2015年高中化学竞赛辅导 无机化学 11.1氟及其化合物知识点素材
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§11-2 氯及其化合物Chlorine and its Compounds一、氯的价轨道比氟大,第一电离能比氟低得多,极化率大,电子亲合能比氟更高(更负)。
(nm) .orb r(eV) I (eV) A - 电负性)(X F 0.036 17.42 3.45 4.0 Cl0.07212.973.613.0氯有-1、+1、+3、+5、+7氧化态,也有+2、+4氧化态。
偶氧化态往往是表观氧化态,化合物中的实际氧化态,仍然是奇数,因为奇数族元素的奇氧化态稳定。
在自然界中,主要以rock salt,钾石盐(sylvirite):NaCl 、KCl,光卤石(carnallite):KCl 、MgCl 2·6H 2O 等矿物存在。
二、The Simple Substance1.)Cl (2D = 243kJ·mol -1>)(F 2D = 159 kJ·mol -1∴Cl 2Cl C 10002−−−−→−︒以上这说明F 2分子中非键电子对的排斥作用大于Cl 2分子中非键电子对的排斥作用。
2.通常条件下Cl 2是一种黄绿色气体,以2 : 1溶解于水中。
氯水冷却得到晶体。
组成大致为Cl 2·6H 2O 和Cl 2·8H 2O,称为Clathrate crystal 笼形(包含)物,是具有笼形的包含化合物。
3.Reactions with non-metals (除了O 2、N 2和惰性气体外,都可以反应。
) 2P + 3Cl 22PCl 3 2P + 5Cl 2(过量)2PCl 5仅与氟气反应时表现出还原性,而与金属和其他非金属反应都是氧化性。
4.Disproportionation reactions Cl 2 + 2OH-(冷)Cl - + ClO -+ H 2O3Cl 2 + 6OH-(热)5Cl -+ -3ClO + 3H 2O5.Preparation(1) In laboratory :MnO 2 + 4HCl (浓)MnCl 2 + Cl 2↑+ 2H 2O 2KMnO 4 + 16HCl (浓)2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2O(2) In industry :2NaCl(aq)−−→−电解2NaOH + Cl 2↑+ H 2↑ 2NaCl(l)−−→−电解2Na + Cl 2↑ 三、The Compounds1.[ -1 ] O.S. (oxidation states)NaCl MgCl 2 AlCl 3 SiCl 4PCl 5 (S Cl 6)basic amphotaricacidic(1) hydrolysis 碱金属氯化物不水解,酸性氯化物水解 SiCl 4 + 3H 2O H 2SiO 3 + 4HCl NCl 3 + 3H 2ONH 3 + 2HOCl(2) interactions KCl + PCl 5K[PCl 6] KCl + AlCl 3K[AlCl 4](3) solubility :AgCl 、CuCl 、AuCl 、TlCl 和PbCl 2难溶,PbCl 2热的时候溶解度大。
第十三章 氮族元素Chapter 13 The Nitrogen Family ElementsNitrogen (N) Phosphorus (P) Arsenic (As) Antimony (Sb) Bismuth (Bi)Electron configuration: n s 2n p3§13-1 氮及其化合物 Nitrogen and its Compounds一、General properties1.其电负性(electronegativity )仅次于氟(4.0)、氧(3.5) 2.N 的三重键键能大于P 、C 的三重键键能:NN 945kJ ·mol -1,PP 481kJ ·mol -1 ,-CC - 8355kJ ·mol -1;而N 的单键键能很弱:N N200 kJ ·mol -1,C C346kJ ·mol -13.氮的氧化数为-3、-1、+1、+3、+5也有-2、+2、+4 4.氮为植物和动物机体蛋白质(proteins )的成份 5.存在:智利硝石(Chile saltpeter):NaNO 3印度硝石(Indian saltpeter):KNO 3 也存在于星云和太阳大气中,天王星,海王星 二、Simple Substance1.N 2的MO 表示式:2z 4y ,x 2*s 222s )()()()KK(σπσσ,所以键级为3,显得格外稳定。
N 2(g)2N(g) ∆d H m = 945kJ ·mol -1K =10-120,当T = 3000℃时,N 2的离解度仅为0.1%,但植物根瘤上生活的一些固氮细菌能够在常温常压下把空气中的N 2变成氮化物。
2.许多氮化物的∆f H m >0(吸热),而∆S <0(因为N 2为气体),所以∆r G f 总是大于零,因此氮化物在热力学上不稳定,易分解。
高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第12讲副族元素及其化合物【竞赛要求】钛、钒、铬、锰、铁、钻、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。
过渡元素氧化态。
氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。
水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出(不使用特殊试剂)和分离。
制备单质的一般方法。
【知识梳理】一、通论d区元素是指IIIB~VIII族元素,ds区元素是指IB、IIB族元素。
d区元素的外围电子构型是(n- 1)d1~10ns" (Pd例外),ds区元素的外围电子构型是(n—1)d10ns~。
它们分布在第4、5、6 周期之中,而我们主要讨论第4周期的d区和ds区元素。
* ()内为不稳定氧化态。
同一周期的d区或ds区元素有许多相似性,如金属性递变不明显、原子半径、电离势等随原子序数增加虽有变化,但不显著,都反映出d区或ds区元素从左至右的水平相似性。
d区或ds区元素有许多共同的性质:(1)它们都是金属,因为它们最外层都只有1~2个电子。
它们的硬度大,熔、沸点较高。
第4周期d区元素都是比较活泼的金属,题目能置换酸中的氢;而第5、6周期的d区元素较不活泼,它们很难和酸作用。
(2)除少数例外,它们都存在多种氧化态,且相邻两个氧化态的差值为1或2,如Mn ,它有-,0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7;而p区元素相邻两氧化态间的差值常是2,如Cl,它有-,0, 1, 3, 5, 7等氧化态。
最高氧化态和族号相等,但VIII族除外。
第4周期d区元素最高氧化态的化合物一般不稳定;而第5、6周期d区元素最高氧化态的化合物则比较稳定,且最高氧化态化合物主要以氧化物、含氧酸或氟化物的形式存在,如W03、WF6、MnO 4、FeO;-、CrO 4 ■等,最低氧化态的化合物主要以配合物形式存在,如[Cr(CO)5]2-(3)它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色。
