十三章p區(qū)元素一ppt課件

1、平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院第十三章第十三章 p區(qū)元素區(qū)元素(一一) 13.3 碳族元素碳族元素 13.2 硼族元素硼族元素 13.1 p區(qū)元素概述區(qū)元素概述平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 13.1 p區(qū)元素概述區(qū)元素概述平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 第二周期元素具有反常性 (只需2s,2p軌道) 構(gòu)成配合物時(shí)，配位數(shù)最多不超越4； 第二周期元素單鍵鍵能小于第三周期元 素單鍵鍵能(kJ/mol-1) E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141 E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199p區(qū)

2、元素性質(zhì)的特征區(qū)元素性質(zhì)的特征各族元素性質(zhì)由上到下呈現(xiàn)二次周期性平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院第周圍期元素表現(xiàn)出異常性(d區(qū)插入)EV458. 1)/ClClO(23 V513. 1)/BrBrO(23E V209. 1)/IIO(23E V226. 1)/ClOClO(34E 例如：溴酸、高溴酸氧化性分別比其他鹵酸(HClO3 ，HIO3)、高鹵酸(HClO4，H5IO6)強(qiáng)。EV60. 1)/IOIOH(365EV763. 1)/BrOBrO(34平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院最后三個(gè)元素性質(zhì)緩慢地遞變 K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+r/p

3、m 133 99 62 53 47 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+r/pm 148 113 81 71 62 Cs+ Ba2+ Tl3+ Pb4+ Bi5+r/pm 169 95 84 74(d區(qū)、f 區(qū)插入)平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院價(jià)電子構(gòu)型：ns2np1-5 例如：氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。惰性電子對效應(yīng)：同族元素從上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物變得更穩(wěn)定。 多種氧化值平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院例如：Si(II) Pb(IV) 價(jià)電子構(gòu)造分別為Xe6s2，Xe電負(fù)性大，構(gòu)成共價(jià)化合物平原大學(xué)化學(xué)與

4、環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 13.2 硼族元素硼族元素13.2.4 鋁的化合物鋁的化合物13.2.3 硼的化合物硼的化合物13.2.2 硼族元素的單質(zhì)硼族元素的單質(zhì)13.2.1 硼族元素概述硼族元素概述平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.2.1 硼族元素概述硼族元素概述硼族(A)：B，Al，Ga，In，Tl價(jià)電子構(gòu)型：ns2np1缺電子元素：價(jià)電子數(shù)價(jià)層軌道數(shù)缺電子化合物：成鍵電子對數(shù)價(jià)層軌道數(shù)例如：BF3，H3BO3。 留意： HBF4不是缺電子化合物。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院ClClAlClClClClAl缺電子化合物特點(diǎn)：b. 易構(gòu)成雙聚

5、物Al2Cl6HF BF3a. 易構(gòu)成配位化合物HBF4平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院硼族元素的普通性質(zhì)B為非金屬單質(zhì)，Al，Ga，In，Tl是金屬氧化態(tài)：B，Al，Ga：+3 In：+1，+3 Tl：+1最大配位數(shù)：B：4 例：HBF4其它：6 例：Na3AlF6平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.2.2 硼族元素的單質(zhì)硼族元素的單質(zhì)平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院硼的單質(zhì)同素異形體：無定形硼， 晶形硼 棕色粉末, 黑灰色 化學(xué)活性高， 硬度大 熔點(diǎn)，沸點(diǎn)都很高。-菱形硼B(yǎng)12原子晶體平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.2

6、.3 硼的化合物硼的化合物1.硼的氫化物硼烷分類：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6 B4H10 乙硼烷 丁硼烷 有CH4，但無BH3 最簡單的硼烷：B2H6 其構(gòu)造并非如右圖所示：HHBBHHHH平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 硼烷的構(gòu)造 B：利用sp3雜化軌道，與氫構(gòu)成三中心兩電子鍵。氫橋記作：HHBBHHHH 要點(diǎn)：B的雜化方式，三中心兩電子鍵、氫橋。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院B4H10分子構(gòu)造119pm110pm137pm143pm122。171pmHB( b )BBBBHHHHHHHHHHH( a )平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院

7、化學(xué)與化工學(xué)院硼烷的性質(zhì) 自燃高能燃料，劇毒 水解含硼化合物熄滅 火焰呈現(xiàn)綠色O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB232262(g)H6(s)BO2HO(l)3H(g)HB233262水下火箭燃料 mol-509.3kJ-1rHmrHm-1mol-2034kJ平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 加合反響COB2HCOHB362 被氯氯化6HCl(l)2BCl(g)6Cl(g)HB3262-1mol-1376kJrHm4622NaBHHB2NaH4622LiBHHB2LiHBH)(NHBH2NHHB4232362平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院B：sp2雜化O

