p区元素学习教案

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1、会计学1p区元素区元素(yun s)第一页，共80页。 第 16 族元素也称氧族元素，由氧、硫、硒、碲和钋五种(w zhn)元素组成。氧和硫元素是典型的非金属元素，硒和碲元素是准金属元素，钋元素是放射性金属元素。 第1页/共80页第二页，共80页。氧是地壳中分布最广的元素，其丰度居各种元素之首。氧广泛(gungfn)分布在大气和海洋中，在海洋中主要以水的形式存在；在大气层中，氧以单质状态存在。硫在自然界中的含量较少，主要以硫化物和硫酸盐的形式存在。硒和碲属于分散稀有元素，常以硒化物和碲化物的形式存在于各种硫化物矿中。第2页/共80页第三页，共80页。一、氧族元素(yun s)概述氧族元素(yu

2、n s)的一些性质氧氧硫硫硒硒碲碲钋钋元素符号元素符号OSSeTePo原子序数原子序数816345284价层电子组态价层电子组态2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4共价半径共价半径/pm60104117137153沸点沸点/-183445685990962熔点熔点/-218115217450254电负性电负性3.52.52.42.12.0Ei,l/(kJmol- -1)13201005947875812Eea/(kJmol- -1)141200195190E(X/X2- -)/V-0.445-0.78-0.92氧化值氧化值-2,-1-2,+2,+4,+6 -2,+2,+

3、4,+6+2,+4,+6+2,+6第3页/共80页第四页，共80页。 从氧到钋随着原子序数的增大，元素的原子半径依次增大，元素的电负性、电离能和电子亲和能依次减小，元素的非金属性依次减弱，金属性逐渐增强。 氧族元素的价电子层组态为 ns2np4，有夺取或共用两个电子达到稀有气体原子电子层组态的倾向，表现出较强的非金属性。 氧元素的电负性很大，仅次于氟元素，因此氧元素在大多数含氧化合物中的氧化值为 -2。 硫、硒、碲的价电子层中均有空 d 轨道，当与电负性比较大的元素化合时，空 d 轨道也可以(ky)成键，这些元素的氧化值可呈现 +2、+4、+6。 氧族元素具有较强的配位能力，O 和 S 是常见

4、的配位原子。第4页/共80页第五页，共80页。二、氧和硫的单质(dnzh) (一) 氧单质(dnzh) O2 的分子结构(fn z ji u)为 OO ，有两个未成对电子，具有顺磁性。 第5页/共80页第六页，共80页。 O2 是无色、无味(wwi)的气体，在 90 K 时凝聚为蓝色液体，冷却到 54 K 时，凝结为蓝色的固体。O2在水中的溶解度很小，293 K、101.03 kPa 下，1 L 水约溶解 30 mL O2。 O2 最主要的化学性质是氧化性。O2 几乎能与除稀有气体和极少数金属元素以外的所有元素直接或间接地化合，但多数氧化反应在常温下反应速率较慢，需要在高温条件下进行。第6页/

5、共80页第七页，共80页。 O3 在地面附近的大气层中含量极少，但在距地球表面 25 km 处有一层臭氧层存在，它能吸收太阳光的紫外辐射，成为(chngwi)保护地球的生命免受太阳强辐射的天然屏障。但随着大气污染的日益严重，臭氧层正在逐渐被破坏。 O3 分子的几何构型为形。O3 分子(fnz)的结构 第7页/共80页第八页，共80页。 O3 的氧化性比 O2 强。 常用 O3 氧化烯烃的反应确定烯烃中双键的位置。 利用 O3 的氧化性及不容易导致(dozh)二次污染这一优点，可用 O3 消毒饮用水，其优点是杀菌快，且消毒后无异味。第8页/共80页第九页，共80页。(二) 硫单质(dnzh) 单

6、质硫是分子晶体，很松脆(sn cu)，不溶于水。硫的导电性和导热性很差。单质硫有多种同素异形体，最常见的两种同素异形体是斜方硫和单斜硫。 斜方硫为黄色晶体，密度为 2.06 gcm-3，熔点为 385.8 K。单斜硫为浅黄色晶体，密度为 1.96 gcm-3，熔点为 392 K。将单斜硫加热到 368.6 K时转变为斜方硫。 斜方硫单斜硫第9页/共80页第十页，共80页。S8 分子(fnz)的结构 斜方硫和单斜硫的分子都是由 8 个 S 原子组成。S8 分子之间靠分子间作用力结合，因此(ync)熔点较低，它们都不溶于水，而溶于 CS2、CCl4 等非极性溶剂或 CH3Cl、C2H5OH 等弱性

7、溶剂。第10页/共80页第十一页，共80页。 硫的化学性质比较活泼，能与许多(xdu)金属直接化合，也能与氢气、氧气、卤素单质(除碘外)、炭、磷等直接作用。当硫与金属、氢、炭等还原性较强的物质作用时，表现出氧化性。 当硫与电负性比它大的非金属元素化合时，则表现出还原性。 硫能与具有氧化性的酸反应：3242 2S + 6HNO H SO + 6NO+ 2H O 22323S + 6NaOH 2Na S + Na SO + 3H O 硫在热碱溶液中发生(fshng)歧化反应：第11页/共80页第十二页，共80页。三、过氧化氢(u yn hu qn) (一) 过氧化氢(u yn hu qn)的性质

8、纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠状液体，沸点为 423 K。H2O2 与 H2O 可形成(xngchng)分子间氢键，因此它能与水以任何比例混溶。常用 H2O2 溶液的质量分数为 3%。 OOHH149pm97o97o97pm94o H2O2 分子的结构 第12页/共80页第十三页，共80页。22222H O (l) 2H O(l) + O (g) H2O2 分解反应(fnyng)为歧化反应(fnyng)，少量 Fe2+、Mn2+等金属离子的存在能加速 H2O2 的分解。市售双氧水中常加入焦磷酸钠等物质作稳定剂，保存 H2O2 溶液时应注意避光、低温和密封。 1. 不稳定性 纯 H2O2 在低温下是比