这些离子的颜色同它们的离子存在未成对的d电子发生跃迁有关。
常见酸根离子的颜色有:CrO;一(黄色)、氐。
高中化学竞赛辅导练习参考答案与解析第一章元素化合物第一节卤素一.1.IO3-十5I-+6CH3COOH===3I2+6CH3COO-+3H2O2.KI在潮湿空气里,在阳光的作用下会被空气氧化而产生紫黑色固体(或紫色蒸气),而KIO3不被空气氧化.4I-+O2+2H2O===2I2+4OH-二.l.(1)主要反应:I2+2KClO3==2KIO3+C12↑(2)可能的副反应:C12+H2O(冷)==HClO+HClC12+H2O==2HCl+1/2O2 3C12+3H2O(热)==HClO3+5HClI2+5Cl2+6H2O==2HIO3+10HCl一步:I2+5H2O2−−催化剂2HIO3+4H2O−→二步:2HIO3+K2CO3==2KIO3+CO2↑+H2O2.使氧化生成的I2再还原为碘化物I2+2S2O32-==S4O62-+2I-三.3I2+6OH-===IO3-+5I-+3H2OS2O32-+4I2+10OH-===2SO42-十8I-+5H2OS2O32-+2H+===SO2↑十S↓+H2O4I-+O2+4H+===2I2+2H2O四.加入过量KI生成I3-离子以减少I2挥发1.在强酸性溶液中S2O32-遇酸分解,且I-易被空气氧化:(反应略);在碱性溶液中:S2O32-+4I2+10OH-===SO42-+8I-+5H2O3I2+6OH-===IO3-+5I-+3H2O上述到反应的发生,使定量反应难以准确.2.前者,I2与S2O32-的反应速度大于I2与OH-的反应速度;后者,S2O32-与I2的反应速度大于S2O32-与H+的反应速度.五.I2(反应略)七.A CaF2 B H2SO4 C HF D NaF E NaHF2九.紫2I-+CI2===I2+2CI-棕紫2Br-+Cl2===Br2+2Cl-棕红色I2+5Cl2+6H2O===2IO3-+5Cl-+12H+十.A AgNO3 B AgCl C [Ag(NH3)2]Cl D AgBrE Na3[Ag(S2O3)2]F AglG Na[Ag(CN)2]H Ag2S (反应略)十三.1.该固体一定含钠和碘,使煤气灯火焰显黄色表明钠的存在;不溶于NH3,而溶于强络合剂CN-或S2O32-的黄色银盐一定是碘化银.2.反应(1)~(4)表明该化合物是碘的含氧酸的钠盐.因其溶液呈中性,推测该晶体为NaIO3或NaIO4(略)3.(反应略)4.NaIO4十六.1.C的化合价为+2,N的化合价为-3;第一个反应是氧化还原反应,K2CO3中的C是氧化剂.获得2个电子;C为还原剂,释放出2个电子.2.(l)因为是固体与固体反应,增大表面接触率;(2)避免副反应发生:2KHS==K 2S +H 2S(3)不能说明,因HCN 是易挥发物.3.制备HCN 的反应:KCN +KHS===K 2S +HCN十七.O 2、HF 、H 2O 2、OF 2 F 2+2OH -===2F -+OF 2 +H 2O十八.KClO 3+H 2C 2O 4===K 2CO 3+2ClO 2+CO 2↑+H 2O 冷凝; V 型; 因为它是奇电子化合物(分子中含有奇数电子)十九.I 2O 5+5CO===5CO 2+I 2 IO(IO 3)、 I(IO 3)3二十.1.H —O —F H +1 O 0 F -1 H 2+O 2+F 2===2HOF2.Q=-103.5kJ/mol3.不稳定的原因在于分子中同时存在电中性的氧原子、极化作用强的带正电荷的氢原子和带负电荷的氟原子. 2HOF →2HF +O 2 Q=-169kJ/nol4.分解产物是H 2O 2 (反应略)二十一.首先,电解KCl 水溶液制取KOH 和Cl 2;然后KOH 与Cl 2在加热条件下生成KClO 3和KCl ;再利用KCl 和KClO 3的溶解度差别,在水中重结晶提纯KClO 3.(反应略)二十二.1. 1.00L 干气体通过KI 溶液时,其中Cl 2和O 3均氧化KI 使转化为I 2,但O 3氧化KI 后自身被还原为O 2,从反应式可见l mol O 3氧化KI 后自身还原成 l mol O 2,所以,1.00L 干气体通过KI 溶液后体积缩小值(1.00-0.98=0.02)全部是混合气体中Cl 2的所占体积.与I 2作用所耗Na 2S 2O 3的量,则是混合气体中Cl 2和O 3的量之和. Cl 2、O 3占混合气体的百分含量分别是:C12:2%; O 3:1%2. PH 值变大.因O 3氧化I -时消耗H +(或答O 3氧化I -时产生OH -). O 3+2I -+H 2O==O 2+I 2+2OH -二十四.1.80Se, 78Se2.有偶数中子的核素一般比有奇数中子的核素的丰度大.3.粒子C 是单电荷阴离子,—48335BrO 4.Se n Se 83348234→+3Se +4HNO 3+H 2O===3H 2SeO 3+4NO ↑ H 2SeO 3+2RbOH===Rb 2SeO 3+2H 2O Rb 2SeO 3+O 3==Rb 2SeO 4+O 2 e Br Se +→83358334 e BrO SeO +→--48335248334 5.BrO 4-具有很强的氧化性,但因BrO 4-形成的很少,其氧化性不能充分表现出来:6 BrO 4-+14Cr 3++25H 2O===7Cr 2O 72-+3Br 2+50H +BrO 4-+7Br 2+8H +===4Br 2+4H 2O6BrO 4-+7I -+6H +===3Br 2+7IO 3-+3H 2O第二节 氢与氧二.1.(略)2.CFCl 3和CF 2Cl 2在高空(O 3层上边缘)200nm 紫外光照射下分解放出Cl 原子,促进O 3分解;(略)3.因燃料燃烧时尾气中有NO,处于O 3层下边缘,可促进O 3分解:(略) 六.1.过氧化合物含有过氧离子O 22-(O -—O -) 例如:H 2O 2、BaO 2、Na 2O 2、H 2S 2O 8、CrO 5、[VO 2+]等.2.用适当的酸使过氧化钙分解,生成过氧化氢,测定H2O2的方法是:(l)高锰酸盐的方法:(反应略)(2)碘量法:(反应略)3.(1)[Cr(H2O)6]Cl3+4NaOH===Na[Cr(OH)4(H2O)2]+3NaCl+4H2O Na[Cr(OH)4(H2O)2]+3H2O2+2NaOH===2Na2CrO4+12H2O(2)2MnO4-+5H2O2+6H3O+===2Mn2++5O2↑十14H2O第三节硫一.1.2.(如下表所示)3.(1)Cl-,Br-,I-(2)SO42-(3)F-(4)2MnO4+5HSO3-+H+===2Mn2++3H2O+5SO42-Ba2++SO42-===BaSO4(5)2Cu2++4I-===2CuI(S)+I24.SOClBr和SOBr25.SOClBr6.SOClBr+2H2O===HSO3-+Cl-+Br-+3H+三.1.多硫化物;2.3S+6OH-==SO32-+2S2-+3H2O;S+SO32-==S2O32-S+S2-==S22-或(X-1)S+S2-== S x2-3.