元素—非金属元素(应用化学课件)

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氯的含氧酸及其盐
• HClO → HClO3 → HClO4的氧化性依次减弱,由此可见氧化 性的强弱与氯元素在含氧酸中氧化数的高低没有直接的联 系,如HClO4中Cl的氧化数(+7)最高,而其氧化性在氯的 含氧酸中却最弱。
• 氯的含氧酸盐广泛应用于工业。次氯酸盐溶液有氧化性和 漂白作用。漂白粉是用氯气和消石灰作用制得的次氯酸钙、 氯化钙的混合物,其有效成分是次氯酸钙[Ca(ClO)2]。
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • 上述三种分解方式都有氧气放出,高温时硝酸盐是很好的
供氧剂,常用于制造火药、焰火。硝酸铵热稳定性更差, 缓慢加热到200 ℃,分解为N2、O2和H2O,加热过猛可能 使硝酸铵发生爆炸,是硝铵炸药的主体。
• 知识点:含氧酸及含氧酸盐之六——氯的含氧酸 及其盐
• 单位:
氯的含氧酸及其盐
• 氯的含氧酸有:次氯酸(HClO)、亚氯酸(HClO2)、氯 酸(HClO3)、高氯酸(HClO4)四种,其中氯的氧化数分 别为+1、+3、+5、+7。在氯的各种含氧酸中,亚氯酸最不 稳定,容易歧化,常见的含氧酸是HClO、HClO3、HClO4, 这些含氧酸及其盐的化学性质变化规律很特别:
• 漂白粉是廉价的漂白剂、消毒剂和杀菌剂。
氯的含氧酸及其盐
• 固体氯酸钾在高温下是强氧化剂,实验室用它制取氧气。
• KClO3与易燃物(如钽、硫磺、磷、有机物等)混合后,经 摩擦或撞击会爆炸,这一性质被用于制造炸药、焰火等。
• KClO4比较稳定,但与有机物接触时也容易着火,在610 ℃ 时熔化并发生分解。
稳定性较差,加热会分解。金属硝酸盐热分解方式,有如 下三种情况: • ①活泼金属(比Mg活泼的碱金属和碱土金属)的硝酸盐 分解生成亚硝酸盐和氧气。如:
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • ②活泼性较小的金属(活泼性在Mg与Cu之间)的硝酸盐
分解生成金属氧化物、二氧化氮和氧气。如:
• ③不活泼金属(活泼性比Cu差)的硝酸盐分解为金属单质、 二氧化氮和氧气。如:
非金属元素概述
• 1、非金属元素的存在及物理性质 • 磷主要以磷酸盐、砷主要以硫化物形式存在于自然界中。
自然界中碳除以单质形式(金刚石、石墨和无定形碳)存 在外,还以碳酸盐形式存在于岩层矿物中。碳是一切有机 物的基本元素,广泛存在于煤、石油、天然气及一切生物 体中。硅和硼主要以氧化物或含氧酸盐形式存在于自然界 中,氢以化合物(如水)的形式存在。
• KClO4常用于制造炸药,由于产生的氧比KClO3多,可制得 比KClO3威力更大的炸药。
氯的含氧酸及其盐
• 高氯酸铵(NH4ClO4)的分解反应如下:
• 分解产生大量气体物质,是某些炸药的主要成分,也是火 箭固体推进剂的成分。
小结
• 高氯酸、氯酸、亚氯酸和次氯酸的氧化性、稳定性和酸性 递变规律
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • 硝酸能与绝大多数金属反应,溶解金属。在反应中硝酸被
还原的产物取决于硝酸的浓度和金属的活泼性,一般来说, 浓HNO3被还原为NO2,稀HNO3被还原为NO。极稀的HNO3 与活泼金属(如镁、锌)反应,HNO3可被还原为NH3, NH3与HNO3生成NH4NO3。例如:
非金属元素概述
• 3、非金属单质的化学性质 • 由于非金属单质以共价键结合,形成双原子分子、多原子
分子或巨大分子,相对比较稳定。以非金属单质的几种化 学反应来讨论其性质。 • ⑴与金属的反应。活泼的非金属单质如氟、氯、氧,能与 大多数活泼金属直接反应并放出大量热。
非金属元素概述
• 3、非金属单质的化学性质 • 由于非金属单质以共价键结合,形成双原子分子、多原子
非金属元素概述
• ㈡非金属元素的存在及单质的一般制备方法 • 1、非金属元素的存在及物理性质 • 在自然界中,非金属元素主要以化合物形式存在,有一些
