单质与无机化合物.ppt
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1、单质与无机化合物现在学习的是第1页,共83页8.18.1单质单质8.1.1 8.1.1 化学元素概述化学元素概述1923年,国年,国际际同位素与原子量委同位素与原子量委员员会会规规定:将核定:将核电电荷数相同的一荷数相同的一类类原子称原子称为为一种元素一种元素。到目前为止,总共有到目前为止,总共有118118种元素被发现或人工制造出来,其中种元素被发现或人工制造出来,其中9090多种存在于地球上。从铀之后的第多种存在于地球上。从铀之后的第9393号到号到118118号元素,除镎(号元素,除镎(NpNp)和钚)和钚(PuPu)在地球上有极微量存在外,其它都是那些至今在地球上未能)在地球上有极微量
2、存在外,其它都是那些至今在地球上未能被发现的元素,要通过人为创造条件分别发现它们。被发现的元素,要通过人为创造条件分别发现它们。近来俄罗斯杜布纳联合原子核研究所宣布要合成近来俄罗斯杜布纳联合原子核研究所宣布要合成119119号元素。人工合成新元素号元素。人工合成新元素是否是否可一直进行下去?可一直进行下去?现在学习的是第2页,共83页地壳中主要元素的丰度地壳中主要元素的丰度元素元素OSiAlFeCaNaKMgHTi质量分质量分数数/%48.6 26.3 7.73 4.75 3.45 2.74 2.47 2.00 0.76 0.42现在学习的是第3页,共83页大气中的平均组成大气中的平均组成气体
3、气体体积分体积分数数/%质量分质量分数数/%气体气体体积分数体积分数/%质量分质量分数数/%N278.0975.51CH40.000220.00012O220.9523.15Kr0.0001140.00029Ar0.9341.28N2O0.00010.00015CO20.03140.046H20.000050.000003Ne0.0018180.00125Xe0.00000870.000036He0.0005240.000072O30.0000010.000036现在学习的是第4页,共83页海水中主要元素的含量海水中主要元素的含量(不考虑溶解的气体)(不考虑溶解的气体)元素元素质量分质量分数数
4、/%元素元素质量分数质量分数/%元素元素质量分数质量分数/%O85.89Br0.0065N(硝酸盐)0.00007H10.32C(无机物)0.0028N(有机物)0.00002Cl1.9Sr0.00130.0013Rb0.00002Na1.1B0.00046Li0.00001Mg0.13Si0.00040I0.000005S0.088C(有机物)0.00030U0.0000003Ca0.040Al0.00019K0.038F0.00014现在学习的是第5页,共83页族族A ABAAAAAVIIIA价电子构型价电子构型ns1ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5ns2np6
5、周周期期1H2分子分子晶体晶体金金属属晶晶体体He分子分子晶体晶体2Li金属金属晶体晶体B近原近原子晶子晶体体金刚石金刚石C原子晶体原子晶体石墨石墨C层状晶体层状晶体N2分子晶体分子晶体O2分子晶体分子晶体F2分子分子晶体晶体Ne分子分子晶体晶体3Na金属金属晶体晶体Al金属金属晶体晶体Si原子晶体原子晶体白磷白磷P4分子晶体分子晶体黑磷黑磷Px层状晶体层状晶体斜方硫斜方硫S8分子晶体分子晶体弹性硫弹性硫Sx链状晶体链状晶体Cl2分子分子晶体晶体Ar分子分子晶体晶体4K金属金属晶体晶体Ga金属金属晶体晶体Ge原子晶体原子晶体黄砷黄砷As4分子晶体分子晶体灰砷灰砷Asx层状晶体层状晶体红硒红硒S
6、e8分子晶体分子晶体灰硒灰硒Sex链状晶体链状晶体Br2分子分子晶体晶体Kr分子分子晶体晶体5Rb金属金属晶体晶体In金属金属晶体晶体灰锡灰锡Sn原子晶体原子晶体白锡白锡Sn金属晶体金属晶体黑锑黑锑Sb4分子晶体分子晶体灰锑灰锑Sbx层状晶体层状晶体灰碲灰碲Te链状晶体链状晶体I2分子分子晶体晶体Xe分子分子晶体晶体6Cs金属金属晶体晶体Tl金属金属晶体晶体Pb金属晶体金属晶体Bi层状晶体层状晶体(近金属晶体近金属晶体)Po金属晶体金属晶体AtRn分子分子晶体晶体典型金属晶体典型金属晶体原子晶体原子晶体、层状或链状晶体层状或链状晶体分子晶体分子晶体分分子子晶晶体体或或原原子子晶晶体体金金属属晶
