資源簡介

(共78張PPT)
Si、N、P、S
元素的起源
宇宙的誕生（約137億年前）
大爆炸理論（Big Bang Theory）
●我們的宇宙誕生于137億年前的一次大爆炸
●在爆炸的初期，由于溫度太高（109K），因此
粒子之間很難聚合到一起
●隨著宇宙的膨脹，溫度逐漸降低，在大爆炸2個
小時之后，宇宙中的主要物質是氫和氦
●隨后，宇宙中逐漸形成上百種元素，這些元素
在宇宙中的豐度取決于核聚變的產物以及它們自
身的穩定性
●目前，宇宙中的主要元素仍然是氫和氦，它們
占宇宙中元素總量的99%
地殼的元素豐度（相對豐度）
非金屬元素在元素周期表中的位置
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
B
Al
C
Si
N
P
O
S
F
Cl
Br
I
At
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
He
Fr
Ra
Ga
In
Tl
Ge
Sn
Pb
As
Sb
Bi
Se
Te
Po
B
C
Si
N
P
O
S
F
Cl
Br
I
At
As
Se
Te
C
N
O
S
Cl
Ts
Og
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
從對稱性角度看非金屬的通性
非金屬單質
非金屬的氫化物
非金屬的氧化物
非金屬的含氧酸及其鹽
非金屬的鹵化物
金屬
金屬氧化物
堿
鹽
非金屬
非金屬氧化物
酸
鹽
鹽
鹽+水
堿+鹽
酸+鹽
鹽+鹽
對非金屬元素的基本性質的認識 — 對稱性
非金屬元素與堿的反應
邏輯思維的推理
Cl2 + 2NaOH == NaCl + NaClO + H2O
3Cl2 + 6NaOH == 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
冷、稀NaOH溶液與Cl2的反應
熱、濃NaOH溶液與Cl2的反應
非金屬元素與堿的反應
實驗證明
硫粉與濃NaOH溶液混合共熱
硫粉溶解
非金屬元素與堿的反應
非金屬的共性
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
B
Al
C
Si
N
P
O
S
F
Cl
Br
I
At
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
He
Fr
Ra
Ga
In
Tl
Ge
Sn
Pb
As
Sb
Bi
Se
Te
Po
B
C
Si
N
P
O
S
F
Cl
Br
I
At
As
Se
Te
C
N
S
Cl
Br
I
P
Ts
Og
非金屬元素與堿的反應
3S + 6NaOH == 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O
P4 + 3NaOH + 3H2O == 3NaH2PO2 + PH3
Si + 2NaOH + H2O == 3Na2SiO3 + 2H2↑
1.1 碳族元素概述
價電子構型：ns2np2
氧化值
最大
配位數
單質可形成原子晶體
金屬晶體
碳族(IVA)：C, Si, Ge, Sn, Pb
1.2 碳族元素的單質
Si + 2NaOH + H2O == 3Na2SiO3 + 2H2↑
芯片是所有電腦 “智能家電”的核心部件，它是以高純度的單質硅為材料制成的。用化學方法制得高純硅的反應原理為
SiO2＋2C Si＋2CO↑
Si＋2Cl2 SiCl4
SiCl4 ＋2H2 Si ＋4HCl
Si + 2F2 == SiF4
1.3 硅的化合物
1.硅的氧化物
無定型體：石英玻璃、硅藻土、燧石
晶體：天然晶體為石英，屬于原子晶體
純石英：水晶
含有雜質的石英：瑪瑙，紫晶
水晶
石英鹽
黑曜石
紫晶
縞瑪瑙
瑪瑙
2.硅酸及硅酸鹽
H4SiO4 原硅酸
硅酸 H2SiO3 偏硅酸
xSiO2 yH2O 多硅酸
性質：
12
2
10
1
3
2
10
6
.
1
10
7
.