9、较稳定的，分解作用(zuyng)比较缓慢。受热、光照或加入少量酸、碱时，H2O2分解速率加快：第13页/共80页第十四页，共80页。3. 氧化(ynghu)还原性 H2O2 既有氧化(ynghu)性，又有还原性。H2O2 在酸性溶液或碱性溶液中，一般表现出强氧化(ynghu)性。 H2O2 的还原性比较弱，只有当它与强氧化(ynghu)剂作用时才显示出来。2. 弱酸性 过氧化氢是一种(y zhn)极弱的酸，其酸性比水略强。H2O2 能与某些金属氢氧化物反应，生成过氧化物和水。第14页/共80页第十五页，共80页。2+2227524H O + Cr O+ 2H 2CrO + 5H O(二) 过氧

10、化氢(u yn hu qn)的鉴别及主要用途 药典规定(gudng)的 H2O2 的鉴别方法为：向 H2O2 溶液中加入 K2Cr2O7 溶液、稀H2SO4溶液和乙醚，生成蓝色过氧化铬（CrO5）: H2O2 的主要用途是用作氧化剂，其优点是还原产物是水，不会引入其他杂质。纯 H2O2 可作为(zuwi)火箭燃料的氧化剂，医药上也利用它的强氧化性作为(zuwi)杀菌剂，H2O2 还可用作漂白剂、消毒剂、防毒面具中的氧源等。第15页/共80页第十六页，共80页。四、硫的化合物(一) 硫化氢和金属(jnsh)硫化物1. 硫化氢 硫化氢为无色气体，密度略大于空气，具有臭鸡蛋气味。硫化氢有剧毒，它不仅

11、刺激眼膜及呼吸道，而且还能与各种血红蛋白中的铁离子结合，抑制了它们的活性，阻碍物质的能量代谢。空气中 H2S 的体积分数为 1% 时就会引起头痛(tutng)、眩晕和恶心，吸入大量 H2S 会引起严重中毒，导致昏迷甚至死亡。第16页/共80页第十七页，共80页。H2S 分子(fnz)的结构 H2S 是极性分子，但极性比水分子弱，由于分子间形成氢键的倾向很小，因此 H2S 的熔点、沸点均比水低得多。 硫蒸气可直接与氢气化合，生成硫化氢气体。 在实验室中，常用(chn yn)金属硫化物与稀酸溶液反应来制备硫化氢。第17页/共80页第十八页，共80页。 硫化氢的化学性质，主要有以下两个方面： (1)

12、 弱酸性：在常温下，1 L 水能溶解 2.6 L H2S 气体，所得饱和溶液的浓度为 0.1 molL-1。硫化氢水溶液称为氢硫酸，它是一种(y zhn)二元弱酸。 (2) 还原性：硫化氢具有较强的还原性。干燥硫化氢在室温下不与空气中的氧气发生反应，但点燃时能在空气中燃烧。氢硫酸的还原性比硫化氢气体强，它在常温下可被空气中的 O2 氧化。 在酸性溶液中，许多氧化剂可氧化氢硫酸，且一般氧化产物为单质硫。但当氧化剂的氧化性很强且过量时，可将氢硫酸氧化成高氧化值的化合物。第18页/共80页第十九页，共80页。2. 金属(jnsh)硫化物 氢硫酸是二元酸，有酸式盐和正盐两种类型的盐。氢硫酸的酸式盐均易

13、溶于水；氢硫酸的正盐中，碱金属(jnsh)的硫化物和 BaS 易溶于水，碱土金属(jnsh)硫化物微溶于水 (BeS 难溶)，其他金属(jnsh)的硫化物大多难溶于水，有些还难溶于酸，且多数具有特征的颜色。第19页/共80页第二十页，共80页。常见(chn jin)金属硫化物的颜色和标准溶度积常数(25)化合物颜色化合物颜色Na2S白色PbS黑色1.110-29ZnS白色1.210-23CoS黑色7.010-23MnS肉色1.410-15Cu2S黑色2.610-49NiS黑色3.010-21CuS黑色6.010-36FeS黑色3.710-19Ag2S黑色1.610-49CdS黄色3.610-2

14、9Hg2S黑色1.010-45SnS灰白色1.010-28Bi2S3黑色6.810-92spKspK第20页/共80页第二十一页，共80页。 金属硫化物分为以下四种类型： (1) 溶于稀盐酸的金属硫化物：金属硫化物的标准溶度积常数一般(ybn)小于 10-24，如 ZnS、MnS、FeS 等。 (2) 不溶于稀盐酸、溶于浓盐酸的金属硫化物：金属硫化物的标准溶度积常数在10-25 10-30 之间，如 CdS、SnS、PbS 等。 (3) 不溶于浓盐酸、溶于硝酸溶液的金属硫化物：金属硫化物的标准溶度积常数一般(ybn)小于 10-30，如 CuS 等。 (4) 仅溶于王水的金属硫化物：金属硫化物

15、的标准溶度积常数更小，如 HgS 等。 由于(yuy) S2- 是弱酸根离子，所以硫化物在水溶液中都有不同程度的水解作用。第21页/共80页第二十二页，共80页。 (二) 硫的氧化物1. 二氧化硫 硫在空气中燃烧生成二氧化硫。实验室常用(chn yn)亚硫酸氢钠与盐酸反应制取少量二氧化硫。 SO2 分子(fnz)的几何构型为形。SO2 分子(fnz)的结构第22页/共80页第二十三页，共80页。 二氧化硫是一种无色、有强烈刺激气味的气体，熔点为 197.7 K，沸点为 263.2 K，易液化(yhu)。液态 SO2 是一种良好的非水溶剂，以液态 SO2 作溶剂时，它既不放出质子，也不接受质子，

