常见非金属元素及其化合物

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1、2018/1/5,1,第九章 常见非金属元素及其化合物,学习内容,1、非金属元素元素性质的相似性和递变规律。,2、常见非金属元素及其化合物的性质。,2018/1/5,2,元素化学是研究元素所组成的单质和化合物的制备、性质及其变化规律的一门学科。,元素化学,2018/1/5,3,迄今为止，在人类可能探测的宇宙范围已经发现的元素和人工合成的元素共119种，其中地球上天然存在的元素有92种 。它们主要分布于地壳、海洋和大气。,元素分布,2018/1/5,4,地壳中主要元素的质量分数,2018/1/5,5,海水中元素含量,*未计入水和溶解气体量。,2018/1/5,6,大气的成分,2018/1/5,7

2、,2018/1/5,8,元素分类,根据研究目的的不同，元素的分类：1金属与非金属根据元素的性质进行分类，分为金属与非金属。在元素周期表中，以BSiAsTeAt和AlGeSbPo两条对角线为界，处于对角线左下方元素的单质均为金属，包括s区、ds区、d区、f区及部分p区元素；处于对角线右上方元素的单质为非金属，仅为p区的部分元素；处于对角线上的元素称为准金属，其性质介于金属和非金属之间，大多数的准金属可作半导体。,2018/1/5,9,非金属元素在周期表中的位置 ：,2018/1/5,10,2普通元素和稀有元素 根据元素在自然界中的分布及应用情况，将元素分为普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然

3、界中含量少，或被人们发现的较晚，或对它们研究的较少，或提炼它们比较困难，以致在工业上应用也较晚的元素。稀有元素约占周期表元素的三分之二。 例如钛，由于冶炼技术要求较高，难以制备，长期以来，人们对它的性质了解得很少，被列为稀有元素，但它在地壳中的含量排第十位；而有些元素贮量并不多但矿物比较集中，如硼、金等已早被人们所熟悉，被列为普通元素。因此，普通元素和稀有元素的划分不是绝对的。,2018/1/5,11,稀有元素根据性质不同可以分为以下六类：稀有轻金属：锂、铷、铯、钫（人造元素）；难熔稀有金属：钛、锆、铪、钽、钨、钼、钒、铼、锝（人造元素）；稀有分散元素：铼、镓、铟、铊、锗、硒、碲；稀土元素：钪

4、、钇、镧系元素；,2018/1/5,12,稀有贵金属：铂、铱、锇、钌、铑、钯；放射性稀有金属：钋、镭、锕系元素。 稀有元素常用于黑色和有色冶金工业以制造特种钢、超硬合金和耐火合金等。在原子能工业、化学工业、电气工业、电子管、半导体、超音速飞机、火箭、航天技术方面都占有重要的地位。 稀有元素的名称具有一定的相对性，与普通元素的界线正在逐步消失。,2018/1/5,13,维尔纳长式周期表:是由诺贝尔奖得主维尔纳（1866-1919）首先倡导的，长式周期表是目前最通用的元素周期表.,周期:维尔纳长式周期表分主表和副表。主表中的15行分别是完整的第1，2，3，4，5周期，但是，第6、7行不是完整的第6

5、、7周期，其中的镧系元素和锕系元素被分离出来，形成主表下方的副表。第一周期只有2个元素，叫特短周期，它的原子只有s电子； 第二、三周期有8个元素，叫短周期，它们的原子有s电子和p电子； 第四、五周期有18个元素，叫长周期，它们的原子除钾和钙外有s、p电子还有d电子； 第六周期有32个元素，叫特长周期，它的原子除铯和钡外有s、d、p电子还有f电子； 第七周期是未完成周期。,3按周期分,2018/1/5,14,维尔纳长式周期表,2018/1/5,15,原子的电子层结构与元素周期的关系,周期数 = 电子层数 = 最外层的主量子数,2018/1/5,16,族：元素周期表有18列(纵列)。族用罗马数码标

