常见非金属单质及其化合物.ppt

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1、第六章 常见非金属单质及其化合物,第一节 非金属单质,一、非金属元素的原子结构特征,除氢之外，非金属元素原子的最外层电子数通常大于或等于4。在反应中都易于获得电子而显负价，呈氧化性，但在一定条件下也可发生电子的偏移而显正价，呈还原性。非金属元素多变价，其最高价与该元素所在的族序数一致。非金属单质分子大多数是由双原子或两个以上的原子以共价键结合而成，一般属于原子晶体或分子晶体。,一、非金属元素的原子结构特征,根据非金属单质的结构和性质，可将它们分为3类：(1)双原子分子。如H2，O2，N2，X2(卤素单质)，固态时属分子晶体，其熔点、沸点都很低，通常情况下呈气态。(2)多原子分子。如P4，As4

2、，S8，属分子晶体，通常为固态，熔、沸点也较低，较易挥发。(3)巨分子。如金刚石、晶体硅和硼，属原子晶体，硬度大，熔、沸点都很高，难汽化。,一、非金属元素的原子结构特征,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,1.氯(1)物理性质。常温时，氯气是黄绿色气体，有刺鼻臭味，密度是空气的2.5倍，易液化，能溶于水，有毒。吸入少量氯气，就会使呼吸道黏膜受到刺激，引起胸部疼痛；吸入大量，会中毒致死。我国规定，居住区空气中氯气最高浓度日平均不超过0.03 mgm-3。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,(2)化学性质。氯气很活泼，几乎能与所有的金属和非金属化合。1)与金属反应。氯气不仅能与活泼金属（

3、如钠）直接化合，还能与一些不活泼金属（如铜）在加热条件下反应。例如，现象：棕色的烟气 CuCl2 溶于水，得到绿色的CuCl2 溶液。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,2)与非金属反应。氯气能与许多非金属反应，例如，现象：迅速化合，生成氯化氢气体。氯化氢是无色而有刺激性气味的气体，易溶于水，在常温常压下，1体积水大约能溶解500体积的氯化氢。常温下，干燥的氯化氢不导电，化学性质不活泼，不与大多数金属和金属氧化物反应。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,3)与水反应。常温常压下，1体积的水能溶解2.5体积的氯气，其水溶液叫做氯水。溶液中的少量氯能与水反应，生成盐酸和次氯酸。,二、常

4、见非金属单质的物理性质和化学性质,次氯酸具有较强的氧化性，能杀死水中的细菌，所以自来水可用氯气来杀菌消毒(1L水中约通入0.002g氯气)。次氯酸还能使染料和有机色素褪色，常用做漂白剂。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,4)与碱反应。把氯气通入冷的稀碱溶液，就可生成次氯酸盐和金属氯化物。工业上利用氯气与消石灰反应来制取漂白粉：,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,漂白粉是次氯酸钙与氯化钙的混合物，它的有效成分是次氯酸钙。用于漂白时，使次氯酸钙与稀酸或空气里的二氧化碳和水蒸气反应，生成次氯酸。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,2.硫(1)物理性质。硫通常是一种淡黄色晶体，俗称

5、硫磺。质脆，不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。在自然界中，硫以游离态和化合态存在，游离态硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层中。化合态硫主要存在于金属硫化物矿和硫酸盐中，如黄铁矿(FeS2)、石膏(CaSO42H2O)等。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,(2)化学性质。硫的化学性质比较活泼，与氧相似，易与金属、氢气和其他非金属反应，但不如氧剧烈。1)与金属反应。硫能与许多金属(金、铂等除外)化合，生成硫化物。现象：发出红光，生成黑色的硫化亚铜。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,2)与非金属反应。硫在空气中燃烧，发出淡蓝色火焰，并放出大量的热。二氧化硫是无色有毒的气体，具有窒息

