1、主族元素及其化合物主族元素及其化合物 授课内容授课内容 s区元素及其化合物区元素及其化合物 P区元素区元素(一一) P区元素区元素(二二) P区元素区元素(三三)构建化学知识的基本方法构建化学知识的基本方法化学知识的积累和构造化学知识的积累和构造感性认识感性认识 理性认识理性认识现象现象 反应反应 物质物质 性质性质 结结构构 化学知识的掌握和应用化学知识的掌握和应用学习学习无机化学无机化学课程的参考书课程的参考书无机化学无机化学（上、下册）高教出版社 第三版 武汉大学 吉林大学等校编无机化学无机化学（上、下册）高教出版社 第四版 北师大、华师大等主编无机化学无机化学高教出版社（第四版） 大连
2、理工大学无机化学教研室 编现代基础化学现代基础化学化学工业出版社 第一版 朱裕贞 顾 达 黑恩成 主编 s区元素概述区元素概述碱金属碱金属(IA )：ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr碱土金属碱土金属(IIA )：ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属都是活泼金属。 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属价电子层构型：价电子层构型： ns1 +1 碱金属碱金属 ns2 +2 碱土金属碱土金属 1. 主要特征：主要特征： 单质金属的活泼性；单质金属的活泼性； 氢氧化物的强碱性；氢氧化物的强碱性； 两族元素之间盐类物质两族元素之间盐类物质 溶解度的差异性溶解度
3、的差异性1. 易与易与H2直接化合成直接化合成MH、MH2离子型化合物；离子型化合物；2. 与与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物；形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物；3. 易与易与H2O反应反应(除除Be、Mg外外)，与非金属作用形，与非金属作用形成相应的化合物。成相应的化合物。注：注：碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属通性：通性：原子半径增大原子半径增大金属性、还原性增强金属性、还原性增强电离能、电负性减小电离能、电负性减小IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大碱金属和
4、碱土金属元素性质的变化规律碱金属和碱土金属元素性质的变化规律单质的物理性质和化学性质单质的物理性质和化学性质NaLiK1.物理性质物理性质BeMgCaSrBaRbCs单质的物理性质和化学性质单质的物理性质和化学性质单质的物理性质：单质的物理性质：有金属光泽有金属光泽密度小密度小硬度小硬度小熔点低熔点低s区单质的熔点变化导电、导热性好导电、导热性好单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2Li2ONa2O2KO2与氧、硫、氮与氧、硫、氮、卤素反应，卤素反应， 形成相应的化合物。形成
5、相应的化合物。镁带的燃烧镁带的燃烧与氧的反应：与氧的反应： 与卤素的反应：与卤素的反应：IA 与水作用与水作用LiNaKCa2M + 2H2O 2MOH + H2(g)氢氧化物水溶液碱性强弱的判断：氢氧化物水溶液碱性强弱的判断： M+ + OH 碱式离解碱式离解 MOH MO + H+ 酸式离解酸式离解 中心离子的离子势中心离子的离子势 z 中心离子的电荷数中心离子的电荷数 r 中心离子的半径中心离子的半径(pm) 0.32 M(OH)n 碱性碱性 两性两性 酸性酸性 Mn+ 的价电子层为的价电子层为8电子构型电子构型rz与液氨与液氨的作用的作用(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+
6、 + + +- -+ +氢化物氢化物s区元素的化合物区元素的化合物配合物配合物重要盐类及其性质重要盐类及其性质氢氧化物氢氧化物氧化物氧化物 s区元素的单质区元素的单质(除除Be、Mg外外)均能与氢均能与氢形成离子型氢化物。形成离子型氢化物。LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均为白色晶体，均为白色晶体， 热稳定性差热稳定性差/ kJmol-1fHm氢化物氢化物2.还原性强还原性强钛的冶炼：钛的冶炼：2LiOHTiTiO2LiH2+242H4NaClTiTiCl4NaH+剧烈水解：剧烈水解：(g)HMOHOHMH22
