10非金属元素一氢稀有气体卤素

第十章第十章 非金属元素非金属元素(一一)氢氢稀有气体稀有气体卤卤素素1 1一一 氢氢氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素在自然界中主要以化合态存在在自然界中主要以化合态存在是周期系中第一号元素是周期系中第一号元素2 21氢氢的的发现发现1766年年,“易燃空气易燃空气”Cavendish(1731-1810)Laviusiser(1743-1794)1787年年,“Hydrogen”3 32.1存在存在宇宙中最丰富的元素，太阳大气高达宇宙中最丰富的元素，太阳大气高达81.75。氢氢在在地地壳壳外外层层的的大大气气、水水和和岩岩石石里里以以原原子子百百分比占分比占15.4，仅次于氧而居第二位。，仅次于氧而居第二位。2氢氢的存在和性的存在和性质质4 42.2三种同位素三种同位素1 H氕氕，符号，符号为为H，占，占99.98%2H氘氘，符号，符号为为D，占，占0.02%3H氚氚，符号，符号为为T，是，是H的的1017分之一，主要分之一，主要 是核衰是核衰变变的的产产物。物。5 52.32.3两种两种两种两种变变变变体体体体 正正氢氢 仲仲氢氢区区别别：H2中两个中两个氢氢原子核原子核 H2中两个中两个氢氢原子核原子核 自旋自旋方向相同方向相同 自旋自旋方向相反方向相反H2中含量：中含量：高温：高温：75%25%20K：0.03%99.97%化学性化学性质质相同，物理性相同，物理性质质稍有差异。稍有差异。6 62.4氢氢的性的性质质物物理理性性质质密度最小，无色无味气体密度最小，无色无味气体扩扩散速度快，散速度快，导热导热性高性高微溶于水微溶于水(一体一体积积水在水在273K时时溶解溶解0.02体体积氢积氢)沸沸点点低低，20.2K，液液态态氢氢可可以以把把除除氦氦以以外外的的所所有有气体冷却气体冷却为为固体。固体。7 7氢氢气气在在氧氧气气或或空空气气中中燃燃烧烧，可可得得到到温温度度近近3000的的氢氢氧焰。氧焰。H2 +O2 H2O rHm=-285.830 kJmol-1 易易被被钯钯、铂铂、镍镍等等金金属属吸吸收收，其其中中钯钯的的吸吸氢氢能能力力最最强强，室室温温下下一一体体积积的的粉粉末末状状钯钯可可吸吸收收900体体积积的的氢氢。因因此此这这些些金金属属是是有有关关于于氢氢反反应应的的优优良催化良催化剂剂。8 8化化学学性性质质(1)常温下分子常温下分子氢氢不活不活泼泼。(2)高温下，良好的高温下，良好的还还原原剂剂。能在空气中燃能在空气中燃烧烧生成水。生成水。能同能同卤卤素、素、N2等非金属反等非金属反应应，生成共价型，生成共价型氢氢化物。如：化物。如：3H2 N2 2NH3 与活与活泼泼金属反金属反应应，生成金属，生成金属氢氢化物。化物。如：如：H2 2Na 2NaH 能能还还原原许许多金属氧化物或金属多金属氧化物或金属卤卤化物化物为为 金金属。如属。如：H2 CuOCuH2O9 9(3)在有机化学中，在有机化学中，氢氢可可发发生加生加氢氢反反应应。(4)发发生离解作用，得到原子生离解作用，得到原子氢氢。