《无机化学》第十三章p区元素
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无机化学 p区元素p区元素是周期表中第13至18列元素,也被称为主族元素或气族元素。
它们的化学性质在同一周期内呈现出明显的变化,但在同一族内则有着相似的性质。
本文将从p区元素的发现、物理性质、化学性质和应用方面进行介绍。
一、发现历史p区元素包括第13至18列的元素,是一组很有特殊性质的元素。
人们在测定原子量和密度时陆续发现了这些元素。
在18世纪前,人们对许多p区元素的存在还没有足够的证据。
因此,这些元素也成为了化学家们探索的一个难题。
1830年代, Jons Berzelius 以三个十二面体化合物来系统地描述元素。
这些化合物即由氧、碳、氮、硫和磷的元素统一构成的,在此基础上,他将元素分成了四个区,包括酸基金属、上碲族、下碲族和稀有元素。
但当时的化学学家认为,有更多的元素应该属于上述因素中的某一组,于是 stas 和sebaste 花了 20 年时间,最终找到了人类认识的所有元素。
这一时期p区元素的最后发现是在1898年,由法国科学家Pierre Curie 发现的钋和镭。
二、物理性质1、电子配置p区元素的电子构型为 ns2np1-6(除氦He外,另有例外,即不是ns2np5,如氧O)。
其中,ns和np是主量子数。
p区元素的外层电子结构十分稳定,p区元素代表元素外层电子的数目是非常有限的,它们在化学之间的交互作用直接影响每个元素的化学适用性。
p区元素的数量相对比较少,但却具有十分丰富的化学反应性。
2、原子尺寸和电负性p区元素原子尺寸相比于同周期的s区或d区元素会比较小,但相比于前一个周期,p区元素的原子尺寸又会更加大一些。
这些原子尺寸的变化和电负性的变化有关。
氧、氮、碳等元素的电子云很大程度上影响着元素化学性质的表现。
一般来说,p区元素的电负性很高,因为它们具有较高的电子亲和能力和较高的电负性。
氨等化合物是p区元素高电负性的体现。
三、化学性质p区元素对于化学反应性的调节十分显著,同一页上的元素之间往往会显示出相似的化学性质。
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。
北师⼤考研⽆机化学复习题第⼗三章第13 章p 区元素(⼀)⼀、教学基本要求1. 了解p区元素的特点;2. 了解p区元素的存在、制备及⽤途;3. 掌握重点元素硼、铝、碳、硅、氮和磷的单质及其化合物的性质,会⽤结构理论和热⼒学解释它们的某些化学现象;4. 从⼄硼烷的结构了解缺电⼦键和硼烷结构;5. 了解⼀些⽆机材料的制备和⽤途;6.了解惰性电⼦对效应概念及其应⽤。
⼆、要点1.缺电⼦化合物 (Electron-deficient compound)具有共价性的原⼦,若其价电⼦数少于价层轨道数时,这种原⼦称为缺电⼦原⼦。
缺电⼦原⼦以共价键所形成的不具有⼋隅体结构的化合物称作缺电⼦化合物。
如:B原⼦最外层电⼦排布为:2s22p1,有3个价电⼦,但它有四个价层轨道(⼀个3s,三个3p),是缺电⼦原⼦。
当它和卤素原⼦形成BX3时,在中⼼B原⼦外围只能形成三个共⽤电⼦对(6个电⼦),它不是⼋隅结构,这类化合物就是缺电⼦化合物。
2.⾜电⼦化合物 (Electron-precise compound)指所有价电⼦都与中⼼原⼦形成化学键,并满⾜了路易斯结构要求的⼀类化合物。
第14族元素形成⾜电⼦化合物,例如甲烷分⼦CH4 , 分⼦中的键电⼦对数恰好等于形成的化学键数。
3.富电⼦化合物 (Electron-rich compound)指价电⼦对的数⽬多于化学键数⽬的⼀类化合物。
第15族⾄第17族元素形成富电⼦化合物,例如氨分⼦NH3, 4个原⼦结合只⽤了3对价电⼦,多出的两个电⼦以孤对形式存在。
4.稀散元素 (Rare element)⾃然界中不能形成独⽴矿床⽽以杂质状态分散于其他矿物中的元素,如硒、碲、锗、铟、铊等。
可由冶⾦、化⼯作业的各种粉尘、残渣或中间产品中提取。
这些元素在电⼦⼯业、原⼦能⼯业、合⾦材料、电光原材料及催化剂等⽅⾯有重要的⽤途。
5.三中⼼两电⼦键 (Three center two electron bond)它是多中⼼共价键中的⼀种,指三个原⼦共⽤两个电⼦的化学键,中⼼原⼦常为缺电⼦原⼦,例如,硼烷中就存在3e-2c的氢桥键。
第十三章p 区元素(一)之课后习题参考答案
6解:铝矾土的主要成分为Al 2O 3。
(1) Al 2O 3 + 2NaOH + 3H 2O 2Na[Al(OH)4] (2) 2Na[Al(OH)4] + CO 2 == 2Al(OH)3 + Na 2CO 3 + H 2O
(3) 2Al(OH)3 Al 2O 3 + 3H 2O 第一步中Fe 2O 3不与NaOH 反应以固体存在,经溶解过滤即可去除.
