第18章非金属元素小结

18-3 含氧酸
1. 非金属元素的含氧酸是怎样形成的？ 非金属元素氧化物的水合物——含氧酸可 看成含有一个或多个OH基团的氢氧化物， 即R(OH)n 。作为这类化合物的中心原子R， 它周围能结合多少个OH，取决于R+n的电荷 数及半径大小。
通常R+n的电荷高，半径大时，结合的OH 基数目多。当R+n的电荷高且半径小时，例如 Cl+7应能结合七个OH基，但是由于它的半径 太小(0.027nm)，容纳不了这许多OH，势必 脱水，直到Cl+7周围保留的异电荷离子或基团 数目，既能满足Cl+7的氧化态又能满足它的配 位数。处于同一周期的元素，其配位数大致 相同。
可以用Ka或pKa值衡量含氧酸的强度。 酸式电离的难易程度取决于元素R吸引羟 基氧原子的电子的能力。如果R的电负性大， R周围的非羟基氧原子(配键电子对偏向这种 氧原子使R的有效电负性增加)数目多，则R原 子吸引羟基氧原子的电子的能力强，从而使 O-H键的极性增强，有利于质子H+的转移， 所以酸的酸性强。
150 100 50 0
沸点 / 摄氏度
-50
-100 -150 -200
周
期 （ 从 第 二 周 期 至 第 六 周 期 ）
AH4
AH3
H2A
HA
无氧酸的强度取决于下列平衡： HA+H2O H3O++A- 常用K a或pK a的 大小来衡量其酸碱性。
18-2 分子型氢化物
2. 影响无氧酸强度的主要因素有哪些？为什么 酸性：HF<HCl<HBr<HI ？ H2O<HF? 影响因素：键能和电子亲合能。 即与H直接相连的非金属元素原子的电子云 直接相连的非金属元素原子的电子云 与 直接 密度，若该原子的电子云密度越大，对质子 密度 的吸引力越强，酸性越小，反之则酸性越大。
或不 脱表
H2SiO3 H3PO4 H2SO4 HClO4
18-3 含氧酸
2. 影响非金属元素含氧酸酸强度的因素有哪 些？非金属元素含氧酸的酸性强弱有哪些 变化规律？
在化合物R(OH)n中，可以有两种离解方式： R(OH)n→R(OH)n-1 + OH- 碱式离解 R(OH)n→RO(OH)n-1 + H+ 酸式离解 R(OH)n按碱式还是按酸式离解，主要是 看R-O键和O-H键的相对强弱，若R-O键弱， 就进行碱式解离，若O-H键弱时就进行酸式解 离。 R-O与O-H键的相对强弱又决定于“离子 势”——阳离子的极化能力。
金属一般电离势低、有光泽、易导电和导 热、有可塑性；非金属一般电离势高、其晶体 一般不导电、不反射光、也不容易变形。斜线 附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te和 Po等为准金属，它们既有金属的性质又有非金 属的性质。 如果不算准金属，非金属只有17种，所以 在金属与非金属之间没有截然的界线。
含氧酸HnROm可写为ROm-n(OH)n，分子中 的非羟基氧原子数N＝m-n鲍林(Pauling,L.)归纳 出： (1)多元含氧酸的逐级电离常数之比约为 10-5，即KӨal：K a2：K a3…≈1：10-5：10-10…, 或pK a的差值为5。例如: H2SO3的 K a1=1.2×10-2，K a2＝1×10-7。 (2)含氧酸的K a1与非羟基氧原子数N有如 下的关系： K a1≈105N-7，即：pK a1≈7-5N
45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53
75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82Pb 83Bi 84 Po 85At 86 Rn 铯 钡 LaLu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
稳定性增强 还原性减弱 ∗因氢键反常 水溶液酸性增强 极性增大，沸点升高
分子 HF HCl HBr HI
偶极矩µ/ 偶极矩µ/D µ/ 1.92 1.08 0.78 0.38
分子 H2O H2S NH3 CH4
偶极矩µ/ 偶极矩µ/D µ/ 1.85 1.10 1.48 0
氢化物的分子构型不同
主 族 元 素 氢 化 物 沸 点 对 比
18-3 含氧酸
3．如何根据鲍林规则判定含氧酸的酸强度。 Pauling规则(半定量)： N=0 弱酸 N=2 强酸 ( a ≤10-5) K HClO，HBrO
N=1 中强酸 (K a =10-4~10-2) H2SO3，HNO2 (K a =10-1~103) H2SO4，HNO3 HClO4 N=3 特强酸 (K a >103)
酸性 N(非羟基氧) 酸性 电负性 N(非羟基氧) 酸性
HClO ＜ HClO2 ＜ HClO3＜HClO4 0 1 2 3
HClO4 ＞HNO3 3.16 3 3.04 2
H2S2O7 ＞ H2SO4 2.5 2