7、+(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222+V)23. 2)/H(H(2-E3.形成配位氢化物形成配位氢化物3LiClLiAlHAlCl4LiH43+（无水）乙醚铝氢化锂铝氢化锂LiAlH4受潮时强烈水解受潮时强烈水解23244HAl(OH)LiOHO4HLiAlH+1.形成三类氧化物形成三类氧化物622p2s2s 1稳定性稳定性:O2- O2- O22-42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物正常氧化物(O2-)：过氧化物过氧化物(O22-)：超氧化物超氧化物(O2-)32p4p22p222s22s)()()()()(*KK氧化物氧化物重要盐类及其性质重要盐类及其
8、性质1.晶体类型：晶体类型： 绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤化物有一定的共价性。化物有一定的共价性。例如例如：Be2+极化力强，极化力强， BeCl2已过渡为共价已过渡为共价 化合物。化合物。离子性增强离子性增强重要盐类：重要盐类： 卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点熔点/ ：415 714 775 874 9622.一般无色或白色一般无色或白色3.溶解度：溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；碱金属盐类一般易溶于水； 碱土金属盐类除卤化物、硝酸碱土金属盐类除卤化物、硝酸
9、盐外多数溶解度较小。盐外多数溶解度较小。4.热稳定性：热稳定性：较高。较高。重要盐类及其性质重要盐类及其性质硝酸盐热稳定性差。硝酸盐热稳定性差。碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径 的增大而增强。的增大而增强。 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分分 / 100 540 900 1290 1360稳定性稳定性 M2CO3 MCO32-OM2+OCO重要盐类及其性质重要盐类及其性质Li Be B CNa Mg Al Si 1.对角线规则：对角线规则： A 族的族的Li与与A族的族的Mg， A族的族的Be与与A族的族的Al， A 族的族
10、的B与与A族的族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：这三对元素在周期表中处于对角线位置：相应的两元素及其化合物的性质有许多相相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。似之处。这种相似性称为对角线规则。锂锂 、铍的特殊性、铍的特殊性 对角线规则对角线规则单质与氧作用生成正常氧化物；单质与氧作用生成正常氧化物；氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；氯化物均能溶于有机溶剂中；氯化物均能溶于有机溶剂中；碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物。
11、2.锂与镁的相似性：锂与镁的相似性：对角线元素性质相似原理对角线元素性质相似原理Li Be B CNa Mg Al Si rz 中心离子的离子势中心离子的离子势 z 中心离子的电荷数中心离子的电荷数 r 中心离子的半径中心离子的半径(pm)元素原子在化合物中的离子势相似元素原子在化合物中的离子势相似 ！ 化学之窗化学之窗 Na+，K+，Mg2+，Ca2+的生理作用的生理作用 Na+，K+，Mg2+，Ca2+四种离子占人四种离子占人体中金属离子总量的体中金属离子总量的99。对高级动物。对高级动物来说，钠钾比值在细胞内液中和细胞外来说，钠钾比值在细胞内液中和细胞外液中有较大不同。液中有较大不同。
12、在人体血浆中：在人体血浆中：c( Na+)0. 15mol/L， c(K+)0.005 mol/L； 在细胞内液中：在细胞内液中： c(Na+)0.005mol/L， c(K+)0.16 mol/L。 Na+，K+，Mg2+，Ca2+的生理作用的生理作用 这种浓度差别决定了高级动物的各这种浓度差别决定了高级动物的各种电物理功能种电物理功能神经脉冲的传送、神经脉冲的传送、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、渗透压的调节等。由于渗透压的调节等。由于钠在高级动物钠在高级动物细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因此对动物来说钠是较重要的碱金属元此对