以单质状态存在,如氧、氮、硫、碳等。稀有气体都以单 原子分子存在于接近地球表面的空气中,卤素是活泼的非 金属,其原子易接受电子与其他元素形成化合物而存在于 自然界中。氧也属于活泼的非金属元素,但氧气分子离解 能大,在常温下氧气分子中两原子的结合较稳定,且氧在 自然界中有其自身循环变化的特点,由植物的光合作用不 断地从化合态分解出来,又因动物、植物的呼吸等不断反 应化合,使氧在自然中保持平衡,所以大气中有恒定组成 的氧气。
硅酸及其盐
• 硅酸盐是硅酸或多硅酸的盐。所有硅酸盐中,只有碱金属 的硅酸盐(如Na2SiO3)可溶于水。工业上将Na2CO3与SiO2 共熔制得硅酸钠,其透明浆状水溶液称为水玻璃,又称 “泡花碱”。它实际上是多种硅酸钠的混合物。
硅酸及其盐
• 硅酸盐分布很广,它是组成地壳的主要矿石。种类繁多, 结构十分复杂。为了便于表示其组成,通常写成氧化物形 式。下面列出几种天然硅酸盐的化学式:
硅酸及其盐
• 硅酸凝胶软而透明,有弹性。如果将硅酸凝胶干燥,脱去 大部分水,则得到白色稍透明的固体,即硅胶。硅胶内有 很多微小的空隙,内表面积很大,因此有很强的吸附能力。 可用作吸附剂、干燥剂或催化剂载体,实验室常用变色硅 胶作精密仪器的干燥剂,变色硅胶内含有二氧化钴。无水 时二氧化钴呈蓝色,含水时呈粉红色,因此,可根据颜色 的变化来显示其吸湿程度。当变色硅胶呈粉红色时,表明 它已失去吸湿能力。再烘干它又变成蓝色,表示硅胶又恢 复了干燥能力,可以再使用。
有氧化性和还原性,但在酸性介质中主要表现氧化性,反 应中一般被还原为NO。亚硝酸盐在空气中会逐渐被氧化 成硝酸盐,亚硝酸盐的水溶液更易被空气所氧化。
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • 硝酸是强酸,纯硝酸是无色液体,浓硝酸不稳定,受热或
光照射会分解。
• 硝酸含有NO2呈黄色或红棕色,硝酸不论浓或稀,都具有 强氧化性。可氧化许多非金属单质,而HNO3被还原为NO。 例如:
• 知识点:非金属元素概述 • 单位:
非金属元素概述
• ㈠非金属元素的氧化数 • 稀有气体外层电子构型为ns2np6(He为1s2) • 其他非金属元素的外层电子构型为ns2np1-5(H为1s1)。大
多数非金属元素倾向于获得电子,而呈现负氧化数。其最 低氧化数为A-8,其中A为元素所处的主族数,如VIA族的 氧元素的最低氧化数为-2(H2O)。非金属元素也可发生 部分或全部价电子偏移呈现正氧化态。因此,大多数非金 属元素具有多种氧化数。其最高氧化数等于元素所处的族 数。如氯的最高氧化数为+7(HClO4)。
非金属元素概述
• 3、非金属单质的化学性质 • ⑶与水的反应。非金属单质中,氟气与水剧烈反应。氯气
与水发生歧化反应。氯水常用作漂白剂,其漂白作用来自 次氯酸的氧化性。溴、碘与水反应的程度很小,其余的非 金属单质不与水反应。但在高温下硼、碳、硅能与水蒸气 作用。这是制作水煤气的反应,也是工业制氢的一种方法。
• 开始主要是生成可溶于水的单分子硅酸(H4SiO4),后单 分子硅酸逐渐缩合成各种多硅酸的硅酸溶胶。硅酸的形式 很多,其组成常以xSiO2·yH2O来表示。在各种硅酸中,组 成最简单的是SiO2·H2O。所以常用H2SiO3代表硅酸。若在稀 的硅酸溶胶中加入电解质,或在适当浓度的硅酸盐溶液中 加酸,则可生成硅酸凝胶。
非金属元素概述
• 3、非金属单质的化学性质 • ⑷与酸、碱反应:非金属单质不与非氧化性的酸反应。氧
化性的酸,如硝酸或热的浓硫酸,能与硫、磷、碳和硼等 反应,酸把非金属单质氧化为氧化物或含氧酸。卤素与碱 能反应,从氯与水的反应可知,在碱存在下生成相应的盐。 硼、硅、磷等单质也能与浓的强碱反应。
小结
非金属元素概述
• 非金属单质的物理性质列在表1。 • 表1 非金属单质的重要物理性质
非金属元素概述
• 2、非金属单质的一般制备方法 • 非金属元素若以负氧化态形式存在,其原料可采用氧化法
制取单质;若以正氧化态形式存在,则应采用还原法制取 单质;非金属性很强的元素,也可采用电解的方法制取单 质。 • ⑴氧化法。例如,从黄铁矿提取硫。原料FeS2中的S的氧 化数为-1,通过氧化而生成单质硫。又如,实验室制备 Cl2。
• 钾(正)长石 • 高岭土 • 白云母 • 滑石 • 石棉 • 泡沸石