6、记，如：IA、VIIB等；第8-10列叫第VIII族，不叫VIIIB，第18列叫0族。A族：周期表最左边的两个纵列是IA和IIA主族；周期表最右边的6个纵列从左到右分别是IIIA，IVA、VA、VIA、VIIA主族和0(零)族。,4按族分,2018/1/5,17,主族元素的原子在形成化学键时只使用最外层电子(ns/np)，不使用结构封闭的次外层电子。从这个特征看，零族元素也属于主族元素，零族元素曾长期叫惰性气体，它也能形成传统化合物，改称稀有气体。主族常用相应第二周期元素命名，如硼族、碳族、氮族，氧族等。此外，还常见镓分族(镓铟铊)、锗分族(锗锡铅)、砷分族(砷锑铋)、硫分族（硫硒碲）等术语。

7、,2018/1/5,18,B族：从周期表左边第3纵列开始有10个纵列，每个纵列3个元素(包括第七周期元素应是4个元素)，从左到右的顺序是IIIB，IVB，VB，VIB，VIIB，VIII，IB，IIB。VIII族是3个纵列9个元素。副族常以相应第四周期元素命名，分称钪副族、钛副族、钒副族等；但VIII族中的铁钴镍(第四周期元素)又称铁系元素，钌铑钯锇铱铂(第五、六周期元素)则总称铂系元素。,2018/1/5,19,主族元素：族数 = 最外层的电子数,副族元素：B、B族数 = 外层电子数,B-B族数 = 外层s电子与次外层d电子之和,族元素外层s电子与次外层d电子之和为8-10,零族元素外层电子

8、数为8（第一周期为2）,2018/1/5,20,2018/1/5,21,5分区,2018/1/5,22,长式周期表的主表从左到右可分为s区，d区，ds区，p区4个区，有的书把ds区归入d区；副表(镧系和锕系)是 f 区元素。,ns1-2,(n-1)d1-9ns1-2,(n-1)d10ns1-2,ns2np1-6,(n-2)f1-14(n-1)d1ns2,IA, IIA,IIIB-VIII,IB, IIB,IIIA-0,镧系和锕系,2018/1/5,23,s区元素,p区元素,章总目录,S区元素包括A（碱金属）A（碱土金属）13种元素，因其价构型为nS1-2，故称S区元素，除H外均为典型的金属元素

9、。,P区元素（除He外）包括AA31种元素，因其价构型为ns2np16 ，故称P区元素，21种非金属元素都在P区。,长式周期表的主表从左到右可分为s区，d区，ds区，p区4个区，有的书把ds区归入d区；副表(镧系和锕系)是 f 区元素。,ns1-2,(n-1)d1-9ns1-2,(n-1)d10ns1-2,ns2np1-6,(n-2)f1-14(n-1)d1ns2,IA, IIA,IIIB-VIII,IB, IIB,IIIA-0,镧系和锕系,2018/1/5,24,d区元素,章总目录,d区元素是元素周期表中的副族元素，即第3至第12族元素。这些元素中具有最高能量的电子是填在d轨道上的。 价层电

10、子构型为 (n-1)d1-10ns1-2(Pd为5s0)。它们在原子结构上的特点是最后一个电子排布在次外层的d轨道中。,2018/1/5,25,章总目录,ds区元素,ds区元素是指元素周期表中的B、B两族元素，包括铜、银、金、锌、镉、汞6种金属元素。价层电子构型是d10s1（B）或d10s2（B）。 有时把ds区看作是d区元素的一部分 。,f区元素,f区元素指的是元素周期表中的镧系元素和锕系元素。价层电子构型是(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2。大多数元素具有最高能量的电子是排布在f轨道上的。,2018/1/5,26,6生命元素与非生命元素 根据元素的生物效应不同，又分为有生物活性的

