元素化學(xué)概述市公開課一等獎?wù)n件省賽課獲獎?wù)n件

元素化學(xué)概述1/106元素化學(xué)22023/10/10一、概述2023年4月7日報道了俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所與國際科研小組成功合成了一種擁有117個質(zhì)子新元素，科學(xué)家們始終在苦苦尋找第117號元素(ununseptium)，這將彌補目前已被發(fā)覺第116號和118號元素之間缺失“一環(huán)”，從而使元素周期表中未完全周期第七周期成為完全周期，使元素周期表中元素達(dá)成118種。所謂元素化學(xué)就是周期系中各元素單質(zhì)及其化合物化學(xué)。元素化學(xué)是無機(jī)化學(xué)中心內(nèi)容，主要討論元素及其化合物存在、性質(zhì)、構(gòu)造、制備和用途。伴隨當(dāng)代化學(xué)理論不停發(fā)展與完善，為學(xué)習(xí)元素化學(xué)提供了基本理論與系統(tǒng)，學(xué)習(xí)元素化學(xué)要結(jié)合化學(xué)反應(yīng)一般原理與物質(zhì)構(gòu)造原理。2/106元素化學(xué)32023/10/101.元素豐度地殼地球表面下16km厚巖石層稱為地殼。有時也包括水圈和大氣圈，前者質(zhì)量為1.21021kg，占地殼總質(zhì)量6.91%，后者質(zhì)量為5.11018kg，占地殼總質(zhì)量0.03%。豐度化學(xué)元素在地殼中含量稱豐度，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達(dá)稱質(zhì)量Clarke值。地殼中含量最高元素是O，其次是Si，二者占地殼75%。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg8種元素占99%以上。人體中約含30多種元素，其中11種常見元素約占99.95%，其他為微量元素與超微量元素。3/106元素化學(xué)42023/10/10地殼中某些元素豐度（質(zhì)量Clarke值）元素w/%元素w/%元素w/%O47.2K2.60P0.08Si27.6Mg2.10S0.05Al8.80Ti0.60Ba0.05Fe5.1H(0.15)Cl0.045Ca3.60C0.10Sr0.04Na2.64Mn0.09人體中某些元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）元素w/%元素w/%元素w/%O65Ca2Na0.15C18P1Cl0.15H10K0.35Mg0.05N3S0.254/106元素化學(xué)52023/10/102.元素分類習(xí)慣上按元素在地殼中分布將元素分為一般元素與稀有元素，之間沒有絕對明確界限。所謂稀有元素，一般指在自然界中含量少或發(fā)覺晚、或研究少、提煉難以致應(yīng)用晚元素。稀有元素分類輕稀有金屬Li,Ru,Cs,Be高熔點稀有金屬Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re分散稀有元素Ga,In,Tl,Ge,Se,Te稀有氣體He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn稀土金屬Sc,Y,La及La系元素鉑系元素Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt(加Ag,Au又稱貴金屬)放射性稀有元素Tc,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac及Ac系元素及Ac系后人造元素5/106元素化學(xué)62023/10/101.元素周期表二、元素周期系S區(qū)元素ⅠA、ⅡA元素，堿金屬與堿土金屬價電子構(gòu)型：ns1~2；氧化態(tài)：+1、+2；單質(zhì)為最活潑金屬，化合物大多為離子型，Li、Be形成共價型（少數(shù)共價型）；P區(qū)元素ⅢA～ⅧA元素，除H外所有非金屬和部分金屬元素。價電子構(gòu)型：ns2np1~6d區(qū)元素ⅢB～ⅧB元素，所有為金屬元素，分三個過渡系列；價電子構(gòu)型:(n1)d1~8ns1~2(除Pd、Pt)f區(qū)元素La系和Ac系元素，又稱內(nèi)過渡元素；價電子構(gòu)型：(n2)f014(n1)d02ns2全為金屬，Ac系為放射性元素ds區(qū)元素ⅠB、ⅡB元素，共6個元素；價電子構(gòu)型：(n1)d10ns1~2與d區(qū)元素一起統(tǒng)稱過渡元素6/106元素化學(xué)72023/10/102.原子電子層構(gòu)造

與元素周期律周期周期名稱能級組電子填充次序元素元素個數(shù)1特短周期11s1

2 1H

2He22短周期22s1

2

2p1

63Li

10Ne83短周期33s1

2

3p1

611Na

18Ar84長周期44s1

2

3d1

10

4p1

619K

36Kr185長周期55s1

2

4d1

10

5p1

637Rb

54Xe186專長周期66s1

2

4f1

14

5d1

10

6p1

655Cs

86Rn327特周期77s1

2

5f1

14

6d1

107p1

687Fr

118號元素32(1)能級組與周期關(guān)系7/106元素化學(xué)82023/10/10目前人們常用是長式周期表,它將元素分為7個周期。核外電子排布周期性變化使得元素性質(zhì)展現(xiàn)周期性規(guī)律，即元素周期律；元素基態(tài)原子最外層電子n值即為元素所在周期數(shù)；

如26Fe[Ar]3d64s2為第四周期元素；

47Ag[Kr]4d105s1為第五周期元素。

各周期元素總和等于對應(yīng)能級組中原子軌道所能容納電子總數(shù)。8/106元素化學(xué)92023/10/10(2)價電子構(gòu)型與周期表中族劃分價電子構(gòu)型

價電子是原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時易參與形成化學(xué)鍵電子，對應(yīng)電子排布即為價電子構(gòu)型。