(2x+2)SO2+2 S x2-+(4x-2)OH-==(2x+1)S2O32-+(2x-1)H2O6SO2+2S22-+6OH-==5S2O32-+3H2O四.A可与H2和O2反应说明A为非金属单,B和C分别是A的不同氧化数的氧钾盐,又A的简单阴离子可与A化合,且产物遇酸分解为单质A、A的简单阴离子和D的钾盐.据此可判断A为单质硫.A.S B.SO2C.SO3D.H2SO4E.K2SO4F.K2S2O8G.K2SO3 H.K2S2O3I.H2S J.K2S K.K2S x L.K2S4O6五.由示出的化学式知,X、Z可能是B元素含氧酸的多酸盐(或连多酸盐)或代酸盐,而短周期元素能形成多酸盐的有硼、硅、磷、硫,能形成连多酸盐或代酸盐的只有硫.其次,X、Z中B、C的质量比(即原子数比)相同,只有可能是硅的多酸盐(如单链的[SiO3]n2-和环状的[Si n O3n]2-或硫的代酸盐和连多酸盐等(如Na2S3O3、Na2S4O6).再根据X与盐酸的反应,并通过组成的质量分数进行计算.可判断X为Na2S3O3、Z为Na2S4O6.六.1.3Na2S+As2S5==2Na3AsS42.Na2S+SnS2== Na2SnS33.Na2S2+SnS== Na2SnS3七.1.三角锥形;sp2;不等性2.CaSO3+2PC15 ===CaC12+2POCl3+SOC123.CH3CH2OH+SOCl2 ==CH3CH2Cl+SO2↑+HCl↑4.MCl n·xH2O+xSOCl2===MCl n+xSO2↑+2xHCl↑5.氯化亚砜与醇、水分子中的羟基作用,生成SO2和HCl;反应中的其它产物都是气体而逸出;可在真空中蒸馏而赶掉.八.A BaCl2; B AgNO3 C AgCl; D Ba(NO3)2 E Ag(S2O3)23- F BaSO4G BaS H Ag2S (略)十二.1.(1)(2)2.(1)H3PO3+2NaOH===Na2HPO3+2H2O(2)H3AsO3+3NaOH===Na3AsO3+3H2O3.H3PO3与盐酸不反应,H3AsO3与盐酸反应:As(OH)3+3HCl===AsCl3+3H2O第四节稀有气体二.所谈的气体是氩.雷利(Rayleigh,J.W.S)和拉姆赛(Bamsay W.)用光谱法发现了惰性(稀有)气体氦、氖、氩、氪、氙.20世纪60年代初制得了这些元素中氙的稳定化合物.如氟化氙XeF2、XeF4、XeF6;氧化物XeO3、XeO4及其衍生物XeOF4.可表示它们性质的反应式为:3XeF4===2XeF6+Xe2XeF2+2H2O===2Xe+O2+4HFXeO3+6KI+HCl===Xe+3I2+6KCl+3H2O化物,其盐G可与单质A化合生成H,H遇酸D可分解为A、B和D的XeO4+2Ba(OH)2===Ba2XeO6+2H2O三.XeF2 (mol)%=25%XeF4 (mol)%=75%第五节氮族二.N 2O 4自偶电离N 2O 4NO ++NO 3-,Cu 与N 2O 4反应失电子给NO +,放生成NO 和Cu(NO 3)2.A 、B 分别为NO 2和NO,C 为HNO 2.Co(NH 3)62+易被氧化为 Co(NH 3)63+,D 、F 分别是含—NO 2-和—ONO -配体的Co (Ⅲ)的配离子.1.N 2O 4+2N 2H 4===3N 2+4H 2O2.N 2O 4中N 采取sp 2杂化,5个σ键(一个N —N 键,4个N —键),一个86键. 3.Cu +2N 2O 4===Cu(NO 3)2+2NO ↑4.D 为[Co(NO 2)(NH 3)5]2+ 一硝基·五氨合钴(Ⅲ)配离子E 为[Co(ONO)(NH 3)5]2+ 一亚硝酸根·五氨合钴(Ⅲ)配离子四.从NH 4+的质子传递考虑,酸根接受H +的能力将影响接盐热分解温度.1.NH 4Br 比 NH 4Cl 热分解温度更高;NH 4H 2PO 4比(NH 4)3PO 4热分解温度更高.2.2NH 4Cl +Fe===NH 3↑+FeCl 2+H 2↑2NH 4Cl +FeO===NH 3↑+FeCI 2+H 2O3.若HA 有氧化性,则分解出来的NH 3会立即被氧化.如:NH 4NO 3===N 2O +2H 2O NH 4NO 2===N 2↑+2H 2O十一.火柴本身包含有氧化剂与还原剂,而普通灭火器的作用是意图隔离可燃物与氧气接触,因而成效不佳;猛烈爆炸的主要原因可能是硝酸铵受强热急速分解造成的.十四.1.3 NH 2-+NO 3-=== N 3-+3OH -+NH 32NH 2-+N 2O=== N 3-+OH -+NH 32.N 3-中N 的氧化数为-1/3,N 原子均采取sp 杂化.N 3-的等电子体物种如CO 2、N 2O.3.HN 3:按稀有气体结构计算各原子最外层电子数之和n 0=2+3×8==26,而各原子价电子数之和n v ==1+3×5=16,故成键数为(26一16)/2==5,孤对电子的对数为(16-5×2)/2==3(对). HN 3的共振结构:由于N (a )-N (b )键级为1.5,而N (b )-N (c )键级为2.5,故N (a )-N (b )的键长要比N (a )一N (c )的长.4.离子型叠氮化物虽然可以在室温下存在,但在加热或撞击时分解为氮气和金属(不爆炸),故可作为“空气袋”.5.可用物理吸附法或化学反应法,如用分子筛吸附氧;用合成载氧体吸氧或用乙基蒽醇与氧反应生成H 2O 2等,随后再放出氧.十六.同温同压下,气体体积比等于物质的量比,故n(NF 3):n(NO)=3:2 3NF 3+5H 2O===2NO +HNO 3+9HF二十.1.nH 3PO 4==H n +2P n O 3n +1+(n -1)H 2OnH 3PO 4==(HPO 3)n +nH 2O2.如右图所示3.多磷酸根是一种强络合剂,能络合水中的Ca2+、Mg2+,使洗衣粉不怕硬水,所以多磷酸钠起到软化水的作用(软水剂).4.洗衣废水中含磷酸盐,在江河湖水中积累成“肥水”,造成污染.二十一.1.Ca5(PO4)3F+5H2SO4===5CaSO4+3H3PO4+HF Ca5(PO4)3F +7H3PO4===5Ca(H2PO4)2+HF2.SiO2+2 Ca5(PO4)3F+H2O==3Ca3(PO4)2+CaSiO3+HF↑3.A与B不等同,A的肥效高于B.因为晶型的转变是在微粒的不断运动中进行,需要一定能量;α态在固体慢慢冷却过程中,通过微粒的运动逐渐变为β态.若采取用水急冷的办法,水吸收大量热能,α态来不及转变为β态.二十二.Na2CO3溶液与金属盐溶液反应可能生成正盐(M n+=Ca2+、Sr2+、Ba2+、Mn2+、Ag+等).碱式盐M2(OH)2CO3(M2+=Mg2+、Be2+、Fe2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等)或氢氧化物M(OH)3(M3+=Fe3+、Cr3+、AI3+).限于中学生知识水平,可设D(即ACl2)与Na2CO3溶液反应析出的F为ACO3.金属磷化物和酸反应生成的PH3(燃点39℃)中含有少量P2H6,后者在空气中自燃生成P4O10和H2O. A为Ca .