第10章 P区元素(一)

p区非金属元素(一)(卤素、氧、硫)(3学时)
卤素是无机元素，它的原子结构由海德兰（Heldelberg）系统中的17种元素构成，
这些元素包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）和氙（Xe）。

在常温常压下，它
们分别以气体、液体和固体的形式存在。

除了碘外，卤素之间互相极其易溶，但已知性质
又有很大的不同。

由于卤素具有高的电负性，它们能够通过组装到多种特定的构型中形成电离软下化合物，如盐和硫酸盐。

因此，它们不仅可以提供对多种非金属元素的易溶性，还可以提供其
他种类的化学反应。

卤素最初发现于18月，由爱因斯坦（Einstein）等人发现，被称为“阿里斯王子”（Prince Albert）。

在20世纪开始以来，卤素则被广泛应用于农业、工业和放射性元素
提取等领域，包括催化芳烃反应、用合成药物等。

此外，卤素还有重要的作用，特别是当与其他物质（如氧、硫等元素）结合时，能够
丰富和改善空气质量。

例如，氯可以与水混合形成消毒剂，用于净化水；溴可以与水混合
形成净化剂，可用于净化工厂污水、污泥等；硫也可以改善空气质量，用于降低空气污染。

由于其许多特性，卤素对当今社会至关重要，它给改善生活质量和保护环境带来巨大
的贡献。

因此，在未来，卤素将继续被广泛应用于许多领域，并将一直是人类发展的重要
元素。

p区元素实验报告P区元素实验报告引言：P区元素是指位于元素周期表第15组的元素，包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。

这些元素在化学和生物学领域中具有重要的应用价值。

本实验旨在通过实际操作，探索P区元素的性质和特点。

实验一：氮的制备和性质氮是地球大气中含量最丰富的元素之一，它在自然界中以氮气（N2）的形式存在。

实验中，我们采用了氨水和氯化铵的反应制备氮气。

首先，在装有氨水的烧瓶中加入适量的氯化铵固体，然后用酸将氯化铵分解生成氨气（NH3），最后通过加热和冷却的过程将氨气转化为氮气。

实验结果表明，氮气是一种无色、无味、无毒的气体，具有较低的反应性。

实验二：磷的制备和性质磷是一种非金属元素，它以白色或黄色固体的形式存在。

实验中，我们采用了磷酸钠和硫酸的反应制备磷酸氢二钠。

首先，在烧杯中加入适量的磷酸钠固体，然后缓慢加入硫酸，搅拌使反应进行。

实验结果表明，磷酸氢二钠是一种无色结晶体，具有较强的酸性。

实验三：砷的制备和性质砷是一种具有金属和非金属特性的元素，它以灰色固体的形式存在。

实验中，我们采用了砷酸钠和硫酸的反应制备砷酸氢钠。

首先，在烧杯中加入适量的砷酸钠固体，然后缓慢加入硫酸，搅拌使反应进行。

实验结果表明，砷酸氢钠是一种无色结晶体，具有毒性。

实验四：锑的制备和性质锑是一种具有金属和非金属特性的元素，它以灰色固体的形式存在。

实验中，我们采用了锑酸钠和硫酸的反应制备锑酸氢钠。

首先，在烧杯中加入适量的锑酸钠固体，然后缓慢加入硫酸，搅拌使反应进行。

实验结果表明，锑酸氢钠是一种无色结晶体，具有较强的酸性。

实验五：铋的制备和性质铋是一种具有金属特性的元素，它以银白色固体的形式存在。

实验中，我们采用了铋酸钠和硫酸的反应制备铋酸氢钠。

首先，在烧杯中加入适量的铋酸钠固体，然后缓慢加入硫酸，搅拌使反应进行。

实验结果表明，铋酸氢钠是一种无色结晶体，具有较强的酸性。

结论：通过本次实验，我们对P区元素的制备和性质有了更深入的了解。

14.1.2 氮族元素的单质?????图14-2 氮族元素的单质1.存在氮族元素中除磷在地壳中含量较多外，其它各元素含量均较少。

氮主要以单质存在于大气中，天然存在的氮的无机化合物较少。

磷较容易氧化，在自然界中不存在单质。

它主要以磷酸盐的形式分布在地壳中。

? 砷、锑和铋主要以硫化物矿的形式存在，如雄黄：As4 S4。

雌黄(As2S3 )辉锑矿(Sb2S3 ) 雄黄(As4S4)图14-3 氮族元素的存在2. 性质除氮气外，其它氮族元素的单质都比较活泼。

化学性质列于上表中。

表14-2 氮族元素的化学性质3. N2N2分子的分子轨道表达式为：N2[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2py,π2pz)4(σ2px)2]氮气是无色、无臭、无味的气体。

沸点为-195.8°C。

微溶于水。

强的N≡N键(944kJ/mol)，常温下化学性质极不活泼，故N2常常作为惰性气体使用。

4. 磷的同素异形体图14-4 白磷和红磷（1）白磷的结构白磷的结构由P4分子通过分子间力堆积起来，每个磷原子通过其px，py和pz轨道分别和另外3个磷原子形成3个σ键，键角∠PPP为60°，分子内部具有张力，其结构不稳定。

