无机化学s区和p区元素
上页 下页 目录 返回
概述
共性: (1) 热稳定性 含氧酸稳定性差,大多只能存在于水溶 液中,至今未制得游离纯酸。 (2) 氧化性 对同一元素不同氧化态而言,低氧化态的 氧化能力强(需要断的Cl-O键少)。 ① 在酸性介质中的氧化性一般都远大于的碱性介质中 的氧化性,说明含氧酸的氧化性强于盐。 ② 许多中间氧化数的物质如XO-、X2, 存在歧化反应 的可能性。 (3)酸性 HClO是很弱的酸,HClO3是强酸,接近于 盐酸和硝酸,HClO4是已知含氧酸中最强的酸。
上页 下页 目录 返回
浓硫酸配成稀硫酸时,应将浓硫酸慢慢倒入水中,并不断搅
拌。 冷浓硫酸不与铁、铝等金属作用,这是因为在冷的浓硫酸 中,铁、铝表面生成一层致密的保护膜保护了金属,使之 不与硫酸继续反应,这种现象称为钝化,所以可用铁、铝 制的器皿盛放浓硫酸。 稀硫酸基本无氧化性、吸水性和脱水性。 大多数硫酸盐为无色结晶,易溶于水,但PbSO4,BaSO4, SrSO4和CaSO4微溶于水,其中BaSO4溶 解度最小。
上页 下页 目录 返回
氧化还原性
θ /V A
O2
0.682V n 1
H 2 O2
1.229V n=2
1.77V n 1
H2 O
氧化性强,还原性弱,是一种“清洁的”氧化剂和还原剂 。 过氧化氢的使用依赖于其氧化性,不同浓度的过氧化氢 具有不同的用途:一般药用双氧水的浓度为 3% ,美容用品 中双氧水的浓度为 3 ( 6) % ,试剂级双氧水的浓度为 30% ,浓度在 90% 以上的双氧水可用于火箭燃料的氧化剂,若 90%以上浓度的双氧水遇热或受到震动就会发生爆炸。 过氧化氢:漂白剂、消毒剂、氧化剂
上页 下页 目录 返回
7.3.5 浓硫酸
● H2SO4的结构
S与O形成σ键的同 时,中心硫原子的d 轨道与氧原子的p轨 道互相重叠,形成 附加的(p-d)π键 。
S:sp3 杂化.
● 浓 H2SO4 的性质
强吸水性 作干燥剂,
可从纤维、糖中提取水
强氧化性
C12H22O11 12C 11H2O
上页 下页 目录 返回
不稳定性(由于分子中的特殊过氧键引起) 分解与外界条件有关:
● 温度: 2 H2O2(l)
> 426 K
2 H2O(l) + O2(g), r Hm= -195.9kJ· mol-1
● 杂质:重金属离子Fe2+、Cu2+以及有机物的混入;
● 光照:波长为 320~380 nm 的光; ● 介质:在碱性介质中的分解速率远比在酸性介质中快。 为了阻止分解,常采取的防范措施:市售约为 30% 水 溶液,用棕色瓶装,放臵在避光及阴凉处,有时加入少量 Na2SnO3(亚锡酸钠)或 Na4P2O7 (焦磷酸钠)作稳定剂 。
超氧化物:O2极易吸收二氧化碳,与水和稀酸反应放出氧气 4 KO2 + 2 CO2 → 2 K2CO3 + 3 O2(g) 2NaO2+2H2O → H2O2+2NaOH+O2 • 氢氧化物
M2O, MO MOH,M(OH)2
(除Be(OH)2为两性外) 氢氧化物的强碱性是碱金属和碱土金属性质的重要特点
经 验 规 则
上页 下页 目录 返回
在R-OH中,若R的φ值大,其极化作用强,氧原子电子云 偏向R,使O-H键极性增强,则呈现酸式解离;若R的φ值小, R-O键极性强,则成碱式解离。
碱性 LiOH
中强碱 两性
NaOH
强碱 中强
KOH
强碱 强
RbOH
强碱 强
CsOH
强碱
Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2
上页 下页 目录 返回
NH3的性质 ● 加合反应(路易斯碱):氨分子中的孤电子倾向 于和别 的分子或离子配位形成各种氨合物 ● 取代反应:取代反应可从两种不同角度考虑: 一种是 将 NH3 分子看作三元酸,另一种是看作其他化合物中的某 些原子或原子团被氨基或亚氨基所取代 ● 氧化反应: NH3 分子中的 N 原子虽处于最低氧化态 ,但还原性却并非其化学的主要特征 ●弱碱性: 肼、羟氨:它们的氧化值分别为-2,-1
上页 下页 目录 返回
7.2 卤素化合物(F, Cl, Br, I, At) 7.2.1 通性 非金属元素族; 多种氧化数,呈现单数; F元素特殊性,氧化数仅-1; 化合物呈共价形式。 7.2.2 卤化氢 ● 酸性 氢卤酸可以离解出氢离子和卤素离子,因此酸性和卤 素离子的还原性是其主要特征。 除氢氟酸的稀溶液外,其他三种氢卤酸都是强酸。 氢卤酸酸性强度的次序为:HI>HBr>HCl>HF ?