二十四.P2S5+8H2O===2H3PO4+5H2S2H3AsO3+3H2S===As2S3↓+6H2O二十五.As2O3+6Zn+12HCl===2AsH3+6ZnCl2+3H2O AsH3===2As+3H2二十六.2As2S3+9O2==2As2O3+6SO22As+3H25O4(热、浓)==As2O3+3SO2↑+3H2OAs2O3+6Zn+6H2SO4==2AsH3+6ZnSO4+3H2O.AsH3==2As+3H2二十七.1.BiCl3+H2O==BiOCl↓+2HCl2.不同意. BiOCl 中的Cl呈-1价,而次氯酸盐中Cl为+l价.3.将BiCl3固体溶于少量浓盐酸中,再加水稀释.4.BiCl3与Cl-生成BiCl63-等配离子.二十八.根据元素X的氧化态变化情况可推断其为ⅤA族元素,再由X(V)的强氧化性,知X为铋.1.X为铋,Bi其电子构型为:[Xe]4f145d106s26p32.根据理想气体状态方程式得:T==1883K时,M=464.9g/molBi的原子量为208.98.在沸点1883K时以Bi2(g)型体存在;T==2280K时,M=209.75g/molT==2770K时,M=208.7g/mol故在沸点以上时以Bi(g)状态存在.(略)3.2Bi+6H2SO4===Bi2(SO4)3+3SO2↑+6H2OBi+4HNO3===Bi(NO3)3+NO↑+2H2O4.BiC13+KCl===KBiCl4BiC13+KCl===KBiCl4Bi2(SO4)3+K2SO4===2Kbi(SO4 )2正八面体Bi 以sp3d2杂化轨道成键5.Bi(NO3)3+H2O==BiONO3↓+2HNO3BiCl3+H2O===BiOCl↓+2HCl6.5NaBiO3+2Mn2++14H+===2MnO4-+5Bi3++5Na++7H2O7.2Bi3++3HSnO2-+6OH-===2Bi+3HSnO3-+3H2O 温度高时,HSnO2-发生自氧化还原,析出黑色Sn.8.(-)Pt,H2∣HCl∣BiCl3,Bi(+)第六节碳硅硼三.1.硝酸是氧化剂,氢氟酸是配合剂;2.不能代替,因为氯离子不能与硅形成稳定的配合物.3.(l)Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2(2)Si+2NaNO3+2NaOH=Na2SiO3+H2O+2NaNO2四.1.(1)Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+SiO2·H2O↓(2)反应(1)在高温条件下由于SiO2的难挥发性而易进行;反应(2)可在溶液中进行,因为H2CO3的酸性强于H2SiO32.如下所示五.1.①2;2;9;2;2;4;1 ②2;14;1;2;6;14;4;1 ③4;6;11;2;2;6;4;32.碳酸较硅酸酸性强,强酸可取代弱酸.3.铝在岩石中主要以共价形式存在.4.浓度×(10-4mol/L):Na+:1.52;Ca2+:0.60;Mg2+:0.45;K+:0.35;HCO3-:3.05;SO42-:0.26;Cl:0.40;H4SiO4:1.90六.Si n H2n+2;较低七.1.2.八.1.B原子以sp2杂化和F形成平面正三角形结构;2.酸,B原子有一个空p轨道,能接受电子对;3.B(OH)3+H2O B(OH)4-十H+,一元酸.九.1.碳2.Na2B2O7+2CO(NH2)2===4(BN)3+Na2O十4H2O+2CO23.根据等电子原理,α—(BN)3与石墨的性质相近,因而α—(BN)3与石墨的结构相同,为层状结构,图示如右:β—(BN)3与金刚石的性质相近,因而它具有与金刚石相同的结构.图示如右:十.2.如右图所示:3.B 17.5% C 82.5%第七节碱金属与碱土金属五.1.Rb2CO3+2C===3CO↑+2Rb↑3Fe+2Na2CO3===Fe3O4十2CO↑十4Na↑3Fe+4NaOH===Fe3O4+2H2↑十4Na↑Na+KCl==NaCl+K↑2.金属的标准电动序只是对于一定浓度(lmol/L)的水溶液和一定温度(25℃)下才是正确的.非水溶液、高温、固相反应的情况下不适用.因此,严格地说,电动序与本试题无关.比较化学活动性时应依具体条件而定.高温下的化学活动性是由许多因素决定的.在所给条件下,前三个反应在高温下之所以能够进行,可用Fe3O4晶格的高度稳定性和大量气体的放出(体系的熵显著增大)来解释.3.在高温下(约1000℃),将钠蒸气从下向上通过熔融的KCl,在塔的上部可以得到钠—钾合金.在分馏塔中加热钠一钾合金,利用钾在高温时挥发性较大(K、Na的沸点分别为760℃和883℃),而从合金中分离出来.这与电动序无关.4.铝热法:3BaO+2Al===Al2O3+3Ba↑副反应:BaO+Al2O3===BaAl2O4(或BaO·Al2O3)硅还原法:2BaO+Si===SiO2+Ba↑副反应:BaO+SiO2===BaSiO3(碳还原法制Ba,因生成BaC2而不采用)溶液的淡黄色沉淀C可能是AgBr,再经E转化为H等反应可得以证实. ASrBr 2 B AgNO 3 C AgBr D Sr(NO 3)2,E Na 3[Ag(S 2O 3)2] F SrSO 4 G SrS H Ag 2S七.1.(略)2.6:5 Al 3+略过量,有利于生成CO 2.3.不妥.由lmolCO 32-转化为lmolCO 2需2molH +,H +由Al 3+反应提供,今Al 3+量不变,只能生成HCO 3-,没有CO 2,喷不起来.4.不妥.Al 2(SO 4)3和表层NaHCO 3固体生成Al(OH)3后,阻碍反应的进行. 九.1.启普发生器和洗气瓶;2.水浴;3.加入粉状NaCl 是为了降低NH 4Cl 的溶解度;冷却促进NH 4Cl 析出,提高产率;采用冰盐冷冻剂冷却.第八节 铝一.固体物质由无水氯化铁和无水氯化铝组成;无水氯化铝晶体;升华;潮解;氯化氢二.1.NaOH ;NaOH 溶液可溶解SiO 2而使被其包藏的金属铝释放出来,而盐酸不与SiO 2作用.2.(略)3.%10032%⨯=样RTw pV M Al Al 4.饱和水蒸气占据一定体积,使实测气体体积变大;通过换算扣除水蒸气体积(或先干燥再测体积).三.(NH 4)2Al 2(SO 4)4+8NH 4HCO 3==4(NH 4)2SO 4+2NH 4Al(OH)2CO 3+6CO 2↑+2H 2O (略)四.1.+3 惰性电子对2.能3.碱性4.低第九节 锡与铅一.金属锡发生碎裂;常温条件下稳定存在的白锡,在低温时转变成灰锡,体积骤然膨胀致使碎裂.二.2PbO ·PbO 2 Pb 3O 4+4HNO 3===2Pb(NO 3)2+PbO 2↓十H 2O PbO 2是酸性氧化物四.从E 的溶解度随温度变化及J 、I 的性质,可推测可能含铅元素.A Pb 3O 4 B PbO 2 C PbO D Pb(NO 3)2 E PbCl 2 F Cl 2 G O 2 HK 2Pb(OH)6 I Pb(Ac)2 J PbS五.无色溶液通人H 2S 有黑色沉淀,且可被H 2O 2氧化成白色,可初步判断是含Pb 2+的溶液. A Pb 2O 3 B Pb(NO 3)2 C PbO 2 D PbS E PbSO 4六.天青石为SrSO 4,此即F,与碳高温作用后形成SrS.