16、这是它与水最大的不同之处。 SO2 既有氧化性，又有还原性，但以还原性为主。 SO2 只有在与强还原剂作用时，才表现出氧化性。 二氧化硫主要用于生产硫酸和亚硫酸盐，也用作漂白剂，还可用作防腐剂和消毒剂。 第23页/共80页第二十四页，共80页。 2. 三氧化硫 纯三氧化硫是一种无色、易挥发的晶体，熔点为 289.8 K，沸点为 317.5 K。气态(qti) SO3 为单分子，其分子几何构型为平面三角形。SO3 分子(fnz)的结构 SO3 极易被水吸收，生成(shn chn)硫酸，同时放出大量的热。SO3 在潮湿空气中挥发形成硫酸酸雾。第24页/共80页第二十五页，共80页。 (三) 硫的含

17、氧酸及其盐1. 亚硫酸及其盐 二氧化硫溶于水所形成的二氧化硫水合物(SO2xH2O)，称为亚硫酸。一般认为水溶液中不存在亚硫酸分子(H2SO3)，SO2 水合物在溶液中的解离方式(fngsh)一般简写为：+23233H SO + H O H O + HSO+23233HSO + H O H O + SO 亚硫酸既有氧化性，又有还原性，但主要呈现(chngxin)还原性，是一种常用的还原剂。亚硫酸能被空气中的 O2 氧化，也能被多种氧化剂氧化。第25页/共80页第二十六页，共80页。 亚硫酸只有与强还原剂作用时，才表现(bioxin)出氧化性。 亚硫酸可形成酸式盐和正盐。所有的亚硫酸氢盐都溶于水

18、，但正盐除碱金属及铵盐外，都不溶于水。在不溶性亚硫酸盐的溶液中通入 SO2，可使其转变为可溶性的酸式盐。 亚硫酸盐具有很强还原性，在空气中易被氧化(ynghu)为硫酸盐，因其氧化(ynghu)产物对人体无害，因此亚硫酸盐常被用作注射剂和其他剂型的易氧化(ynghu)变质药物的抗氧剂。亚硫酸盐还被广泛应用于造纸、染织工业中，如在染织工业上用作去氯剂。第26页/共80页第二十七页，共80页。2. 硫酸及其盐 纯硫酸是一种无色、无臭的油状液体，熔点为283.4 K，沸点为 603.2 K。市售浓硫酸的质量分数为 98%，密度为 1.84 g cm-3，浓度约为18 molL-1。硫酸的高沸点和黏稠性

19、与其分子间存在氢键(qn jin)有关。 H2SO4 分子具有四面体几何构型。H2SO4 分子(fnz)的结构第27页/共80页第二十八页，共80页。 硫酸的化学性质主要表现为： (1) 吸水性和脱水性：浓硫酸有强烈的水合倾向，与水作用放出大量的热，并形成一系列水合物(SO3 xH2O, x =15)。浓硫酸具有强吸水性，常用作干燥剂。浓 H2SO4 还具有很强的脱水性，能将有机化合物中的氧和氢元素按水的比例(bl)脱去，使有机化合物炭化。 (2) 氧化性：浓 H2SO4 是一种强氧化剂，加热时它能氧化许多金属和非金属。稀 H2SO4 溶液没有氧化性，只具有一般酸类的通性。 (3) 强酸性：硫

20、酸是二元强酸，它的第一步解离是完全的，但第二步解离并不完全：+24234HSO + H O H O + SO+24234H SO + H O H O + HSO第28页/共80页第二十九页，共80页。 硫酸形成的盐有酸式盐和正盐。硫酸的酸式盐均易溶于水。硫酸盐中除 Ag2SO4、CuSO4 微溶,BaSO4、PbSO4、SrSO4 难溶外，其余易溶于水。大多数可溶性硫酸盐结晶时，常含有结晶水。这类带结晶水的硫酸盐称为矾。容易形成复盐是硫酸盐的又一重要特征。复盐的通式为：M()2SO4M()2(SO4)324H2O 硫酸盐的热稳定性一般都很高，只有那些电荷(dinh)数大的阳离子或 18 电子组

21、态及 18+2 电子组态的阳离子硫酸盐，在高温时发生分解。 1273 K43CuSO CuO + SO 242 32Ag SO 4Ag + O+ 2SO 如果金属离子(lz)具有很强的极化作用，生成的氧化物可进一步分解为金属单质和氧气。第29页/共80页第三十页，共80页。(四) 硫的其他(qt)含氧酸及其盐第30页/共80页第三十一页，共80页。第31页/共80页第三十二页，共80页。1. 焦硫酸及其盐 浓硫酸中溶解了过多的 SO3 时，得到发烟硫酸，其组成可以(ky)表示为 H2SO4xSO3。等物质的量的 H2SO4 与 SO3 化合时，生成 H2S2O7 。H2S2O7 是一种无色晶体

22、，熔点为 35 。焦硫酸也可以(ky)看作是由两分子硫酸脱去一分子水所得的产物。227224H S O + H O 2H SO 焦硫酸(li sun)比硫酸(li sun)具有更强的氧化性、吸水性和腐蚀性。它还是良好的磺化剂，工业上用于制造染料、炸药和其他有机磺酸化合物。 焦硫酸与水反应(fnyng)又生成硫酸：第32页/共80页第三十三页，共80页。 酸式硫酸盐加热到熔点(rngdin)以上时，首先脱水转变为焦硫酸盐：422722KHSO K S O + H O 进一步加热(ji r)，再脱去 SO3 生成硫酸盐：227243K S O K SO + SO 由于生成的 SO3 是一种酸性氧化