1
SiO
H
-
-
×
=
×
=
，
，
溶解度小，是二元弱酸
K
K
制備：
浸透過CoCl2的硅膠為變色硅膠。
膠凍狀硅酸
硅膠
-H2O
2NaCl
SiO
H
2HCl
SiO
Na
3
2
3
2
+
+
(g)
2NH
2NaCl
SiO
H
Cl
2NH
SiO
Na
3
3
2
4
3
2
+
+
+
可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3
不溶性：大部分硅酸鹽難溶于水，
且有特征顏色。
硅酸鹽
水中花園
硅酸鹽結構復雜, 一般寫成氧化物形式，它的基本結構單位為硅氧四面體。
白云石：K2O · 3Al2O3 · 6SiO2 · 2H2O
泡沸石：Na2O · Al2O3 · 2SiO2 · nH2O
分子篩
3.硅的鹵化物 SiX4
SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4
聚集態 g l l s
熔沸點 低 高
分子量 小 大
（氟硅酸）
水解：
*4.硅的氫化物(硅烷 SinH2n+2)
性質：
最簡單的硅烷：SiH4(甲硅烷)
水解：
強還原性：
熱穩定性差：
自燃：
例1.硅酸鹽與二氧化硅一樣，都是以硅氧四面體作為基本結構單元。硅氧四面體可以用投影圖表示成
，其中O表示氧原子，中心黑點表示硅原子。硅氧四面體通過不同方式的連接可以組成各種不同的硅酸根離子。試確定在無限長單鏈陰離子中（見圖），硅原子與氧原子的個數之比為
A.1︰2 B.1︰3 C.2︰5 D.2︰7
2.1 氮族元素概述
氮族(VA)：N, P, As, Sb, Bi
價電子構型：ns2np3
非金屬
準金屬
金屬
As
Sb
Bi
2.2 氮氣
絕大部分的氮元素以單質狀態存于空氣中(N2氣)。　

物理性質和制備
m.p.63K
b.p.77K
臨界溫度
126K
（高于此溫度，單靠增大壓力無法使之液化）
打開第一個鍵需吸收能量 546kJmol-1，所以室溫下以很不活潑，在化學反應中常作保護氣體。高溫下，N三N 鍵斷開，N電負性大，N2顯出化學活潑性。
化學性質
1 氨
H
H
..
N
H
（2）物理性質
無色: 刺激味氣體, 液氨可做制冷劑、溶劑
2.3 氮的氫化物
氨水的密度小于1g/cm3，濃度為28%的氨水濃度為0.88g/cm3
（1）氨的分子結構
a 易溶于水，易形成一元弱堿
b 強還原性
c 加合反應
d 取代反應
催化
（3）NH3的性質：
a 銨鹽一般為無色晶體，絕大多數易溶于水
水解：
b 的鑒定 的結構：
加入強堿并加熱，放出氨
c 熱穩定性差
2.4 銨鹽
2.5 聯氨：“肼”
穩定性比NH3差
N上有孤對電子，二元弱堿
氧化數為-2，即有氧化性又有還原性。在酸性溶液中以氧化性為主，在堿性溶液中以還原性為主。通常作為還原劑使用，還原產物為N2。
分子構型：N的氧化數：-2
制備：
工業：
實驗室：
性質：無色氣體，水中溶解度較小
鉑絲網
1.一氧化氮(NO)
2.6 氮的氧化物
神奇的一氧化氮
NO 氣體是神經脈沖的傳遞介質，有調節血壓的作用，具有治療哮喘和關節炎，抵御腫瘤，殺死感性細菌、真菌和寄生蟲的能力. 三位美國藥理學家由于發現NO的藥理作用而獲得1998年諾貝爾醫學獎。
Robert F. Furchgott
Louis J. Ignarro
Ferid Murad
性質:（1）有毒，有特殊臭味的紅棕色氣體
（3）溶于水
（4）用堿吸收
冷卻
（2）
結構：
2. 二氧化氮(NO2)
1.亞硝酸（HNO2）
結構：
制備：
性質：（1）不穩定
（2）弱酸
(藍色)
2.7 氮的含氧酸及其鹽
2.亞硝酸鹽
制備：堿吸收法
性質：(1)絕大部分無色, 易溶于水, (AgNO2
淺黃色不溶),極毒是致癌物。
(2) 氧化還原性