8、HBOOHH硼酸 H3BO3構(gòu)造：2.硼的含氧化合物平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院性質(zhì)： 一元弱酸 (固體酸) 與多羥基化合物加合-O C HO C HRRBH C OH C ORRO3HH2H O C HH O C HRRHOHOBOHH C O HH C O HRR 受熱易分解)(OBHBOBOH32O-H2O-H3322玻璃態(tài) OHBOH233HB(OH)-4K=5.810-10OH C H2BOH33OH C HRR平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 硼砂O10HOBNa2742O8H(OH)OBNa24542硼酸根的構(gòu)造：平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)

9、學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院性質(zhì)：構(gòu)成緩沖溶液 pH=9.24 (20 ) 水解呈堿性 與酸反響制H3BO34233242742SONaBOH4O5HSOHOBNa O5H(OH)OB22454-332OHBO4H-4332B(OH)BO2H-332OHBO4H 脫水O10H2NaBOOBOH10OBNa22328782742 硼砂珠實(shí)驗(yàn)：)( 2NaBO)Co(BOCoOOBNa222742藍(lán)色)(2NaBO)Ni(BONiOOBNa222742棕色平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院3.硼的鹵化物 BX3構(gòu)造：B：sp2雜化 BX3性質(zhì)：BXXX BF3 BCl3 BBr3 BI3 室溫

10、下聚集態(tài) g g l s 熔點(diǎn)/ -127.1 -107 -46 49.9 沸點(diǎn)/ -100.4 12.7 91.3 210 平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院水解：I)Br,Cl,(X 3HXBOHO3HBX332333BFHFHFBF3HBFBOHO3H4BF43323平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院1.氧化鋁和氫氧化鋁 氧化鋁：Al2O3 - Al2O3 ：剛玉，硬度大，不溶于水、酸、堿。 - Al2O3 ：活性氧化鋁，可溶于酸、堿，可作為催化劑載體。13.2.4 鋁的化合物鋁的化合物平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院紅寶石(Cr3+) 藍(lán)寶石

11、(Fe3+,Cr3+) 黃玉/黃晶(Fe3+) 有些氧化鋁晶體透明，因含有雜質(zhì)而呈現(xiàn)鮮明顏色。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院在堿性溶液中存在Al(OH)4-或Al(OH)63- 簡便書寫為332AlOAlO 或 氫氧化鋁：Al(OH)3兩性： Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2OAl(OH)3+ OH- Al(OH)4-平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院2.鋁的鹵化物離子晶體 分子晶體分子晶體：熔點(diǎn)低，易揮發(fā)，易溶于有機(jī) 溶劑，易構(gòu)成雙聚物。水解猛烈：HCl3Al(OH)O3HAlCl323AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3離子鍵 共價(jià)鍵平原

12、大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院用干法合成AlCl3：322AlCl(g)3ClAl2 潮濕空氣中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。白煙為NH4ClCO32AlCl3Cl3COAl3232(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al23平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院3.鋁的含氧酸鹽硫酸鋁：342)(SOAlOH12)KAl(SO224S(g)3H(s)2Al(OH)O6H2S2Al232-23Al3+易水解：K=10-5.03(g)3CO(s)2Al(OH)OH3CO32Al232-233Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+鋁鉀礬(明礬)：

13、平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院Al3+的鑒定：在氨堿性條件下，參與茜素O3H)()OHAl(C234714紅色茜素3NH(s)Al(OH)OH3NHAl43233(OH)OHC3Al(OH)226143平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 13.3 碳族元素碳族元素13.3.5 錫、鉛的化合物錫、鉛的化合物13.3.4 硅的化合物硅的化合物13.3.3 碳的化合物碳的化合物13.3.2 碳族元素的單質(zhì)碳族元素的單質(zhì)13.3.1 碳族元素概述碳族元素概述平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.3.1 碳族元素概述碳族元素概述價(jià)電子構(gòu)型：ns2np2CS

14、iG eSnPb-4+2+4(+2)+2+2+4+4+4(+4)46666氧化值最大配位數(shù)單質(zhì)可構(gòu)成原子晶體 金屬晶體碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院存在方式：碳：金剛石、石墨；煤、石油、天然氣； 碳酸鹽； CO2 。硅：SiO2和各種硅酸鹽。鍺：硫銀鍺礦 4Ag2SGeS2 ， 硫鉛鍺礦2PbS GeS2 。錫：錫石 SnO2 。鉛：方鉛礦 PbS，白鉛礦 PbCO3 。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院錫石SnO2方鉛礦 PbS 平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.3.2 碳族元素的單質(zhì)碳族元

