非金属元素小结

Chapter18非金属元素小结18.1非金属单质的结构和性质18.2分子型氢化物18.3含氧酸18.4非金属含氧酸盐的某些性质18.5P区元素的次级周期性非金属占22种(金属约为90种)。无机物大都同非金属有关，如酸和盐。无机酸分为无氧酸和含氧酸，即一些非金属元素的氢化物及非金属氧化物的水合物。斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te和Po等为准金属，它们既有金属的性质又有非金属的性质。如果不算准金属(B、Si、As、Se、Te)，则非金属只有17种所以在金属与非金属之间没有截然的界线。1141161181234567钅钅钅钅喜波黑麦卢钅杜钅镧系锕系钫镭铌钽银金镉汞铟铊锡铅锑铋碲钋砹氡氙碘镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥锕钍镤铀镎钚镅锔锫锎锿镄锘铹钔铷铯锶钡钇锆铪钼钨锝铼钌铑钯锇铱铂氢锂氦铍硼碳氮氧氟氖钠镁铝硅磷硫氯氩钾钙钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌镓锗砷硒溴氪AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnIBIAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIIIBIIIBIVBVBVIBVIIBRfDbSgBhHsMtUunUuuUubAc-LrLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPClSArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbCsFrSrBaRaYLaLu-1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192939495969798991001011021031041051061071081091101111125789103--711234567氢IAH1114116118铟铊锡铅锑铋碲钋砹氡氙碘氦硼碳氮氧氟氖铝硅磷硫氯氩镓锗砷硒溴氪InSnSbTeIXeTlPbBiPoAtRnIIIAIVAVAVIAVIIAHeBCNOFNeAlSiPClSArGaGeAsSeBrKr25678910131415161718313233343536495051525354818283848586准金属非金属金属在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为金属和非金属两个部分。分为这两大类的主要根据是元素的单质的性质。18.1.1非金属单质的结构和物理性质自学要求：1、了解非金属单质中的共价键数为8-N(H2为2-N)。2、第2周期中的O、N为什么易形成多重键？第3、4周期的S、Se、P、As等则易形成单键？3、非金属单质按其结构和性质大致可分为哪三类？18.1非金属单质的结构和性质18.1.2非金属单质的化学反应1、活泼的非金属（F2、Cl2、Br2、O2、P、S）与金属元素形成卤化物、氧化物、硫化物、氢化物或含氧酸盐等；2、非金属元素彼此之间也能形成卤化物、氧化物、无氧酸、含氧酸等；3、大部分非金属单质不与水反应，卤素仅部分地与水反应，碳在赤热条件下才与水蒸气反应；4、非金属一般不与非氧化性稀酸反应，硼、碳、磷、硫、碘、砷等被浓HNO3、浓H2SO4及王水氧化，硅在含氧酸中被钝化，只能在有氧化剂存在的条件下与氢氟酸反应。5、除碳、氮、氧外，非金属单质可和碱溶液反应，对于有变价的非金属元素主要发生歧化反应Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O3I2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O3S+6NaOH=5Na2S+Na2SO3+3H2O4P+3NaOH+3H2O=3NaH2PO2+PH3硅、硼则从碱中置换出氢气：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑3B+2NaOH+2H2O=NaBO2+3H2↑18.2分子型氢化物非金属元素都能形成具有最高氧化态的共价型的简单氢化物，在通常情况下它们为气体或挥发性液体。它们的熔点、沸点都按元素在周期表中所处的族和周期呈周期性的变化。氢化物的极性强弱变化非常规律。分子偶极矩m/D分子偶极矩m/DHF1.92H2O1.85HCl1.08H2S1.10HBr0.78NH31.48HI0.38CH40主族元素氢化物熔点对比-200-180-160-140-120-100-80-60-40-200熔点/摄氏度AH4AH3H2AHA主族元素氢化物沸点对比-200-150-100-50050100150周期（从第二周期至第六周期）沸点/摄氏度AH4AH3H2AHA18.2.1热稳定性χA*ΔfHmӨ/kJ·mol-1分解温度/KB2H62.043.56373K以下稳定CH42.55-159.0≥873NH33.04-45.91073H2O3.44-241.81273HF3.98-273.3不分解χAΔfHmӨ/kJ·mol-1分解温度/KSiH41.9034.3773PH32.195.4713H2S2.58-20.6673HCl3.16-92.33273K分解1.3%χAΔfHmӨ/kJ·mol-1分解温度/KAsH32.1866.4573H2Se2.5529.7573HBr2.96-36.31868K分解1.08%χAΔfHmӨ/kJ·mol-1分解温度/KSbH32.05145.1加热或引入火花H2Te2.1099.6273HI2.6625.51073K分解24.9%一些氢化物的标准生成焓和分解温度分子型氢化物的热稳定性，在同一周期中，从左到右逐渐增强；在同一族中，自上而下逐渐减小；变化规律与非金属元素电负性的变化规律是一致的。