主族元素價電子構(gòu)型=最外層電子構(gòu)型(nsnp)；副族元素

價電子構(gòu)型=(n

2)f(n

1)dnsnp主族元素IA

ⅧA(即0族)：元素最后一種電子填入ns或np亞層，價電子總數(shù)等于族數(shù)。如元素7N，電子構(gòu)造式為1s22s22p3，最后一種電子填入2p亞層，價電子總數(shù)為5，因而是VA元素。其中ⅧA(即0族)元素為稀有氣體，價電子構(gòu)型為ns2np6(除He)，為8電子穩(wěn)定構(gòu)造，根據(jù)洪特規(guī)則補充，全滿電子構(gòu)型尤其穩(wěn)定。9/106元素化學(xué)102023/10/10副族元素

ⅢB

ⅧB(Ⅷ)族+ⅠB

ⅡB共10列，其中Ⅷ族有3列。副族元素也稱過渡元素(同一周期從s區(qū)向p區(qū)過渡)。

ⅠB

ⅡB最后一種電子填入ns軌道族數(shù)=最外層電子數(shù)

ⅢB

ⅦB最后一種電子填入(n1)d軌道族數(shù)=最外層電子數(shù)+(n1)d電子數(shù)

Ⅷ族較特殊，有三個列，共9個元素。FeCoNi為鐵系元素RuRhPdOsIrPtLa系和Ac系元素也稱內(nèi)過渡元素。第六周期ⅢB位置從57La到71Lu共15個元素稱鑭系元素，用符號Ln表達(dá)；第七周期ⅢB位置從89Ac到103Lr共15個元素稱錒系元素，用符號An表達(dá)。它們最后一種電子填入倒數(shù)第三層(n2)f。鉑系元素10/106元素化學(xué)112023/10/10IA0ⅡA

ⅢA

ⅦAⅢB

ⅦBⅧⅠBⅡBLa系f區(qū)(n2)f014(n1)d02ns2全為金屬，Ac系為放射性元素Ac系(3)價電子構(gòu)型與元素分區(qū)s區(qū)ns12活潑金屬ds區(qū)(n1)d10ns12介于dp間d區(qū)(n1)d19ns12全為金屬呈多變氧化態(tài)

非金屬p區(qū)

ns2np16金屬11/106元素化學(xué)122023/10/103原子性質(zhì)周期性

(1)有效核電荷(Z

)屏蔽效應(yīng)

多電子原子中，電子不但受到原子核吸引，還受到其他電子排斥。這種其他電子對指定電子排斥作用可當(dāng)作是抵消部分核電荷作用，從而削弱了核電荷對指定電子吸引力，使作用在指定電子上有效核電荷下降。這種抵消部分核電荷作用叫屏蔽效應(yīng)。

屏蔽效應(yīng)大小可用斯萊脫(Slater)規(guī)則計算得出屏蔽常數(shù)

i表達(dá)。

i為除被屏蔽電子以外其他電子對被屏蔽電子屏蔽常數(shù)

之和，

i=

。12/106元素化學(xué)132023/10/10屏蔽常數(shù)計算

——Slater規(guī)則A.軌道分組：(1s),(2s2p),(3s3p),(3d),(4s4p),(4d),(4f),(5s5p)

位于被屏蔽電子右邊各組對屏蔽電子屏蔽常數(shù)

=0，即近似看作對該電子無屏蔽作用；B.按上面分組，同組電子間

=0.35(1s組例外，

=0.3)；C.對(ns)(np)組電子，(n1)層電子對其屏蔽常數(shù)

=0.85，

(n2)電子層及更內(nèi)層對其屏蔽常數(shù)

=1.00；D.對nd或nf組電子，左邊各組電子對其屏蔽常數(shù)

=1.00。13/106元素化學(xué)142023/10/10Question例計算21Sc4s電子和3d電子屏蔽常數(shù)

i

。解：

21Sc電子構(gòu)型為1s22s22p63s23p63d14s2

分組：(1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)2

4s=101.00+90.85+10.35=18.00

3d=181.00=18.0014/106元素化學(xué)152023/10/10有效核電荷核電荷數(shù)(Z)減去屏蔽常數(shù)(

i)得到有效核電荷(Z

)：

Z

=Z

i

多電子原子中，每個電子不但受其他電子屏蔽，并且也對其他電子產(chǎn)生屏蔽作用。電子軌道能量可按下式估算：

Z*：作用在某一電子上有效核電荷數(shù)；n*：該電子有效主量子數(shù)，

與主量子數(shù)n有關(guān)：

n 1 23 4 5 6n* 1.0 2.0 3.0 3.7 4.0 4.215/106元素化學(xué)162023/10/10例：試確定19K最后一種電子是填在3d還是4s軌道？解：若最后一種電子是填在3d軌道，則K原子電子構(gòu)造式為1s22s22p63s23p63d1若最后一種電子是填在4s軌道，則K原子電子構(gòu)造式為1s22s22p63s23p64s1

Z

3d=19

(18

1.00)=1.0

Z

4s=19

(10

1.00+8

0.85)=2.2

E3d=

2.179

10

18J

(1.00/3.0)2=

0.24

10

18JE4s=

2.179

10

18J

(2.2/3.7)2=

0.77

10

18J由于E4s

E3d，根據(jù)能量最低原理，19K原子最后一種電子應(yīng)填入4s軌道，因此19K電子構(gòu)造式為1s22s22p63s23p64s1。Question16/106元素化學(xué)172023/10/10例：試計算21ScE3d和E4s，確定21Sc在失電子時是先失3d電子還是4s電子。解：

21Sc電子構(gòu)造式為：1s22s22p63s23p63d14s2

根據(jù)前例已知

4s=

3d=18.0

Z

3d=Z

i

=21

18.0=3.0

Z

4s=2118.0=3.0E3d=

2.179

10

18

(3.0/3.0)2J=

2.2

10

18JE4s=

2.179

10

18

(3.0/3.7)2J=

1.4

10

18J由于此時E4s

E3d，因此21Sc原子在失電子時先失去4s電子，過渡金屬原子在失電子時都是先失去4s電子再失3d電子。Question17/106元素化學(xué)182023/10/10