23、物，因此常利用焦硫酸盐或酸式硫酸盐受热分解放出 SO3 这一性质(xngzh)，将某些不溶于水的金属氧化物矿物与K2S2O7 或 KHSO4 共熔，使矿物转变成可溶性硫酸盐。2322724 324Al O + 3K S O Al (SO ) + 3K SO 第33页/共80页第三十四页，共80页。2. 硫代硫酸(li sun)及其盐 含氧酸分子中的氧原子硫原子取代而得到的酸称为硫代某酸，相应的盐称为硫代某酸盐。硫代硫酸(li sun)结构为： O HOSOH S硫代硫酸极不稳定，游离的 H2S2O3 尚未制得。 硫代硫酸钠是重要的硫代硫酸盐，又名海波(hi b)或大苏打，为无色透明的柱状晶体，

24、易溶于水，其水溶液显弱碱性。将硫粉和亚硫酸钠共煮可制得硫代硫酸钠。第34页/共80页第三十五页，共80页。 Na2S2O3 的化学性质主要表现(bioxin)为： (1) 遇酸分解： Na2S2O3在酸性溶液中迅速分解， 水中的 CO2、O2 及某些细菌可促使其分解，因此保存(bocn) Na2S2O3 时应注意密封，配制 Na2S2O3 溶液时应使用新煮沸冷却的蒸馏水。 (2) 还原性：Na2S2O3 是一种较强的还原剂， 可作卤素中毒的解救剂和制剂过程中的抗氧剂。 (3)配位性： 具有很强的配位能力(nngl)，与某些金属离子形成稳定的配位个体。 223S O第35页/共80页第三十六页，

25、共80页。3. 连二亚硫酸及其盐 连二亚硫酸的结构(jigu)为：O O HOSSOH H2S2O4 很不稳定(wndng)，遇水发生岐化反应：2H2S2O4 + H2O H2S2O3 + 2H2SO3H2S2O3 不稳定(wndng)，又进一步发生分解：H2S2O3 S + H2SO3 连二亚硫酸盐比连二亚硫酸稳定，其中重要的是连二亚硫酸钠，俗称保险粉，它能溶于冷水，但其水溶液不稳定，易发生歧化反应：222422332S O+ H O S O+ 2HSO第36页/共80页第三十七页，共80页。 Na2S2O4 受热发生(fshng)分解反应： 2242232322Na S O Na S O

26、+ Na SO + SO 连二亚硫酸钠具有很强还原性，能与许多氧化剂反应，其水溶液放置在空气中即可被氧化： 实验室常用连二亚硫酸盐吸收气体中的氧气(yngq)。Na2S2O4 还是有机合成、制药、印染工业中常用的还原剂。2242234S O+ O + H O HSO + HSO 第37页/共80页第三十八页，共80页。4. 过硫酸(li sun)及其盐 过硫酸(li sun)可以看作是过氧化氢分子中的氢原子被磺酸基(SO3H)取代的产物。H2SO5 可称为过一硫酸(li sun)：HOO O S HO O H2S2O8 称为(chn wi)过二硫酸：O OO O S SO OH HO O第38

27、页/共80页第三十九页，共80页。 过二硫酸为无色(w s)晶体，熔点为 338K，具有极强的氧化性和吸水性，可使有机物炭化。K2S2O8和 (NH4)2S2O8 都是非常强的氧化剂，在 Ag+ 的催化作用下能把 Mn2+ 氧化成 。4MnO 过硫酸及其盐的热稳定(wndng)较差，加热时按下式分解：22824232K S O 2K SO + O + 2SO 第39页/共80页第四十页，共80页。第二节 卤族(l z)元素一、卤族元素(yun s)概述二、卤族元素(yun s)的单质三、卤化氢和卤化物四、卤素的含氧酸及其盐第40页/共80页第四十一页，共80页。 第 17 族元素又称卤族元素，

28、由氟、氯、溴、碘、砹五种元素组成。在自然界中，氟元素主要以萤石(CaF2)和冰晶石 (Na3AlF6) 等矿物存在。氯、溴、碘元素则主要以无机盐的形式存在于海水中，海藻等海洋生物是碘的重要来源(liyun)。砹是放射性元素,大多由人工合成，目前人们对它的性质研究较少。第41页/共80页第四十二页，共80页。一、卤族元素(yun s)概述卤族(l z)元素的一些基本性质元 素氟氯溴碘元素符号FClBrI原子序数9173553价层电子组态 2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化值-1-1,+1,+3,+5,+7-1,+1,+3,+5,+7-1,+1,+3,+5,+7原子半径/pm

29、6499114133Ei,1/(kJmol-1)1681125111401008Eea/(kJmol-1327.9349324.7295.1电负性4.03.02.82.5第42页/共80页第四十三页，共80页。 卤族元素的价层电子组态为 ns2np5，极易获得一个电子，形成氧化值为 -1 的化合物。 卤素都有较大电负性，容易得到电子，显示出很强的非金属性。在卤族元素中，自上而下，原子半径增大，电负性减小，因此从 F 到 I 非金属性依次减弱。卤族元素的第一电离能都比较(bjio)大，表明它们失去电子的倾向比较(bjio)小。事实上，卤族元素中只有半径最大、第一电离能最小的碘元素才有失去电子的可

30、能。 氯、溴、碘元素的最外电子层中都存在空 d 轨道，与电负性更大的元素结合时，d 轨道也可以成键，因此这三种元素可以表现出 +1、+3、+5、+7 氧化值。第43页/共80页第四十四页，共80页。 在卤族元素中，氟元素表现出反常的变化规律。氟元素的电负性虽然很大，但它的电子亲和能却小于氯元素，这是因为氟元素的电负性大，同时其原子半径很小，当接受外来电子时，电子间的静电斥力特别大，克服这种斥力所需的能量部分地抵消了氟原子接受一个电子成为氟离子时所释放的能量，造成氟元素的电子亲和能反常地小于氯元素的现象。 氟元素与有多种氧化值的元素化合，所形成的化合物中该元素一般表现为最高氧化值，这是因为氟原子