H22H 431 kJmol-1化化学学性性质质10102.5氢氢的成的成键键特征特征1、形成、形成离子离子键键：活：活泼泼金属的金属的氢氢化物：化物：MH2、形成、形成共价共价键键：（1）形成一个非极性的共价）形成一个非极性的共价单键单键：H2（2）形成极性的共价）形成极性的共价键键：HX3、独特的独特的键键型型（1）形成）形成单电单电子共价子共价键键：H2（2）金属）金属氢氢化物化物非整比化合物：非整比化合物：LaH2.87（3）形成）形成氢键氢键、氢桥键氢桥键(B2H6)1111氢桥键和氢键氢桥键和氢键氢桥键和氢键氢桥键和氢键1212氢氢化物在周期表中的分化物在周期表中的分类类Li Be B C N O FNa Mg Al Si P S ClK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se BrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te ICs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po AtFr Ra Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub离子型离子型 过过渡型渡型 共价型共价型 这这种分种分类类不非十分不非十分严严格。例如，格。例如，MgH2到底是离子型，到底是离子型，还还是共是共价型或价型或过过渡型，渡型，实际实际上是有争上是有争议议的。另外，的。另外，镧镧系元素的系元素的氢氢化物化物LaH2是是过过渡型，但当渡型，但当组组成接近或等于成接近或等于LnH3时时，就，就变变成了离子型成了离子型。1313三、三、氢氢的制的制备备实验实验室制室制备备实验实验室由活室由活泼泼金属和金属和稀酸反稀酸反应应或两性金属或两性金属与碱反与碱反应应制制备备,也可用也可用电电解法制解法制备备Zn+2H+=H2+Zn2+Zn+2H2O+2OH-=Zn(OH)42-+H2阴极阴极:2H2O+2e =H2+2OH-电电解法解法阳极阳极:4OH-4e =O2+2H2O 由两性金属与碱反由两性金属与碱反应应或或电电解解法得到的法得到的氢氢气气纯纯度更高度更高1414组组成：成：球形漏斗、双球形容器和球形漏斗、双球形容器和带带活塞的玻璃活塞的玻璃导导管管优优点：点：即开即用，即关即停即开即用，即关即停1515氢氢气的工气的工业业制制备备l水煤气法：水煤气法：C+H2O =CO+H21273 Kl水蒸气水蒸气转转化法：化法：CH4+H2O CO+3H2(g)10731273 K催化催化剂剂l天然气裂解法：天然气裂解法：CH4 =C+2H2催化催化剂剂1616世博园提供新能源世博园提供新能源车实现车实现零排放零排放 采用采用氢氢气气驱动驱动。1000辆辆新能源新能源车车承担交通承担交通，园区内尾气，园区内尾气“零排放零排放”。优优点：点：干干净卫净卫生，燃生，燃烧烧后的后的产产物是水，不会物是水，不会污污 染染环环境。境。氢氢燃料汽燃料汽车车以以氢为氢为主要能量作主要能量作为为移移动动的汽的汽车车1717二二稀有气体稀有气体VIII A族：族：He Ne Ar Kr Xe Rn1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6稀有气体的价稀有气体的价电电子子结结构称构称为饱为饱和和电电子子层结层结构，构，因此稀有气体不易失去因此稀有气体不易失去电电子、不易得到子、不易得到电电子，不易子，不易形成化学形成化学键键。稀有气体均稀有气体均为单为单原子分子，原子分子，He是所有是所有单单质质中沸点最低的气体。中沸点最低的气体。物理性物理性质质1818稀有气体的用途稀有气体的用途He超低温冷却超低温冷却剂剂；填充气球；作惰性保；填充气球；作惰性保护护气用气用于核反于核反应应堆堆热热交交换换器；液氦在温度小于器；液氦在温度小于2.2K时时，是一种超流体，具有超，是一种超流体，具有超导导性和低粘性，性和低粘性，对对于研究和于研究和验证验证量子理量子理论论有重要的意有重要的意义义。