Z*確定后，就能計算多電子原子中各軌道近似能量。

在同一原子中，

當(dāng)軌道角動量量子數(shù)l相同步，主量子數(shù)n值愈大，對應(yīng)軌道能量愈高。因而有E1s

E2s

E3s

；E2p

E3p

E4p

；

E3d

E4d

E5d

；

E4f

E5f。當(dāng)主量子數(shù)n相同步，伴隨軌道角動量量子數(shù)l增大，對應(yīng)軌道能量也隨之升高。因而有Ens

Enp

End

Enf(鉆穿效應(yīng))當(dāng)主量子數(shù)n與軌道角動量量子數(shù)l均不相同步，應(yīng)求出Z*再求出Ei，因此有能級交叉現(xiàn)象，如E4s與E3d。18/106元素化學(xué)192023/10/10有效核電荷周期性變化(最外層電子Z*)第三周期NaMgAlSiPSClZ*2.202.853.504.154.805.456.10第一過渡系ScTiVCrMnFeCoNiCuZnZ*3.003.153.302.953.603.753.904.053.704.35鑭系LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuZ*3.003.002.852.852.852.852.853.002.852.852.852.852.852.853.00同一周期：對短周期，電子填入同一層，Z1，

0.35,

Z*0.65

因此從左右，Z*；對長周期，電子填入(n1)層，Z1，

0.85,

Z*不顯著；而在填滿d10后，(n1)層為18電子全滿，屏蔽效應(yīng)較大，Z*略(Cu)同一族：從上下，Z顯著，Z*不顯著；如原因：增加一種滿電子層，屏蔽作用很強(qiáng)。由于Z*周期性變化，引發(fā)原子半徑、電離能、電子親和能、電負(fù)性等周期性變化。LiNaKRb1.32.22.23.719/106元素化學(xué)202023/10/1020/106元素化學(xué)212023/10/10(2)原子半徑(r)根據(jù)原子與原子間作用力不一樣，原子半徑數(shù)據(jù)一般有三種：共價半徑、金屬半徑和范德華半徑。共價半徑同種元素共價分子中原子核間距二分之一(l/2)；金屬半徑金屬晶體中相鄰原子核間距二分之一；范德華半徑當(dāng)兩個原子只靠范德華力(分子間作用力)互相吸引時，它們核間距二分之一稱為范德華半徑。

共價半徑金屬半徑范德華半徑21/106元素化學(xué)222023/10/10原子半徑周期性變化原子半徑大小主要取決于原子有效核電荷和核外電子層構(gòu)造。同一周期：從左右，Z*，對核外電子吸引力，r；同一主族：從上下，電子層，原子半徑顯著；同一副族：元素原子半徑從上到下遞變不是很顯著；第一過渡系到第二過渡系遞變較顯著；而第二過渡系到第三過渡系基本沒變，這是由于鑭系收縮成果。鑭系收縮：鑭系元素從La到Lu整個系列原子半徑逐漸收縮現(xiàn)象稱為鑭系收縮。原因：電子依次填入(n2)層4f軌道，屏蔽效應(yīng)較大，Z*遲緩增大，r逐漸收縮。由于鑭系收縮，鑭系后來各元素如Hf、Ta、W等原子半徑也對應(yīng)縮小，致使它們半徑與上一種周期同族元素Zr、Nb、Mo非常接近，對應(yīng)性質(zhì)也非常相同，在自然界中常共生在一起，很難分離。22/106元素化學(xué)232023/10/1023/106元素化學(xué)242023/10/1024/106元素化學(xué)252023/10/10

同一周期短周期從左

右，I；因從左

右Z*，r

，對核外電子吸引力，電離能逐漸增大；其中s,p,d,f各亞層半滿、全滿I較大。稀有氣體由于具有8電子穩(wěn)定構(gòu)造，在同一周期中電離能最大。

長周期

中間過渡元素電離能相近；因過渡元素電子加在次外層，有效核電荷增加不多，原子半徑減小遲緩，電離能增加不顯著。同一主族

從上

下，I；從上到下，有效核電荷增加不多，而原子半徑則顯著增大，電離能逐漸減小。同一副族從上

下，變化不很顯著；注意：第二過渡系第三過渡系

I，原因：La系收縮；因而第三過渡系金屬性質(zhì)尤其穩(wěn)定，不容易氧化。(3)電離能周期性變化25/106元素化學(xué)262023/10/1026/106元素化學(xué)272023/10/10同一周期從左

右|A1|

，每一周期鹵素最大。氮族元素由于其價電子構(gòu)型為ns2np3，p亞層半滿，根據(jù)洪特規(guī)則較穩(wěn)定，因此電子親和能較小。稀有氣體價電子構(gòu)型為ns2np68電子穩(wěn)定構(gòu)造，因此其電子親和能為正值。同一主族

|A1|自上而下減小，但第二周期|A1|不大于同族第三周期對應(yīng)元素，這就是第二周期特殊性。第二周期元素原子軌道為1s2s2p，原子半徑尤其小，得到電子后斥力很大，因而放出能量不多。(4)電子親和能周期性變化注意：電離能I、電子親和能A僅反應(yīng)元素氣態(tài)孤立原子得失電子能力大小，不適用于判斷水溶液中元素得失電子能力大小。此時應(yīng)用電極電勢大小來判斷元素得失電子能力即氧化還原能力大小。27/106元素化學(xué)282023/10/10(5)元素電負(fù)性周期性變化電負(fù)性元素原子在分子中吸引電子能力相對大小，即對共用電子正確吸引力相對大小。電負(fù)性周期性變化：同一周期從左到右電負(fù)性逐漸增大；同一主族從上到下電負(fù)性逐漸減小。F元素電負(fù)性是最大；一般金屬電負(fù)性不大于2；非金屬電負(fù)性大于2；過渡金屬元素電負(fù)性都比較接近，沒有顯著變化規(guī)律。28/106元素化學(xué)292023/10/10三、s區(qū)元素