31、半径小，空间(kngjin)位阻不大，而电负性又很大的缘故。第44页/共80页第四十五页，共80页。二、卤族(l z)元素的单质(一) 物理性质(wl xngzh)卤族元素的单质(dnzh)的一些性质单 质F2Cl2Br2I2聚集状态气气液固颜色浅黄黄绿红棕紫黑熔点/-219.6-101-7.2113.5沸点/-188-34.658.78184.36.3220.4130.7146.61溶解度/mL(kg H2O)-1分解水0.7323.580.029密度/(gcm-3）1.11(l)1.57(l)3.12(l)4.93(l)1vapm/(kJ mol )H第45页/共80页第四十六页，共80页

32、。 卤族元素的单质皆为双原子分子，固态时为分子晶体，熔点和沸点都比较低。从 F2 到 I2，随着分子体积的增大，分子的变形性依次增大，分子之间的色散力逐渐增大，因而熔点、沸点依次升高。常温下，F2 和 Cl2 是气体(qt)，Br2 是液体，I2 是固体。Cl2 容易液化，在常温下加压至 600 kPa 时，氯气即可转化为黄色的液体。固态碘具有较高的蒸气压，容易升华，加热可直接转化为气态碘，利用碘的这一性质，可对粗制碘进行纯化。 卤族元素的单质均有颜色，从 F2 到 I2，随着相对分子质量的增大，颜色依次由浅黄、黄绿、红棕到紫黑。第46页/共80页第四十七页，共80页。 卤族元素的单质在水中的

33、溶解度不大。F2 与水起剧烈反应，并使水分解放出氧气。Cl2、Br2 和 I2 在有机溶剂中的溶解度比在水中大得多，并呈现一定的颜色。Br2 溶于有机溶剂所得溶液的颜色，随浓度增大而从黄到棕红逐渐加深。I2 溶于极性有机溶剂时呈现棕红色，溶于非极性有机溶剂中则呈现本身蒸气的紫色。这是由于 I2 在极性溶剂中形成溶剂化物，而在非极性或弱极性溶剂中以分子存在(cnzi)。 I2 难溶于水，但易溶于 KI 溶液中，这主要是由于形成的 缘故：3I23I + I I 卤族元素(yun s)的单质均有刺激气味，强烈刺激眼、鼻、喉、气管的黏膜，吸入蒸气会引起中毒，使用时应注意安全。第47页/共80页第四十八

34、页，共80页。(二) 化学性质(huxu xngzh) 卤族元素的单质都具有氧化性。F2、Cl2 和 Br2 是强氧化剂，I2 是一种中等强度的氧化剂。1. 与金属单质和非金属单质作用 F2 可以与所有金属单质直接作用，与铜、镍和镁作用时，生成一层致密的金属氟化物保护膜，阻止金属进一步氧化，因此氟气可以储存在铜、镍、镁或它们的合金制成的容器中。Cl2也可以与大多数金属单质直接作用，但反应不如 F2 剧烈。Cl2 在干燥的情况下不与铁作用，因此可以储存在铁罐中。 Br2 和 I2 的反应活性较差，常温下只能与活泼金属单质作用，与其他金属单质在较高温度(wnd)下发生化学反应。第48页/共80页第

35、四十九页，共80页。 F2 几乎能与所有非金属单质直接化合，反应剧烈，常伴随燃烧和爆炸。F2 还能与 Xe、Kr 在一定条件下发生反应。Cl2 也可以与除 O2、N2 及稀有气体外的非金属单质直接化合,但反应不如 F2 剧烈。Br2 和 I2 的反应活性要差一些。 卤族元素的单质都能与氢气直接化合，生成卤化氢。F2 在低温和暗处即可与 H2 化合，并放出大量的热引起爆炸。Cl2 与 H2 在常温下反应缓慢，在强光照射或高温下，反应瞬间完成并可发生爆炸。Br2 与 H2 的反应需加热至 648 K 或在紫外线照射下才能(cinng)进行。I2 与 H2 的反应则需要更高的温度或催化剂的存在下才能

36、(cinng)进行，并且一般反应不完全。第49页/共80页第五十页，共80页。2. 与水反应 卤族元素的单质与水发生两类化学反应。第一类反应是卤族元素的单质从水中置换(zhhun)出氧气的反应:2222X + 2H O 4HX + O第二类反应是卤族元素的单质(dnzh)发生歧化反应：+22X + 2H O H + X + HXO F2 的氧化性最强，与水只发生第一类反应，反应非常剧烈。Cl2 只有在光照下缓慢与水反应放出 O2。Br2氧化水放出 O2 的反应极其缓慢，需要在碱性条件(tiojin)下进行。I2 与水发生第一类反应，而 O2 却可以将 HI 氧化，析出 I2 。第50页/共80

37、页第五十一页，共80页。 Cl2、Br2 和 I2 在碱性条件下与 H2O 主要发生第二类反应。加酸能抑制歧化反应的进行，而加碱则能促进歧化反应的进行。3. 卤素单质的置换(zhhun)反应 卤素单质氧化能力大小顺序为：F2Cl2Br2I2而卤素离子(lz)的还原能力的大小顺序为：I-Br-Cl-F-F2 能氧化 Cl-、Br- 和 I-，置换(zhhun)出 Cl2、Br2 和 I2；Cl2 能置换(zhhun)出 Br2 和 I2；而 Br2 只能置换(zhhun)出 I2 。第51页/共80页第五十二页，共80页。(三) 卤素单质(dnzh)的制备和用途 卤族元素在自然界大多以化合物的形

38、式(xngsh)存在，因此卤素单质的制备一般采用阴离子氧化法。 由于氧化剂不能将 F- 氧化，因此采用电解氟氢化钾和无水氟化氢熔融混合物的方法制备氟气： 工业上用电解饱和食盐水溶液(rngy)制备氯气。实验室通常用二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气。 工业上利用海水或卤水制取溴。先通氯气于晒盐后留下的苦卤中，将 Br- 氧化为Br2，然后用空气将 Br2 吹出，再用 Na2CO3 溶液(rngy)吸收吹出的 Br2, Br2与 Na2CO3 溶液(rngy)反应生成 NaBr 和 NaBrO3：2222KHF 2KF + H + F 电解 223323Br +3CO 5Br +BrO +3CO第52