11、生命元素和非生命元素。 生命元素又可根据在人体中的含量及作用再进行细分，可分为人体必需元素（包括宏量元素和微量元素）和有毒元素。,2018/1/5,27,必需元素,目前已知天然存在的化学元素有92种，在人体内已发现60种以上。 有些元素是人的生命活动必不可少的，被称为必需元素(也称为“生命元素”)。根据这些元素在人体中含量的高低，可分为常量元素(或称宏量元素)和微量元素。 含量高于0.01的元素称为常量元素，人体中常量元素约占体重的99.95； 含量低于0.01的元素称为微量元素，人体中微量元素约占体重的0.05。,2018/1/5,28,目前科学家认为，生命元素有27种。13种为非金属元素，

12、14中为金属元素。 到目前为止已确认的微量生命元素有16种，它们是Zn(锌 ）、Cu (铜)、Co(钴)、Cr(铬)、Mn(锰)、Mo(钼)、Fe(铁)、I(碘)、As(砷)、B(硼)、Se(硒)，Ni (镍)、Sn(锡)、Si(硅)、F(氟)、V(钒)。 也有人认为Li(锂)也应列入微量生命元素。,2018/1/5,29,常量元素构成人体的细胞与组织，并参与多种生化过程，如神经传导、体液平衡、肌肉收缩的调节等。微量元素通过激活酶的活性，在人体内许多生化过程中起调控作用。,获得能量：C、H、O、N、S等组成的糖类、油脂和 蛋白质维持体内电解质平衡的盐类：K、Na、Mg、Cl等形成骨骼的元素：C

13、a、P,常量元素 常量元素是指含量大于0.01%的元素 C、H、O、N、Na、Mg、Ca、P、S、Cl共11种。,2018/1/5,30,已被确认的必需微量元素有16种：即铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼，每种微量元素都有其特殊的生理功能。 一旦缺少了这些必需的微量元素，人体就会出现疾病，甚至危及生命。,微量元素,2018/1/5,31,非金属元素的数目和位置,22种非金属元素，有6种是稀有气体； 包括氢、硼、碳、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯、砷、硒、溴、碲、碘、砹、氦、氖、氩、氪、氙、氡。 如果不算准金属(B、Si、As、Se、Te)，则非金属只有17种，在金属与

14、非金属之间没有截然的界线。 除H外，均处于周期表右上方，属于p区。,2018/1/5,32,斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te等为准金属，它们既有金属的性质又有非金属的性质。,在周期表的右侧，斜线将所有化学元素分为金属和非金属两个部分。,2018/1/5,33,非金属元素结构特点,除H、He、B外，最外层电子数4且原子半径比同周期的金属元素小最高正价=族序数|最低负价|+|最高正价|=8,价电子构型,ns1-2(H , He),ns2np1-6,2018/1/5,34,非金属单质的物理性质,常温下状态：气态：H2、N2、O2、F2、Cl2、稀有气体液态：Br2；其余为固态。

15、,2018/1/5,35,溶解性：除F2与水发生置换反应，Cl2、Br2在水中仅部分发生自身氧化还原反应外，可以说非金属单质难溶于水。 易溶于有机溶剂。,2018/1/5,36,第一节 卤素,卤素是指周期表中A族元素，包括氟、氯、溴、碘和砹等五种元素，价层电子构型均为ns2np5 ，因它们都能直接和金属化合生成盐类，故而得名。它们是周期表中电负性最大，原子半径最小的元素，是各周期中最活泼的非金属。卤素是非常活泼的非金属，能和活泼金属生成离子化合物，几乎能和所有的非金属及金属反应，生成共价化合物。卤素在化合物中常见的氧化数为1。除氟以外，卤素与电负性比它强的元素（主要是氧）化合时，还可以形成正的氧化数，如1、3、5和7。 氧化还原性本族元素的主要性质。,一、概述,2018/1/5,37,二、卤素单质单质为双原子分子，易溶于极性小的有机溶剂，单质分子间仅色散力结合，故其熔点、沸点较低，从F至I随分子量增大原则而升高。常温下氟、氯为气体，溴为液体，碘为固体。化学性质 活泼，都是强氧化剂，随着元素原子序数的增加，卤素单质的氧化性逐渐减弱： F2Cl2Br2I2 ，卤素阴离子还原性大小的顺序为：IBrClF。,