1.概述價電子構(gòu)型：ns1，ns2原子半徑增大金屬性、還原性增強(qiáng)電離能、電負(fù)性減小IAIIALiBeNaMgKCaRbSrCsBa原子半徑減小金屬性、還原性削弱電離能、電負(fù)性增大29/106元素化學(xué)302023/10/102.單質(zhì)均具有銀白色金屬光澤（Be灰色）活潑金屬，物理性質(zhì)主要特點是三低（低密度、低硬度、低熔點）。堿金屬熔點變化30/106元素化學(xué)312023/10/10堿金屬化學(xué)性質(zhì)4Li+O2(過量)2Li2O其他金屬Na2O2,K2O2,KO2,RbO2,CsO22M+SM2S反應(yīng)劇烈，也產(chǎn)生多硫化物2M+2H2O2MOH+H2Li反應(yīng)遲緩，K發(fā)生爆炸，與酸反應(yīng)均爆炸2M+H2

2M+H

高溫下反應(yīng)，LiH最穩(wěn)定2M+X2

2M+X

X2：鹵素6Li+N22Li3N室溫，其他金屬不反應(yīng)3M+EM3EE=P,As,Sb,Bi,加熱反應(yīng)堿土金屬化學(xué)性質(zhì)2M+O22MO加熱能燃燒，Ba能形成BaO2M+SMSM+2H2OM(OH)2+H2Be、Mg與冷水反應(yīng)遲緩M+2H+

M2++H2Be反應(yīng)遲緩M+H2MH2高溫下反應(yīng)，Mg需高壓M+X2

MX2X2：鹵素3M+N2M3N2M3N2水解生成NH3和M(OH)23M+EM3EE=P,As,Sb,Bi,加熱反應(yīng)31/106元素化學(xué)322023/10/103.Li、Be特殊性與對角線規(guī)則第二周期元素特殊性第二周期元素與第三周期同族元素比較，其原子半徑、電離能、電子親和能、配位數(shù)、鍵能、氫化物熔沸點等性質(zhì)存在特殊性。主要原因在于原子電子層構(gòu)造不一樣，第二周期元素價電子構(gòu)型為2s2p，不存在2d軌道，且1s電子屏蔽效應(yīng)較小，有效核電荷較大，因此原子半徑尤其小。Li、Be特殊性堿金屬、堿土金屬元素性質(zhì)遞變是很有規(guī)律，但Li、Be體現(xiàn)出反常性。如：Li、Be熔沸點、硬度高于同族其他元素，化學(xué)性質(zhì)變化也不一致等。特殊性主要源于第二周期元素特殊性，Li、Be有同族最小原子（離子）半徑，在化合物中有很大極化能力，許多化合物展現(xiàn)較大共價性。32/106元素化學(xué)332023/10/10對角線規(guī)則s區(qū)和p區(qū)元素除同族元素相同性外、尚有某些元素及其化合物展現(xiàn)“對角線”相同性。如

Li、Mg相同性

在過量O2中均生成正常氧化物；氫氧化物均為中強(qiáng)堿、溶解度不大，加熱脫水；氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶于水；氯化物呈共價性。Be、Al相同性

Be、Al及氫氧化物均為兩性，氧化物高熔點、高硬度；均為缺電子元素，易形成配合物；氯溴碘化物共價，易升華易溶于水等。原因：對角線元素離子極化能力相近，Z/r，由此反應(yīng)出物質(zhì)性質(zhì)與構(gòu)造內(nèi)在聯(lián)系。LiBeBCNaMgAlSi33/106元素化學(xué)342023/10/10四、p區(qū)元素1.概述p區(qū)元素性質(zhì)特性各族元素性質(zhì)由上到下展現(xiàn)二次周期性①第二周期元素具有反常性(只有2s,2p軌道)形成配合物時，配位數(shù)最多不超出4；第二周期元素單鍵鍵能不大于第三周期同族元素單鍵鍵能

E(N-N)=159E(O-O)=142E(F-F)=141(kJ

mol

1)

E(P-P)=209E(S-S)=264E(Cl-Cl)=199(kJ

mol

1)②第四周期元素體現(xiàn)出異樣性(前面增加了10個d區(qū)元素)例如：溴酸、高溴酸氧化性分別比其他鹵酸(HClO3，HIO3)、高鹵酸(HClO4，H5IO6)強(qiáng)。34/106元素化學(xué)352023/10/10③各族第四、五、六周期三種元素性質(zhì)遲緩地遞變

(由于d區(qū)、f區(qū)插入，性質(zhì)遞變不如s區(qū)元素顯著)K+Ca2+

Ga3+Ge4+As5+r/pb+Sr2+In3+Sn4+Sb5+r/pm148113817162Cs+Ba2+Tl3+Pb4+Bi5+r/pm169135958474④惰性電子對效應(yīng)p區(qū)元素同族元素從上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物變得更穩(wěn)定，主要體現(xiàn)為6s2電子對更趨于穩(wěn)定，不易失去，雖然失去了也很易奪回來，體現(xiàn)出高氧化態(tài)強(qiáng)氧化性。穩(wěn)定性：Tl+Tl3+，Pb2+Pb4+，Bi3+