13、动物来说钠是较重要的碱金属元素，素，而对植物来说而对植物来说钾是较重要的碱金钾是较重要的碱金属元素。属元素。 其主要症状是其主要症状是：口渴、恶心、肌肉痉挛、神：口渴、恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等，严重时会导致死亡。经紊乱等，严重时会导致死亡。 人可以从肉、奶等食物中获取一定量的人可以从肉、奶等食物中获取一定量的钠，从果实、谷类、蔬菜等食物中吸取适量钠，从果实、谷类、蔬菜等食物中吸取适量的钾。的钾。 神经细胞、心肌和其他重要器官功能都神经细胞、心肌和其他重要器官功能都需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。 在胚胎中的在胚胎中的钠钾比值钠钾比值与海水中十分接近
14、，与海水中十分接近，这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于海生有机体的直接证明之一海生有机体的直接证明之一。 食盐不足量食盐不足量缺钠症：缺钠症：钾元素对植物的影响钾元素对植物的影响 植物对钾的需要同高级动物对钠的植物对钾的需要同高级动物对钠的需要一样，钾是植物生长所必需的一需要一样，钾是植物生长所必需的一种成分。植物体通过根系从土壤中选种成分。植物体通过根系从土壤中选择性地吸收钾。钾同植物的光合作用择性地吸收钾。钾同植物的光合作用和呼吸作用有关，和呼吸作用有关，缺少钾会引起叶片缺少钾会引起叶片收缩、发黄或出现棕褐色斑点等症状。收缩、发黄或出现棕褐色斑点等
15、症状。 镁占人体重量的镁占人体重量的0.05，人体内的镁，人体内的镁以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余分布在软组织和体液中，分布在软组织和体液中，Mg2+是细胞内液是细胞内液中除中除K+之外的重要离子。镁是体内多种酶之外的重要离子。镁是体内多种酶的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重要作用。要作用。若缺镁会导致冠状动脉病变，心若缺镁会导致冠状动脉病变，心肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩等 症 状 。等 症 状 。 成 年 人 每 天 镁 的 需 要 量 为成 年 人 每 天 镁 的
16、需 要 量 为（200300）mg。 Mg2+在人体中的生物效应在人体中的生物效应 钙对于所有细胞生物体都是必需的。无论在肌钙对于所有细胞生物体都是必需的。无论在肌肉、神经、粘液和骨骼中都有肉、神经、粘液和骨骼中都有Ca2+结合的蛋白质。结合的蛋白质。钙占人体总重量的钙占人体总重量的1.52.0，一般成年人体内含钙，一般成年人体内含钙量约为量约为1200 g，成年人每天需要钙量为（，成年人每天需要钙量为（0.71.0）g。 钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，一般为羟基钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，一般为羟基磷酸钙磷酸钙 Ca5(PO4)3OH，占人体钙的，占人体钙的99。在血中钙。在血中钙的正常浓
17、度为每的正常浓度为每100 mL血浆含（血浆含（911.5）mg，其中，其中一部分以一部分以Ca2+存在，而另一部分则与血蛋白结合。存在，而另一部分则与血蛋白结合。发生出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与发生出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与缺钙有关。缺钙有关。 Ca2+在人体中的生物效应在人体中的生物效应 钙有许多重要的生理功能钙有许多重要的生理功能，钙和镁都能调节植，钙和镁都能调节植物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。 钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律，血钙，血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋，如血钙降低，则引起兴增高
18、可抑制神经肌肉的兴奋，如血钙降低，则引起兴奋性增强，而产生手足抽搐（即奋性增强，而产生手足抽搐（即“抽风抽风”）。）。 钙对体内多种酶有激活作用，钙对体内多种酶有激活作用，钙还参与血凝过程钙还参与血凝过程和抑制毒物（如铅）的吸收；它还影响细胞膜的渗透和抑制毒物（如铅）的吸收；它还影响细胞膜的渗透作用。作用。 人体缺钙人体缺钙：将影响儿童的正常生长，或出现佝偻将影响儿童的正常生长，或出现佝偻病；对成年人来说，则患软骨病，易发生骨折并发生病；对成年人来说，则患软骨病，易发生骨折并发生出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与缺钙有出血和瘫痪等疾病，高血压、脑血管病等也与缺钙有关。关。 Ca2+在人体
