复旦大学：《普通化学 General Chemistry》课程教学资源（课堂讲义）Chap 13 - 元素化学

第十一章元素化学

第十一章 元素化学

元素化学 化学反应 aAt bB cC dD 化学的本质 无机化学化学材料 物理化学 有机化学应用化学 分析化学 高分子化学 化学生物学 普通化学

元素化学 aA + bB cC + dD 化学的本质 化学反应 无机化学 化学材料 有机化学 应用化学 高分子化学 化学生物学 物理化学 分析化学 普通化学 2

元素化学 Increasing ionization energy Decreasing atorrac radius Increasing nonmetallic characterand electronegativity Decreasing metallic character Nonmetals Metals Metalloids 品 宫园§ 日 s的 Most oc2号 Most nonmetallic metallic elernent elernent 普通化学

元素化学 §1 一般概念：周期律和化学反应 §1.1 周期律 元素周期表 普通化学 3

元素化学 金属与非金属的差别:金属非金属 离子键 非金属一非金属分子型化合物 室温下,经常是气体、液体和挥发性固体 第三周期以下的非金属都含有18e电子排布,同族的第一个元 素与其它元素有所不同。例如可以形成π键,这与原子大小有 关。小的元素易形成π键。 小的元素可以形成多重键 例如:C-C与C=C S: -S: 相差270kJ/mol 而Si-Siπ键仅有100kJ/mol π键差别导致C和S在化学上有较 Strone Weak 大的差别 rlap overiap 普通化学

元素化学 小的元素可以形成多重键 例如： C−C 与 C=C 相差 270 kJ/mol 而Si−Si π键仅有100 kJ/mol π键差别导致C和Si在化学上有较 大的差别 金属与非金属的差别： 金属—非金属 离子键 非金属—非金属 分子型化合物 室温下，经常是气体、液体和挥发性固体 第三周期以下的非金属都含有 18e 电子排布，同族的第一个元 素与其它元素有所不同。例如可以形成π键，这与原子大小有 关。小的元素易形成π键。 普通化学 4

元素化学 碳有三个同素异形体:金刚石、石墨、富勒 烯(Co及其衍生物) 金刚石、共价键、sp3、石墨和C有兀键 而Si-Siπ键很弱,没有这种变化 CO2是双键分子 SiO,形成共价键网络 siO2 普通化学

元素化学 而Si−Si π键很弱，没有这种变化 CO2是双键分子 SiO2形成共价键网络 碳有三个同素异形体：金刚石、石墨、富勒 烯(C60 及其衍生物) 金刚石、共价键、sp3 、石墨和C60 有π键 普通化学 5

元素化学 §12化学反应 aat bB cC+dD 化学的本质 化学反应的分类:1、酸-碱反应(包括B酸、L酸) 2、氧化还原反应 3、交换反应( metathesis reaction) 在我们生活的环境中包围着H2O、O2 燃烧反应非常重要:生成H2O、CO2和N2例如: 2CH3OHO+302(g)-2C02(g)+4H2O0) 4CH3NH2g)+902(g)→4CO2(g)+10H2O()+2N2(g) SEERE O-H 463 kJ/mol, C=0 799 kJ/mol, N=N 941 kJ/mol 普通化学

元素化学 §1.2 化学反应 aA + bB cC + dD 化学的本质 化学反应的分类： 1、酸−碱反应（包括 B 酸、L 酸） 2、氧化还原反应 3、交换反应（metathesis reaction） 在我们生活的环境中包围着 H2O、O2 燃烧反应非常重要：生成H2O 、CO2和N2 例如： 2CH3OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(l) 4CH3NH2(g) + 9O2(g) → 4CO2(g) + 10H2O(l) + 2N2(g) 键能 O−H 463 kJ/mol， C=O 799 kJ/mol，N≡N 941 kJ/mol 普通化学 6

元素化学 §2氢 §21基本性质 1766年英国(卡文迪许)发现 Fe+HSO,→FeSO,+H,个 法国化学家拉瓦锡( Lavoisier)将其命名为 ydrogen(希腊文),意思“生成水的物质”,是 自然界中丰度最大的元素之一(地壳中仅次于O)。 它有三种同位素 普通化学

元素化学 §2 氢 §2.1 基本性质 1766年 英国（卡文迪许）发现 Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ 法国化学家拉瓦锡 （ Lavoisier ） 将其命名为 hydrogen（希腊文），意思“生成水的物质” ，是 自然界中丰度最大的元素之一（地壳中仅次于O）。 它有三种同位素 普通化学 7

元素化学 氢的三种同位素的原子性质 氕 氘 氚 符号 H D 原子量 1.0078252.014102 3.016049 自然丰度 99985%0.015% 1047 核自旋量子数 1/2 12 核磁矩(μN) 2.7921095735 2.9788 核四极矩(1028m2) 2.766×1030 放射性和稳定性稳定稳定 阝,t1a=1235y 普通化学

元素化学 氢的三种同位素的原子性质 氕 氘 氚 符号 H D T 原子量 1.007825 2.014102 3.016049 自然丰度 99.985% 0.015% 10-17 核自旋量子数 1/2 1 1/2 核磁矩(μN) 2.79210 0.85735 2.9788 核四极矩(10-28 m2) 0 2.766×10-3 0 放射性和稳定性 稳定 稳定 β,t1/2 = 12.35y 普通化学 8

元素化学 (a) Protium 个质子 (b) Deuterium 个质子、 个中子 (c) Tritium 个质子 二个中子 D2O是通过电解水富集制备的,一般用于核反应堆的 减速剂和冷却剂。在实验室中用作示踪原子,用于 化学反应机理研究,也用作溶剂用于NMR。 普通化学

元素化学 D2O是通过电解水富集制备的，一般用于核反应堆的 减速剂和冷却剂。在实验室中用作示踪原子，用于 化学反应机理研究，也用作溶剂用于NMR。 一个质子 一个质子、 一个中子 一个质子、 二个中子 普通化学 9

元素化学 氢的物理性质 氢的物理性质 氢气是无毒无色、无臭 最轻的气体(d=0.0899 熔点(K) 13.957 g/dm3,是空气的1/144) 涕点(K) 20.39 熔化焓(kJ/mo) 导热系数、比热、扩散 0.117 速度在气体中最大,是 蒸发焓(kJmo) 0.904 最佳的导热载体 临界温度(K) 33.19 临界压强(kPa) 1298 不溶于水 键离解焓(kJ/mo) 435.88 零点能(kJ/mo) 25.9 液化温度仅次于氦 核间距(pm 74.14 易发生爆炸,储存时应 密度(gdm3) 0.08988 当十分小心 普通化学

元素化学 氢的物理性质 氢的物理性质 熔点(K) 13.957 沸点(K) 20.39 熔化焓(kJ/mol) 0.117 蒸发焓(kJ/mol) 0.904 临界温度(K) 33.19 临界压强(kPa) 1298 键离解焓(kJ/mol) 435.88 零点能(kJ/mol) 25.9 核间距(pm) 74.14 密度(g/dm3) 0.08988 普通化学 氢气是无毒无色、无臭、 最轻的气体(d = 0.0899 g/dm3 , 是空气的1/14.4) 导热系数、比热、扩散 速度在气体中最大，是 最佳的导热载体 不溶于水 液化温度仅次于氦 易发生爆炸，储存时应 当十分小心 10