39、页/共80页第五十三页，共80页。加入硫酸(li sun)酸化，得到液溴：+3225Br + BrO + 6H 3Br + 3H O实验室用 Cl2 氧化 NaBr 制备 Br2。 碘主要从富含 I- 的海藻中提取。将 Cl2 通入用水浸取海藻所得的溶液中，把 I- 氧化为 I3，然后用离子交换树脂加以(jiy)浓缩。 氯气是一种重要的化工原料，主要用于合成盐酸、聚氯乙烯、漂白粉、农药、化学试剂等，氯气也曾用于自来水消毒，已逐渐被臭氧和二氧化氯代替。 溴用于感光材料、染料、药剂、农药和无机溴化物的制备。 碘的酒精溶液可用作消毒剂。I2 也是氧化还原滴定法中碘量法的重要试剂。-第53页/共80页

40、第五十四页，共80页。三、卤化(l hu)氢和卤化(l hu)物(一) 卤化(l hu)氢和氢卤酸 卤化(l hu)氢都是具有强烈刺激性气味的无色气体。卤化氢和氢卤酸的一些性质HFHClHBrHI熔点/-83.1-114.8-88.5-50.8沸点/19.54-84.9-67.2-35.38-271-92.30-36.426.5键能/(kJmol-1)56643136629930.3116.1217.6219.77分子电偶极矩6.403.612.651.27表观解离度(0.1 molL-1,18)10%93%93.5%95%溶解度/g(100 g H2O)-135.34242571vapm/(

41、kJ mol )H1fm/(kJ mol )H第54页/共80页第五十五页，共80页。 卤化(l hu)氢的物理性质从 HCl HI 呈现规律性变化，但 HF 有许多例外，如它的熔点、沸点反常地高，而表观解离度反常地小。这主要是由于 F 元素的电负性大和半径小，致使 HF 分子间存在氢键，导致分子间发生缔合而引起的。 卤化(l hu)氢水溶液称为氢卤酸，它们均为无色溶液，氢卤酸的酸性从 HFHI 依次增强，除氢氟酸外，其他氢卤酸均为强酸。习惯上把氢氯酸称为盐酸，市售浓盐酸中 HCl 的质量分数为 37%，浓度为 12 molL-1，密度为 1.19 g cm-3，是一种重要的化工原料和化学试剂

42、。 第55页/共80页第五十六页，共80页。 氢氟酸是弱酸，但与其他弱酸不同(b tn)，它的解离度随溶液浓度的增大而增加，当浓度大于 5molL-1时成了强酸，这是因为当 HF 溶液浓度增大时，一部分 F- 通过氢键缔合成 。氢氟酸的另一特性是能与 SiO2 或硅酸盐反应，生成 SiF4 气体：242SiO + 4HF SiF +2H O2242CaSiO + 6HF CaF + SiF + 3H O因此，氢氟酸不能用玻璃或陶瓷容器贮存。氢氟酸常用于蚀刻玻璃。HF 及其水溶液都有剧毒，损伤呼吸系统和伤害皮肤(p f)，使用时应注意防护。 氢卤酸的还原性从 HF HI 依次增强。HF 不能被氧

43、化剂氧化，HCl 需用强氧化剂才能被氧化，HBr 较易被氧化，而 HI 能被空气中的 O2 氧化。2HF第56页/共80页第五十七页，共80页。(二)卤化物 非金属卤化物都是共价型卤化物，它们都是分子晶体，熔点、沸点较低，具有挥发性。有些非金属卤化物不溶于水，而溶于水的非金属卤化物通常(tngchng)发生强烈的水解：5234PCl + 4H O H PO + 5HCl4244SiCl + 4H O H SiO + 4HCl但 NCl3 水解反应比较(bjio)特殊： 金属卤化物的情况比较复杂，有些金属卤化物属于共价型化合物，有些属于离子型化合物，还有些介于(ji y)两类化合物之间，称为过渡

44、型化合物。323NCl + 3H O NH + 3HOCl第57页/共80页第五十八页，共80页。 一般说来，金属离子的半径越小和金属离子的电荷数越大，其极化能力就越强，金属卤化物的共价性也越强；卤素离子的半径越大，越容易变形，金属卤化物的共价性也越强。反之，则金属卤化物的离子性越强。碱金属(Li 除外(chwi)、碱土金属(Be 除外(chwi)和大多数镧系、锕系金属元素形成离子型卤化物，熔点一般比较高，熔融时导电。一些高氧化值、半径小的过渡金属元素形成的卤化物通常是共价型化合物。但共价型卤化物和离子型卤化物之间没有严格的界限，如 FeCl3 是易挥发的共价型卤化物，它熔融时能导电，则又表现

45、出离子型卤化物的特征。通常把这种类型的卤化物称为过渡型卤化物。第58页/共80页第五十九页，共80页。 大多数金属(jnsh)卤化物易溶于水，但氯、溴、碘元素的银盐、铅盐，亚汞盐、亚铜盐难溶于水。对于离子型卤化物，同一金属(jnsh)元素的卤化物的溶解度大小顺序为：碘化物溴化物氯化物氟化物共价型金属(jnsh)卤化物的溶解度变化规律恰好相反：氟化物氯化物溴化物碘化物 在金属(jnsh)卤化物中，金属(jnsh)氯化物仅 AgCl、Hg2Cl2、CuCl、PbCl2 难溶于水，其他金属(jnsh)卤化物易溶于水；金属(jnsh)溴化物和金属(jnsh)碘化物除Ag+、 、Cu+、Pb2+ 的溴化