(3)金屬活潑性差,對應亞硝酸鹽穩定性差
AgNO23.硝酸 (HNO3)
結構
物理性質 ：
純硝酸：無色液體，密度為1.53g cm-3
濃硝酸：含HNO3 68%，密度 1.4g cm-3
硝酸揮發而產生白煙 發煙硝酸,
溶有過量NO2的濃硝酸產生紅煙, 且
硝酸常帶黃色或紅棕色。
分子內氫鍵
120°
116°
130°
114°
HNO3的化學性質
（1）氧化性
金屬中除Au、Pt、Ir、Rh、Nb、Ta、Ti等金屬外，硝酸幾乎可氧化所有的金屬，反應進行的情況和金屬被氧化的產物，因金屬不同而異。
某些如Fe、Cr、Al等能溶于稀硝酸，但不溶于冷、濃HNO3，稱為“鈍化”現象。
對于Sn、Pb、Sb、Mo、W等偏酸性的金屬和濃硝酸作用生成含水的氧化物或含氧酸，如 -錫酸SnO2 xH2O、銻酸H3SbO4。
其余金屬和硝酸反應均生成可溶性的硝酸鹽。
HNO3被還原的產物，可能為
一般地說，濃硝酸(12~16mol L-1)與金屬反應，不論金屬活潑與否，它被還原的產物主要是NO2；
稀硝酸(6~8mol L-1)與不活潑金屬(如Cu)反應，主要產物是NO；與活潑金屬(如Fe、Zn、Mg等)反應，則可能生成N2O(HNO3濃度為2 mol L-1)或NH4+(HNO3濃度<2 mol L-1)。
極稀HNO3(1%-2%)與極活潑的金屬作用，會有H2放出。
(2) 熱穩定性差，保存在棕色瓶中
(3) 與有機化合物發生硝化反應
多為黃色
4.硝酸鹽
性質：(1) 易溶于水
(2) 水溶液在酸性條件下才有氧化性
固體在高溫時有氧化性
(3) 熱穩定性差
2.8磷及其化合物
磷的同素異形體
磷的氫化物
磷的氧化物
磷的含氧酸及其鹽
H3PO2 次磷酸
H3PO3 亞磷酸
H3PO4 正磷酸
1.磷的同素異形體
P4化學性質活潑，空氣中自燃，溶于非極性溶劑。
較穩定，400℃以上燃燒，不溶于有機溶劑。
2.磷的氫化物 (膦 PH3)
結構：
制備：
性質：無色氣體，似大蒜臭味，劇毒
強還原性：
次磷酸鉀
3.磷的氧化物
O2(足)
性質:
P4O6白色易揮發的蠟狀晶體，易溶于有機溶劑。P4O10白色雪花狀晶體，強吸水性。
（1）次磷酸（ H3PO2）及其鹽
AgNO3 HgCl2 CuCl2 NiCl2
Ag
Hg
Cu
Ni
4.磷的含氧酸及其鹽
結構：
性質：一元中強酸 =1.0×10-2
強還原劑
P的氧化數：+1
(2) 亞磷酸 (H3PO3)及其鹽
結構：
性質：二元中強酸
強還原性
P的氧化數：+3
（3） 磷酸 H3PO4
結構：
性質：三元中強酸
特性：脫水縮合后形成
焦磷酸、聚磷酸、(聚)偏磷酸
P的成鍵特征
與N相比最大的差別是有空的3d軌道，且半徑大。
作為配位原子，除了 配鍵之外，還可以形成p-d 配鍵，增強配合物的穩定性。比較PO43-和NO3-
作為中心原子時，允許容納更多的配體，形成較高配位數的化合物。例如：PCl5
例2.在銅的催化作用下氨和氟反應得到一種銨鹽和一種三角錐體分子A（鍵角102°，偶極矩0.78×10-30C m；對比：氨的鍵角107.3°，偶極矩4.74×10-30C m）。寫出A的分子式和它的合成反應的化學方程式。
例3.次磷酸 H3PO2是一種強還原劑，將它加入 CuSO4水溶液，加熱到 40～50℃，析出一種紅棕色的難溶物 A。經鑒定：反應后的溶液是磷酸和硫酸的混合物；X 射線衍射證實 A是一種六方晶體，結構類同于纖維鋅礦(ZnS), 組成穩定；A 的主要化學性質如下：
①溫度超過 60℃，分解成金屬銅和一種氣體；
②在氯氣中著火； ③與鹽酸應放出氣體。
回答如下問題：
（1）寫出A 的化學式。
（2）寫出A 的生成反應方程式。
（3）寫出A 與氯氣反應的化學方程式。
（4）寫出A 與鹽酸反應的化學方程式。
