大学化学第6章.ppt
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1、首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页1大学化学第6章 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页2 6.1 单质的物理
2、性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页36.1 单质的物理性质单质的物理性质元元素素(112)非金属非金属 (22)金属金属 (90)普通普通:Fe(5.1%),Cu,Au(5 10-7%),Ag(1 10-5%),Al等等(1/3)稀有稀有(2/3)轻稀有金属:轻稀有金属:Li,Rb,Cs,Be等等难熔稀有金属:难熔稀有金属:
3、Ti(1660 C),V(1890 C),W(3410 C) ,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta等等稀散金属稀散金属:Ga,In,Tl,Ge(分散在分散在Al,Si等矿石中等矿石中)稀土金属稀土金属:Sc,Y,镧系镧系(共生共生)等等贵稀有金属贵稀有金属:Pt,Pd(钯钯)等等放射性稀有金属放射性稀有金属:锕系锕系,Ra,Po,Th,Pa,U等等思考:思考:单质的物理性质主要与什么因素有关?单质的物理性质主要与什么因素有关?答:单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子答:单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子结构或晶体结构具有一定的规律性,因此单质的物理性质也有结构或
4、晶体结构具有一定的规律性,因此单质的物理性质也有一定的规律性。一定的规律性。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页46.1.1 6.1.1 熔点、沸点和硬度熔点、沸点和硬度 单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势,即熔点高的单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势,即熔点高的单质其沸点一般也高,硬度也较大。单质其沸点一般也高,硬度也较大。 第第2、3周期元素的单质周期元素的单质从左到右,逐渐升高,从左到右,逐渐升高,第四主族的元素最高第四主族的元素最高,随后降低;,随后降低; 第第4、5、6周期元素的单质周期元素的单质从左到右,逐渐升高,从左到右,逐渐升高,第六副族的元素最高
5、第六副族的元素最高,随后逐渐降低。,随后逐渐降低。即:高即:高熔点、熔点、高高硬度硬度单质集中在中部,其两侧较低。单质集中在中部,其两侧较低。6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页51. 1. 单质的熔点单质的熔点单质的熔点单质的熔点(C)6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页62. 2. 单质的沸点单质的沸点图6.2 单质的沸点(C)6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页73. 3. 单质的硬度单质的硬度图6.3 单质的硬度(莫氏)6.1 单质的物理性质单质的物
6、理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页84. 4. 主族元素的晶体类型主族元素的晶体类型IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0 H2 分子H2 分子He分子Li金属Be金属B近原子C金刚石,原子 石墨,层状 N2 分子O2 分子F2 分子Ne分子Na金属Mg金属Al金属Si原子P分子,层状S分子,链状 Cl2 分子Ar分子K金属Ca金属Ga金属Ge原子As分子,层状Se分子,链状 Br2 分子Kr分子Rb金属Sr金属In金属Sn原子,金属Sb分子,层状Te链状I2 分子Xe分子Cs金属Ba金属Tl金属Pb金属Bi层状,近金属Po金属AtRn分子6.1 单质的物理性质单质的物
7、理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页95. 5. 非金属单质的晶体结构非金属单质的晶体结构非金属单质的分子和晶体结构示意图非金属单质的分子和晶体结构示意图金属晶体6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页10碳的同素异形体碳的同素异形体金刚石:金刚石:sp3 网格状网格状 硬度大硬度大石墨:石墨:sp2 片层状片层状 润滑性、导电性润滑性、导电性C60:类:类sp2 球烯球烯 多种优异性能多种优异性能碳的同素异形体碳的同素异形体石墨石墨C60金刚石金刚石6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页11