15、素的單質(zhì)平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院碳單質(zhì)的同素異形體：金剛石：原子晶體,硬度最大,熔點(diǎn)最高。石墨：層狀晶體 ，質(zhì)軟，有金屬光澤。足球烯或富勒烯： C60， C70 等。 C60 是1985年用激光轟擊石墨作碳的氣化實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 C60 是由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的32面體。碳纖維平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院石墨(sp2雜化)金剛石(sp3雜化)平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院足球烯，富勒烯，C60 (sp2雜化)平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 硅單質(zhì)有無定形體和晶體兩種，其晶體類似金剛石。 鍺單質(zhì)是灰白色金屬

16、，硬而脆，構(gòu)造類似于金剛石。 錫單質(zhì)有三種同素異形體： 鉛單質(zhì)：質(zhì)軟，能阻撓X射線?？勺麟娎|的包皮，核反響堆的防護(hù)屏。13.2161灰錫(錫) 白錫(錫) 脆錫平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.3.3 碳的化合物碳的化合物構(gòu)造： CO(6+8=14e-)與N227=14e-是等電子體, 構(gòu)造類似。一個(gè)鍵兩個(gè)鍵:C O: 1.碳的氧化物一氧化碳(CO):C O:平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院性質(zhì)：作配位體，構(gòu)成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中C是配位原子。復(fù)原劑：(g)CO(g)O21CO(g)22(g)3CO2Fe(s

17、)3CO(g)(s)OFe232劇毒平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院2.二氧化碳 (CO2)43 ：O C O ：經(jīng)典的分子構(gòu)造：O=C=OOC=O雙鍵鍵長124pm (在CH3-C-CH3中)C O叁鍵鍵長113pmCO2中，碳、氧之間鍵長116pmC：sp雜化固體二氧化碳干冰平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院OOC43 43 平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 3.碳酸及其鹽 CO2溶于水，大部分CO2H2O，極小部分H2CO3CO32-的構(gòu)造：CO32-(6+38+2=32e-)與BF3(5+39=32e-)為等電子體。C：sp2雜化COOO2

18、-64 -71-332104.4 HCOH COHK11-2-23-3104.7 COH HCOK平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院碳酸及其鹽的熱穩(wěn)定性： H2CO3MHCO3M2CO3 (g)COOMCOMCOOHCOMHCO2M(g)COOHCOH2II3II223I23I2232同一族金屬的碳酸鹽穩(wěn)定性從上到下添加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解T/ 100 540 900 1290 0平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性差 CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解T / 900 315 350 2

19、82價(jià)電子構(gòu)型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_離子極化觀念：COOO2-M2+MCO3 MO + CO2 r(M2+) 愈小，M2+ 極化力愈大，MCO3 愈不穩(wěn)定； M2+ 為18e_，(18+2)e_ ，(9-17)e_ 構(gòu)型相對于 8e_構(gòu)型的極化力大， 其 MCO3 相對不穩(wěn)定。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院碳酸鹽的溶解度： 易溶鹽：Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)COOOHOOHOC2-COOOCOOOHOCOOHH- 其它金屬(含Li)碳酸鹽難溶于水，且酸式鹽溶解

20、度大于正鹽。氫鍵存在，構(gòu)成二聚物或多聚物平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 金屬離子參與可溶性碳酸鹽時(shí)，生成沉淀的類型：(s)BaCOCOBa3-232氫氧化物堿性較弱的金屬離子與之反響生成碳酸羥鹽(堿式碳酸鹽)沉淀。 例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。 氫氧化物堿性較強(qiáng)的金屬離子與之反響生成碳酸鹽沉淀。 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 水解性強(qiáng)、兩性的金屬離子與之反響生成氫氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl2232-233(g)CO(s)CO(OH)MgOH2CO2Mg23222-232(g)CO(s)CO(OH)CuOH2CO2Cu23222-232平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院13.3.4 硅的化合物硅的化合物1.硅的氧化物無定型體：石英玻璃、硅藻土、燧石晶體：天然晶體為石英，屬于原子晶體純石英：水晶含有雜質(zhì)的石英：瑪瑙，紫晶平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院水晶石英鹽黑曜石紫晶縞瑪瑙瑪瑙平原大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院新鄉(xiāng)