Bi5+，35/106元素化學(xué)362023/10/102.硼族元素價電子構(gòu)型：ns2np1

(1)硼成鍵特性

硼族元素為缺電子元素（元素價電子數(shù)少于價軌道數(shù)）最簡單硼烷是B2H6：兩個B原子均sp3雜化動畫激發(fā)sp3雜化36/106元素化學(xué)372023/10/10B2H62L2BH3L均裂異裂[BH2L2]++[BH4]

兩個三中心二電子氫橋鍵均裂：B2H6+2NaH→2Na[BH4]B2H6+2:PF3→2H3B:PF3B2H6+2:CO→2H3B:CO異裂：

B2H6+2:NH3→[BH2(NH3)2]++[BH4]－37/106元素化學(xué)382023/10/10硼烷中有五種鍵型硼氫鍵

B－H

硼硼鍵

B－B氫橋鍵

H

BB開放3中心-2電子硼橋鍵

B

BB閉合3中心-2電子硼橋鍵

B

BB38/106元素化學(xué)392023/10/10B4H10分子構(gòu)造39/106元素化學(xué)402023/10/10(2)BX3成鍵特性與路易斯酸性(GaCl3)2(InCl3)2(AlBr3)2(AlI3)2(GaBr3)2除B鹵化物及ⅢA氟化物以外,氣態(tài)均為二聚形式。AlCl3中Al原子為sp3雜化40/106元素化學(xué)412023/10/10

BF3

(g)BCl3

(l)BBr3(l)BI3(s)熔點/K146166227316沸點/K172285364483鍵長/pm(實測)131174189210共價半徑和/pm153180195214鍵能/kJ·mol

1646444368267

共價分子晶體隨分子量增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔沸點依次升高。由于有空軌道,可接收外來電子，均為Lewis酸。BF3+NH3

F3B:NH3

BF3+HF

H++[BF4]

C5H5N(l)+BX3(g)

C5H5N:BX341/106元素化學(xué)422023/10/10硼酸H3BO3構(gòu)造：B：sp2雜化一元弱酸(固體酸)=5.8

10

1042/106元素化學(xué)432023/10/10氮化硼B(yǎng)N與C2是等電子體，性質(zhì)相同：BN有三種晶型：無定型(類似于無定型碳)六方晶型(類似于石墨)又稱白石墨，熔點3000℃（分解）作潤滑劑

立方晶型(類似于金剛石)硬度僅次于金剛石，作磨料43/106元素化學(xué)442023/10/103.碳族元素概述價電子構(gòu)型：ns2np2氧化值最大配位數(shù)單質(zhì)可形成原子晶體金屬晶體44/106元素化學(xué)452023/10/10碳同素異形體金剛石(sp3雜化)富勒烯

(sp2雜化)石墨(sp2雜化)45/1062023/10/10元素化學(xué)46構(gòu)造：CO與N2為等電子體,構(gòu)造相同。一氧化碳(CO):CO::CO:一種σ鍵兩個二電子π鍵性質(zhì)：①CO作配體，形成羰基配合物，配位原子為C原子如：Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co2(CO)8②還原劑：③劇毒：取代血紅蛋白中O2配位位置，使人窒息(0.1%)CO：[(

1s)2(

1s)2(

2s)2(

2s)2(

2py)2(

2pz)2(

2px)2]46/1062023/10/10元素化學(xué)47二氧化碳(CO2)

OCO

C：sp雜化碳酸及其鹽CO32

構(gòu)造按VSEPR理論：Lp=[(4+2)32]/2=0，Vp=3，Vp平面三角形按雜化軌道理論：

C原子sp2雜化2-

CO2溶于水，大部分CO2

H2O，極小部分H2CO3，二元弱酸：

H2CO3H++HCO3

K

1=4.4107HCO3

H++CO32

K

2=4.7101147/1062023/10/10元素化學(xué)48碳酸鹽穩(wěn)定性Li2CO3Na2CO3MgCO3BaCO3FeCO3ZnCO3PbCO3

r(Mn+)/pm6095651357674120Mn+電子構(gòu)型2e8e8e8e9～17e18e18+2e分解T/℃131018005401360282300300離子極化觀點：r(M2+)愈小，M2+極化力愈大，MCO3愈不穩(wěn)定；M2+為18、(18+2)、(9~17)電子

構(gòu)型相對于8電子構(gòu)型極化力大，其MCO3相對不穩(wěn)定。熱穩(wěn)定性：碳酸碳酸氫鹽碳酸鹽也源于此理。M2+MCO3MO+CO22

48/106元素化學(xué)492023/10/10Sn2+與Sn(Ⅳ)反應(yīng)SnCl4

H2OH2SnO3+HCl↑(強(qiáng)烈)Sn+Cl2(過)HClS2－SnS2Na2SnS3Na2SH+SnS2+H2S↑[SnCl6]2－+H2S↑HClH2SnCl649/106元素化學(xué)502023/10/10Sn2+Sn4+O2SnS↓S22－SnS32－H+SnS2↓+H2SH2O,Cl－HCl+Sn(OH)Cl↓Fe3+Sn4++Fe2+OH－Sn(OH)2↓OH－[Sn(OH)3]－Bi3+Bi↓+[Sn(OH)6]2－

HgCl2Hg2Cl2↓+Sn4+Sn2+Hg↓+Sn4+50/106元素化學(xué)512023/10/10PbCO3

(白)PbCl2

(白)PbSO4

(白)PbCrO4

(黃)PbI2

(黃)PbS

(黑)如何使這些沉淀溶解?PbCO3+2HNO3

Pb(NO3)2+H2O+CO2

PbSO4+OH－(過量)