氧族(VIA)： O S Se Te Po
單 質 性 質 典型非金屬 準金屬 放射性金屬
存 在 單質或礦物 共生于重金屬硫化物中
氧 化 態： -2, (-1) ±2 ±2 2 2,6
4,6 4,6 4,6
3.1 氧族元素概述
Se
Te
(1) 單質硫的結構
S：環狀S8分子
(2) 單質硫的物理性質
硫有幾種同素異形體
斜方硫 單斜硫 彈性硫
密度/g cm-3 2.06 1.99
顏色 黃色 淺黃色 190℃的熔融硫
穩定性 >95.5℃ <95.5℃ 用冷水速冷
彈性硫
3.2 硫及其化合物
1 單質硫
硫的同素異形體
斜方硫
單斜硫
天然硫
（3）硫的化學性質
能與許多金屬
直接化合
能與氫、氧、碳、
鹵素(碘除外)、
磷等直接作用
與氧化性酸作用
與堿的作用
2 硫化氫和硫化物
H2S結構與H2O相似
鍵角：92.2
H2S是無色，有腐蛋味，劇毒氣體。稍溶于水。
水溶液呈酸性，為二元弱酸
還原性
1. 與空氣(O2)反應
（1）硫化氫
2. 與中等強度氧化劑作用
3. 與強氧化劑反應；
產物：
（2）金屬硫化物
顏色：(大多數為黑色，少數需要特殊記憶)
ZnS 白， MnS 淺粉， As2S3 淺黃，As2S5 淺黃， CdS 黃，SnS2 黃，SnS 棕，Sb2S3橙
易水解
最易水解：Cr2S3，Al2S3
3.多硫化物
2-
-S-S-過硫鍵具有氧化性，但弱于過氧鍵。
(1) SO2的結構
S：∠OSO=119.5°，S-O鍵長143.2pm
(2) SO2的性質
氣體、無色，有強烈刺激性氣味，易溶于水
4.二氧化硫、亞硫酸及其鹽
(3) H2SO3的性質：
二元中強酸
（只存在水溶液中）
氧化性
還原性
固態SO3的性質
無色，易揮發固體。固體有幾種聚合物
例如：γ型晶體，為三聚分子
β型晶體，為螺旋式長鏈
γ型晶體
β型晶體
氣態SO3的結構
5.三氧化硫、硫酸及其鹽
6.濃H2SO4的性質
(1) 二元強酸
(2) 強吸水性： 作干燥劑。
從纖維、糖中提取水。
(3) 強氧化性
7.硫的其他含氧酸及其鹽
焦硫酸及其鹽
硫代硫酸及其鹽
過硫酸及其鹽
冷卻發煙硫酸時，可以析出焦硫酸晶體
H2S2O7為無色晶體，吸水性、腐蝕性比H2SO4更強。
焦硫酸鹽可作為溶劑
硫代硫酸(H2S2O3)：極不穩定。
硫代硫酸鹽：Na2S2O3 5H2O，海波，大蘇打。
制備：
性質：a.易溶于水,水溶液呈弱酸性
b.遇酸分解
c.還原性
(2) 硫代硫酸及其鹽
2-
（3）過硫酸及其鹽
過氧化氫：H-O-O-H 磺酸基：
過二硫酸
過一硫酸
過二硫酸鹽:
穩定性差:
例4.下列物質放名稱分別是
試綜合上述命名規律，分析思考后回答K2CS3的名稱是 ( )
名 稱 硫代硫酸鈉 多硫化鈣 過氧化鋇 超氧化鉀
化學式 Na2S2O3 CaSx BaO2 KO2
A．三硫代碳酸鉀 B．多硫碳酸鉀
C．過硫碳酸鉀 D．超硫碳酸鉀
例5.二氯化二硫（S2Cl2）廣泛用作橡膠工業的硫化劑，常溫下它是一種橙黃色有惡臭的液體，它的分子結構與H2O2相似，熔點為193K，沸點為411K，遇水很容易水解，產生的氣體能使品紅褪色，S2Cl2可由干燥的氯氣通入熔融的硫中制得。下列有關說法正確的是（ ）
A．S2Cl2分子中各原子均達到8電子穩定結構
B．S2Cl2晶體中不存在離子鍵
C．S2Cl2與水反應后生成的氣體難溶于水
D．S2Cl2在熔融狀態下能導電
例6.寫出以下方程式：
（1）向硫代硫酸鈉溶液里滴加過氧化氫，可以發生若干個平行反應，其中一個主要反應是把硫代硫酸鈉轉化為連三硫酸鈉（Na2S3O6）。試寫出配平的化學方程式。
（2）硝酸氧化硫化磷（Ⅲ），產物中有 NO、SO2 氣體，寫出反應方程式并配平。

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