19、中的生物效应在人体中的生物效应铍和钡的毒性铍和钡的毒性 铍的化合物是有毒的，早在20世纪60年代就有报导，铍与砷一样，能与核酸生成配合物，在人体器官中积聚足够多时就可能导致癌变。可溶性铍盐特别是BeF2接触皮肤时，会使皮肤发炎。 可溶性钡盐的毒性是刺激肌肉，对心脏的毒害很重，能引起心室的纤维性抖动。BaCl2的致命量为（0.11.0）g。溶解度很小的BaCO3在胃酸作用下可转化为BaCl2，所以它也是不能随意放置的毒品。 铍、钡的毒性可能是这两种离子取代了体内的铍、钡的毒性可能是这两种离子取代了体内的Ca2+和和Mg2+所致。所致。 p区元素区元素( (一一) ) 碳族元素碳族元素 硼族元素硼
20、族元素 p区元素概述区元素概述 p区元素概述区元素概述 第二周期元素具有反常性第二周期元素具有反常性 (只有只有2s,2p轨道轨道) 形成配合物时，配位数最多不超过形成配合物时，配位数最多不超过4； 第二周期元素单键键能小于第三周期元第二周期元素单键键能小于第三周期元 素单键键能素单键键能(kJ/mol-1) E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141 E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199p区元素性质的特征区元素性质的特征各族元素性质由上到下呈现二次周期性各族元素性质由上到下呈现二次周期性第四第四周期元素表现出异样性周期元素表现出异样性(d
21、区插入区插入)EV458. 1)/ClClO(23- V513. 1)/BrBrO(23-E V209.1)/IIO(23-E V226. 1)/ClOClO(34-E 例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸酸(HClO3 ，HIO3)、高卤酸、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。强。EV60. 1)/IOIOH(365-EV763. 1)/BrOBrO(34-最后三个元素性质缓慢地递变最后三个元素性质缓慢地递变 K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+r/pm 133 99 62 53 47 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+r/pm 14
22、8 113 81 71 62 Cs+ Ba2+ Tl3+ Pb4+ Bi5+r/pm 169 135 95 84 74(d区、区、f 区插入区插入)价电子构型：价电子构型：ns2np1-5 例如：氯的氧化数有例如：氯的氧化数有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。等。惰性电子对效应惰性电子对效应：同族元素从上到下，低氧化值化合物同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定。比高氧化值化合物变得更稳定。 多种氧化数多种氧化数例如：例如：Sn(II) Pb(IV) 价电子结构分别为Xe6s2，Xe电负性大，形成共价化合物电负性大，形成共价化合物惰性电子对效应：惰性电子对效应：硼族元素
23、硼族元素 铝的化合物铝的化合物 硼的化合物硼的化合物硼族元素的单质硼族元素的单质 硼族元素概述硼族元素概述硼族元素概述硼族元素概述硼族硼族(A)：B，Al，Ga，In，Tl价电子构型：价电子构型：ns2np1缺电子原子：缺电子原子：价电子数价电子数价层轨道数价层轨道数缺电子化合物：缺电子化合物：成键电子对数成键电子对数价层轨道数价层轨道数例如：例如：BF3，H3BO3。 注意：注意： HBF4不是缺电子化合物。不是缺电子化合物。ClClAlClClClClAl缺电子化合物特点：缺电子化合物特点：b. 易形成双聚物易形成双聚物Al2Cl6HF BF3a. 易形成配位化合物易形成配位化合物HBF4
24、硼族元素的一般性质硼族元素的一般性质B为非金属单质，为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属是金属氧化态：氧化态：B，Al，Ga：（：（+3） In：（：（+1，+3） Tl：（：（+1）最大配位数：最大配位数：B：4 例：例：HBF4其它：其它：6 例：例：Na3AlF6硼族元素的单质硼族元素的单质硼硼铝铝镓镓铟铟硼的单质硼的单质同素异形体：同素异形体：无定形硼，无定形硼， 晶形硼晶形硼 棕色粉末棕色粉末, 黑灰色黑灰色化学活性高，化学活性高， 硬度大硬度大 熔点，沸点都很高。熔点，沸点都很高。正二十面体结构单元菱形硼的12B-硼的化合物硼的化合物1.硼的氢化物硼的氢化物硼烷分类：硼烷分类