[Pb(OH)3]－+SO42－PbSO4+NH4Ac(飽和)

Pb(Ac)3－+SO42－+NH4+PbS+HNO3

Pb2++S

+NO

+H2OPbS+HCl(濃)

H

[PbCl3]+H2S

PbS+H2O2

PbSO4

+H2O出土古代壁畫、泥桶經(jīng)常是黑，由于古代人用鉛白(堿式碳酸鉛PbCO3·2Pb(OH)2

)作白顏料,鉛白與H2S作用成PbS黑色沉淀,因此可用此法使之變白。醋酸鉛俗名叫“鉛糖”,甜,有毒Pb2+與Pb(Ⅳ)性質(zhì)51/1062023/10/10元素化學(xué)52PbCrO4+HNO3==Pb2++Cr2O72－+NO3－PbCl2、PbI2溶于熱水PbCl2+HCl==H

[PbCl3]PbI2+KI==K

[PbI3]沉淀互相轉(zhuǎn)化：Pb(NO3)2Na2SO4PbSO4↓(白)KIPbI2↓(黃)Na2CO3PbCO3↓(白)PbS↓52/1062023/10/10元素化學(xué)53

ⅢA

ⅣA

ⅤA

B

C

N

Al

Si

P

Ga

Ge

As

In

Sn

Sb

Tl

Pb

Bi與族數(shù)對應(yīng)最高氧化態(tài)越來越不穩(wěn)定，族數(shù)減2氧化態(tài)愈來愈穩(wěn)定主要是6s2電子對惰性ns2np1

ns2np2

ns2np3+1+2+3ns2

ns2

ns2惰性電子對效應(yīng)53/1062023/10/10元素化學(xué)54概述價電子構(gòu)型：ns2np34.氮族元素

ⅤANPAsSbBins2np3

氮半徑小，易形成雙鍵、三鍵54/1062023/10/10元素化學(xué)55成鍵特性A.形成離子鍵(N3

)B.形成共價鍵a.三個共價單鍵(NH3、NF3、NCl3)b.一種共價雙鍵和一種共價單鍵(Cl

N=O角形)c.一種共價三鍵(:N≡N:，:C≡N:

)d.+5氧化態(tài)(NO3

，HNO3，NF4+，F(xiàn)NO2)C.形成配位鍵：[Cu(NH3)4)]2+、[Os(NH3)5(N2)]2+55/1062023/10/10元素化學(xué)56氨制備性質(zhì)

聯(lián)氨(肼)、羥胺OH－－NH2N2H4

無色液體NH2OH無色固體O6HNO45O4NHO6H2N3O4NH2Pt(2322)(23)+???++?+空氣純2N2+3H2NH3HaberF.獲1923年諾貝爾獎Fe,Ru56/1062023/10/10元素化學(xué)57N2O,NO,N2O3,NO2,N2O4,N2O5,氮氧化物NO：(

2s)2(

*2s)2(

2px)2(

2py)2(

2pz)2(

*2py)1順磁性2NO＋3I2＋4H2O==2NO3－＋8H＋＋6I－4NO2＋H2S==4NO＋SO3＋H2O10NO2＋2MnO4－＋2H2O==2Mn2＋＋10NO3－＋4H＋NO2：sp2雜化：57/1062023/10/10元素化學(xué)58

疊氮酸與疊氮化物

N2H4+HNO2

HN3+2H2O

HN3為無色有刺鼻臭味液體，極不穩(wěn)定，常因震動而爆炸。

AgN3Cu(N3)2Pb(N3)2Hg(N3)2撞擊NaOH

NaN3N2

+H2

ZnZn(N3)2+H2

HN3123

∶N－N＝N∶H：sp2雜化；2：2,3sp雜化；3：

N3

：直線型分子

NNN

sp雜化，尚有兩個

58/1062023/10/10元素化學(xué)59

亞硝酸及其鹽亞硝酸及其鹽既具有氧化性又具有還原性，以氧化性為主。2HNO2+2I－

+2H+==2NO+I2+2H2O5NO2－

+2MnO4－+6H+==5NO3－

+2Mn2+

+3H2ONO2－+Cl2+H2O==2H++2Cl－+NO3－構(gòu)造：按VSEPR理論，HONO，

Lp=(512)/2=1，Vp=1+2=3Vp排布為平面三角形，分子構(gòu)型V型，N原子sp2雜化亞硝酸鹽絕大部分無色,易溶于水，(AgNO2淺黃色不溶)，金屬活潑性差,對應(yīng)亞硝酸鹽穩(wěn)定性差。亞硝酸鹽遇到仲胺可形成亞硝酰，可引發(fā)消化系統(tǒng)癌癥59/1062023/10/10元素化學(xué)60硝酸及其鹽HNO3構(gòu)造：

N：sp2雜化，NO3-構(gòu)造N：sp2雜化60/1062023/10/10元素化學(xué)61活潑金屬Zn+4HNO3(濃)

Zn(NO3)2+2NO2+2H2O3Zn+8HNO3(稀1:2)

3Zn(NO3)2+2NO+4H2O4Zn+10HNO3(較稀2mol/L)

4Zn(NO3)2+N2O+5H2O4Zn+10HNO3(很稀1:10)

4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2OHNO3越稀，金屬越活潑，HNO3被還原氧化值越低。非金屬HNO3+非金屬單質(zhì)==對應(yīng)高價酸+NO61/1062023/10/10元素化學(xué)62磷及其化合物單質(zhì)黑磷：石墨狀片狀構(gòu)造，可導(dǎo)電。紅磷：P4(白磷)4P(紅磷)400℃白磷(黃磷)：∠P－P－P=60°具有張力，化學(xué)性質(zhì)非常活潑，易氧化，空氣中自燃，劇毒，0.15g致死。62/1062023/10/10元素化學(xué)63P4O10+6H2SO4==6SO3