Ne氖氖的的导电导电性是空气的性是空气的75倍，用于放倍，用于放电电管中管中发发射射红红光，光，也用于作金属也用于作金属焊焊接的保接的保护护气。气。Ar氩氩的的导热导热性很差，用于填充灯泡，也用作性很差，用于填充灯泡，也用作焊焊接的接的保保护护气。气。Xe氪氪和氙和氙 导热导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的性均很差，用于填充灯泡，用氙制的电电光源氙灯有光源氙灯有“小太阳小太阳”之称。之称。Kr1919三三卤卤素素20201卤卤素的存在素的存在 由于由于卤卤素素单质单质有很高的化学活性，它有很高的化学活性，它们们不可不可能以游离的方式存在于自然界，而是以能以游离的方式存在于自然界，而是以稳稳定的定的卤卤化物形式存在。化物形式存在。n氟：主要以氟：主要以萤萤石、冰晶石和磷灰石存在石、冰晶石和磷灰石存在n氯氯、溴：主要以碱金属、碱土金属、溴：主要以碱金属、碱土金属卤卤化物的形式化物的形式存在于海水中，存在于海水中，氯还氯还存在于岩存在于岩盐盐、井、井盐盐和和盐盐湖中。湖中。n碘：主要以碘：主要以卤卤化物和碘酸化物和碘酸盐盐的形式存在。的形式存在。21212卤素的性质卤素的性质22223卤卤卤卤素素素素单质单质单质单质3.13.1物理性物理性物理性物理性质质质质单单质质状状态态熔点熔点(K)沸点沸点(K)键键能能(kJ/mol)(X2/X-)(V)F2气气态态53.5385.011582.868Cl2气气态态172.17239.182421.358Br2液液态态265.9331.931931.0652I2固固态态386.7457.501510.535At5756101100.223231、单质的颜色：、单质的颜色：气态卤素单质的颜色随着分子量的增大气态卤素单质的颜色随着分子量的增大由浅黄色由浅黄色黄绿色黄绿色红棕色红棕色紫色。紫色。2、气味：、气味：所有卤素具有刺激性气味，强烈刺激眼、鼻等，所有卤素具有刺激性气味，强烈刺激眼、鼻等，吸入较多会中毒，甚至死亡，其毒性从氟到碘逐渐吸入较多会中毒，甚至死亡，其毒性从氟到碘逐渐减轻。使用液溴，必须戴橡胶手套。碘具有升华性。减轻。使用液溴，必须戴橡胶手套。碘具有升华性。24243、溶解性：、溶解性：（1）卤卤素在水中的溶解性不大。氟不溶于水，因素在水中的溶解性不大。氟不溶于水，因为为它与水它与水剧剧烈反烈反应应而生成氧气；而生成氧气；氯氯水溶液呈淡黄水溶液呈淡黄绿绿色；溴水溶液呈橙黄色；碘水溶液呈棕色。色；溴水溶液呈橙黄色；碘水溶液呈棕色。2525（2）卤卤素素单质单质在有机溶在有机溶剂剂种的溶解性比在水中要种的溶解性比在水中要强强得多，溴可溶于乙醇、乙得多，溴可溶于乙醇、乙醚醚、氯氯仿、四仿、四氯氯化碳化碳等溶等溶剂剂中，溶液的中，溶液的颜颜色随色随浓浓度的增加而逐度的增加而逐渐渐加深，加深，从黄色到棕从黄色到棕红红色；碘溶于介色；碘溶于介电电常数常数较较大的溶大的溶剂剂中中呈棕色或棕呈棕色或棕红红色在介色在介电电常数常数较较小的溶小的溶剂剂中中则则呈紫呈紫色。色。26263.23.2化学性化学性化学性化学性质质质质（一）与金属、非金属的作用（一）与金属、非金属的作用氟能与所有金属和非金属（除氮、氧和一些稀氟能与所有金属和非金属（除氮、氧和一些稀有气体外）直接化合，反有气体外）直接化合，反应应常常是很猛烈的，伴随常常是很猛烈的，伴随着燃着燃烧烧和爆炸。氟与和爆炸。