25、：BnHn+4和和 BnHn+6 例：例： B2H6 B4H10 乙硼烷乙硼烷 丁硼烷丁硼烷 有有CH4，但无，但无BH3 最简单的硼烷：最简单的硼烷：B2H6 其结构并非如右图所示：其结构并非如右图所示：HHBBHHHH B：利用：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。（氢桥）两电子键。（氢桥）记作：记作：HHBBHHHH 要点：要点：B的杂化方的杂化方式，三中心两电子键式，三中心两电子键（3c-2e）、硼氢桥）、硼氢桥。硼烷的性质硼烷的性质 自燃自燃高能燃料，剧毒高能燃料，剧毒 水解水解含硼化合物燃烧 火焰呈现绿色O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB23
26、2262+(g)H6(s)BO2HO(l)6H(g)HB233262+水下火箭燃料 mol-509.3kJ-1rHmrHm-1mol-2034kJ 加合反应加合反应COB2HCOHB362+6HCl(l)2BCl(g)6Cl(g)HB3262+-1mol-1376kJrHm4622NaBHHB2NaH+4622LiBHHB2LiH+-+BH)(NHBH2NHHB4232362 三氧化二硼三氧化二硼 B2O3B(无定形)B2O3H3BO3O2Mg或Al+H2O-H2O制备：制备：O3HOBBO2H(s)O2B(g)3O4B(s)23233322+原子晶体：由畸变四面体原子晶体：由畸变四面体BO4
27、所组成的所组成的 六方晶格。六方晶格。无定形体：由三角形无定形体：由三角形BO3单元构成。单元构成。2.硼的含氧化合物硼的含氧化合物结构：结构：B：sp2杂化杂化OHBOOHH 硼酸硼酸 H3BO3 结构：结构：硼酸性质：硼酸性质：一元弱酸一元弱酸 (固体酸固体酸)与多羟基化合物加合与多羟基化合物加合-O C HO C HRRBH C OH C ORRO3HH2+OH C H2BOH33+OH C HRRH O C HH O C HRRHOHOBOHH C O HH C O HRR受热易分解受热易分解)(OBHBOBOH32O-H2O-H3322玻璃态 OHBOH233+HB(OH)-4K=5
28、.810-10 硼砂硼砂O10HOBNa2742O8H(OH)OBNa24542硼酸根的结构：硼酸根的结构：3.硼的卤化物硼的卤化物 BX3结构：结构： B：sp2杂化 BX3性质：性质：BXXX BF3 BCl3 BBr3 BI3 室温下聚集态 g g l s 熔点/ -127.1 -107 -46 49.9 沸点/ -100.4 12.7 91.3 210 BX3的的水解：水解：I)Br,Cl,(X 3HXBOHO3HBX3323+33BFHFHFBF+3HBFBOHO3H4BF43323+4.氮化硼氮化硼 BN与与C2是是等电子体，性质相似：等电子体，性质相似： BN有三种晶型：有三种晶
29、型：无定型无定型(类似于无定型碳类似于无定型碳)六方晶型六方晶型 (类似于石墨类似于石墨) 作润滑剂作润滑剂立方晶型立方晶型(类似于金刚石) 作磨料1.氧化铝和氢氧化铝氧化铝和氢氧化铝 氧化铝：氧化铝：Al2O3 - - Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。水、酸、碱。 - - Al2O3 ：活性氧化铝，可溶于酸、活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体碱，可作为催化剂载体。铝的化合物铝的化合物2.铝的卤化物铝的卤化物离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物。溶剂，易形成双聚物
30、。水解激烈：水解激烈：HCl3Al(OH)O3HAlCl323+AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3离子键离子键 共价键共价键用干法合成用干法合成AlCl3：322AlCl(g)3ClAl2+ 潮湿空气中的潮湿空气中的AlCl3，遇，遇NH3生成生成NH4Cl。白烟为白烟为NH4ClCO32AlCl3Cl3COAl3232+(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al23+铝的卤化物铝的卤化物硫酸铝：硫酸铝：342)(SOAlOH12)KAl(SO224S(g)3H(s)2Al(OH)O6H2S2Al232-23+Al3+易水解：易水解：K=10-5.03(g)3CO(s)2Al(OH)OH