6、性臭味，是大气污染物。工业上规定空气中二氧化硫的含量不得超过0.02 gm-3。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,二氧化硫具有漂白作用，因为二氧化硫的水溶液与某些有机色素反应生成无色物质。这种化合物不稳定，容易分解而使色素恢复原来的颜色。必须注意，因为氯气和二氧化硫都是有毒气体，所以应严禁用来漂白食物。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,硫还能与其他非金属反应。例如，硫的蒸气与氢气直接化合，生成硫化氢气体。硫化氢也是一种有毒气体，无色，比空气稍重，有蛋类腐烂的恶臭味。空气中有0.1(体积分数)的硫化氢就会使人感到头痛、恶心，吸入较多会使人昏迷甚至死亡。工业生产中规定，空气中硫化氢

7、的含量不得超过0.01 gm-3。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,硫化氢具有较强的还原性，能与O2，SO2反应。可从含有少量硫化氢的废气中回收硫，减少大气污染。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,(3)硫的用途。硫的用途很广，工业上用来制造硫酸、硫化橡胶、黑火药、火柴等。农业上用来制杀菌剂。医药上用硫磺软膏治疗皮肤病。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,3.氮(1)物理性质。纯净的氮气无色、无味、微溶于水。氮在自然界中主要以单质存在于空气中，约占空气的78(体积分数)。化合态的氮主要以硝酸盐存在，动植物体内的蛋白质里也含有氮。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,(2

8、)化学性质。氮是活泼的非金属元素，其非金属性质与氧相似。但由于N2分子中有3个共价键，键能高达946 kJmol-1。因此，氮气不活泼，一般情况下很难与其他物质发生化学反应。在特定条件下，氮气也能与氢气、氧气以及一些活泼金属反应。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,1)与氢气反应。在高温、高压有催化剂的条件下，氮气与氢气直接化合生成氨。工业上就是利用这个反应原理生产氨气。氨气是无色而有强烈的刺激性气味的气体，易溶于水，常温下1体积水能溶解700体积的氨气，氨的水溶液显碱性。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,2)与氧气反应。在放电条件下，氮气和氧气直接化合，生成无色的一氧化氮。在雷

9、雨时，天空中可有少量的NO生成。NO不稳定，易被氧化成二氧化氮，一氧化氮和二氧化氮都是大气污染物。在城市中，它们主要来源于汽车尾气。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,3)与金属反应。高温时，氮气能和镁、钙、锶、钡等金属化合生成金属氮化物。例如，镁在空气中燃烧除生成氧化镁外，还有微量的氮化镁生成。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,(3)氮气的用途。氮气主要用于合成氨，由此制造化肥、硝酸和炸药。由于氮气的化学性质特别稳定，常用做填充灯泡和金属热加工的保护气以及粮食、水果的保鲜剂。液氮用于仪器或机件深度冷冻处理以及现代超导技术。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,4.碳 碳的存

10、在形式是多种多样的，有晶态单质碳，如金刚石、石墨；有无定形碳，如煤；有复杂的有机化合物，如动植物等；碳酸盐，如大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，如图6-2所示。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,常温下单质碳的化学性质不活泼，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；高温下与氧反应，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质

11、,5.硅 硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度为2.322.34gcm3，熔点为1 410，沸点为2 355，晶体硅属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导体性质。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于制造合金如硅铁、硅钢等，如图6-3所示。,二、常见非金属单质的物理性质和化学性质,单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6，含量仅次于氧，居第二位。结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体

12、。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。,第二节 非金属的气态氢化物,氯化氢是无色而有刺激性气味的气体。氯化氢气体对呼吸系统有刺激作用，并能使牙齿患病。氯化氢易溶于水，在0时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢的水溶液呈酸性，叫做氯化酸，俗称盐酸。盐酸是一种强酸，浓盐酸具有极强的挥发性，因此盛有浓盐酸的容器打开后能在上方看见酸雾，那是氯化氢挥发后与空气中的水蒸气结合产生的盐酸小液滴。,一、氯化氢,盐酸具有酸的通性，还具有还原性。(1)盐酸和碱反应生成氯化物和水。(2)盐酸与大部分碳酸盐反应，生成二氧化碳和水。,一、氯化氢,(3)盐酸与活泼金属单质反应，生