氟与单质单质的反的反应总应总是把它是把它们们氧化到氧化到最高的氧化最高的氧化态态如把如把Co、S、V和和Bi氧化氧化为为:CoF3，SF6，VF5，BiF5（氯氯与它与它们们反反应应生成生成:CoCl2，SCl4，VCl4，BiCl3）2727在室温或不太高温度下，在室温或不太高温度下，氟氟与镁、铁、铜、与镁、铁、铜、铅、镍等金属反应，在金属表面形成一层保护性铅、镍等金属反应，在金属表面形成一层保护性的金属氟化物薄膜，可阻止氟与金属进一步的反的金属氟化物薄膜，可阻止氟与金属进一步的反应。在室温时氟与金、铂不作用，加热时则生成应。在室温时氟与金、铂不作用，加热时则生成氟化物。氟化物。F2与与Cu、Ni、Mg作用，表面生成氟化物保护膜，可作用，表面生成氟化物保护膜，可阻止进一步被氧化，所以阻止进一步被氧化，所以F2可储存在可储存在Cu、Ni、Mg制制成的容器中成的容器中2828氯氯也能与各种金属和大多数非金属（除氮、氧、也能与各种金属和大多数非金属（除氮、氧、稀有元素外）直接化合，但有些反应需要加热，反稀有元素外）直接化合，但有些反应需要加热，反应还比较剧烈，如钠、铁、锡、锑、铜等都能在氯应还比较剧烈，如钠、铁、锡、锑、铜等都能在氯中燃烧。中燃烧。潮湿的氯在加热条件下能与金、铂起反应，干潮湿的氯在加热条件下能与金、铂起反应，干燥的氯却不与铁作用，故可将干燥的液氯贮于钢瓶燥的氯却不与铁作用，故可将干燥的液氯贮于钢瓶中。中。氯与非金属反应的剧烈程度不如氟。氯与非金属反应的剧烈程度不如氟。一般能与氯反应的金属（除了贵金属）和非一般能与氯反应的金属（除了贵金属）和非金属同样也能与溴、碘反应，只是反应的活性不金属同样也能与溴、碘反应，只是反应的活性不如氯，要在较高的温度下才能发生。如氯，要在较高的温度下才能发生。2929（二）与水、碱的作用（二）与水、碱的作用X2+H2O2H+2X-+0.5O2(除碘外除碘外)X2+H2O H+X-+HXO3030氯气的漂白性：氯气的漂白性：氯气与水生成次氯酸，可使有机色素永久性漂白。氯气与水生成次氯酸，可使有机色素永久性漂白。3131卤素的歧化反应与溶液的卤素的歧化反应与溶液的pH值有关，当氯水值有关，当氯水溶液的溶液的PH4时，歧化反应才能发生，时，歧化反应才能发生，pH HBrO4 H5IO6 最强的无机酸最强的无机酸 五元弱酸五元弱酸8080HClO4是已知酸中最强的酸，浓热的是已知酸中最强的酸，浓热的HClO4是是强的氧化剂，遇到有机物质会发生爆炸性反应，但强的氧化剂，遇到有机物质会发生爆炸性反应，但稀冷的稀冷的HClO4溶液几乎不显氧化性。溶液几乎不显氧化性。高氯酸盐一般是可溶的，但高氯酸盐一般是可溶的，但Cs+、Rb+、K+及及NH4+的高氯酸盐的溶解度都很小。的高氯酸盐的溶解度都很小。高溴酸是强酸，强度接近于高溴酸是强酸，强度接近于HClO4它的氧化能它的氧化能力高于高氯酸和高碘酸。力高于高氯酸和高碘酸。8181重要高卤酸盐：高氯酸盐重要高卤酸盐：高氯酸盐重要高卤酸盐：高氯酸盐重要高卤酸盐：高氯酸盐KClO4：稳定性好，用作炸药比：稳定性好，用作炸药比KClO3更稳定更稳定NH4ClO4：现代火箭推进剂：现代火箭推进剂Mg(ClO4)2,Ca(ClO4)2可可用作干燥剂用作干燥剂8282用单质用单质F2（在碱性溶液）或（在碱性溶液）或XeF2氧化氧化BrO3-来来制备高溴酸盐，其反应如下：制备高溴酸盐，其反应如下：NaBrO3+F2+2NaOHNaBrO4+2NaF+H2O高碘酸是强氧化剂，一般反应平稳而且迅速，高碘酸是强氧化剂，一般反应平稳而且迅速，在酸性介质中能使在酸性介质中能使Mn2+氧化为氧化为MnO4-2Mn2+5H5IO62MnO4-+5IO3-+7H2O-+11H+高溴酸的氧化能力高于高碘酸。高溴酸的氧化能力高于高碘酸。