N(非羟基氧)
缩和程度愈大，酸性愈强。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
含氧酸酸性变化规律： 同周期从左到右酸性增强，同主族从上到 下酸性减弱，同一元素氧化数高酸性强，非 羟基氧数多酸性强。
18-1 非金属单质的结构和性质
1. 非金属元素在原子结构和氧化态表现上有何 特征？ 电负性大，价电子多 半径小，易获得电子 显负价，为N-8，N为族数
18-1 非金属单质的结构和性质
2．非金属单质有几种结构类型？ 分子晶体或原子晶体——共价特征。 共价特征。 分子晶体或原子晶体 共价特征 单原子分子构成的单质（稀有气体）； 双原子分子构成的单质（卤素、O2、N2）； 多原子分子构成的单质（硫、磷等）； 巨型大分子(原子晶体)构成的单质（碳、硅 等）。
铝 硅 磷 硫 氯 氩
I
P
16
S
17 Cl 18 Ar
31 Ga 32 Ge 33As 34 Se 35 Br 36Kr 54 Xe
5铷 锶 钇 锆 铌 钼 锝 钌 铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙 6 7 钫 镭
87 Fr 88Ra 89 103 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108 Hs 109Mt 110 111 112
57La 58 Ce 59
61Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67Ho 68
1 氢 2 3 4 5 6 7
IA 1 H IIIA 5 B
准金属
非金属
2
IVA 6 C
VA 7 N
VIA VIIA 8 O 9 F
氦
10 18 36 54
He
Ne Ar Kr Xe Rn
18-2 分子型氢化物
1．分子型氢化物有哪些主要性质？其变化规 律怎样？ 热稳定性：电副性差Δx越大，氢化物约稳定。 还原性：稳定性越小的氢化物还原性越强。 可被O2、Cl2、高价金属离子、氧化性含 氧酸盐氧化。 酸碱性：与给出和接受质子的能力有关。 HX是酸、NH3是碱、CH4非酸非碱、 H2O既酸又碱。
羟基氧的 电子密度取决于
O O Cl O O H
若 R 的电负性大、半径小、氧化值高则羟 基氧电子密度小，酸性强；非羟基氧的数目 多，可使羟基氧上的电子密度小，酸性强。 例如： H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4 R电负性 半径 氧化值 非羟基氧 酸性 0 1 2 3 1.90 2.19 2.58 3.16
37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 55 Cs 56 Ba 57 71 72 Hf 73 Ta 74W
IB IIB VIII IVB VB VIB VIIB 19 K 20Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27Co 28 Ni 29 Cu 30Zn Tc 44 Ru
阳离子电荷 φ = 阳离子半经
Z = r
(r - - - nm)
R(OH)n中R半径小电荷高，对氧原子的吸 引力强，R-O键能大，则R(OH)n主要是酸式解 离，显酸性。反之亦然。
φ > 10时，ROH显酸性
7 < φ < 10时，ROH显两性
φ < 7时，ROH显碱性
影响含氧酸强度的直接因素是与质子相连 的原子即氧原子的电子云密度，凡有利于原子 电子密度减小的因素都有利于酸性增强。 中心原子R的 电负性、半径、氧化值 非羟基氧的数目
因为电子亲合能F>OH- ，所以酸性H2O<HF 因为键能为HF>HCl>HBr>HI， 所以酸性： HF<HCl<HBr<HI
18-3 含氧酸
问题： 问题： 1. 非金属元素的含氧酸是怎样形成的？ 2. 影响非金属元素含氧酸酸强度的因素有哪些？ 非金属元素含氧酸的酸性强弱有哪些变化规 律？ 3．如何根据鲍林规则判定含氧酸的酸强度？ 4．非金属元素的含氧酸在键型及结构上有哪些 特点和规律？
第2、3周周非的的非非的周表周周 、 周 第2周周的非非 周 非的的非非R rRn +/ r OH 配配配
+n
第3周周的非非 周
+5
B 0.15 3
+3
C 0.11 2
+4
N 0.08 2
Si 4 0.30 4
+
P 0.25 4
+5
S 0.21 3
+6
Cl 0.19 3
+7
是很表周是的周表 B(OH)3 C(OH)4 N(OH)5 Si(OH)4 P(OH)5 S(OH)6 Cl(OH)7 周周 R(OH)n 脱表脱的周表周周 不脱表 H2CO3 HNO3
1 氢
3
IA 1 H
2
2锂 铍 11 Na 12 Mg 3 钠 镁 IIIB
IIA Li 4 Be