+4H3PO4P4O10+12HNO3==6N2O5

+4H3PO4磷氧化物P4+3O2==P4O6點擊右圖觀看動畫+2O2==P4O1063/1062023/10/10元素化學(xué)64磷含氧酸及鹽H3PO4

正+5H3PO2

次+1P4+Ba(OH)2+H2O

PH3

+Ba(H2PO2)2

H2SO4H3PO2+BaSO4

+3P4O6+6H2O(冷)

4H3PO34H3PO3

3H3PO4+PH3H3PO3

亞

O||PHO|HH一元酸O||PHO

|OHH二元酸O||PHO

|OHOH三元酸P原子所有為sp3雜化，同步均存在d-p鍵。64/1062023/10/10元素化學(xué)65

O||HO—P—OH|OHP:sp3雜化3s3p

3dO:O:O:O:—H—H—H

O

HO—P—OH︱OH兩個d-pπ反饋H3PO4構(gòu)造SO42－、ClO4－含d-pπ反饋65/1062023/10/10元素化學(xué)66PO43－HPO42－

+Ag+

Ag3PO4↓(黃)可溶于酸H2PO4－SiO44

,PO43

,SO42

,ClO4

互為等電子體，具有相同構(gòu)造，均為正四周體構(gòu)造，都存在d～p鍵或鍵。XO4n型離子鍵長含氧酸根XO4n

SiO44

PO43

SO42

ClO4

試驗測定值/pm163154149146共價單鍵半徑之和/pm186179175172(AgI↓黃不溶于硝酸)66/1062023/10/10元素化學(xué)672H3PO4

H4P2O7+H2O3H3PO4

H5P3O10+2H2ONa5P3O10點擊方程式，觀看動畫(NaPO3)n格氏鹽H3PO4

－H2OHPO3(偏)(HPO3)n焦磷酸、

聚磷酸、偏磷酸67/1062023/10/10元素化學(xué)68磷鹵化物PX3分子晶體PX5離子晶體PCl5固體中具有[PCl4]+和[PCl6]－離子P：sp3d2雜化P：sp3雜化－68/1062023/10/10元素化學(xué)69存在及成鍵特性

砷、銻、鉍為親硫元素，自然界以硫化物形式存在：雄黃As4S4雌黃As2S3輝銻礦Sb2S3輝鉍礦Bi2S3砷、銻、鉍氧化態(tài)一般是+3和+5，由于惰性電子對效應(yīng)加強(qiáng)，+5氧化態(tài)Bi是強(qiáng)氧化劑。As(Ⅲ)Sb(Ⅲ)Bi(Ⅲ)As(Ⅴ)Sb(Ⅴ)Bi(Ⅴ)堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)還原性增強(qiáng)氧化性增強(qiáng)堿性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)69/1062023/10/10元素化學(xué)70氧化還原性E

=0.54VI2/I－E

=0.56VH3AsO4/H3AsO3H3AsO3+I2

H3AsO4+2I－H+OH－

NaBiO3+6HCl(濃)==Bi3++Cl2↑+Na++3H2O+4Cl－Bi(OH)3+Cl2+3NaOH==NaBiO3↓+2NaCl+3H2O5NaBiO3+2Mn2++14H+==2MnO4－

+5Bi3++7H2O+5Na+H3SbO4+2HCl==H3SbO3+Cl2+H2O——惰性電子對效應(yīng)2Sb3＋

+3Sn==2Sb+3Sn2＋2Bi3＋

+3Sn(OH)42－

+6OH－

==2Bi+3Sn(OH)62－70/1062023/10/10元素化學(xué)71概述價電子構(gòu)型ns2np45.氧族元素71/1062023/10/10元素化學(xué)72氧分子O2O2O2

O22－

O2+O2分子軌道：(

1s)2(

1s)2(

2s)2(

2s)2(

2px)2(

2py)2(

2pz)2(

2py)1(

2pz)1鍵級：(106)/2=2磁矩：臭氧O3有魚腥味淡藍(lán)色氣體，O原子sp2雜化

<242nm3O2+h

2O3

(220~330nm)2Ag+2O3==

Ag2O2+2O2PbS+4O3==PbSO4+O2↑3KOH(s)+2O3(g)

==2KO3(s)+KOH·H2O(s)+(1/2)O2(g)KO2+O272/1062023/10/10元素化學(xué)73構(gòu)造：O原子均為sp3雜化H2O2弱酸性、不穩(wěn)定現(xiàn)有氧化性又有還原性過氧化氫H2O2E

BHO2

+H2O+2e

=3OH

E

B=0.867VE

A

3H2O2+2MnO4－

2MnO2

+3O2

+2OH

+2H2O5H2O2+2MnO4－+6H+

2Mn2++5O2

+8H2OH2O2+Mn(OH)2

MnO2

+2H2O3H2O2+2NaCrO2+2NaOH

2Na2CrO4+4H2OH2O2+2Fe2++2H+

2Fe3++2H2O73/1062023/10/10元素化學(xué)74

硫及其化合物單質(zhì)硫S8構(gòu)造：

S：sp3雜化，形成環(huán)狀S8分子(立即置冷水中)彈性硫S(正交)94.5oC℃190

單斜)S(硫化物金屬硫化物大多數(shù)有顏色且難溶于水，只有堿金屬硫化物易溶。根據(jù)Ksp大小，金屬硫化物在酸中溶解度不一樣。HgSKsp最小，它只能溶于王水，由于形成配合物HgS還能夠溶于Na2S。3HgS+8H＋+2NO3