31、3CO32Al232-233+Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+铝钾矾铝钾矾(明矾明矾)：碳族元素碳族元素 锡、铅的化合物锡、铅的化合物 硅的化合物硅的化合物 碳的化合物碳的化合物 碳族元素的单质碳族元素的单质碳族元素概述碳族元素概述价电子构型：价电子构型：ns2np2CSiG eSnPb-4+2+4(+2)+2+2+4+4+4(+4)46666氧化数氧化数最大最大配位数配位数单质可形成原子晶体单质可形成原子晶体 金属晶体金属晶体碳族碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb碳族元素的单质碳族元素的单质碳单质的同素异形体：碳单质的同素异形体：原子晶体,硬度最大
32、,熔点最高。：层状晶体 ，质软，有金属光泽。 C60， C70 等。 C60 是1985年Kroto、Smalley和Curl用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。他们三人因此而获得1996年Nobel化学奖。 C60 是由12个五边形和20个六边形组成的32面体。石墨石墨(sp2杂化杂化)金刚石金刚石(sp3杂化杂化)石墨和金刚石的结构示意图石墨和金刚石的结构示意图足球烯，富勒烯，足球烯，富勒烯，C60 (sp2杂化杂化) 硅单质硅单质有无定形体和晶体两种，其晶有无定形体和晶体两种，其晶体类似金刚石体类似金刚石。 锗单质锗单质是灰白色金属，硬而脆，结构是灰白色金属，硬而脆，结构类似于金刚石。
33、类似于金刚石。 锡单质锡单质有三种同素异形体：有三种同素异形体： 铅单质铅单质：质软，能阻挡质软，能阻挡X X射线。可作射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。电缆的包皮，核反应堆的防护屏。13.2161灰锡灰锡(锡锡) ) 白锡白锡( (锡锡) ) 脆锡脆锡碳的化合物碳的化合物结构：结构： CO(6+8=14e-)与N2（27=14e-）是等电子体, 结构相似。一个一个键键两个两个键键: :C O: :1.碳的氧化物碳的氧化物 一氧化碳一氧化碳(CO):C O:CO性质：性质：作配位体，形成羰基配合物作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中其中C是
34、配位原子是配位原子。还原剂：还原剂：(g)CO(g)O21CO(g)22+(g)3CO2Fe(s)3CO(g)(s)OFe232+剧毒剧毒2.二氧化碳二氧化碳 (CO2)43 ：O C O ：经典的分子结构：经典的分子结构：O=C=OOC=O双键键长双键键长124pm (在在CH3-C-CH3中中)C O叁键键长叁键键长113pmCO2中，碳、氧之间键长中，碳、氧之间键长116pmC：sp杂化杂化固体二氧化碳固体二氧化碳干冰干冰 3.碳酸及其盐碳酸及其盐 CO2溶于水，大部分溶于水，大部分CO2H2O，极小部分极小部分H2CO3CO32-的结构：的结构：CO32-(6+38+2=32e-)与与
35、BF3(5+39=32e-)为等电子体。为等电子体。C：sp2杂化杂化COOO2-64 -71-332104.4 HCOH COH+ + +K11-2-23-3104.7 COHHCO+K碳酸及其盐的热稳定性：碳酸及其盐的热稳定性： H2CO3MHCO3M2CO3 (g)COOMCOMCOOHCOMHCO2M(g)COOHCOH2II3II223I23I2232+同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3分解分解T/ 100 540 900 1290 1360过渡金属碳酸盐稳定性差过渡金属碳酸盐稳定性差
36、CaCO3 PbCO3 ZnCO3 FeCO3 分解分解T / 900 315 350 282价电子构型价电子构型 8e_ (18+2)e_ 18e_ (9-17)e_离子极化观点：离子极化观点：2-M2+MCO3 MO + CO2 r(M2+) 愈小，愈小，M2+ 极化力愈大，极化力愈大，MCO3 愈不稳定；愈不稳定； M2+ 为为18e_，(18+2)e_ ，(9-17)e_ 构型相对于构型相对于 8e_构型的极化力大，构型的极化力大， 其其 MCO3 相对不稳定。相对不稳定。OCOO碳酸盐的溶解度：碳酸盐的溶解度： 易溶盐：易溶盐：Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100
37、溶解度溶解度 45 16 156 60(g/100g H2O)COOOHOOHOC2-COOOCOOOHOCOOHH 其它金属其它金属(含含Li)碳酸盐难溶于水，且酸式碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。盐溶解度大于正盐。氢键存在，形成氢键存在，形成二聚物或多聚物二聚物或多聚物硅的化合物硅的化合物1.硅的氧化物硅的氧化物无定型体：无定型体：石英玻璃、硅藻土、燧石石英玻璃、硅藻土、燧石晶体：晶体：天然晶体为石英，属于原子晶体天然晶体为石英，属于原子晶体纯石英：纯石英：水晶水晶含有杂质的石英：玛瑙，紫晶含有杂质的石英：玛瑙，紫晶Si采用采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体杂化轨道与氧形成硅氧四