在同一族中，分子型氢化物的热稳定性还与键能自上而下越来越弱有关。18.2.2还原性还原性增强↓CH4NH3H2OHFSiH4PH3H2SHClGeH4AsH3H2SeHBr(SnH4)SbH3H2TeHI←还原性增强还原性大小规律与稳定性的增减规律相反,稳定性大的,还原性小。在周期表中，从右向左，自上而下，元素半径增大，电负性减小，失电子的能力依上述方向递增，所以氢化物的还原性也按此方向增强。氢化物能与氧、卤素、氧化态高的金属离子以及一些含氧酸盐等氧化剂作用。(1)与氧气的反应CH4+2O2=CO2+2H2OB2H6+3O2=B2O3+3H2O4NH3+5O2=4NO+6H2O2PH3+4O2=P2O5+3H2O2AsH3+3O2=As2O3+3H2O2H2S+3O2=2SO2+2H2O4HBr+O2=2Br2+2H2O4HI+O2=2I2+2H2O(2)与氯气的反应8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2PH3+4Cl2=PCl5+3HClH2S+Cl2=2HCl+S2HBr+Cl2=2HCl+Br22HI+Cl2=I2+2HCl(3)与高氧化态金属离子的反应(4)与氧化性含氧酸盐的反应2AsH3+12Ag++3H2O=As2O3+12Ag+12H+2HI+2Fe3+=I2+2Fe2++2H+5H2S+2MnO4-+6H+=2Mn2++5S+8H2O6HCl+Cr2O72-+8H+=3Cl2+2Cr3++7H2O6HI+ClO3-=3I2+Cl-+3H2O18.2.3水溶液酸碱性和无氧酸的强度无氧酸的强度取决于下列平衡：HA+H2OH3O++A-常用Ka或pKa的大小来衡量其酸碱性。可以用rG=-2.303RTlgKa来计算出Ka的值，也可以用热力学循环来推算。分子型氢化物中在水溶液中的pKa值（298K）酸性增强↓CH4～58NH339H2O16HF3SiH4～35PH327H2S7HCl–7GeH425AsH3～19H2Se4HBr–9(SnH4)～20SbH3～15H2Te3HI-10酸性增强→无氧酸强度的变化规律，可以从能量和结构两个角度来进行分析从能量角度看，分子型氢化物在水溶液中的酸性强弱，取决于下列反应ΔrGmӨ的大小：HA(aq)=H+(aq)+A-(aq)ΔrGmӨ=-RTlnKaӨΔrGmӨ=ΔrHmӨ-TΔrSmӨHA(aq)H+(aq)+A-(aq)H+(g)+A-(g)HA(g)+H2OH(g)+A(g)+H2OΔrHmӨΔrH1ӨΔrH2ӨΔrH3ӨΔrH4ӨΔrH6ӨΔrH5Ө表18-4氢卤酸电离过程有关的热力学数据HFHClHBrHIΔrH1Ө(脱水)/(kJ·mol-1)48182123ΔrH2Ө(HX,g)/(kJ·mol-1)568.6431.8365.7298.7ΔrH5Ө(H)/(kJ·mol-1)1318131813181318ΔrH3Ө(X)/(kJ·mol-1)-334-355-331-302ΔrH6Ө(H+)/(kJ·mol-1)-1091-1091-1091-1091ΔrH4Ө(X-)/(kJ·mol-1)-524-378-348-308ΔrHmӨ(解离)/(kJ·mol-1)-16-57-65-62TΔrSmӨ/(kJ·mol-1)-30-10-43ΔrGmӨ/(kJ·mol-1)14-47-61-65根据ΔrGmӨ=-RTlnKθ，可以分别算出HF、HCl、HBr和HI在298.15K时的KaӨ依次等于10-4、108、1010、1011。从表中的热力学数据不难看出氢氟酸是弱酸的原因。首先，在HX系列中，HF解离过程焓变的代数值最大(放热最少)，这是因为HF键离解能大、脱水焓大(HF溶液中存在氢键)以及氟的电子亲合能的代数值比预期值偏高的缘故；其次，熵变代数值最小，这些均导致ΔrGmӨ(HF)最大，Kθ(HF)1。•讨论：从中心原子的电子密度和原子半径两个角度分析除F以外的无氧酸强度与元素周期性有什么关系？同一族的氢化物，与质子相连的原子负氧化态相同，原子半径依次增大，电子密度减小，酸性增强。从结构角度看，分子型氢化物的酸性强弱决定于与质子直接相连的原子电子密度的大小。电子密度越大，对质子的引力越强，酸性越小；反之酸性越大。原子电子密度的大小，和原子所带的负电荷数及半径有关。一般说来，负电荷数越高，半径越小，电子密度越大同一周期的氢化物，从左向右与质子相连的原子的负电荷数降低，虽然半径减小，但影响电子密度的主要方面是前者，因此电子密度异词减小，酸性增强。18.3.1最高氧化态氢氧化物的酸碱性非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个OH基团的氢氧化物。这类化合物的中心原子R,它周围能结合多少个OH,取决于R+n的电荷数及半径大小。通常R+n的电荷高，半径大时，结合的OH基团数目多。当R+n的电荷高且半径小时，例如Cl+7应能结合七个OH基团，但是由于它的半径太小(0.027nm)，容纳不了这许多OH，势必脱水，直到Cl+7周围保留的异电荷离子或基团数目，既能满足Cl+7的氧化态又能满足它的配位数。处于同一周期的元素，其配位数大致相同。18.3含氧酸非金属元素R+n配位数最高氧化态的氢氧化物R(OH)n脱水后的氢氧化物第二周期的元素第三周期的元素第二、三周期非金属元素的氢氧化物或不脱水r(R+n)/r(OH-)B+3C+4N+5Si+4P+5S+6Cl+70.150.110.080.300.250.210.19234B(OH)3C(OH)4N(OH)5Si(OH)4S(OH)6Cl(OH)7P(OH)52433H2CO3HNO3H2SiO3H3PO4H2SO4HClO4不脱水最高氧化态氢氧化物的酸碱性在化合物ROH中，可以有两种离解方式：ROH→R++OH-碱式离解ROH→RO-+H+酸式离解ROH按碱式还是按酸式离解，主要是看R-O键和O-H键的相对强弱，若R-O键弱，就进行碱式电离，若O-H键弱时就进行酸式离解。R-O与O-H键的相对强弱又决定于“离子势”——阳离子的极化能力。由卡特雷奇(Cart-ledge,G.H)