比较氧元素和氯元素的非金属性

比较氧元素和氯元素的非金属性氧元素和氯元素是非金属性仅次于氟元素的两元素，它们的非金属性的强弱一直是中学化学教学中难以讲清的问题。高中课本在介绍元素周期律和元素化合物性质时指出：“在同一周期中，各元素的原子从左到右失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强。因此金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强”。“在同一主族元素中，元素的非金属性是从上到下逐渐减弱的”从元素周期表中可以看出，氯和氧既不同周期，又不同主族，那么，怎样比较它们的非金属性强弱呢？中学化学课本中指出：“一般说来，可以从元素氧化物的水化物的酸性强弱，或跟氢气生成气态氢化物的难易，来判断元素非金属性的强弱”。氯气与氢气的反应在光照下就能进行；而氧气与氢气的反应在光照下不能进行，必须点燃才行。氯气与水反应在光的照射下有氧气生成，不管反应的中间过程如何，总是氯气把氧气从水中置换出来。这都可以看出氯气的确比氧气活泼，似乎可以得出结论：氯元素的非金属性比氧元素的强。但是，再来看氧和氯的化合物，次氯酸(HClO)中氯的化合价为+1、氧为-2价，在氯酸(HClO3)、氯酸钾(KClO3)、及氧化氯(Cl2O)等氧和氯形成的化合物中，都认为氯元素是正价、氧元素为负价，就是说氧原子的吸引电子能力比氯原子强。这又和上面的结论相反。到底谁的非金属性强？为什么会出现这种现象？首先，来分析一组标准电极电位的数据：F2＋2e==2F-E°=+2.88VCl2＋2e==2Cl-E°=+1.36VO2+4H+＋4e==2H2OE°=+1.23VO3+2H++2e==O2＋H2OE°=+2.07V从标准电极电位可以看出，氟气的氧化性最强，氯气的氧化性比氧气的要强，而臭氧的氧化性比氯气的强。所以，氯气确实比氧气活泼，这从氯气、氧气跟氢气的反应能力已经可以证明。氯气能与松节油反应，而煤气，松节油等在臭氧中能自燃，臭氧更加活泼。下面再来比较元素的电负性，氟的电负性为3.98，氧为3.44，氯为3.16(鲍林电负性标度)。电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。也就是说，电负性表示的是元素的原子吸引电子能力的相对强弱，它的大小可以比较准确地反应出元素非金属性的强弱。从电负性可以得出：氟的非金属性最强，而氧的非金属性比氯的强。从以上所述的性质和数据可以证明：一方面，氧元素的非金属性比氯元素的强，另一方面，氯气比氧气活泼。这就是说，元素的非金属性和非金属的活动性不一致。分析比较非金属性和非金属活动性的概念。非金属性是指元素的原子得到电子的能力的强弱，是元素原子的本质属性。它的强弱只与原子结构有关，而与外界因素无关。非金属活动性是指非金属单质在化学反应中的反应能力的大小。它的强弱不仅与原子结构有关，而且受非金属单质的组成、状态等其它外部条件的影响。在中学化学教学中，通常用元素的非金属活动性的大小来说明元素的非金属性的强弱。但是，这两个概念却有着明显的差异：1．主体不同。非金属性的主体是元素的原子；而非金属的活动性的主体是非金属单质。2．影响因素不同。非金属性是原子的本质属性。它的强弱只与原子结构(如核电荷数、核外电子排布、外层电子数、原子半径等)有关，而与外部因素无关。非金属活动性不仅与原子结构有关，还受非金属单质的组成、状态，以及浓度、温度、压强等其它外部条件的影响。3．非金属单质的活动性不一定是氧化性，有时也可以是还原性。例如，白磷比红磷更活动，通常是指白磷更易与氧气反应。在这里白磷是失电子的。所以，不能说非金属越活泼，它的元素的非金属性就越强。例如，单质磷在所有的化学反应中比氮气活泼得多。是不是磷的非金属性比氮的强呢？不是。这是由于氮气是双原子分子，两个氮原子之间有三个共用电子对（N≡N），键能很大，要参于化学反应，必须克服键能的阻力，因此，氮气显示出很强的化学惰性。决不能认为磷的非金属性比氮元素的强。再如硫粉与汞、银等金属反应不需要加热、而氧气与这些金属反应需要加热。这是由于浓度不同导致的，也不能说硫元素的非金属性比氧元素的强。同样，氯气比氧气活泼，是由于它们单质的分子结构不同。氯气分子中，两个氯原子之间是单键（Cl-Cl）结构；而氧气分子中，氧氧之间是双键（O=O）结构。从键能来看：E(O=O)=117.97kJ/mol，E(Cl-Cl)=57.3kJ/mol。可以看出，氧分子的键能较大，氯分子的键能很小。所以，氧气较稳定，而氯气较活泼。不能由些就得出结论：氯元素的非金属性比氧元素强。此外，氧元素的另一种单质臭氧的电极电位比氯气的大得多，在化学反应中，臭氧也显示出更强的活泼性。这就是说，非金属活动性大，不能说明它的非金属性就强。当然，在条件（如：组成、结构等）相同的情况下，还是可以用非金属的活动性来说明元素非金属性的。如，卤族元素的非金属性的比较等等。综上所述，氯气比氧气活泼，而氧元素的非金属性比氯元素的强。非金属的活动性和元素的非金属性是两个不同的概念。