38、面体硅氧四面体硅氧四面体二氧化硅二氧化硅 SiO2的结构：的结构：2.硅酸及硅酸盐硅酸及硅酸盐 H4SiO4 原硅酸原硅酸硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸多硅酸性质：性质：12210132106 . 1107. 1SiOH-，溶解度小，是二元弱酸溶解度小，是二元弱酸KK可溶性：可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3不溶性：不溶性：大部分硅酸盐难溶于水， 且有特征颜色。硅酸盐硅酸盐水中花园水中花园 硅酸盐结构复杂硅酸盐结构复杂, 一般写成氧化物形式，一般写成氧化物形式，它的基本结构单位为硅氧四面体。它的基本结构单位为硅氧四面体。白云石：白云石：K2O
39、3Al2O3 6SiO2 2H2O泡沸石：泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O分子筛4.硅的卤化物硅的卤化物 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态聚集态 g l l s（氟硅酸）（氟硅酸）4HClSiOHO3HSiCl3224+水解：水解：熔沸点熔沸点 低低 高高 分子量分子量 小小 大大SiFH 2HFSiF624+4HFSiOH O3HSiF3224+ 化学之窗化学之窗几种新型无机材料几种新型无机材料 氮化硅陶瓷材料氮化硅陶瓷材料 氮化硅Si3N4陶瓷是一种高温结构陶瓷材料，属于无机非金属材料。在Si3N4中原于以共价键结合，使Si3N4具有熔点高、硬度
40、大、机械强 度高、热膨胀系数低、导热性好、化学性质稳定、绝缘性能好等特点。它在1200的工作温度下可以维持强度不降低。氮化硅可用于制作高温轴承、制造无冷却式陶瓷发动机汽车、燃气轮机的燃烧室和机械密封环等，广泛应用于现代高科技领域。Si3N4的制备方法的制备方法 工业上普遍采用高纯硅与纯氮在较高工业上普遍采用高纯硅与纯氮在较高温度下非氧化气氛中反应制取温度下非氧化气氛中反应制取Si3N4 ： 3Si + 2N2 = Si3N4 采用化学气相沉积法也可以得到纯度采用化学气相沉积法也可以得到纯度较高的较高的Si3N4： 3SiC14 + 2N2 6H2 = Si3N4 + 12HCl 除除Si3N4
41、外，高温结构陶瓷还有外，高温结构陶瓷还有SiC，ZrO2，Al2O3等。等。砷化镓半导体材料砷化镓半导体材料 砷化镓砷化镓GaAs是一种多用途的高技术材是一种多用途的高技术材料。除了硅之外，料。除了硅之外，GaAs已成为最重要的半已成为最重要的半导体材料。导体材料。 砷化镓是亮灰色晶体，具有金属光泽，砷化镓是亮灰色晶体，具有金属光泽，质硬而脆。质硬而脆。GaAs的晶体结构与单质硅和金的晶体结构与单质硅和金刚石相似。它在常温下比较稳定，不与空刚石相似。它在常温下比较稳定，不与空气中的氧气和水作用，也不与气中的氧气和水作用，也不与 HCl，H2SO4等反应。等反应。 砷化镓是一种本征（非掺杂）半导
42、体，砷化镓是一种本征（非掺杂）半导体，其禁带宽度比硅大，工作温度比硅高其禁带宽度比硅大，工作温度比硅高（50250），引入掺杂元素的，引入掺杂元素的GaAs可用可用于制作大功率电子元器件。于制作大功率电子元器件。 GaAs中电子运动速度快，传递信息快，中电子运动速度快，传递信息快，GaAs可用于制造速度更快，功能更强的计可用于制造速度更快，功能更强的计算机。算机。GaAs中的被激发的电子回到基态时中的被激发的电子回到基态时以光的形式释放能量，它具有将电能转换以光的形式释放能量，它具有将电能转换为光能的性能，可作为发光二极管的发光为光能的性能，可作为发光二极管的发光组分，也可以制成二极管激光器，
43、用于在组分，也可以制成二极管激光器，用于在光纤光缆中传递红外光。光纤光缆中传递红外光。砷化镓半导体材料砷化镓半导体材料 目前主要采用镓与砷直接化合制备GaAs。发展最早而且最为成熟的方法是气相外延法，即以GaAs为衬底材料，新生成的GaAs在衬底上外延生长。例如，化学气相沉积法是一种制备GaAs的新技术。Ga(CH3)3(g)与AsH3(g)，在加热的GaAs衬底上发生反应： 生成的GaAs沉积在衬底上。此法操作方便，可靠，可批量生产，将成为GaAs的主要工业生产方法。)(3)(800500)()(4333gCHsGaAsCCgAsHgCHGa+GaAs的制备方法的制备方法氧化锡气敏材料氧化锡