图14-5 白磷的结构白磷的性质白磷P4是透明的、柔软的蜡状固体，化学性质活泼，空气中自燃，溶于非极性溶剂。

图14-6 白磷在空气中自燃白磷的制备将磷酸钙、砂子和焦炭混合在电炉中加热到约1500?C，可得到白磷。

2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) + 10C(s) P4(g) + 6CaSiO3(l) + 10CO(g)（2）红磷将白磷隔绝空气加热到400℃时可得到红磷。

红磷的结构较复杂。

一种观点认为：P4分子中的一个P—P键断裂后相互连接起来形成长链结构。

所以红磷较稳定，400℃以上燃烧，不溶于有机溶剂。

图14-7 红磷的可能结构（3）黑磷黑磷具有与石墨类似的层状结构，但与石墨不同的是，黑磷每一层内的磷原子并不都在同一平面上，而是相互连接成网状结构。

13.1　复习笔记一、p区元素概述1．p区元素包括了除氢以外的所有非金属元素和部分金属元素。

与s区元素相似，p区元素的原子半径在同一族中自上而下逐渐增大，它们获得电子的能力逐渐减弱，元素的非金属性也逐渐减弱，金属性逐渐增强。

除第ⅦA族和稀有气体外，p区各族元素都由明显的非金属元素过渡到明显的金属元素。

2．p区元素特征（1）各族元素性质由上到下呈现二次周期性①第二周期元素具有反常性（只有2s，2p轨道）；第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键键能。

②第四周期元素表现出异样性（d区插入），例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸（HClO3，HIO3）、高卤酸（HClO4，H5IO6）强。

③最后三个元素性质缓慢地递变（d区、f区插入）。

（2）多种氧化值①p区元素的价电子构型为n s2n p1-6，具有多种氧化态。

例如：氯的氧化值有+1，+3，+5，+7，-1，0等。

②惰性电子对效应：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。

（3）电负性大，形成共价化合物。

二、硼族元素1．硼族元素概述硼族元素包括B，Al，Ga，In，Tl五种元素，其价电子构型为n s2n p1，因此他们一般形成氧化值为+3的化合物。

随着原子序数的增加，形成低氧化值+1化合物的趋势逐渐增强。

硼的原子半径较小，电负性较大，所以硼的化合物都是共价型的，在水溶液中也不存在B3+。

在硼族元素化合物中形成共价键的趋势自上而下依次减弱。

（1）缺电子元素硼族元素原子的价电子轨道数为4，而其价电子只有3个，这种价电子数小于价键轨道数的原子称为缺电子元素。

它们所形成的化合物有些为缺电子化合物。

缺电子化合物的特点：易形成配位化合物HBF4；易形成双聚物Al2Cl6。

（2）硼族元素的一般性质①B是非金属单质，Al、Ga、In、Tl是金属单质；②B，Al，Ga的氧化态是+3，In的氧化态是是+1和+3，Tl的氧化态是+1；③B的最大配位数是4，Al、Ga、In、Tl 的最大配位数是6。

实验 P 区非金属元素（一）（卤素、氧、硫）一、实验目的1、学习氯气、次氯酸盐、氯酸盐的制备方法。

掌握次氯酸盐、氯酸盐强氧化性的区别。

了解氯、溴、氯酸钾的安全操作。

2、掌握H2O2 的某些重要性质。

3、掌握不同氧化态硫的化合物的主要性质。

4、掌握气体发生的方法和仪器的安装。

二、实验用品仪器：铁架台、石棉网、蒸馏烧瓶、分液漏斗、烧杯、大试管、滴管、试管、表面皿、 离心机、酒精灯、锥形瓶、温度计。

固体药品：二氧化锰、过二硫酸钾。

液体药品：HCl(浓、6mol/L、2mol/L)、H2SO4(浓、3mol/L、1mol/L)、HNO3(浓)、 NaOH(2mol/L)、 KOH(30%)、KI(0.2mol/L)、KBr(0.2mol/L)、 K2Cr2O7(0.5mol/L)、 KMnO4(0.2mol/L) 、 Na2S(0.2mol/L) 、 Na2S2O3(0.2mol/L) 、 Na2SO3(0.5mol/L) 、 CuSO4(0.2mol/L)、 MnSO4(0.2mol/L、 0.002mol/L)、 Pb(NO3)2(0.2mol/L)、 AgNO3(0.2mol/L)、 H2O2(3%)、氯水、溴水、碘水、CCl4、乙醚、品红、硫代乙酰胺（0.1mol/L）。

材料：玻璃管、橡皮管、棉花、冰、pH试纸、滤纸。

三、实验内容：（一）氯酸钾和次氯酸钠的制备分液漏斗装有30mL浓盐酸； A管装15mL30%的KOH， 蒸馏烧瓶内装15g二氧化锰，并置入70~80℃的热水浴中； B管装有15mL2mol/LNaOH， 置入冰水浴中； C管装15mL 水；D装2mol/LNaOH溶液（目的吸收多余的氯气），并在瓶口覆盖用硫代硫酸钠溶液 浸过的棉花（目的除氯气）。