可溶于Na 2S 2O 3六.PbSO 4+H 2SO 4===Pb(HSO 4)2,Pb(HSO 4)2易溶;PbCI 2+2CI -===PbCl 42-碘分子电离 I 2I +十I -第十节 铜与锌四.1.3Cu +2K 2Cr 2O 7+12(NH 4)2CO 3===2[Cu(NH 3)4]CO 3+[Cu(NH 3)4](HCO 3)2+2[Cr(NH 3)6](HCO 3)3+2KHCO 3+7H 2O2.低于283K,加NaOH 使NH 3更易成NH 3,促进配合,和产物中HCO 3-结合,使平衡右移.3Cu +K 2Cr 2O 7+12(NH 3)2CO 3+10NaOH===3[Cu(NH 3)4]CO 3+[Cr(NH 3)6]2(CO 3)3+K 2CO 3+5Na 2CO 3五.本题的答案可以有几种,这里只列一解.A 可为CuSO 4,B 可循为金属钠,C 可为Ca 或 Ba,D 为Cu(OH)2、CuO 、Cu 、CuS (也可能有S ),E 为Cu(OH)2、CuO 、Cu 、CuS 、CaS 、CaSO 4或BaSO 4(可能有S );F 为CaSO 4或BaSO 4.第十一节 钛 钒 锰 铬一.V 2O 5+H 2SO 4==(VO 2)2SO 4+2H 2OV 2O 5+6HCl==2VOCl +2Cl 2+3H 2OV 2O 5+2NaOH==2NaVO 3+H 2O二.先根据滴定数算出Me 的摩尔质量范围,再根据题述性质进行判断. V 2O 4.86三.该题为一综合分析型试题.目前二氧化钛的工业制法有硫酸法和氯化法,两种方法所采用的原料、工艺条件、生产流程和设备都不相同.本题要求对二氧化钛的两种生产方法有全面了解,不仅涉及物理变化、化学变化、化学反应及化学反应方程式等基本概念,还牵扯到工业生产流程及环境保护和三废处理等问题.因而,要求学生有较宽的知识面,具有对采用不同方法制备同一产品的各种工艺过程进行全面综合的考察分析能力.①题中(l )、(2)、(3)问为硫酸法生产二氧化钛的内容.首先,仔细阅读方框流程图,找出有化学变化的过程,分别写出该变化的化学反应方程式;再考虑流程中有哪些废料排出,说明排出废料对环境的不利影响;最后,针对流程中排出的废水,提出合理的处理方案.②题中第(4)问为二氧化钛两种工业制法的对比.对用不同方法制备同一产品的不同工艺过程的比较.应从原料、工艺技术、环境保护、投资规模等方面入手,全面分析各种方法的优缺点.(1)方框流程图是最简单的工艺流程图,它以方框表示工段或车间或一个料的流动路线.物理变化是物质的形态发生变化而其化学性质未曾发生变化的过程,方框图中的结晶、过滤、洗净、粉碎、干燥等均属物理过程.当一种物质生成了新物质,即发生了化学变化.方框图中的硫酸煮解,加水分解及燃烧均为化学变化.要正确写出化学方程式,还要对题中给出的物质俗称、过程名称的含义有所了解.(a )硫酸煮解:FeTiO 3+2H 2 SO 4==TiOSO 4+FeSO 4+2H 2 O(b )加水分解:TiOSO 4+(n +1)H 2O==TiO 2·nH 2O +H 2SO 4(C )锻烧:TiO 2·nH 2O −−−→−K 1300~1100TiO 2+nH 2O (2)硫酸法生产二氧化钛主要是用硫酸处理钛铁矿,该过程排出废料为呈强酸性的废液,会使排人废水的pH 值明显降低;同时,钛铁矿中还含有其它的如铜、锌、锰、铝等重金属,这些金属在硫酸处理中溶于硫酸溶液,排入水中后对水中浮游生物有害,对水域周围土壤有害,危及人畜安全;另外,废液中还存在少量的硫酸亚铁,它在水中变成氢氧化亚铁,并迅速被废水中的空气氧化成氢氧化铁,消耗了水中的溶解氧,大大降低了水质.(3)工业上处理废水的方法很多,按废水的数量、性质、需要达到的排放标准而选择适宜的处理方法.针对硫酸法生产二氧化钛流程,可考虑用化学处理方法,采用中和法,即使呈强酸性的废水与碱发生中和反应,从而调整废水的pH 值,使之呈中性或接近中性.中和剂的选择要考虑价廉、易得、不会带来其它污染等因素,最好选用碱性废料,以废制废.可选的中和剂有:废碱、石灰、电石渣、石灰石等.(4)氯化法生产二氧化钛是以高品位的金红石(含TiO 290%以上)为原料,与焦碳、氯气加热到900~1100℃进行氯化,制得粗四氯化钛:TiO 2+2C12+C==TiCl 4(g )+CO 2通过精馏及化学处理除去杂质得到精制四氯化钛.将精制品预热后装人氧化分解炉,通入含氧气的气体,瞬间反应生成二氧化钛颗粒:TiCl 4+O 2==TiO 2+2Cl 2为防止颗粒继续长大,要迅速地将生成的二氧化钛分离出来,氯气可循环使用. 硫酸法和氯化法制备二氧化钛比较如下表所示:操作,以带箭头的线表示物料的流动路线和方向,表达了一个生产过程的主要物料的流动路线.物理变化是物质的形态发生变化而其化学性质未曾发生变化的过程,方框图中的结晶、过滤、洗净、粉碎、干燥等均属物理过程.当一种物质生成了新物质,即发生了化学变化.方框图中的硫酸煮解,加水分解及燃烧均为化学变化.要正确写出化学方程式,还要对题中给出的物质俗称、过程名称的含义有所了解.(a )硫酸煮解:FeTiO 3+2H 2 SO 4==TiOSO 4+FeSO 4+2H 2 O(b )加水分解:TiOSO 4+(n +1)H 2O==TiO 2·nH 2O +H 2SO 4(C )锻烧:TiO 2·nH 2O −−−→−K 1300~1100TiO 2+nH 2O (2)硫酸法生产二氧化钛主要是用硫酸处理钛铁矿,该过程排出废料为呈强酸性的废液,会使排人废水的pH 值明显降低;同时,钛铁矿中还含有其它的如铜、锌、锰、铝等重金属,这些金属在硫酸处理中溶于硫酸溶液,排入水中后对水中浮游生物有害,对水域周围土壤有害,危及人畜安全;另外,废液中还存在少量的硫酸亚铁,它在水中变成氢氧化亚铁,并迅速被废水中的空气氧化成氢氧化铁,消耗了水中的溶解氧,大大降低了水质.(3)工业上处理废水的方法很多,按废水的数量、性质、需要达到的排放标准而选择适宜的处理方法.针对硫酸法生产二氧化钛流程,可考虑用化学处理方法,采用中和法,即使呈强酸性的废水与碱发生中和反应,从而调整废水的pH 值,使之呈中性或接近中性.中和剂的选择要考虑价廉、易得、不会带来其它污染等因素,最好选用碱性废料,以废制废.可选的中和剂有:废碱、石灰、电石渣、石灰石等.(4)氯化法生产二氧化钛是以高品位的金红石(含TiO 290%以上)为原料,与焦碳、氯气加热到900~1100℃进行氯化,制得粗四氯化钛:TiO2+2C12+C==TiCl4(g)+CO2通过精馏及化学处理除去杂质得到精制四氯化钛.将精制品预热后装人氧化分解炉,通入含氧气的气体,瞬间反应生成二氧化钛颗粒:TiCl4+O2==TiO2+2Cl2为防止颗粒继续长大,要迅速地将生成的二氧化钛分离出来,氯气可循环使用.硫酸法和氯化法制备二氧化钛比较如下表所示:四.1.4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 ==8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑2Na2CrO4+H2SO4==Na2Cr2O7+Na2SO4+H2ONa2Cr2O7+2KCl==K2Cr2O7+2NaCl2.Cr(Ⅵ)的氧化性,在酸性介质中远强于在碱性介质中,则Cr(Ⅲ)在酸性介质中不易被氧化,在碱性介质中易被氧化为CrO42-.3.