7、晶体体8.1.2单质的晶体的晶体结构构现在学习的是第6页,共83页巨型分子巨型分子非金属单质非金属单质的晶体结构的晶体结构多原子分子多原子分子a.白磷 b.斜方硫小分子小分子a.氯气 b.稀有气体现在学习的是第7页,共83页六方密堆积面心立方密堆积体心立方密堆积 六方密堆方密堆积积:例如Be、Mg、III B、IV B、VII B等金属 面心立方密堆面心立方密堆积积:例如Pb、Pd、Pt、I B等金属。体心立方堆体心立方堆积积:例如:Na、K、Li、VB、VI B等金属金属单质的晶体结构金属单质的晶体结构现在学习的是第8页,共83页8.1.3单质的物理性的物理性质主族元素单质主族元素单质熔点、
8、沸点:熔点、沸点:低低高高低低密度、硬度:密度、硬度:小小大大小小导电性:导体导电性:导体半导体、非导体半导体、非导体同周期从左到右同周期从左到右现在学习的是第9页,共83页副族元素单质均为金属晶体副族元素单质均为金属晶体1.一般具有较高的熔点和沸点一般具有较高的熔点和沸点熔点最高的是熔点最高的是W3422,其次是其次是Re2.较大的密度和硬度较大的密度和硬度(B和和B除外除外)密度最大的是密度最大的是OsIrPt硬度最大的是硬度最大的是Cr(仅次于金刚石仅次于金刚石)3.易导电易导电现在学习的是第10页,共83页稀有气体稀有气体(RareGas)稀有气体的熔点、沸点稀有气体的熔点、沸点元素元
9、素第一电离能第一电离能/kJ.mol1熔点熔点/K沸点沸点/K在干燥空气中在干燥空气中的体积分数的体积分数/%He23724.220.000524Ne208124.5426.090.001818Ar152183.7888.290.934Kr1351115.95119.800.000114Xe1170155.15165.020.0000087Rn1037102.15111.15极微量现在学习的是第11页,共83页元素元素发现年代发现年代发发现现者者氦氦1868J.N.Lockyer(英英)P.J.C.Janssen(法法)1895W.Ramsay(英)(英)氩氩1894J.W.Rayleigh(
10、英英)W.Ramsay(英)(英)氖氖1898W.Ramsay(英)(英)Morris Travers(英)(英)氪氪1898W.Ramsay(英)(英)氙氙1898W.Ramsay(英)(英)氡氡1900F.E.Dorn(德德)9-7-1 稀有气体的发现稀有气体的发现现在学习的是第12页,共83页9-7-2稀有气体的存在、结构、性质和用途稀有气体的存在、结构、性质和用途存在存在主要存在于空气主要存在于空气氦也存在于某些天然气中氦也存在于某些天然气中氡为某些放射性元素的蜕变产物氡为某些放射性元素的蜕变产物现在学习的是第13页,共83页氦为氦为2电子构型电子构型其它为稳定的其它为稳定的8电子构型
11、电子构型结构结构9-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、结构、结构、性质和用途性质和用途现在学习的是第14页,共83页在一般条件下不具备化学活性在一般条件下不具备化学活性在自然界以原子形式存在在自然界以原子形式存在熔、沸点低,熔、沸点低,并随原子序数的增加而递增并随原子序数的增加而递增9-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、结构、结构、性质和用途性质和用途性质性质现在学习的是第15页,共83页用途用途现在学习的是第16页,共83页8.1.4 单质的化学性质金属单质金属单质:主要表现主要表现为还原性。为还原性。非金属单质非金属单质:既具有氧化性,既具有氧化性,也具有还原性。也具有还原性。
12、还原性递减还原性递减 氧化性递增氧化性递增现在学习的是第17页,共83页8.1.4 单质的化学性质1金属单质的化学性质金属单质的化学性质现在学习的是第18页,共83页原原子子半半径径增增大大金金属属性性、还还原原性性增增强强电电离离能能、电电负负性性减减小小IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大S区金属的化学性质区金属的化学性质现在学习的是第19页,共83页2M+2H2O2MOH+H2(g)与水作用与水作用用H2O作氧化剂即能将其溶解,生成相应的氢氧化物,并放出大量的热。Na
13、 +H2O NaOH +1/2H2(g)Be和和Mg由于表面形成致密的氧化物保护膜对由于表面形成致密的氧化物保护膜对H2O较为稳定。较为稳定。Li与与H2O的的反应较慢。的的反应较慢。现在学习的是第20页,共83页5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中的在水中的溶解度溶解度/(molL-1)电电极极电电势势属属于于热热力力学学范范畴畴,而而反反应应剧剧烈烈程程度度属属于于动力学范畴,两者之间并无直接的联系。动力学范畴,两者之间并无直接的联系。Li与与水水反