MnO2 + 4HCl(浓) === MnCl2 + Cl2↑+2H2O3Cl2 + 6KOH(热) === 5KCl + KClO3 +3H2OCl2 + 2NaOH === NaCl + NaClO +H2OCl2 + H2O === HCl + HClO注意：（1）装置的气密性；（2）滴盐酸要缓慢而均匀；（3）A 管溶液由黄变无色 时，停止加热氯气发生装置，反应停止往蒸馏烧瓶中加入大量水；（4）冷却 A管溶液， 析出氯酸钾晶体，倾析法倾去溶液，晶体置入表面皿，滤纸吸干；（5）注意观察各管 实验现象，做好记录；（6）注意通风。

p区元素讲课教案第10章 p 区元素【10-1】完成下列反应⽅程式：（1）KBr+KBrO 3+H 2SO 4（2）AsF 5+H 2O （3）OCl 2+H 2O（4）Cl2通⼊热的碱液（5）Br2加⼊冰⽔冷却的碱液解：（1）5KBr+KBrO 3+3H 2SO 4 = 3Br 2+3K 2SO 4+3H 2O（2）AsF 5+4H 2O = H 2AsO 4 +5HF （3）OCl 2+H2O = 2 HClO（4）3Cl 2 + 6NaOH(热) = NaClO 3 + 5 NaCl+ 3H 2O （1）Br 2 + 2NaOH(冰⽔) = NaBr + NaBrO+H 2O【10-2】⽤表9-1和表10-1有关数据⽐较F2和Cl2分别与Na(s)反应时，何者放出的能量更多？并指出造成此结果的原因（NaF 和NaCl 的晶格能分别为915kJ/mol 和778kJ/mol ）。

解：.前者放出的能量多（11402(NaCl),556)(--?-=??-=?mol kJ rH mol kJ NaF rH ），因为氟的原⼦半径⼩，当⽣成离⼦化合物时晶格能⼤。

计算过程如下：【10-3】Br 2能从I - 溶液中取代出I ，但I 2⼜能从KBrO 3溶液中取代出Br 2，这两种实验事实有⽆⽭盾？为什么？解：不⽭盾。

因为φ?(Br 2/Br -)>φ? (I 2/I -),所以Br 2+2I- 2Br -+I 2能进⾏,说明氧化性Br 2>I 2;⼜因为φ? (Br /Br 2)>φ? (I/I 2),所以2Br +I 2 Br 2+2I能进⾏,说明氧化性Br>I,或还原性I 2>Br 2。

【10-4】将Cl 2不断地通⼊KI 溶液中，为什么开始时溶液呈黄⾊，继⽽有棕⾊沉淀产⽣，最后⼜变成⽆⾊溶液？解：黄⾊为I 3-, 棕褐⾊沉淀为I 2, ⽆⾊为IO 3-。

有关反应为：2I － + Cl 2 === 2Cl － + I 2I 2 + I - === I 3-I 2 + 5Cl 2 + 6H 2O === 2IO 3- + 10Cl - + 12H +【10-5】写出下列制备过程中的反应⽅程式：（1）由NaBr 制备HBr （2）由KI 制备KIO 3 （3）由I 2和P 制备HI （4）由Cl 2和CaCO 3制备漂⽩粉解：电解(2) KI + 3H 2O === KIO 3 + 3H 2↑(4) CaCO 3===CaO+CO 2↑ CaO + H 2O===Ca(OH)2 2Cl 2 + 2Ca(OH)2===CaCl 2 + Ca(ClO)2 + 2H 2O ⾼温5. (1) NaBr + H 3PO 4=== NaH 2PO 4 + HBr (3) 2I 2 + 3P + 6H 2O === 2H 3PO 4 + 6H 2O电解(2) KI + 3H 2O === KIO 3 + 3H 2↑(4) CaCO 3===CaO+CO 2↑ CaO + H 2O===Ca(OH)2 2Cl 2 + 2Ca(OH)2===CaCl 2 + Ca(ClO)2 + 2H 2O ⾼温5. (1) NaBr + H 3PO 4=== NaH 2PO 4 + HBr (3) 2I 2 + 3P + 6H 2O === 2H 3PO 4 + 6H 2O【10-6】⽐较下列性质的⼤⼩（1）键能：F —F 和Cl —Cl （2）电⼦亲合能：F 和Cl （3）酸性：HI 和HCl （4）热稳定性：HI 和HCl （5）⽔中溶解度：MgF 2和MgCl 2 （6）氧化性：HClO 和HClO 4解：（1）F —FHCl ；（4）HIHClO 4 【10-7】在淀粉碘化钾溶液中加⼊少量NaClO 时，得到蓝⾊溶液A ；继续加⼊过量NaClO 时，得到⽆⾊溶液B 。