最后一步可利用温度对NaCl溶解度影响不大,而对K2Cr2O7溶解度影响大的特点,将NaCl与K2Cr2O7,分离(K2Cr2O7溶解度:273K 4.6g/100gH2O,373K 94.1g/100gH2O).六.A MnO2 B K2MnO4 C KmnO4 D Cl2(反应略)七.1.有黑褐色MnO2沉淀生成,紫红色消失;紫2MnO4-+6I-+8H+==2MnO2↓+3I2+4H2O2MnO4-+2I-+4H+==Mn2++I2+2H2O2.无;紫;2MnO4-+6I-+8H+==2MnO2↓+3I2+4H2O10MnO4-+3I2+4H+==10MnO2↓+6IO3-+2H2OIO-+5I-+6H+==3I2+3H2O八.KMnO4→K x Mn y O z+O2↑已知失去氧的质量,将质量转化为物质的量,再结合价态升降值相等解答.另一种思考方式为:将含氧酸盐分解还原为各种氧化物,尔后再根据氧化物的酸碱性,在加热条件下融合,生成相应的含氧酸盐.l.2 KMnO4===K2Mn2O6+O2↑2KMnO4===K2MnO4+MnO2+O2↑2.4KMnO4===K2Mn2O5+3O2↑4KMnO4===2K2MnO3+2MnO2+3O2↑九.(略)在碱性介质中生成的锰酸钾(绿色)在稀溶液中可能分解而生成MnO2沉淀:3K2M n O4+2H2O===2KM n O4+MnO2↓+4KOH在微酸性或微碱性溶液中,KMnO4与K2SO4反应产物有MnO2生成,在酸性介质中,若KMnO4过量,其分解可有MnO2生成:MnO4-+H+===3O2↑+2H2O+4MnO2↓第十二节铁钴镍一.1.4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O 2Fe3++Fe===3Fe2+Fe可将氧化生成的Fe3+还原为Fe2+.2.放置过程中,[Fe2+]增大,[H+]下降.二.①生成的[Fe(SCN)n](3-n)呈血红色;②MnO4将SCN-氧化,破坏了[Fe(SCN)n](3-n);③SO2将Fe(Ⅲ)还原,同样破坏了[Fe(SCN)n](3-n);④MnO4-被Fe2+和SCN-还原.(离子反应式略)三.铆钉表面供氧充足,反应④迅速发生,生成的Fe2O3·xH2O聚集在表面,使反应①停止,铁不再被腐蚀.铆钉与钢板重叠部分供氧不足,反应④很少发生,保证了①的不断进行而持续被腐蚀.四.1.2.2FeS2(s)+2H2O(l)+7O2(g)===2Fe2+(aq)+4SO42-(aq)+4H+(aq)3.4Fe2++O2+6H2O===4FeO(OH) ↓+8H+4.2.5×10-4mol5.1.05×107g五.1.13.92.pH==9.03.pH过大时,会使Cr(OH)3(两性)溶解而使沉淀不完全.八.1.A Mn B Cr C Fe2.稳定性Mn2+>Fe2+>Cr2+3.氧化性CrO42-<MnO42-<FeO42-黄绿红均为正四面体结构4.CrO42-→Cr2O72-→Cr3O102-……3MnO42-十4H+→2MnO4-+MnO2+2H2O4FeO42-十2OH-→4Fe3++3O2+10H2O第十三节其它金属六.1.2MnS2+9O2+12OH-===2MoO42-十4SO42-十6H2O。
高三元素氟知识点元素氟(F)是位于元素周期表的第17组,属于卤素族元素。
它是一种非金属元素,其原子序数为9,原子量为18.9984。
在自然界中,氟以氟化物的形式存在,如氟化钠、氟化钙等。
一、氟的性质特点1.1 化学性质氟是一种最活泼的非金属元素,具有很高的电负性,可以与多种元素发生反应。
它可以与大多数金属直接反应,形成相应的金属氟化物。
例如,氟可以与铝反应,生成氟化铝:2Al + 3F₂ → 2AlF₃此外,氟还可以与氢发生剧烈的反应,形成氢氟酸:H₂ + F₂ → 2HF1.2 物理性质氟在常温常压下为气体状态,具有黄绿色。
它具有较低的沸点和熔点,熔点为-219℃,沸点为-188℃。
氟分子由两个氟原子通过共价键连接而成,是一种双原子分子。
二、氟的应用领域2.1 制冷剂和制冷设备氟作为一种高效的制冷剂,被广泛应用于制冷设备中。
例如,氟气可以用于冰箱、空调和冷冻箱等制冷系统中,能够实现快速冷却和保持低温。
2.2 光学涂层由于氟的高反射性和低折射率,氟化镁和氟化锌等氟化物常被用作光学镀膜的材料。
这些涂层可以提高光学仪器的透光率和抗反射性能。
2.3 生产半导体材料氟在半导体工业中有广泛的应用。
它可以用作制备氟化硅等半导体材料的原料,这些材料在电子设备的制造和电路集成中发挥着重要的作用。
三、氟的环境影响与安全注意事项3.1 环境影响氟化物在环境中的富集会对生物体和生态系统产生负面影响。
水源中存在过高的氟化物含量,会对人体的牙齿和骨骼造成损害。
因此,在工业和农业生产中需要严格控制氟化物的排放。
3.2 安全注意事项氟具有一定的毒性,在使用和储存时需要注意安全。
当接触到氟化物时,应尽量避免直接接触皮肤和眼睛,以防止损伤和刺激。
在实验室和工业操作中,应采取相应的防护措施,确保工作环境的安全。
结语综上所述,高三元素氟是一种重要的非金属元素,具有丰富的性质特点和广泛的应用领域。
了解和掌握氟的知识对于化学学习和实践应用都具有重要意义。
高中化学知识点总结氟氟(F)是元素周期表中的第9号元素,位于第二周期,第七族,是一种卤素元素。
氟在自然界中以离子形态存在,通常与金属或非金属元素结合形成化合物。
由于其高活性,氟在自然界中不易以单质形式存在。
本文将对高中化学中关于氟的知识点进行总结。
# 物理性质氟是一种黄绿色的气体,在标准状况下具有刺激性的气味。
它的熔点为-219.63°C,沸点为-119.02°C,密度为0.00169 g/cm³。
氟气的折射率很高,可以用于制造特殊的光学设备。
氟的电负性极高,是所有元素中最强的,这使得它极易与其他元素形成化合物。
# 化学性质氟是最活泼的非金属元素,它可以与几乎所有元素反应,包括氦以外的惰性气体。
氟与氢反应生成氢氟酸(HF),与金属反应生成相应的氟化物。
氟的氧化态通常为-1,这是其最稳定的氧化态。
氟也可以形成正价化合物,如OF2和O2F2。
# 同位素氟有两种主要的同位素:氟-19和氟-20。
氟-19是最常见的同位素,占自然界氟的约90%,而氟-20则占约10%。
氟-19在核医学中作为示踪剂用于PET扫描。
# 化合物氟化物是氟最常见的化合物形式。
它们广泛存在于矿物、水体和生物体内。
氟化物在工业上有多种用途,例如:- 氟化钙(CaF2):用于制造光学玻璃和镜头。
- 氟化钠(NaF):用于牙膏中预防蛀牙。
- 氟化氢(HF):用于制造氟化物和氢氟酸,也是玻璃蚀刻剂。
- 氟化碳(CFx):在制冷剂和溶剂中有应用。
# 反应氟的反应性极强,以下是一些典型的反应:1. 与氢反应:\( F_2 + H_2 \rightarrow 2HF \)2. 与水反应:\( 2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2 \)3. 与金属反应:\( 2F_2 + 2M \rightarrow 2MF_2 \)(M代表金属)# 环境影响氟化合物对环境有一定的影响。
例如,氟氯化物(CFCs)曾广泛用于制冷剂和喷雾剂,但后来发现它们会导致臭氧层的破坏,因此被限制使用。
