1沸点

fH

m/kJmol1271.192.336.426.5分解温度/℃>能/kJ·mol

1570432366298酸性弱强稳定性卤化氢性质HF存在氢键：82/1062023/10/10元素化学83卤化物多卤化物卤素互化物金属卤化物非金属卤化物等卤化物卤素与电负性比较小元素生成化合物。水解性离子型共价型熔点高低溶解性大多易溶于水易溶于有机溶剂导电性水溶液,熔融导电无导电性金属卤化物对应氢氧化物不是强碱都易水解,产物为氢氧化物或碱式盐非金属卤化物易水解，产物为两种酸BX3,SiX4,PCl3性质注意：Sn(OH)Cl，SbOCl，BiOCl83/1062023/10/10元素化学84卤化物键型及性质递变规律

同一周期：从左到右，阳离子电荷数增大，离子半径减小，键型从离子型向共价型过渡，熔沸点下降。例如：NaCl

MgCl2

AlCl3SiCl4b.p./升华)57.6同一金属不一样卤素：AlX3伴随X半径增大，极化率增大，共价成份增多。