12解:(1)碳酸盐分解的温度 对于Na 2CO 3:△r H θm =-414.22-393.51+1130.68=322.95(kJ/mol )
△r S θm =75.06+213.74-134.98=153.82(J/mol ·K )
对于MgCO 3:△r H θm =-601.70-393.51+1095.8=100.6(kJ/mol )
△r S θm =26.94+213.74-65.7=175.0(J/mol ·K )
对于BaCO 3:△r H θm =-553.5-393.51+1216.3=269.3(kJ/mol )
△r S θm =70.42+213.74-112.1=172.1(J/mol ·K )
对于CdCO 3:△r H θm =-258.2-393.51+750.6=98.9(kJ/mol )
△r S θm =54.8+213.74-92.5=176.0(J/mol ·K )
(2) Na 2CO 3 MgCO 3 BaCO 3 CdCO 3
实际分解温度/℃ 1800 540 1360 345
估算分解温度/℃ 1826 302 1292 289
从结果来看有的偏高有的偏低,对Na 2CO 3和BaCO 3总体偏差不太大,而MgCO 3和CdCO 3实际分解温度高于估算值。
这是因为实际分解是在非标态下进行,即
因P(CO 2)分压小于105Pa, △r S θm -Rln(P CO2/P θ)<△r S θm 分母减小, 则T 增大.
(3)阳离子的离子半径,电子构型,电荷等数据如下表
从离子电子构型来看, 由于Cd 为18e-构型的阳离子,其极化作用和变形性均大于8e-的离子,所以CdCO 3的稳定性最差. 而8e-的离子,其Z/r 值越大, 极化作用越强, 碳酸盐稳定性越差,即稳定性:MgCO 3 <BaCO 3 <Na 2CO 3.
14解:(1) Sn(OH)2 + OH - == Sn(OH)3]- (2) Pb 3O 4 + 8HCl == 3PbCl 2 + Cl 2 + 4H 2O
(3)PbCrO 4 + 3OH - == Pb(OH)3- + CrO 42- (4) SnS 2 + S 2- == SnS 32-
−→
−∆−→
−∆)298()298(K S K H T m r m r θθ∆∆=℃K T 1827)(210082.1531095.3223
==⨯=℃K T 302)(5750.175106.1003
==⨯=℃K T 1292)(15651.172103.2693
==⨯=℃K T 289)(5620
.176109.983
==⨯=θθθP P R S K H T CO m r m r 2ln )298(-∆∆=
15解:(1)SnCl2+ 2FeCl3 == SnCl4 + 2FeCl2
(2)PbO + Cl2 + 2NaOH == PbO2 + 2NaCl + 2H2O
(3)SnS + Na2S2 == Na2SnS3
(4)3PbS + 8HNO3 == 3Pb(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O
(5)5PbO2 + 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 == 5Pb(NO3)2 + 2HMnO4 + 2H2O
(6)Na2SnS3 + 2HCl == SnS2 + 2NaCl + H2S
17解:(1)Sn2+的鉴定方法:用HgCl2溶液。
将待鉴定溶液滴加入HgCl2溶液中,先有白色沉淀Hg2Cl2析出,继续滴加,沉淀转化为黑色Hg。
2HgCl2 + Sn2+ == Hg2Cl2 + Sn4+Hg2Cl2 + Sn2+ == 2Hg + Sn4+
(2)Pb2+的鉴定方法:待检测液先用HAc酸化,然后加入K2CrO4溶液,产生黄色沉淀。
该沉淀可溶于NaOH,则证明含有Pb2+。
Pb2+ + CrO42- == PbCrO4 PbCrO4 + 3OH- == Pb(OH)3- + CrO42-。