8、C60的发现的发现 C60结构图结构图1996年年 Kroto, Smalley及及Curl三位教授三位教授因首先发现(因首先发现(1985)C60而荣获瑞典皇家而荣获瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔化学奖。科学院颁发的诺贝尔化学奖。H. W. 克鲁托克鲁托Harold W. KrotoR. E. 史沫莱史沫莱Richard E. SmalleyR. F. 柯尔柯尔Robert F. Curl6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页126.1.2 6.1.2 单质的导电性单质的导电性导体:导体:金属能三维导电,是电的良导体金属能三维导电,是电的良导体绝缘体:
9、绝缘体:许多非金属单质不能导电,是绝缘体许多非金属单质不能导电,是绝缘体半导体:半导体:介于导体与绝缘体之间的是半导体,如介于导体与绝缘体之间的是半导体,如Si、 Ge等等思考思考:单质中最好的导体是谁?:单质中最好的导体是谁?答:答:(1)Ag、Cu、Au、Al等是最好的导电材料。等是最好的导电材料。 (2)Ag、Au价格昂贵,只用于电子器件连接点等特殊场合;价格昂贵,只用于电子器件连接点等特殊场合;(3)Al、Cu广泛用于电器工业,广泛用于电器工业,Al的电导率低于的电导率低于Cu,但密度小,但密度小,因此因此Al代替代替Cu作高压电缆。作高压电缆。6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页
10、首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页13图6.6 单质的电导率(MSm-1)6.1 单质的物理性质单质的物理性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页14 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页156.2.1 金属单质的还原性思考思考1:金属单质的还原性主要与哪些因素有关?金属单质的还原性主要与哪
11、些因素有关?答:从结构因素考虑,主要与元素的核电荷数、原子半径答:从结构因素考虑,主要与元素的核电荷数、原子半径和最外层电子数有关。和最外层电子数有关。思考思考2:金属单质的还原性主要体现在哪些反应上?金属单质的还原性主要体现在哪些反应上? 金属与氧的作用金属与氧的作用 金属置换氢的能力金属置换氢的能力6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页161. 1. 金属单质活泼性规律金属单质活泼性规律 同一周期同一周期: : 短周期:左到右金属单质的还原性逐渐减弱。 长周期:递变情况和短周期一致,但较为缓慢,也有例外。 同一族同一族自上而下主副族变化规律相反(
12、B与相邻的主族一致)。氧化性增强氧化性增强氧化性增强氧化性增强还原性增强还原性增强还原性增强还原性增强还原性增强还原性增强还原性增强不明显还原性增强不明显还原性增强还原性增强A AA AB B B 金属单质活泼性规律金属单质活泼性规律6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页172. 温度对单质活泼性的影响温度对单质活泼性的影响*在在873K时,单质与氧气结合的能力由强时,单质与氧气结合的能力由强到弱的顺序大致为:到弱的顺序大致为:Ca、Mg、Al、Ti、Si、Mn、Na、Cr、Zn、Fe、H2、C、Co、Ni、Cu这一顺序与常温时单质的活泼性递变情况这
13、一顺序与常温时单质的活泼性递变情况并不完全一致。并不完全一致。温度会影响金属与氧气反应的产物。温度会影响金属与氧气反应的产物。对于氧化值可变的金属来说,高温下生成对于氧化值可变的金属来说,高温下生成低氧化值的金属氧化物的倾向较大,而常低氧化值的金属氧化物的倾向较大,而常温下生成高氧化值的金属氧化物的倾向较温下生成高氧化值的金属氧化物的倾向较大。例如,铁在高温下以生成大。例如,铁在高温下以生成FeO为主为主,常常温时则以温时则以Fe2O3为主。为主。 rGm (T) r Hm (298.15K) T . r Sm (298.15K)一些单质与氧气反应的一些单质与氧气反应的 rGm (T)与温度的