氟及其化合物氟,FLUORINE,源自fiuo,“流动”的意思,1771年发现。
氟是所有非金属中最活泼的元素。
只有少数的稀有气体元素拒绝和它相结合。
它能腐蚀不为任何化学药品所动的铂。
在氟气的喷流下,木材或橡胶会马上燃烧──即使是石棉也要烧得赤热。
目录:氟的发现简史氟单质及其性质氟与金属的反应氟与非金属的反应氟与水的反应卤素间的置换反应氟的制备氟化氢和氢氟酸卤化氢的性质氢卤酸的性质卤化氢和氢卤酸的制备氟的氧化物氟的发现简史莫瓦桑(H.Moissan,1852-1907)在化学元素发现史上,持续时间最长的、参加的化学家人数相当多的、危险很大的,莫过于单质氟的制取了。
氟是卤族中的第一个元素,但发现得最晚。
从1771年瑞典化学家舍勒制得氢氟酸到1886年法国化学家莫瓦桑(Moissan H,1852-1907)分离出单质氟共经历了100多年时间。
在此期间,不少科学家不屈不挠地辛勤地劳动,戴维、盖·吕萨克、诺克斯兄弟等很多人为制取单质氟而中毒,鲁耶特、尼克雷因中毒太深而献出了自己的生命。
可以称得上是化学发展史中一段悲壮的历程。
当时,年轻的莫瓦桑看到制备单质氟这个研究课题难倒了那么多的化学家,不但没有气馁,反而下决心要攻克这一难关。
莫瓦桑总结了前人的经验教训,他认为,氟这种气体太活泼了,活泼到无法分离的程度。
电解出的氟只要碰到一种物质就能与其化合。
强烈地腐蚀各种电极材料。
如果采用低温电解的方法,可能是解决这个问题的一个途径。
经过百折不挠的多次实验,1886年6月26日,莫瓦桑终于在低温下用电解氟氢化钾与无水氟化氢混合物的方法制得了游离态的氟。
氟这种最活泼的非金属终于被人类征服了,许多年以来化学家们梦寐以求的理想终于实现了,莫瓦桑为人类解决了一个大难题。
真是有志者事竟成!在此之后,莫瓦桑制备出许多新的氟化物,其中最引人注目的是四氟代甲烷CF4,沸点只有258K。
他的这项工作,使他成为20世纪合成一系列作为高效的制冷剂的氟碳化合物(氟利昂)的先驱。
化学竞赛无机化学绝密课件卤素一、卤素简介卤素,又称卤族元素,是元素周期表中第VIIA族元素,包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)。
卤素元素在自然界中大多以无机盐形式存在,具有独特的化学性质和广泛的应用领域。
本课件旨在为化学竞赛选手提供卤素元素的系统性知识,帮助选手在竞赛中取得优异成绩。
二、卤素的物理性质1.氟:氟是卤素元素中最轻的一种,具有浅黄绿色,在常温常压下为气态,具有刺激性气味。
氟的熔点为-219.67℃,沸点为-188.1℃,密度约为0.0017g/cm³。
2.氯:氯是一种黄绿色气体,具有刺激性气味。
氯的熔点为-101.5℃,沸点为-34.04℃,密度约为3.21g/L。
3.溴:溴在常温常压下为液态,具有红棕色,具有刺激性气味。
溴的熔点为-7.2℃,沸点为58.78℃,密度约为3.12g/cm³。
4.碘:碘在常温常压下为固态,具有紫黑色,具有刺激性气味。
碘的熔点为113.7℃,沸点为184.3℃,密度约为4.93g/cm³。
5.砹:砹是一种放射性元素,具有多种同位素,其中^210At的半衰期最长,约为8.1小时。
砹的物理性质尚不明确,但一般认为其熔点、沸点较高,密度较大。
三、卤素的化学性质1.氧化性:卤素元素具有较强的氧化性,能与大多数金属和非金属发生反应。
氟的氧化性最强,可以与水反应氧气。
2.电子亲和能:卤素元素的电子亲和能较大,容易接受电子,形成负离子。
3.电负性:卤素元素的电负性较高,与碳、氢等元素形成的化合物中,卤素元素表现出较强的亲电子性。
4.反应符合性:卤素元素与氢、卤化氢、金属卤化物等化合物发生反应时,遵循相应的反应规律,如氟化反应、氯化反应、溴化反应、碘化反应等。
5.卤素互化反应:氟、氯、溴、碘之间可以发生互化反应,相应的卤化物。
四、卤素化合物卤素元素与金属、非金属、有机物等均可形成多种化合物,下面列举一些常见的卤素化合物:1.卤化氢:卤素元素与氢气反应,卤化氢(HX,X代表卤素元素)。
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氟知识点总结一、氟的基本概念氟是化学元素,其化学符号为F,原子序数为9。
氟的原子结构为2,7,即在其原子核外层具有7个电子。
因此,氟原子具有7个负电荷,使其具有强大的化学活性。
氟是一种非金属元素,被置于第七号周期和第二B族的元素,是原子序数最小的卤素,也是最轻的卤素之一。
氟在自然界中以氟气(F2)的形式存在,是一种无色、有毒、易燃的气体。
氟在地壳中的丰度约为0.065%,在地壳中的总量约为2.5克。
氟在地壳中的化合物主要以氟化物矿物的形式存在,如氟石、氟铝石等。
氟以氟化物的形式广泛存在于自然界中,如氟化钠、氟化镁、氟化钙等。
在海水中,氟化物的浓度约为1.3 mg/L。
氟的化合物主要用于制造氟化合物,如氟化铝、氟化钙等。
此外,氟化物还被用作制取氟气的原料。
二、氟的化学性质1.氟的反应性氟是卤素中化学活性最强的元素,它在常温下就能和几乎所有元素发生化学反应,因此被称为“万能魔法催化剂”。
氟气可与许多金属直接反应,如与铝反应可生成氟化铝。
2.氟的氧化性氟的氧化性非常强,在大多数情况下,氟都表现为最高的氧化态-1。
由于其极大的氧化性,氟反应剧烈,能够与许多非金属元素直接发生化学反应。
3.氟的还原性由于氟的电负度非常高,因此氟具有很强的还原性,它能够和大多数非金属的最低氧化态及金属化合物发生化学反应。
三、氟的物理性质1.氟的物理状态氟在常温下是气态,无色,剧毒,有刺激性气味。
其熔点为-219.67℃,沸点为-188.12℃,密度为0.9127 g/L。
2.氟的成键性质氟的原子半径较小,在其分子中,氟原子通过共价键与周围的氟原子相连,形成较为稳定的分子结构。
氟分子的键长为0.14 nm,键能为157 kJ/mol。
3.氟的电子排布氟的原子结构为2,7,即在其原子核外层具有7个电子,因此,氟原子具有7个负电荷。
在化学反应中,氟原子通常需要获得一个电子来稳定其外层电子结构。
四、氟的生物作用氟是人体健康必需的微量元素之一,具有重要的生物学作用。
电解
第十一章 卤素
Chapter 11 The Halogens
Fluorine (F) Chlorine (Cl) Bromi ne (Br) Iodine (I)
Astatine (At)
F 、Cl 是本族典型元素,Br 、I 和At 是溴分族(Bromine subgroup ),从F 到At ,金属性增强,非金属性减弱,所以F 是典型的非金属元素,At 元素具有某种金属特性。
§11-1 氟及其化合物
Fluorine and its Compounds
一、氟的电负性(electronegativity )为4.0,是电负性最大的元素。
氟的化合物存在于人
体中:主要存在于牙和骨头中,在自然界中以萤石(Fluorspar):CaF 2、冰晶石(cryolite):Na 3AlF 6和氟磷灰石(fluorapatite):Ca 5(PO 4)3F 的矿物存在。
Practice exercise :从氟的高电负性来判断:(1) CF 3COOH 是弱酸还是强酸?