8383第六节第六节第六节第六节 拟卤素（拟卤素（拟卤素（拟卤素（Pseudo-halogenPseudo-halogen）一、概念一、概念 拟卤素是指由二种或二种以上电负性较大的元拟卤素是指由二种或二种以上电负性较大的元素组成原子团，这些原子团性质与卤素单质相似，素组成原子团，这些原子团性质与卤素单质相似，其阴离子性质与卤离子其阴离子性质与卤离子X-相似。相似。重要的拟卤素有氰（重要的拟卤素有氰（CN）2、硫氰、硫氰 （SCN）2、硒氰（、硒氰（SeCN）2、氧氰、氧氰 (OCN)2等。等。8484二、氢氰酸和氰化物二、氢氰酸和氰化物二、氢氰酸和氰化物二、氢氰酸和氰化物氢氰酸为无色液体，其蒸气剧毒，有苦杏仁味，氢氰酸为无色液体，其蒸气剧毒，有苦杏仁味，溶于水、乙醇、乙醚等溶剂。溶于水、乙醇、乙醚等溶剂。氰化物很多，常见的有氢氰酸、氰化钾、氰化氰化物很多，常见的有氢氰酸、氰化钾、氰化钠、氰化氨等，均为白色粉末状固体。氰化物是剧钠、氰化氨等，均为白色粉末状固体。氰化物是剧毒物。它们易溶于水，溶液呈碱性。氰化物在农业毒物。它们易溶于水，溶液呈碱性。氰化物在农业上用作杀虫剂、消毒剂和防霉剂，工业上用途广泛，上用作杀虫剂、消毒剂和防霉剂，工业上用途广泛，电镀、冶金、照相等应用最多。电镀、冶金、照相等应用最多。8585一些植物的核仁（如樱桃、李子、桃子、一些植物的核仁（如樱桃、李子、桃子、杏仁、批把等）中含有由杏仁、批把等）中含有由HCN与醛酮相结合与醛酮相结合而成的糖甙，糖甙无毒，但它受酶、胃酸而成的糖甙，糖甙无毒，但它受酶、胃酸（人食后）等作用，发生水解，生成（人食后）等作用，发生水解，生成HCN，从而引起中毒。从而引起中毒。8686氢氰酸或氰化物进入机体后氢氰酸或氰化物进入机体后,氰离子（氰离子（CN-）与）与含铁细胞色素氧化酶（呼吸酶）中的铁结合，使呼含铁细胞色素氧化酶（呼吸酶）中的铁结合，使呼吸酶不能传送氧，致使组织细胞得不到氧而造成细吸酶不能传送氧，致使组织细胞得不到氧而造成细胞内窒息。同时，氰化物可产生对中枢神经系统的胞内窒息。同时，氰化物可产生对中枢神经系统的毒害作用，尤以呼吸及血管运动中枢为甚毒害作用，尤以呼吸及血管运动中枢为甚,先刺激先刺激兴奋而后抑制兴奋而后抑制,直至呼吸麻痹。直至呼吸麻痹。8787小结（小结（1 1）氯的各种含氧酸及其盐的性质的一般规律：）氯的各种含氧酸及其盐的性质的一般规律：HClOHClO2HClO3HClO4MClOMClOMClOMClO2 2MClOMClO3 3MClOMClO4 4热稳定性增强热稳定性增强氧化能力增强氧化能力增强氧氧化化能能力力减减弱弱热热稳稳定定性性增增强强氧氧化化能能力力减减弱弱热热稳稳定定性性增增强强酸酸性性增增强强88881 1、氧化性、氧化性、氧化性、氧化性 酸的氧化性酸的氧化性酸的氧化性酸的氧化性 盐的氧化性盐的氧化性盐的氧化性盐的氧化性 同种卤素生成不同的含氧酸时，同种卤素生成不同的含氧酸时，同种卤素生成不同的含氧酸时，同种卤素生成不同的含氧酸时，HXOHXO HXOHXO2 2 HXOHXO3 3 HXOHXO4 4 含氧酸结构相同时，含氧酸结构相同时，含氧酸结构相同时，含氧酸结构相同时，M/HXO Cl M/HXO Cl Br Br I I M/HXO M/HXO3 3 Br Br Cl Cl I I M/HXO M/HXO4 4 BrBr I I ClCl小结（小结（2 2）各种含氧酸及其盐的性质的一般规律：）各种含氧酸及其盐的性质的一般规律：89892、酸性、酸性 同种卤素：同种卤素：HXO HXO2 HXO3 Br I3、稳定性、稳定性 酸的稳定性酸的稳定性 盐的稳定性盐的稳定性 HXO HXO2 HXO3 HXO4 9090