+12Cl

==3HgCl42－

+3S↓+2NO↑+4H2OHgS+Na2S==Na2[HgS2]硫化物都會產(chǎn)生一定程度水解，而使溶液呈堿性。Na2S＋H2O==NaHS＋NaOH74/1062023/10/10元素化學(xué)75治理：SO2+2CO

>731℃鋁礬土

S+2CO2Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2OSO2，SO3

酸雨罪魁禍?zhǔn)?4

πsp2雜化pd2雜化43

πsp2雜化亞硫酸及鹽H2SO3二元中強(qiáng)酸，現(xiàn)有氧化性又有還原性，能夠使品紅褪色。4Na2SO3==3Na2SO4+Na2SSO32－+H2S+H+==S↓+H2OSO32－+Cl2+H2O==SO42－+2Cl－+2H+5SO32－+2MnO4－+6H+==2Mn2++5SO42－+3H2O75/1062023/10/10元素化學(xué)76硫酸及其鹽強(qiáng)吸水性、強(qiáng)氧化性Fe＋H2SO4(稀)==FeSO4＋H2

Cu＋2H2SO4(濃)==CuSO4＋SO2＋2H2OC＋2H2SO4(濃)==CO2＋2SO2＋2H2OH2SO4構(gòu)造：S：sp3雜化，分子中除存在σ鍵外還存在(p-d)

反饋配鍵。H2SO4分子間通過氫鍵相連，使其晶體展現(xiàn)波紋形層狀構(gòu)造。76/1062023/10/10元素化學(xué)77硫代硫酸(H2S2O3)：極不穩(wěn)定，尚未制得純品。硫代硫酸鹽：Na2S2O3

5H2O，海波，大蘇打。硫代硫酸及鹽硫其他含氧酸及鹽制備：性質(zhì)：易溶于水,水溶液呈弱堿性；遇酸分解：S2O32

+2H+H2S2O3S+SO2+H2O還原性：配位性：+II77/1062023/10/10元素化學(xué)78H2S2O7為無色晶體，吸水性、腐蝕性、酸性比H2SO4更強(qiáng)。焦硫酸過氧化氫：H-O-O-H過硫酸及其鹽過二硫酸鹽：K2S2O8，(NH4)2S2O8強(qiáng)氧化劑：E

(S2O82

/SO42)=1.939V穩(wěn)定性差：過一硫酸磺酸基過二硫酸78/1062023/10/10元素化學(xué)79硒、碲化合物SeO2TeO2+SO2+H2O→SeTe+H2SO4H2SeO3、H2SeO4無色固體碲酸H6TeO6或Te(OH)6八面體白色固體，弱酸，氧化性比H2SO4強(qiáng)。中等強(qiáng)度氧化劑與H2SO3對比不揮發(fā)性強(qiáng)酸，吸水性強(qiáng)。氧化性比H2SO4強(qiáng)，可溶解金，生成Au2(SeO4)3其他性質(zhì)類似與H2SO4SeO2，TeO2為中等強(qiáng)度氧化劑79/1062023/10/10元素化學(xué)80鹵素單質(zhì)6.鹵族元素價電子構(gòu)型ns2np5化學(xué)性質(zhì)F2Cl2Br2I2聚集狀態(tài)ggls分子間力小大

b.p./℃

188

3459185m.p./℃

220

102

7114顏色淺黃黃綠紅棕紫X2氧化性強(qiáng)弱X

還原性弱強(qiáng)氧化性最強(qiáng)是F2，還原性最強(qiáng)是Iˉ。2.8891.3601.07740.5345E

(X2/X

)/V擬鹵素氰(CN)2硫氰(SCN)2氧氰(OCN)2擬鹵素離子

CN

SCN

OCN

80/1062023/10/10元素化學(xué)81歧化反應(yīng)：與H2O反應(yīng)：氧化反應(yīng)：歧化反應(yīng)產(chǎn)物：常溫加熱低溫I2Br2Cl2ClO

ClO

81/1062023/10/10元素化學(xué)82常溫下,鹵化氫都是無色具有刺激性氣味氣體。HFHClHBrHI

/(10

30C·m)6.373.572.761.40分子極性

m.p./℃*

83.57

114.18

86.87

50.80熔點

b.p./℃*19.52

85.05

66.71

35.1沸點

fH

m/kJmol1271.192.336.426.5分解溫度/℃>能/kJ·mol

1570432366298酸性弱強(qiáng)穩(wěn)定性鹵化氫性質(zhì)HF存在氫鍵：82/1062023/10/10元素化學(xué)83鹵化物多鹵化物鹵素互化物金屬鹵化物非金屬鹵化物等鹵化物鹵素與電負(fù)性比較小元素生成化合物。水解性離子型共價型熔點高低溶解性大多易溶于水易溶于有機(jī)溶劑導(dǎo)電性水溶液,熔融導(dǎo)電無導(dǎo)電性金屬鹵化物對應(yīng)氫氧化物不是強(qiáng)堿都易水解,產(chǎn)物為氫氧化物或堿式鹽非金屬鹵化物易水解，產(chǎn)物為兩種酸BX3,SiX4,PCl3性質(zhì)注意：Sn(OH)Cl，SbOCl，BiOCl83/1062023/10/10元素化學(xué)84鹵化物鍵型及性質(zhì)遞變規(guī)律

同一周期：從左到右，陽離子電荷數(shù)增大，離子半徑減小，鍵型從離子型向共價型過渡，熔沸點下降。例如：NaCl

MgCl2

AlCl3SiCl4b.p./升華)57.6同一金屬不一樣鹵素：AlX3伴隨X半徑增大，極化率增大，共價成份增多。