13、成氢气。(4)盐酸与金属氧化物反应，生成盐和水。实验室也常用碳酸钙和盐酸来制取CO2：,一、氯化氢,氨是没有颜色、有刺激性气味的气体，极易溶解于水且溶解得快。在常温下，1体积水大约可溶解700体积氨气。氨的水溶液叫做氨水。氨水有弱碱性，能使酚酞溶液变红或使湿润的红色石蕊试纸变蓝。,二、氨气,氨溶于水时，大部分与水结合成一水合氨(NH3H2O)。NH3H2O很不稳定，受热就会分解为氨气和水。,二、氨气,氨与酸反应生成铵盐。如氨遇到氯化氢时，迅速反应生成氯化铵晶体。,二、氨气,农业上，常用的化肥如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等都是铵盐。铵盐都易溶于水，受热易分解，与碱反应时放出氨气。,二、氨气,硫化氢

14、是一种无色、有臭鸡蛋气味的毒性气体，化学式为H2S。低浓度的硫化氢会对眼睛、呼吸系统及中枢神经等造成一定伤害，高浓度的硫化氢则可使被吸入者在短时间内致命。,三、硫化氢,硫化氢的化学性质不稳定，点火时能在空气中燃烧，可被氧化生成二氧化硫或硫。硫化氢具有还原性，在空气中能够腐蚀金属，可以使银、铜制品表面发黑。硫化氢可以与许多金属离子作用，生成不溶于水或酸的硫化物沉淀。,三、硫化氢,第三节 非金属氧化物及含氧酸,一、二氧化硫和三氧化硫,物理性质：二氧化硫（SO2）是无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，容易液化，易溶于水。化学性质：二氧化硫是一种酸性氧化物，它溶于水时生成亚硫酸(H2SO3)

15、，溶液显酸性。亚硫酸不稳定，容易分解成水和二氧化硫，因此二氧化硫与水反应生成亚硫酸是一个可逆反应。,一、二氧化硫和三氧化硫,作用：二氧化硫具有漂白性，它能漂白某些有色物质。工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽辫等。二氧化硫还用于杀菌、消毒等。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法厂商非法用来加工食品，以使食品增白等。食用这类食品，对人体的肝、肾脏等有严重损害，并有致癌作用。,一、二氧化硫和三氧化硫,三氧化硫（SO3）是无色易挥发的气体。它是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。三氧化硫极易溶于水，生成硫酸，同时放出大量的热，所以三氧化硫也叫硫酸酐。,二、一氧化氮和二氧化氮,氮气（N2

16、）占空气体积的4/5左右。在通常情况下，氮气与氧气不发生反应，但在放电条件下，它们却可以直接化合，生成无色的一氧化氮(NO)。在高温条件下，氮气也能与氧气反应生成一氧化氮。,二、一氧化氮和二氧化氮,一氧化氮不溶于水，在常温下很容易与空气中的氧气化合，生成二氧化氮。,二、一氧化氮和二氧化氮,二氧化氮（NO2）是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。因此，在闪电时，大气中常有少量NO2产生，并随雨水落下。二氧化氮溶于水时生成硝酸和一氧化氮。工业上利用这一原理生产硝酸。,三、硫酸,纯硫酸（H2SO4溶液）是无色、无臭、难挥发的油状液体。市场上销售的浓硫酸的质量分数为98，

17、密度为1.84 gcm3。硫酸也是工业上重要的“三酸”之一。,三、硫酸,硫酸除具有酸的通性外，还有一些特殊的 性质。(1)强吸水性。由于浓硫酸对水有强烈的亲和作用，能与水以任意比混溶，并放出大量热。因此，实验室常用浓H2SO4作干燥剂。,三、硫酸,(2)强脱水性。浓硫酸能按21的氢氧原子个数比夺取许多有机物如糖、淀粉、纤维素分子中的氢原子和氧原子，使之炭化。例如：,三、硫酸,(3)强氧化性。浓硫酸几乎能和所有的金属(金、铂除外)起反应。在加热条件下，浓硫酸还能与一些非金属起反应。,四、硝酸,纯硝酸（H2NO3溶液）是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。一般市售浓硝酸质量分数约为69，质量分数大于