(2) (CF 3)3N 和NF 3是否具有Lewis 碱性?
二、The Simple Substance
1.F 2的化学性质非常活泼:Fersmass 称F 2是无所不为“omnivorous ”,它能使玻璃丝
(SiO 2)和水在氟气氛中燃烧,产物竟然是氧气:
SiO 2 + 2F 2
SiF 4 + O 2 2H 2O + 2F 24HF + O 2 除了He 、Ne 、Ar 、不与F 2直接反应外,其它物质基本都能与F 2反应
例如:Xe + 2F 2XeF 4 S + 3F 2SF 6 F 2 + 2NaOH(2%)
2NaF + H 2O + OF 2↑ (不是酸酐)
2.为什么F 2的化学性质会如此活泼? (1) 氟原子半径小,F 2中孤电子对之间有较大的排斥力,加之氟原子的价轨道
中不存在d 轨道,它们之间不能形成d - p π键,所以F -F 键很弱。
(2) 在氟化物中,氟与其它元素形成的化学键非常强(约200 ~
600kJ ·mol -1),而且与氟原子反应的活化能低(≤4kJ ·mol -1
),所以有F 2参加的反应,不论在热力学还是在动力学上都是有利的。
3.Preparation 氟化学在现代无机化学中占有相当重要的地位。
这一领域的奠基人是
法国化学家Moissan ,H (1852-1907),他的贡献:在HF 发现后的118年即1886
年,用电解法成功地制得了单质氟以及发明了摩氏电炉,因此荣获1906年Nobel 化
学奖。
(1) 电解法 HF -KF(l) F 2(阳极) + H 2(阴极)
1886年Moissan 通过低温电解液态HF 实验,第一次制得了单质F 2,电解液
中加有KF 以传导电流。
这一化学过程在工业生产上原封不动地持续了整整一个
世纪。
变化的只是电解池设计和电解条件:现代工业使用了装有石墨电极的镍制
或铜制电解池,用KHF 2(l)作电解质,由于熔融的KHF 2在电解过程中被转化为固
体KF ,因而必须不断加入HF ,以维持电解质为熔融状态。
不管在Moissan 之前还是之后的化学家,170多年以来试图用化学法将F -离
子氧化为F 2,其中包括Davy 、Fremy 和Ruff 等人,甚至包括Moissan 本人,但是
一直没有成功。
直到1956年,用化学法制备F 2的努力终于成功了,这是Moissan
之后氟化学的又一个重大的成就。
化学家Chiriste.K 推测:路易斯酸(如SbF 5)能将另一个较弱的路易斯酸
MF 4(M = Mn 、Ni 、Cu )从其稳定的配离子][M F 26-的盐中置换出来,恰恰像众所
周知的盐酸可以从碳酸钙中把CO 2置换出来一样。
由于MF 4在热力学上的不稳定,应当可以分解为23F 2
1MF +,进而制得F 2。
(2) 化学法:K 2MnF 6和SbF 5分别按1899年和1906年发现的两个反应制备: 2KMnO 4 + 2KF + 10HF + 3H 2O 2−−−→−50%HF 2KMnF 6↓+ 8H 2O + 3O 2
SbCl 5 + 5HF SbF 5 + 5HCl
在特氟隆(Teflon)不锈钢反应器中:
KMnF 6 + 2SbF 5 150℃
1hr 2KSbF 6 + MnF 3 + 2
1F 2 (3) 贮存、运输:用镍或镍的合金。
因为F 2 + Ni
NiF 2,可以阻止F 2进一步反应。
4.Application
(1) 扩散分离铀的同位素:分离铀,可把
235U 富集到97.6%。
(2) 合成各种冷却剂:如氟里昂(Freon)-12:CF 2Cl 2,F-13:CClF 3 (3) 火箭燃料的氧化剂:ClF 3和BrF 3
(4) 杀虫剂、灭火剂:CF 3Br 是高效灭火剂
(5) SF 6惰性强于N 2,可作为高压装置中的绝缘气
(6) Teflon ,高化学稳定性的材料
三、The Compounds
1.NaF MgF 2 AlF 3 SiF 4 PF 5 SF 6 (ClF 5)
Basic amphoteric acidic
离子型(ionic) 共价型(covalent)
2222MnF NiF CoF ZnF 、、、属于离子-共价型(ionic-covalent)
2.Solubility :
IA 族元素氟化物(除LiF 外)和AgF 、HgF 2、SnF 2易溶于水。
3.Interaction :
2NaF + SiF 4
Na 2[SiF 6] Lewis 酸碱反应 NaF is the donor of electron pairs, SiF 4 is the accepter of electron
pairs
4.Hydrolysis :
SiF
4 + 3H 2O H 2SiO 3 + 4HF
当达到最大共价数(配位数)时,如SF 6、CF 4等,与水极难反应,这是动
力学因素而不是热力学因素的结果。
例如:
CF
4(g) + 2H 2O(l) CO 2(g) + 4HF(g) K ≈ 1023 有人理论解释为:一部分原因是由于亲核性的水分子很难穿透负电性的氟离子的
保护层;另一部分原因是即使水分子中的氧原子可以与碳原子连接,由于C -F 键很
强,氟原子仍然很难与碳断裂。
-2HF 5.HF(l)(液态氟化氢)和HF(aq)(氟化氢水溶液)
(1) HF(l)的自偶电离:
3HF
-2HF + H 2F +
K = 2.07×10-11 外来的电子排在F 原子上,所以X 的电负性越
强,-2HX 越稳定。
-2HF 中的键强度是氢键的三倍。
在HF(aq)中也存在-2HF 。
在实验中,使用HF(aq)时要带橡胶手套。
因为
HF(aq)会烧坏皮肤,很难愈合。
HF(aq)生成-2HF 的K 为:
HF + H 2
O
H 3O + + F - K 1 = 7.2×10-4 HF + F
--2HF K = 5.1 2HF + H 2
O
H 3O +
+ -2HF K = K 1·K 2 = 3.67×10-3 (2) HF(l)是强的离子溶剂: a .给出质子(H +)C 2H 5
OH + 2HF
+252OH H C +-2HF CH 3COOH +
2HF(l)32CH COOH ++-2HF
+ 2HF(l)HF 2+H
H b .给出F -离子BF 3 + 2HF
+-+F H BF 24 +-+=+F H SbF HF 2SbF 265
(3) HF(aq)实际上是中等强度的酸,在HF(aq)中存在
-+--14332F H F H F H n n 、、、 等阴离子,根据电荷守恒:][H + =
]F H []F H []HF []F [1322-+---++++n n ,所以HF(aq) 与KOH 中和反应,会有很多产物:KHF 2、KH 2F 3……
(4) 由于SiO 2 + 4HF
SiF 4↑+ 2H 2O ,所以氢氟酸应盛放在铅、橡胶,聚乙
烯或石蜡等容器中。
当
HF(aq)过量时,SiF 4 + 2HF
H 2SiF 6(强酸)。