44、气敏材料 气敏陶瓷是一类对气体敏感的陶瓷材气敏陶瓷是一类对气体敏感的陶瓷材料。早在料。早在1931年人们就发现年人们就发现Cu2O的电导率的电导率随水蒸气吸附而发生改变。现代社会对易随水蒸气吸附而发生改变。现代社会对易燃、易爆、有毒、有害气体的检测、控制、燃、易爆、有毒、有害气体的检测、控制、报警提出了越来越高的要求，因此促进了报警提出了越来越高的要求，因此促进了气敏陶瓷的发展。气敏陶瓷的发展。 1962年以后，日本、美国等首先对年以后，日本、美国等首先对SnO2和和ZnO半导体陶瓷气敏元件进行实用半导体陶瓷气敏元件进行实用性研究，并取得突破性进展。性研究，并取得突破性进展。 氧化锡SnO2是
45、一种具有半导体性能的材料。以 SnO2为敏感材料的气敏传感器是将 SnO2及掺杂剂（少量PdC12等）经高温烧结制成的多孔性敏感元件。 超细化（0.1m）的SnO2具有相当大的比表面，所以它吸附气体的能力很强。 SnO2气敏元件对气敏元件对H2，CO，CH4等还原性气等还原性气体非常敏感，与被吸附气体交换电子引起表面体非常敏感，与被吸附气体交换电子引起表面电子得失。电子得失。 SnO2半导体能带和电子密度变化所产生的电信号可以被检测，由此可以测出气体的浓度。以SnO2为敏感材料的气敏传感器具有快速、简便、灵敏等优点，可用于对易燃、易爆、有毒、有害气体的监控。p区元素区元素(二二)氧族元素氧族元
46、素氮族元素氮族元素磷的化合物磷的化合物氮的化合物氮的化合物氮族元素的单质氮族元素的单质氮族元素概述氮族元素概述氮族元素氮族元素氮族元素概述氮族元素概述氮族氮族(VA)：N，P，As，Sb， Bi价电子构型：价电子构型：ns2np3NPAsSbBi+5+5+5(+5)+3+3+3+3氧化值+5|-3-3-3(-3)最大配位数46666M2O3酸性酸性两性两性 碱性 氨 膦 胂 SbH3 BiH3MH3碱性减弱，稳定性下降NH3 PH3 AsH3 SbH3 BiH3 氮气氮气是无色、无臭、无味的气体。沸是无色、无臭、无味的气体。沸点为点为 -195.8C。微溶于水。常温下化学性。微溶于水。常温下化
47、学性质极不活泼，加热时与活泼金属质极不活泼，加热时与活泼金属Li，Ca，Mg等反应，生成离子型化合物。等反应，生成离子型化合物。氮族元素的单质氮族元素的单质白磷白磷 红磷红磷磷的同素异形体磷的同素异形体红磷白磷黑磷隔绝空气高温高压C400 P4化学性化学性质活泼，空质活泼，空气中自燃，气中自燃，溶于非极性溶于非极性溶剂。溶剂。 较稳定，较稳定，400以上以上燃烧，不燃烧，不溶于有机溶于有机溶剂。溶剂。磷的燃烧AsSbBi 氮、磷为氮、磷为非金属，砷、非金属，砷、锑为准金属，铋为金属。锑为准金属，铋为金属。白磷的结构白磷的结构红磷的结构黑磷的结构黑磷的结构氮的化合物氮的化合物结构结构：N：sp3
48、杂化，三角锥形杂化，三角锥形1.氮的氢化物氮的氢化物氨氨 (NH3)2.氮的氧化物氮的氧化物O4H2NO)3Cu(NO)(8HNO3Cu2233+稀+22222Fe(NO)NOFe)2NOCl(Cl2NO2NOO2NO氯化亚硝酰O6HNO(g)4(g)5O(g)4NH2C80023+ +铂丝网一氧化氮一氧化氮(NO)制备：制备：性质：无色气体，水中溶解度较小无色气体，水中溶解度较小。二氧化氮二氧化氮(NO2)N：价电子2s22p3 sp2杂化后 有毒，有特殊臭味的红棕色气体有毒，有特殊臭味的红棕色气体NO2HNOOH3NO322+ 溶于水溶于水 用碱吸收用碱吸收OHNaNONaNO2NaOH2
49、NO2232+结构：结构：33 ：性质：性质：（无色）（无色）（红棕色）（红棕色）422ON 2NO冷却C1403.氮的含氧酸及其盐氮的含氧酸及其盐N：sp2杂化后：22224422HNO2OHNONOHNONaHSOSOHNaNO +冷冻冷亚硝酸（亚硝酸（HNO2）制备：制备：结构结构：亚硝酸(HNO2)NO+NO2性质：性质： 弱酸(蓝色蓝色) 不稳定22_NOH HNO+4_100 . 6 K a223222NONOOH ONOH 2HNO+亚硝酸盐亚硝酸盐制备：制备：碱吸收法 OHNaNO2NaOHNONO222+性质：性质： 绝大部分无色绝大部分无色, 易溶于水易溶于水, (AgNO
50、2 浅黄色不溶浅黄色不溶)极毒是极毒是致癌物致癌物。 金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差主主AgNO2MNO31.04V/NO)(HNO2E0.96V/NO)(NO-3E磷的化合物磷的化合物1.磷的氢化物 (膦 PH3)结构：结构：与与NH3相似相似性质：性质：无色气体，似大蒜臭味，剧毒无色气体，似大蒜臭味，剧毒 强还原性：强还原性：4323POH2OPH+制备：制备：KIOHPHKOHIPH234+23223232233Mg(OH)2PHO6HPMg3Mg(OH)2NHO6HNMg次磷酸钾次磷酸钾22324PO2KHPHO3H3KOHP+2.磷的氧化物磷的氧化物104 26424OPOPPO