18、98的浓硝酸极易挥发，与空气中的水蒸气形成酸雾，故称发烟硝酸。硝酸是重要的化工原料，也是工业上重要的“三酸”之一。硝酸有着广泛的用途，可以用来制造氮肥、农药、炸药、塑料和染料等。硝酸也是实验室里的一种常用试剂。,四、硝酸,硝酸是一种强酸，除了具有酸的通性以外，还具有一些特殊性质。(1)不稳定性。在光或热的作用下，浓硝酸易发生分解。,四、硝酸,(2)氧化性。浓、稀硝酸都具有氧化性，几乎能与所有金属(除金、铂等以外)和非金属发生氧化还原反应。浓硝酸和稀硝酸都能与铜发生反应，前者反应激烈，有红棕色气体(NO2)产生；后者反应缓慢，有无色气体(NO)产生，试管口变成红棕色。,四、硝酸,此外，硝酸还使许

19、多非金属如碳、硫、磷等氧化。浓硝酸与浓盐酸的混合物(体积比为13)称为“王水”，它的氧化能力更强，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。,第四节 重要非金属离子的检验,一、碳酸根离子,碳酸根离子能与BaCl2溶液反应，生成白色的BaCO3沉淀。该沉淀溶于硝酸(或盐酸)，生成无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的CO2气体。,二、碳酸氢根离子,取含碳酸氢根离子的盐溶液煮沸，放出无色无味CO2气体，气体能使澄清石灰水变浑浊，或向HCO-3盐酸溶液里加入稀MgSO4溶液，无现象，加热煮沸，有白色沉淀MgCO3生成，同时放出CO2气体。,三、硫酸根离子,能与含Ba2+溶液反应，生成白色沉淀BaSO4，不溶

20、于硝酸。,四、硝酸根离子,浓溶液或晶体中加入铜片、浓硫酸加热，放出红棕色气体。,五、铵根离子,铵盐(或浓溶液)与NaOH浓溶液反应，并加热，放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝的有刺激性气味气体NH3。,六、卤离子,卤离子(X-)常用硝酸银来检验。Cl-能与硝酸银反应，生成白色的AgCl沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，能溶于氨水，生成Ag(NH3)2；Br-能与硝酸银反应，生成淡黄色AgBr沉淀，不溶于稀硝酸；I-能与硝酸银反应，生成黄色AgI沉淀，不溶于稀硝酸，能与氯水反应生成I2，使淀粉溶液变蓝。,第五节 大气污染与环境保护,第五节 大气污染与环境保护,目前，我国列入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、氮氧

21、化物和总悬浮颗粒，取这3种污染物中污染指数最大的作为首要污染物，并将其污染指数确定为该城市的空气污染指数，如表6-2、表6-3所示。,第六节 氟、碘与人体健康,一、氟与人体健康,氟是人体所必需的微量元素，在人体内主要以氟化钙的形式分布在骨骼、牙齿、指甲和毛发中，尤以牙釉质中含量最多，且随着年龄的增长而升高。人体如果缺氟，不仅会造成龋齿，对骨骼也会产生重要影响。人体通常摄取的氟主要来源于饮水，此外在谷物、鱼类、排骨、蔬菜中也含微量氟。,二、碘与人体健康,碘在人体中的含量仅有约25mg。人是通过食物和饮水摄入碘的。碘的合理摄入量是每日100300g，过多或过少都会诱发粗脖子病甲状腺肿。碘在地壳中含

22、量很低，而且分散。岩石风化后释放出来的碘很容易受雨水淋溶而进入海洋。所以某些内陆地区，地表常常缺碘。防治因缺碘而引起的甲状腺肿的方法是适当吃一些含碘多的海产品，如海带、紫菜，海鱼等，或在食盐中掺入一些碘化钠以补充碘的不足。,第七节 用途广泛的无机非金属材料,无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的3大材料之一。,第七节 用途广泛的无机非金属材料,在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有

23、比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。,第七节 用途广泛的无机非金属材料,硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。通常把它们分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。,第七节 用途广泛的无机非金属材料,如图6-5所示为常见的3种无机非金属材料。,