14、反应应不不激激烈烈,主主要要原原因因(1)锂锂的的熔熔点点较较高高,与与水水反反应应产产生生的的热热量量不不足足以以使使其其熔熔化化;(2)与与水水反反应应的的产产物物溶溶解解度度较较小小,易易覆覆盖盖在在金金属属锂锂的的上上面面,阻阻碍反应继续进行。碍反应继续进行。Solution 锂的标准电极电势比钠或钾的标准锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小,为什么锂与水反应没有电极电势小,为什么锂与水反应没有其他金属与水的反应激烈?其他金属与水的反应激烈?Question Question 1 1现在学习的是第21页,共83页单质在空气中燃烧,形成相应的氧化物:与氧、硫、氮、卤素反应与氧、硫、氮
15、、卤素反应 形成相应的化合物形成相应的化合物Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2BeO MgOCaOSrOBaO2过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水及过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水及过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水及过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质,它们与水及二氧化碳反应可直接或间接地生成氧气。二氧化碳反应可直接或间接地生成氧气。二氧化碳反应可直接或间接地生成氧气。二氧化碳反应可直接或间接地生成氧气。Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O22Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2(g)现在学习的是第22页,共83页 为何空气中燃烧碱金属所得产物不
16、同?Solution1.哪一个燃烧反应的 负值最大,产物就是哪一个。Na生成Na2O、Na2O2 和 NaO2的 分别是 376 kJmol-1,430 kJmol-1和 389.2 kJmol-1,因此燃烧产物就是 Na2O2。2.的大小由 决定。其中 的大小主要由 来决定。则要由Born-Haber 循环来决定。循环中的晶格能值的大小对整个反应能否进行及产物稳定性关系重大。3.晶格能则要求阴、阳离子具备一定的“匹配”条件,产生最好的能量效应。即所谓的“大-大,小-小”规则。Question Question 2 2现在学习的是第23页,共83页与H2反应2M+H22MHM+H2MH2 碱金
17、属和碱土金属中较活泼的碱金属和碱土金属中较活泼的Ca、Sr、Ba能能与氢在高温下直接化合,形成离子晶体。与氢在高温下直接化合,形成离子晶体。碱金属氢化物中以碱金属氢化物中以LiH最稳定最稳定,加热到,加热到(961K)也不分解。但其它氢也不分解。但其它氢化物不稳定,加热易分解成金属和氢。碱土金属氢化物比碱金属氢化化物不稳定,加热易分解成金属和氢。碱土金属氢化物比碱金属氢化物的稳定性高一些物的稳定性高一些.由于氢化钙与水反应而能放出大量的氢气,所以常用它作为野外产生氢气由于氢化钙与水反应而能放出大量的氢气,所以常用它作为野外产生氢气的材料。的材料。镁和镁系合金镁和镁系合金(如如MgMg2 2Ni
18、Ni,MgMg2 2CuCu、镁、镁-稀土系合金稀土系合金)是一类贮氢合金。贮是一类贮氢合金。贮氢时,用合金与氢反应,生成氢时,用合金与氢反应,生成金属氢化物金属氢化物。用氢时,把金属氢化物加。用氢时,把金属氢化物加热,将氢放出来,以供使用。热,将氢放出来,以供使用。现在学习的是第24页,共83页p 区金属区金属p区共有10种金属元素,它们的Mn+/M电对的标准电极电势虽也为负值,但其代数值比s区金属的大,因此p区金属的活泼性一般比s区金属的要弱。不能溶解在水中,只能溶于盐酸或稀硫酸等非氧化性酸中,而置换出氢气。铝、镓、锡、铅等金属单质还能与碱溶液作用2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO
19、2+3H2(g)Sn+2NaOH=Na2SnO2+H2(g)p区金属与氧反应的能力较差。现在学习的是第25页,共83页d区和区和ds区金属区金属d区(除第IIIB族外)和ds区金属的活泼性也较弱。除第四周期d区和ds区元素的Mn+/M电对的标准电极电势还为负值外,第五、六周期d区和ds区金属的标准电极电位大多数为正值。这些金属单质不溶于非氧化性酸(如盐酸或稀硫酸)中,一些不活泼的金属如铂、金只能用王水溶解铌、钽、钌、铑、锇、铱等不溶于王水中,但可溶解在浓硝酸和浓氢氟酸组成的混合液中。同族中:第四周期中金属的活泼性较第五和第六周期金属的强。d区和ds区金属的化学性质还表现在同一种元素有多种氧化值
