非金属元素通论和硼

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 非金属元素通论和硼,12-1 元素的发现、分类及其在自然界的存在,12-2 非金属元素的通论,12-3 硼及其化合物,12-1元素的发现、分类及其在自然界的存在,12-1-1 元素的发现和分类,金属,非金属,稀有气体,元素发现的时期和分类,Lr,No,Md,Fm,Es,Cf,Bk,Cm,Am,Pu,Np,Pa,Lu,Eu,Pm,Fr,At,Re,Hf,Tc,As,P,Pb,Hg,Au,Sb,Sn,Ag,Cu,Fe,S,C,Th,Er,Tb,Ce,Ir,Os,Ta,La,Ba,I,Cd,Pd,Rh,Ru,Nb,Br,V,Ca,K,Si,Al,Mg,Na,B,Be,Li,Yb,Tm,Ho,Dy,Gd,Sm,Nd,Pr,Ac,Ra,Rn,Po,Tl,Cs,Xe,In,Rb,Kr,Ge,Ga,Sc,Ar,Ne,F,He,U,Bi,Pt,W,Te,Mo,Zr,Y,Sr,Se,Zn,Ni,Co,Mn,Cr,Ti,Cl,O,N,H,古代,1317 世纪,18 世纪,19 世纪上半叶,19 世纪下半叶,20 世纪上半叶,地壳中主要元素的丰度,12-1-2 元素在地壳、海洋和大气中的分布,元素在地壳中的含量称为,丰度,，通常以质量分数和原子分数表示。,元素,O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,H,Ti,质量分数/%,48.6,26.3,7.73,4.75,3.45,2.74,2.47,2.00,0.76,0.42,12-2 非金属元素通论,非金属元素有,22种,12-2-1非金属单质的结构和性质,一.非金属单质的结构,8-N 规则：,第N族的非金属元素的每个原子可以提供8-N个价电子去与8-N个邻近原子形成8-N个共价（单）键。,VII族 N=7 8-N=1 双原子分子(,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,),零族 N=8 8-N=0 单原子分子,(He,Ne,Ar,Kr,Xe),VI族 N=6 8-N=2,V族 N=5 8-N=3,IV族 N=4 8-N=4,III族 N=3 8-N=3,非金属元素按其单质的结构和性质可分为三类：,小分子物质单原子分子，双原子分子 分子晶体,多原子物质S,8,Se,x,P,4,分子晶体,大分子物质C,Si （含链、层）原子晶体,二.非金属单质的化学性质,(1)与H,2,O的反应,常温下,氧化型 还原型,F,2,+2e=2F,-,E,o,=2.87V,Cl,2,+2e=2Cl,-,E,o,=1.36V,Br,2,+2e=2Br-E,o,=1.07V,I,2,+2e=2I,-,E,o,=0.54V,氧化性增强,还原性增强,4H,+,+O,2,+4e=2H,2,O (中性溶液)E,o,=0.81V,12-2-2 非金属元素的氢化物,12-2-3 非金属含氧酸及其盐,一、非金属含氧酸的酸性,1、ROH规则,也可以用ROH规则说明A中,HClO,HBrO,HIO,的酸性依次减弱。,HClO,3,HBrO,3,HIO,3,的酸性也依次减弱,2、鲍林规则,二、非金属含氧酸及其盐的氧化还原性,12-2-4 非金属单质的一般制备方法,1、氧化法,3FeS(s)+12C(s)+8O,2,(空气)=Fe,3,O,4,(s)+12CO(g)+6S(g),4HCl(浓)+MnO,2,=MnCl,2,(aq)+2H,2,O(l)+Cl,2,2、还原法,2Ca,3,(PO,4,),2,(s)+10C(s)+6SiO,2,(s)=6CaSiO,3,(s)+10CO(g)+P,4,3、置换反应,2KBr(aq)+Cl,2,(g)=2KCl(aq)+Br,2,(l),2KI(aq)+Cl,2,(g)=2KCl(aq)+I,2,(s),4、电解法,2KHF,2,(l)=2KF(s)+H,2,(g)+F,2,(g),阳极,阴极,12-3 硼及其化合物,单质硼,的制备在1808年由英国的戴维、法国的盖吕萨克和泰纳完成。