大学无机化学第十三章P区元素(一)

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1、第十三章第十三章 p区元素区元素( (一一) ) 13.3 碳族元素碳族元素 13.2 硼族元素硼族元素 13.1 p区元素概述区元素概述本章教学要求本章教学要求(1) 掌握掌握p区元素结构特征和区元素结构特征和P区元素在周期性变化上的某区元素在周期性变化上的某些特殊性，第二周期些特殊性，第二周期p区元素元素的特殊性，中间排异样性区元素元素的特殊性，中间排异样性.惰性电子对效应和二次周期性；惰性电子对效应和二次周期性；(2) 掌握硼的缺电子原子的结构特点，乙硼烷的结构和三掌握硼的缺电子原子的结构特点，乙硼烷的结构和三中心二电子键，硼单质和硼的含氧化合物、卤化物和氮化中心二电子键，硼单质和硼的含

2、氧化合物、卤化物和氮化物的性质和反应；物的性质和反应；(3) 掌握金属铝、氧化铝、氯化铝、氢氧化铝和一些重要铝掌握金属铝、氧化铝、氯化铝、氢氧化铝和一些重要铝盐的性质；盐的性质；(4) 掌握碳、硅单质掌握碳、硅单质.氧化物氧化物.含氧酸及其盐的性质，掌握离含氧酸及其盐的性质，掌握离域大域大 键的概念和形成条件，了解硅酸和硅酸盐的结构与特键的概念和形成条件，了解硅酸和硅酸盐的结构与特性，掌握硅和硼的相似性；性，掌握硅和硼的相似性；(5) 掌握锡、铅的单质的性质及用途，掌握锡、铅重要化合掌握锡、铅的单质的性质及用途，掌握锡、铅重要化合物的性质。物的性质。 13.1 p区元素概述区元素概述21种非金

3、属种非金属10种金属种金属p区元素性质的递变规律区元素性质的递变规律 同一周期从左向右同一周期从左向右 核电荷数增大，半径减核电荷数增大，半径减小，电负性增大，电子第一电离能、电子亲小，电负性增大，电子第一电离能、电子亲和能增大，非金属性增大，卤素非金属性最强；和能增大，非金属性增大，卤素非金属性最强； 同一主族，从上到下，电荷数增大，半径增同一主族，从上到下，电荷数增大，半径增大，第一电离能、电负性减小，金属性增强。大，第一电离能、电负性减小，金属性增强。 P区元素都由非金属向金属元素过渡（卤族元区元素都由非金属向金属元素过渡（卤族元素除外）素除外） He第一电离能最大，第一电离能最大，F的

4、电负性最大，的电负性最大，Cl的的电子亲和能最大。电子亲和能最大。价电子构型：价电子构型：ns2np1-5最高氧化态等于所在的主族数。最高氧化态等于所在的主族数。Cl +7; S+6其它氧化态等于族序数依次其它氧化态等于族序数依次-2。氯的氧化值有氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。等。例外：例外： O最高为最高为+2、F无正氧化态无正氧化态P区金属一般有两种正氧化态区金属一般有两种正氧化态1. 多种多种氧化态氧化态p区元素性质的特征区元素性质的特征不同价态化合物的稳定性：不同价态化合物的稳定性：Si(II) Pb(IV) 价电子结构分别为价电子结构分别为Xe6s2，Xe惰性电子

5、对效应：惰性电子对效应： 价电子为价电子为ns2np1-5的元素，最外层的元素，最外层的的ns2电子，随着主量子数值的增大，惰性增强，使得电子，随着主量子数值的增大，惰性增强，使得同族元素从上到下，高氧化态化合物越来越不稳定，同族元素从上到下，高氧化态化合物越来越不稳定，低氧化值化合物越来越稳定。低氧化值化合物越来越稳定。5NaO7H5Bi2MnO 14H2Mn5NaBiO23-423224422O2HO2PbSOSO2H2PbOa. 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)配位数配位数: 第二周期元素形成配合物时，配位数最多第二周期元素形成配合物时，配位数

6、最多 不超过不超过4，NH4+；较重元素可以有更高的配位数化合；较重元素可以有更高的配位数化合物，物，PCl6- 键能键能:第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键 键能键能(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)=1992. 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 二次周期性：同族元素之间的变化规律二次周期性：同族元素之间的变化规律b. 第四第四周期元素表现出异样性周期元素表现出异样性 第四周期的第四周期的s区和区和

7、p区元素之间插入了区元素之间插入了d区元素，有效区元素，有效核电荷显著增加，其半径较同周期核电荷显著增加，其半径较同周期s区元素明显减小。区元素明显减小。EV458. 1)/ClClO(23 V513. 1)/BrBrO(23E V209. 1)/IIO(23E 例如：例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO3 ，HIO3)、高卤酸、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。强。c. 每族最后三个元素性质缓慢地递变每族最后三个元素性质缓慢地递变（不如（不如s区明显）区明显）(d区区、f 区插入区插入) K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+r/pm 13

8、3 99 62 53 47 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+r/pm 148 113 81 71 62 Cs+ Ba2+ Tl3+ Pb4+ Bi5+r/pm 169 135 95 84 74四四五五六六d. 镧系收缩：镧系收缩：第五周期与第六周期元素的离子半第五周期与第六周期元素的离子半径相差不大，性质接近。径相差不大，性质接近。半径相近半径相近性质接近性质接近 13.2 硼族元素硼族元素13.2.4 铝的化合物铝的化合物13.2.3 硼的化合物硼的化合物13.2.2 硼族元素的单质硼族元素的单质13.2.1 硼族元素概述硼族元素概述13.2.1 硼族元素概述硼族(A)：B，A

9、l，Ga，In，Tl, 价电子构型：ns2np1 缺电子元素：缺电子元素：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。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，由由sp2过渡到过渡到sp3杂化杂化Sp3杂化，四面体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

10、，Ga：（：（+3） In：（：（+1，+3） Tl：（：（+1） B的化合物都是共价型的的化合物都是共价型的最大配位数最大配位数：B：4 例：HBF4其它元素：其它元素：6 例：Na3AlF613.2.2 硼族元素的单质硼族元素的单质软金属软金属熔沸点低熔沸点低分散的稀有元素分散的稀有元素非金属非金属熔沸点高熔沸点高含量少，含量少，不以单质存在不以单质存在主要在硼砂、方硼石等主要在硼砂、方硼石等轻金属轻金属金属光泽金属光泽 延展性延展性 导电性导电性熔沸点高熔沸点高铝土矿铝土矿硼的单质硼的单质同素异形体同素异形体：无定形硼， 晶形硼 棕色粉末, 黑灰色 化学活性高， 硬度大 熔点，沸点都很高

11、。-菱形硼（B12） 原子晶体12个B原子组成的正二十面体单质硼的性质：一般非金属元素的性质单质硼的性质：一般非金属元素的性质 (a) 与非金属作用与非金属作用 (b) 作还原剂作还原剂 在赤热赤热下，B与水蒸气作用生成硼酸和氢气： 2B + 6H2O(g) = 2B(OH)3 + 3H2 B能把铜锡铅的氧化物还原为单质能把铜锡铅的氧化物还原为单质2B + 3F2 =2BF32B + 3O2 =B2O32B + N2 =2BN与C和S也能发生反应，形成B4C和B2S3加热加热加热加热加热加热(c) 与酸作用（非晶硼活泼）与酸作用（非晶硼活泼） B不与盐酸作用，但与热浓H2SO4，热浓HNO3作