20、;其水合离子常有颜色;易生成配合物等特点。现在学习的是第26页,共83页f 区金属区金属均为活泼金属,仅次于碱金属,与镁接近。在不太高的温度下,可与氧、硫、氯、氮反应,可作脱硫剂、脱氧剂等。可与水、酸反应,应将其保存在煤油里。现在学习的是第27页,共83页2.非金属非金属单质单质的化学性的化学性质质大多数非金属单质既具有氧化性,又具有大多数非金属单质既具有氧化性,又具有还原性。少数非金属单质如氮气、稀有气体,还原性。少数非金属单质如氮气、稀有气体,化学稳定性很好化学稳定性很好(1)较活泼的非金属单质如F2、O2、Cl2、Br2具有强氧化性,常用作氧化剂。其氧化性强弱可用E 定量判别,对于指定反
21、应既可以从 E(正)E(负),也可从反应的G0来判别反应自发进行的方向。现在学习的是第28页,共83页2.非金属非金属单质单质的化学性的化学性质质(2)较不活泼的非金属单质如C、H2、Si常用作还原剂。硅的还原性不如碳强,不与任何单一的酸作用,但能溶于HF和HNO3的混合酸中,也能与强碱作用生成硅酸盐和氢气:(3)大多数非金属单质既具有氧化性又具有还原性,其中Cl2、Br2、I2、P4、S8等能发生歧化反应。如氢气在高温下能与活泼金属反应生成离子型氢化物,呈现出氧化性;也能与部分非金属反应呈现出还原性,如与氧气反应生成水或与氮气反应生成氨。3Si+18HF+4HNO3=3H2SiF5+4NO(
22、g)+8H2OSi+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(g)现在学习的是第29页,共83页(1)卤卤素素单质单质的化学性的化学性质质元素元素氟氟(F)氯氯(Cl)溴溴(Br)碘碘(I)原子序数原子序数9173553价层电子组态价层电子组态2s22p53s23p54s24p55s25p5原子共价半径原子共价半径/nm0.0640.0990.1210.140第一电离能第一电离能/eV17.4228212.9676411.8138110.45126第一电子亲和能第一电子亲和能/eV3.4011893.6127243.3635883.059037电负性电负性3.983.162.962.66气相
23、分子中的气相分子中的X-X键键长长/nm0.141190.198780.228110.26663现在学习的是第30页,共83页卤卤素素单质单质最突出的化学性最突出的化学性质质是是氧化性,氧化能力依次氧化性,氧化能力依次为为F2Cl2Br2I2。卤卤素能与大多数金属和非金属素能与大多数金属和非金属直接化合生成相直接化合生成相应应的的卤卤化物。化物。现在学习的是第31页,共83页与金属反应F2能与所有金属直接反应生成离子型化合物;Cl2能与多数金属直接反应生成相应化合物;Br2和I2只能与较活泼的金属直接反应生成相应化合物,与其它金属的反应需在加热情况下进行。F2与Cu、Ni、Mg作用,表面生成氟
24、化物保护膜,可阻止进一步被氧化,所以F2可储存在Cu、Ni、Mg制成的容器中干燥的氯不与Fe反应,可将氯储存在铁罐中现在学习的是第32页,共83页与非金属单质反应F2几乎能与(He、Ne、Ar、Kr、O2、N2除外)所有非金属单质直接反应生成相应的共价化合物,而且反应非常激烈,常伴随着燃烧和爆炸;Cl2、Br2能与多数非金属直接反应生成相应的共价化合物,但反应比氟平稳得多;I2只能与少数非金属直接反应生成共价化合物(如PI3)。现在学习的是第33页,共83页X2+H2 2HX减减小小X2+e-X-氧化性F2 Cl2 Br2 I2与H2反应 卤素卤素反应条件反应条件反应速率与程度反应速率与程度F
25、2冷暗处即可冷暗处即可爆炸、放出大量热爆炸、放出大量热Cl2常温常温高温、强光照射高温、强光照射缓慢缓慢爆炸爆炸Br2648K、紫外照射、紫外照射不完全不完全I2更高高温或催化剂更高高温或催化剂缓慢、可逆缓慢、可逆现在学习的是第34页,共83页与水的反应第一类反应是卤素对水的氧化作用2X2+2H2O4H+4X-+O2电对F2/F-Cl2/Cl-Br2/Br-I2/I-O2/H2OpH=0pH=7pH=14E/V2.8661.3581.0660.53551.2290.8160.401F2氧化性最强,只能与水发生第一类反应,且反应激烈2F2+2H2O 4HF+O2理论上,Cl2、Br2 都可以与H
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