46、物和碘化物难溶于水外，HgBr2、HgI2 和 BiI3 也难溶于水。金属(jnsh)氟化物的溶解性则比较特殊。2+2Hg第59页/共80页第六十页，共80页。四、卤素(l s)的含氧酸及其盐 氯、溴、碘元素(yun s)均可形成氧化值为 +1、+3、+5、+7 的含氧酸及其盐。卤素(l s)的含氧酸氧化值氯溴碘名称+1HClOHBrOHIO次卤酸+3HClO2HBrO2亚卤酸+5HClO3HBrO3HIO3卤 酸+7HClO4HBrO4HIO4,H5IO6高卤酸 根据价层电子对推斥理论， 为 V 形， 为三角锥形， 为四面体形。2XO3XO4XO第60页/共80页第六十一页，共80页。 Cl

47、O ClO2ClO3ClO4-第61页/共80页第六十二页，共80页。 (一) 氯的含氧酸及其盐1. 次氯酸及其盐 次氯酸是一种极弱的酸，因此次氯酸盐极易水解。次氯酸只存在于溶液中，而且很不稳定，其分解(fnji)反应有以下两种方式：22HClO 2HCl + O33HClO 2HCl + HClO 在光照或有催化剂存在时，次氯酸的分解几乎完全按照第一个反应进行；加热时，主要按第二个反应发生歧化反应。 次氯酸极不稳定，实际(shj)应用多为次氯酸盐。通常是把氯气通入冷的碱溶液中制备次氯酸盐。第62页/共80页第六十三页，共80页。 次氯酸钙、氯化钙和氢氧化钙组成的混合物就是漂白粉，其有效成分为

48、次氯酸钙。漂白粉及次氯酸盐的漂白作用主要是利用次氯酸的氧化性。漂白粉使用时最好加酸，使 Ca(ClO)2 转变成 HClO 后才能具有氧化性，发挥漂白消毒作用。空气中的二氧化碳也能从漂白粉中置换出来次氯酸，所以浸泡过漂白粉的棉织物在空气中晾晒也能产生(chnshng)漂白作用。 漂白粉置于空气中会逐渐失效，是因为空气中的 CO2 和 H2O 与漂白粉作用生成 HClO，而 HClO不稳定发生分解的结果。第63页/共80页第六十四页，共80页。2. 亚氯酸及其盐 亚氯酸是惟一已知的亚卤酸，它仅存在于溶液中，其酸性强于次氯酸。亚氯酸溶液可由硫酸(li sun)和亚氯酸钡溶液作用制取：242242H

49、 SO +Ba(ClO ) BaSO +2HClO 亚氯酸盐在溶液中较为稳定，其晶体(jngt)受热或受撞击时会发生爆炸。亚氯酸及其盐都有强氧化性，其还原产物通常为 Cl-。第64页/共80页第六十五页，共80页。 氯酸具有(jyu)强氧化性，它能将碘氧化为碘酸：32322HClO + I 2HIO + Cl 氯酸盐比较稳定。氯酸钾是最重要的氯酸盐，它是无色(w s)透明晶体，在二氧化锰存在时，473 K 下氯酸钾可分解为氯化钾和氧气。 氯酸钾是一种强氧化剂，受热或与易燃物、有机物、硫酸等接触时发生燃烧和爆炸，常用于制造炸药、火柴及烟火等。 氯酸盐在酸性溶液中显强氧化性。3. 氯酸及其盐 氯酸

50、是强酸，其酸性(sun xn)与盐酸相近。氯酸不稳定，仅存在于溶液中，当 HClO3 的质量分数超过40% 时发生分解，反应剧烈，甚至能引起爆炸：322423HClO 2O +Cl +HClOH O第65页/共80页第六十六页，共80页。42224HClO 2Cl +7O + 2H O 4. 高氯酸及其盐 无水高氯酸是无色、黏稠状液体，冷、稀溶液比较稳定，浓溶液不稳定。当温度高于 363 K 时，HClO4 发生分解，可引起爆炸： 当溶液中 HClO4 的质量分数大于 60 % 时，与易燃物质接触会发生爆炸。当溶液HClO4 的质量分数低于 60%，加热接近沸点(fidin)也不分解。HClO

51、4 是酸性最强的酸，在水溶液中发生完全解离。 高氯酸盐比较稳定，固体高氯酸盐受热分解，放出氧气，但热分解温度高于氯酸钾。 高氯酸盐大多数溶于水，但 K+、Rb+ 、Cs+、 的高氯酸难溶于水。4NH第66页/共80页第六十七页，共80页。(二) 溴和碘的含氧酸及其盐1. 次溴酸、次碘酸及其盐 次溴酸和次碘酸不稳定(wndng)，易按下式分解：33HXO 2HX + HXO 溴和碘溶于冷的碱溶液中，生成次卤酸盐。 BrO- 在 273 K 时比较稳定，在室温时歧化反应(fnyng)速率很快，在 323 K 以上时，歧化反应(fnyng)进行很完全，全部生成 和 Br-。 IO-在溶液中的歧化反应

52、(fnyng)速率在任何温度下都很快，而且歧化反应(fnyng)都能进行到底，在碱性介质中不存在 IO-。3BrO第67页/共80页第六十八页，共80页。2. 溴酸、碘酸及其盐 卤酸的酸性强弱顺序为：HClO3HBrO3HIO3但三种卤酸的稳定性恰好相反。 溴酸溶液的质量分数低于 50% 时比较稳定，超过 50% 时，溴酸分解为溴和氧气(yngq)。 碘酸为白色晶体，加热到 473 K 失水，583 K 时开始熔化并发生分解。 溴酸可用溴酸钡与硫酸作用制得：3 22434Ba(BrO ) + H SO 2HBrO + BaSO碘酸可用浓硝酸(xio sun)氧化 I2 制得：2332 2I +