14、近似关系与温度的近似关系6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页183. 3. 金属与氧的作用金属与氧的作用过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水反应会放出过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水反应会放出氧气,又可吸收氧气,又可吸收CO2并产生并产生O2气,所以较易制备的气,所以较易制备的KO2常用于常用于急救器或装在防毒面具中急救器或装在防毒面具中:正常氧化物:正常氧化物:Li2O、BeO、MgO等,在空气中生成氧化物等,在空气中生成氧化物过氧化物:过氧化物:(除除Li、Be、Mg外外) ,在纯,在纯O2中生成过氧化物。中生成过氧化物。超
15、氧化物:超氧化物:K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等,在过量的等,在过量的O2中燃中燃烧可以生成。烧可以生成。2Na2O2(s) + 2CO2(g) = 2Na2CO3(s) + O2(g)4KO2(s) + 2H2O(g) = 3O2(g) + 4KOH(s)4KO2(s) + 2CO2(g) = 2K2CO3 + 3O2(g)6.2 单质的化学性质单质的化学性质(1)S区区首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页19(2)p区金属元素区金属元素 只有只有Al比较活泼,能在空气中与氧反应,但生成致密的氧化膜。比较活泼,能在空气中与氧反应,但生成致密的氧化膜。(3)d区元素区元素 比较不
16、活泼,第四周期元素除比较不活泼,第四周期元素除Cu外可以与氧反应,但外可以与氧反应,但Cr、Zn也也形成致密的氧化膜。形成致密的氧化膜。Sc 在空气中能迅速作用在空气中能迅速作用 Sc2O3 Ti, V 常温下对空气较稳定常温下对空气较稳定 高温与氧气强烈化合高温与氧气强烈化合TiO2, V2O5 Cr, Mn 常温下缓慢氧化常温下缓慢氧化高温下与氧气作用明显高温下与氧气作用明显Cr2O3氧化膜氧化膜 Fe, Co, Ni 常温与氧气作用不显著常温与氧气作用不显著高温与氧气作用高温与氧气作用Fe2O3, Co2O3, NiO氧化膜氧化膜 Cu 性质稳定,加热氧化性质稳定,加热氧化 CuO Zn
17、 活泼性较强活泼性较强 ZnO氧化膜氧化膜6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页20思考思考:副族元素与氧反应的活泼性递变规律同主族元素相比,有何:副族元素与氧反应的活泼性递变规律同主族元素相比,有何不同?不同?答:同一周期:活泼性递变规律基本一致,但副族元素的变化很小,答:同一周期:活泼性递变规律基本一致,但副族元素的变化很小,性质比较类似。性质比较类似。 同一族:主族元素随周期数增加而增加;同一族:主族元素随周期数增加而增加; 副族元素(除副族元素(除Sc副族)随周期数增加而降低。副族)随周期数增加而降低。6.2 单质的化学性质单质的化学性质4.
18、 4. 金属的溶解金属的溶解 s区金属与水剧烈反应,置换出水中的氢,生成氢氧化物。区金属与水剧烈反应,置换出水中的氢,生成氢氧化物。2Na+2H2O=2NaOH+H2Be, Mg形成致密氧化膜,对水稳定。形成致密氧化膜,对水稳定。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页21 p区金属区金属(除锑、铋外除锑、铋外)和第四周期副族金属和第四周期副族金属( 铜除外铜除外 )的电极电势的电极电势比氢低,可以与盐酸和稀硫酸反应。比氢低,可以与盐酸和稀硫酸反应。Zn+2HCl=ZnCl2+H2 d区第五和第六周期金属的电极电势比氢高,只能与氧化性的酸区第五和第六周期金属的电极电势比氢高,只能与氧化性
19、的酸(浓硫酸、浓硝酸、王水等浓硫酸、浓硝酸、王水等)反应。反应。 3Pt+4HNO3+18HCl=3H2PtCl6+4NO(g)+3H2O Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO(g)+2H2O 铌、钽、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水,可以溶于浓硝酸和氢铌、钽、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水,可以溶于浓硝酸和氢氟酸的混合酸。氟酸的混合酸。 p区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(g)6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页225. 5. 金属