自然界中并无天然单质硼存在，常与其他元素共生在一起，如,硼镁矿、硼砂,等，我国西部地区的内陆盐湖及辽宁、吉林等地都产硼。,硼化学的独特性仅是在近40年来由于结构化学的发展才被发现的。近年来硼化合物的化学获得了迅速和多方面的发展，硼化学领域的广阔几乎有可能同碳化学（有机化学）相比美。,12-3-1 硼的成键特征,电子层结构,ns,2,p,1,缺电子原子,（价电子数少于价轨道数）,原子半径小,（88pm）,第一电离能高,（801 kJmol,-1,）,上述特征决定了硼化学的独特性。,12-3-2 硼的氢化物,分类,B,n,H,n+4,类：,B,2,H,6,、B,5,H,9,、B,6,H,10,、B,8,H,12,、B,10,H,14,B,n,H,n+6,类：B,3,H,9,、B,4,H,10,、B,5,H,11,、B,6,H,14,2.B,2,H,6,的分子结构,称“三中心,二电子”键，,用“,3c2e,”表示，,又称为,氢桥,。,H,B B,3.B,2,H,6,的性质,含硼化合物燃烧时，,火焰呈现绿色。,(2)遇水易离解,(1)自燃,（,3）可做高能（火箭）燃料,。,（4）硼烷剧毒,远超过氰化钾，光气（COCl)等。,故常使用硼烷的衍生物，,如：(C,2,H,5,),3,B,5,H,6,是液体高能燃料；,(C,2,H,5,),2,B,10,H,12,和(C,4,H,9,),2,B,10,H,12,等,是固体,高能燃料。,12-3-3 硼的重要化合物,一、硼砂Na,2,B,4,O,7,10H,2,O,硼砂为无色透明晶体，在空气中容易失去部分水而风化，加热至380400，完全失去水成为无水盐Na,2,B,4,O,7,，加热到878，则熔化为玻璃状物体。,硼砂珠实验,Na,2,B,4,O,7,+CoO=2NaBO,2,Co(BO,2,),2,(宝蓝色),Na,2,B,4,O,7,+NiO=2NaBO,2,Ni(BO,2,),2,（淡红色）,此性质用于鉴定重金属离子，也被应用于搪瓷和玻璃工业（上釉、着色并耐高温）及焊接金属(焊药，除去金属表面的氧化物）。硼砂还用于制造特种光学玻璃和人工宝石。,硼砂常温下溶解度较小，沸水中易溶。水解显较强的碱性。,Na,2,B,4,O,7,+3H,2,O=2NaBO,2,+2H,3,BO,3,；,2NaBO,2,+4H,2,O=2NaOH+2H,3,BO,3,所以，工业上用作肥皂、洗衣粉的填料。,B：sp,2,杂化,二、硼酸（H,3,BO,3,）,1.制备,Mg,2,B,2,O,5,H,2,O+2H,2,SO,4,=2H,3,BO,3,+2MgSO,4,Na,2,B,4,O,7,10H,2,O+H,2,SO,4,=4H,3,BO,3,+Na,2,SO,4,+5H,2,O,2.结构,3.性质,(1),一元弱酸(固体酸),硼酸的酸性不是,而是由于B的缺电子性，可以接受水电离出的OH,-,，生成加合物B(OH),4,-,，使水溶液的H,+,，从而使溶液呈酸性。,(3),受热易分解,(2),与多羟基化合物加合（B的缺电子性）,可使硼酸的酸性增加。,应用,硼酸被大量的用于,玻璃和搪瓷,工业。因为是弱酸，对人体的受伤组织有和缓和防腐作用，故为医药上常用的,消毒剂,之一，如硼酸软膏、硼酸粉等。硼酸也是减少排汗的收敛剂，为痱子粉的成份之一。此外，它还用于食物,防腐,。,12-3-4 新型硼化物,碳化硼,B,4,C(boron carbide),黑色有光泽，共价性碳化物，特征：密度小（2.52,g/cm,3,）、,熔点高(2800,K,以上)、硬度大、耐腐蚀性好。是航天工业配件的一种理想特种材料。,氮化硼,(,BN),n,(boron nitride),俗称白色石墨,层状：,固体润滑剂,金刚石型：,硬度超过金刚石,回页首,下一章,