53、10HNO () 2HIO +10NO + 4H O浓第68页/共80页第六十九页，共80页。 溴酸盐常用(chn yn)溴单质在热的浓碱中歧化制得：2323Br + 6KOH KBrO + 5KBr + 3H O碘酸盐可用碘化物在碱溶液(rngy)中用氯气氧化得到：232KI + 6KOH + 3Cl KIO + 6KCl + 3H O 溴酸盐和碘酸盐溶液(rngy)具有氧化性，其氧化能力与溶液(rngy) pH 有关。当溶液(rngy)的 pH1.4 时， 能将 Cl- 氧化为 Cl2：+322BrO + 6Cl + 6H 3Cl + Br + 3H O当溶液的 pH1.4 时，上述反应逆

54、向进行。3BrO第69页/共80页第七十页，共80页。3. 高溴酸、高碘酸及其盐 高溴酸是强酸，其酸性与高氯酸相近。高溴酸是一种(y zhn)极强的氧化剂，其氧化能力比高氯酸和高碘酸都强。在强碱条件下用 F2 氧化 生成3BrO4BrO :2342F + BrO + 2OH BrO + 2F + H O将所得(su d)溶液酸化，可得到 HBrO4。 高碘酸以正高碘酸和偏高碘酸形式存在。 高碘酸的酸性比高氯酸弱得多，但它的氧化性却比高氯酸强，而且反应平稳快速。2+564322Mn+ 5H IO 2MnO + 5IO + 7H O + 11H第70页/共80页第七十一页，共80页。HIO4 的结

55、构(jigu) H5IO6 的结构(jigu)第71页/共80页第七十二页，共80页。第三节 稀有气体(x yu q t)一、稀有气体的性质(xngzh)二、稀有气体化合物三、稀有气体的应用第72页/共80页第七十三页，共80页。 第 18 族元素也称稀有气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡六种元素。稀有气体的外层电子组态，除 He 为 1s2 外，其余为 ns2np6。稀有气体的化学性质很不活泼，曾被认为不能与其他元素原子化合，以单原子气体分子状态存在，因此(ync)又称惰性气体。1962 年，加拿大的英国籍化学家巴特利特成功合成了第一种稀有气体化合物 XePtF6，此后又陆续合成了多种稀有气体

56、化合物。第73页/共80页第七十四页，共80页。一、稀有气体(x yu q t)的性质稀有气体的某些(mu xi)性质氦氦氖氖氩氩氪氪氙氙氡氡元素符号HeNeArKrXeRn原子序数21018365486相对原子质量4.00320.1839.9583.80131.3222.0外层电子组态1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6范德华半径/pm122160192198217熔点/-272.15-248.67-189.38-157.36-111.8-71沸点/-268.935-246.05-185.87-153.22-108.04-62Ei,1/(kJ/mol-1)237

57、2.32086.951526.81357.01176.51043.3溶解度/mL(kg H2O)-18.6110.523.659.4108230密度/(gL-1)(标准状况)0.1760.89991.78243.74935.7619.730.081.86.79.613.618.01vapm/(kJ mol )H第74页/共80页第七十五页，共80页。 稀有气体的熔点、沸点、溶解度、密度等，均随原子序数的增大而增大，与这些非极性单原子分子的色散(ssn)力的递增相适应。 稀有气体的第一电离能均很高，电子亲和能均为负值。因此，稀有气体在通常条件下很难失去或获得电子而与其他元素形成化合物。但在一定条

58、件下，稀有气体仍然可以与某些物质反应。现已成功合成的稀有气体化合物多为氙的化合物和少数氪、氡的化合物。第75页/共80页第七十六页，共80页。二、稀有气体(x yu q t)化合物(一) 氙的氟化物 将氟气与氙气置于镍制的密闭容器内加热至 523 K 以上，根据(gnj)两种气体的体积比不同，可分别生成 XeF2、XeF4、XeF6。 XeF2、XeF4、XeF6 都是强氧化剂，能将 Cl-氧化为 Cl2，例如：222XeF + 2HCl 2Xe + 2HF+ Cl它们还可以被 H2 定量(dngling)还原：62XeF + 3H 6HF + Xe它们还是优良的氟化剂：62662XeF +

59、SiO 2XeOF + SiF第76页/共80页第七十七页，共80页。(二) 氙的含氧化合物 氙的含氧化合物有氧化值为 +6 的 XeO3 和 H2XeO4 及氧化值为 +8 的 XeO4 和 H4XeO6。在酸性介质中 Xe() 的化合物比较稳定，在碱性(jin xn)介质中 Xe() 的化合物较稳定:436222XeO + 4OH XeO+ Xe + O + 2H O2+264222H XeO+ 2H 2HXeO + O +2H O XeO3 为白色晶体，易潮解，易爆炸，具有(jyu)很强的氧化性，可将 Mn2+ 氧化为 。 XeO4 为无色气体，易爆炸，可缓慢分解为Xe、XeO3 和 O

60、2。4MnO 第77页/共80页第七十八页，共80页。三、稀有气体(x yu q t)的应用 除氡的放射性可引起生物损伤外，稀有气体的一个共同生物效应是全身麻醉作用。稀有气体的麻醉能力从 He Xe，随着相对原子质量的增大而增强。 超低温技术中常常用到液氦，利用液氦可以获得 0. 001 K 的低温。因氦轻而稳定，可代替氢气充气球或汽艇。用氦气和氧气的混合气体代替空气供潜水员呼吸，可避免潜水员迅速返回水面时因压力突然下降引起的 “气塞病”。氦氧混合气体在医学上还可用于气喘、窒息病人的治疗。大量氦气还用于航天工业和核反应工程(gngchng)。稀有气体在电场作用下，易于放电发光，常用于制造特种光源。第78页/共80页第七十九页，共80页。氦气球特种(tzhng)红灯氩气灯第79页/共80页第八十页，共80页。