K2O·Al2O3·6SiO2 Al2O3·2SiO2·2H2O K2O·3Al2O3·6SiO2 CaO·3MgO·4SiO2 3MgO·4SiO2·H2O Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O
小结
• 硅酸的组成及其表示方法 • 硅酸凝胶的性质及其应用 • 硅酸盐的用途及其表及物理性质 • 非金属单质分子大多数由双原子或两个以上的原子以共价
键结合而成,一般属于原子晶体或分子晶体。根据非金属 单质的结构和性质,可分为三类: • ⑴双原子分子,如H2、O2、N2、X2(卤素单质),固态时 属分子晶体,其熔点、沸点都很低,通常情况下呈气态。 • ⑵多原子分子,如P4、As4、S8,属分子晶体,通常呈固态, 熔点、沸点也较低,较易挥发。 • ⑶巨大分子:如金刚石、晶体硅和硼,属原子晶体,硬度 大,熔点、沸点都很高,难气化。
• 非金属元素的氧化数 • 非金属元素的存在及物理性质 • 非金属单质的一般制备方法 • ①氧化法 • ②还原法 • ③电解法 • 非金属单质的化学性质 • ①与金属反应 • ②与氧反应 • ③与水的反应 • ④与酸、碱的反应
• 知识点:含氧酸及含氧酸盐之二——硅酸及其盐 • 单位:
硅酸及其盐
• SiO2不溶于水,故硅酸不能用SiO2与水作用来制得,用可 溶性硅酸盐(如硅酸钠)与盐酸作用即可制得。
非金属元素概述
• 2、非金属单质的一般制备方法 • ⑵还原法 • 例如,从磷酸钙矿物制取磷。Ca3(PO4)2中磷的氧化数为+5,
可用碳来还原制取磷。
非金属元素概述
• 2、非金属单质的一般制备方法 • ⑶电解法 • 对于用一般化学方法难于实现的氧化还原反应,可用电解
的方法强制进行。如F2的制备,用电解熔融的KHF2方法, 在阳极上可得到F2,在阴极得到H2。氟是最活泼的非金属 元素,且毒性很大,制备和保存其单质极为困难,常在需 要时制备,制得产品后立即使用。电解食盐水溶液可制得 氯气和氢气,是氯碱工业的基础。
• 次氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐的稳定性和用途
• 知识点:含氧酸及含氧酸盐之三——氮的含氧酸 及其盐
• 单位:
氮的含氧酸及其盐
• 氮的含氧酸主要有两种:亚硝酸(HNO2)和硝酸 (HNO3)。
• ⑴亚硝酸及其盐 • 亚硝酸是弱酸,极不稳定,只能存在于很稀的溶液中。 • 亚硝酸盐比较稳定,所有亚硝酸盐都是剧毒。亚硝酸盐具
非金属元素概述
• 1、非金属元素的存在及物理性质 • 在高空约25km处有一层臭氧,它是由氧气吸收了太阳的强
辐射而生成的。这一臭氧层保护地面上一切生物免遭太阳 强烈辐射的侵害。而地壳中氧元素都以化合物形式存在。 硫主要以化合物形式存在,火山地区硫化物分解可以造成 单质硫黄矿。硒、碲在自然界中储量不多,且很分散,通 常混在某些矿物中。氮元素以单质的形式存在于空气中, 也以硝酸盐形式存在于土壤、矿物中。在生物体内含有各 种氮的化合物。
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • 冷的浓硝酸可使铝、钛、铬、铁、钴、镍等金属“钝化”,
生成一层致密的氧化膜,阻止硝酸对金属的进一步氧化。 • 硝酸作为强酸、强氧化剂和硝化剂,在工业上应用很广。
硝酸与盐酸体积以1:3的混合酸称为“王水”。可溶解金、 铂等贵重(不活泼)金属。
氮的含氧酸及其盐
• ⑵硝酸及其盐 • 硝酸盐都溶于水,在溶液中相当稳定。但固体硝酸盐的热
分子或巨大分子,相对比较稳定。以非金属单质的几种化 学反应来讨论其性质。 • ⑴与金属的反应。氮分子存在三键,是化学性质很稳定的 单质,要在高温或高压放电“激活”下,才能与活泼金属 反应生成氮化物。
非金属元素概述
• 3、非金属单质的化学性质 • ⑵与氧反应。常温下,氧气的化学性质很不活泼,非金属
单质与氧的反应不明显。除白磷可在空气中自燃外,硼、 碳、红磷、硫等都需加热,才能与氧气反应生成相应的氧 化物B2O3、CO2、P2O5、SO2等。卤素在加热时也不与氧气直 接反应。氮气很难与氧气化合,在雷雨天闪电条件下才发 生反应。
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