20、的钝化金属的钝化金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用的氧化膜,称为金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用的氧化膜,称为金属的钝化。最易产生钝化作用的有金属的钝化。最易产生钝化作用的有Al、Cr、Ni和和Ti以及含有这以及含有这些金属的合金些金属的合金。 金属的钝化必须满足两个条件:金属的钝化必须满足两个条件: 金属所形成的氧化膜在金属表面必须是连续的,即所生成的金属所形成的氧化膜在金属表面必须是连续的,即所生成的氧化物的体积必须大于金属原有的体积。氧化物的体积必须大于金属原有的体积。氧化膜的结构致密,而且具有较高的稳定性,氧化膜与金属氧化膜的结构致密,而且具有较高的稳定性,氧化膜与金
21、属的热膨胀系数相差不能太大。的热膨胀系数相差不能太大。6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页236.2.2 6.2.2 非金属单质的氧化还原性非金属单质的氧化还原性 较活泼的非金属单质如较活泼的非金属单质如F2、O2、Cl2、Br2具有强氧化性,常用作具有强氧化性,常用作氧化剂。氧化剂。5Cl2 + I2 + 6H2O = 10Cl+ 2IO3+ 12H+ 较不活泼的非金属单质如较不活泼的非金属单质如C、H2、Si常用做还原剂,如:常用做还原剂,如:C + 2H2SO4(浓浓) = CO2(g) + 2SO2(g) + 2H2O3Si + 18HF
22、+ 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO(g) + 8H2OSi + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2(g)一些不活泼的非金属单质如稀有气体、一些不活泼的非金属单质如稀有气体、N2等通常不与其他物质反等通常不与其他物质反应,常用做惰性介质保护气体应,常用做惰性介质保护气体。6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页24歧化反应歧化反应 有些非金属单质既具有氧化性又具有还原性,其有些非金属单质既具有氧化性又具有还原性,其Cl2、Br2、I2、P4、S8等能发生岐化反应。等能发生岐化反应。Cl2 + H2O = HCl + HCl
23、OCl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O溴和碘在氢氧化钠中倾向于生成溴酸钠和碘酸钠:溴和碘在氢氧化钠中倾向于生成溴酸钠和碘酸钠:Br2 + 6NaOH = 5NaBr + NaBrO3 +3H2O次氯酸钠次氯酸钠次氯酸钠可以释放出原子氯,后者有极强的杀菌和漂白作用。因次氯酸钠可以释放出原子氯,后者有极强的杀菌和漂白作用。因此广泛地用作消毒液和漂白剂。此广泛地用作消毒液和漂白剂。次氯酸钠在工业上用作氧化剂,可以将芳酮氧化为羧酸:次氯酸钠在工业上用作氧化剂,可以将芳酮氧化为羧酸:ArCOCH3 + NaOCl = ArCOONa +CH3Cl 6.2 单质的化学性质单质的
24、化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页25离子型氢化物离子型氢化物 活泼性极强的碱金属和碱土金属可以与氢气发生反应生成离子型活泼性极强的碱金属和碱土金属可以与氢气发生反应生成离子型氢化物:氢化物:2Na + H2 = 2NaHCa + H2 = CaH2 氢化物可分为共价型(如氢化物可分为共价型(如HCl),金属型、离子型等。离子型氢化,金属型、离子型等。离子型氢化物可以释放原子态氢,在工业上作为强还原剂用于还原醛、酮、物可以释放原子态氢,在工业上作为强还原剂用于还原醛、酮、酯等羰基化合物。酯等羰基化合物。6.2 单质的化学性质单质的化学性质首页首页 上一页上一页 下一页下一页
25、 末页末页26 6.1 单质的物理性质单质的物理性质 6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 第第6章章 元素化学与无机材料元素化学与无机材料首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页276.3.1 6.3.1 氯化物的熔点、沸点氯化物的熔点、沸点 氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。 氯化物概述氯化物概述 NaCl、KCl、BaCl2等离子型氯化物熔点较高、稳定性好的氯
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