上页 下页 目录 返回
7.3 氮族化合物
半充满,结构较稳定,主要氧化数为-3,0,+3,+5
7.3.1 氮的氢化物
氨和铵盐 氨: NH3(N: sp3杂化) 工业合成仍用哈伯法:
N2(g) + 3 )
Fritz Haber 1868-1934,德国物理化学家,因发 明氮气和氨气直接合成氨的方法,获1918年诺贝尔 化学奖。
N 2 H4 NH2OH
上页 下页 目录 返回
7.5.3 氮的含氧酸及其盐 1 亚硝酸和亚硝酸盐
7.3.3 硫化氢
● H2S 是无色,有腐蛋味,剧毒气体,稍溶于水;结构与 H2O 相似;水溶液呈酸性,为二元弱酸 ● 还原性久臵于空气中的氢硫酸 因被空气氧化而变浑浊: 2 H2S(aq) + O2 = 2 S(s) + 2 H2O
微溶:溶解度在0.01g~1g/100g, 难溶:溶解度小于0.01g/100g 上页 下页 目录 返回
H2O
上页 下页 目录 返回
R-OH规则解释: 氧化物的水合物通式R(OH)n,R为成酸或成碱元素,有两 种解离可能:
酸式 RO- +H+ R-O-H 碱式 R++OH-
其可能性与阳离子的极化作用有关,科学家卡特里奇以 “离子势”来衡量阳离子极化作用的强弱。
当1/2>0.32时R(OH)n显酸性 阳离子电荷 Z (r : pm) 当0.32>1/2>0.22时R(OH) 显两性 n 阳离子半经 r 当1/2<0.22时R(OH)n显碱性
7.3.4 二氧化硫亚硫酸及其盐
● SO2 的结构(类似臭氧)
S O O O
S O
4 3
SO2为无色有强烈刺激性气味的气体,能和有机色素结 合,是一种漂白剂。 二氧化硫中硫为+4价,可作氧化剂,又可作还原剂,主 要是还原剂。 亚硫酸同样既有氧化性,又有还原性,主要是还原性。 亚硫酸钠:常用作还原剂,抗氧剂 2Na2SO3+O2→2Na2SO4
氢卤酸的还原能力依HI>HBr>HCl>HF的次序减弱。
上页 下页 目录 返回
7.2.3 卤化物
除了氮、氖和氩外,周期表中所有元素都能与其生成 卤化物。 •金属卤化物: 电负性小的活泼金属与卤素形成的卤化物多为离子型化 合物;电负性大的金属与卤素形成的多为共价型化合物。 不同氧化态的某一金属:FeCl2显离子型;FeCl3显共价型 7.2.4 卤素的重要含氧酸 除氟外,其余卤素几乎均可形成含氧酸及其盐,例如氯 的+1、+3、+5、+7的含氧酸及其盐,溴、碘类似。 通式:HXOn: n=1,2,3,4;(X:氯,溴,碘) 未见HIO2 次卤酸,亚卤酸,卤酸,高卤酸
上页 下页 目录 返回
7.3.2 臭氧 结构
4 中心O:sp2杂化形成: π3
键 角:117° =1.8×10-30C· m 唯一极性单质
性质 ● 不稳定性 常温下可缓慢分解为O2: 2 O3(g) → 3 O2(g) ● 氧化性 酸性:O3 + 2 H+ + 2e- → O2 + H2O φ = 2.07V 碱性:O3 + H2O + 2e- → O2 + 2OH- φ = 1.20V
上页 下页 目录 返回
7.3 氧族元素化合物
7.3.1 过氧化氢 俗称双氧水,用途最广的过氧化物。 结构:O sp3杂化
H O 96o 52 ¡ ¯ 96o 52 ¡ ¯ O H
93o 51 ¡ ¯
弱酸性 H2O2
HO2– + H+ ,
K1 = 2.2 × 10–12
K2 ≈ 10-25 H2O2 + Ba(OH)2 BaO2 + 2 H2O
2 O2 O O 2 2
KK ( 2s ) 2 ( *2s ) 2 ( 2p ) 2 ( 2p )4 ( *2p ) 3
碱金属可形成多种氧化物 碱土金属一般只与氧形成普通氧化物 ,钙锶钡可形成过 氧化物和超氧化物. K, Rb, Cs 还会形成臭氧化物 O3
上页 下页 目录 返回
上页 下页 目录 返回
HF 酸性最弱是因为 F- 是一种特别的质子接受体,与 H3O+ 通过氢键结合成强度很大的离子对,即使在无限稀 的溶液中, 它的电解度也只有15%, 而 HX 中 I- 半径最大, 最易受水分子的极化而电离,因而HI是最强的酸. 浓HF水溶液是强酸! HF+H2O→H3O++F-; HF+F-→HF2+ ● 氢氟酸具备腐蚀玻璃的功能: SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O CaSiO3 + 6 HF CaF2 + SiF4 + 3 H2O (用于分析矿物或钢铁中的SiO2含量) 氢氟酸能腐蚀皮肤,而且创伤难以治愈,使用时应注意安 全。
Ba(OH)2
强
Be(OH)2+2H+→Be2++2H2O Be(OH)2+2OH-→[Be(OH)4]2碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用,故称荷性碱 。