九章元素概论.ppt
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1、第九章元素概论,元素概论 The Elements,第九章,无机化学多媒体电子教案,元素的自然资源 单质的性质和制备方法 稀有气体的性质和用途 氢气的性质 氢化物的类型 离子型氢化物的性质 元素的发现、分类和存在形态,主要内容,元素的分类和存在形态 单质物理性质递变规律 氢气的性质 氢化物的类型 离子氢化物的性质,基本要求,目录,目 录,9-1 元素的发现、分类和存在,9-2 元素的自然资源,9-4 单质的制取方法,9-3 单质的晶体结构和物理性质,9-6 氢,9-7 稀有气体,第一节元素的发现、分类和存在形态,第一节,元素的发现、分类和存在 The discovery, classifica
2、tion and existence of the elements,无机化学多媒体电子教案,9-1-1 元素的发现 The discovery of the elements,迄今为止,已发现的元素和人工合成的元素已有112种,其中天然存在的为92种,其余为人工合成元素。,元素周期表,111号元素于1994年12月在德国达斯塔特重离子研究中心(GSI),由德国化学家P.Armbruster领导的多国科学家研究组人工合成。1996年2月9日又合成了112号元素。,9-1-2 元素的分类 The classification of the elements,1.按元素性质: 分为金属(metal
3、)(90种) 和非金属(nonmetal) (22种),元素周期表,斜线附近的元素如B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te和Po等为准金属(metalloid),它们既有金属的性质又有非金属的性质。,元素周期表,2. 在化学上元素分为 普通元素和稀有元素两类,9-1-3 元素在自然界中的存在形态,第二节元素的自然资源,第二节,元素的自然资源,无机化学多媒体电子教案,1.在地壳中分布最广的10种元素为,O H Si Al Na Fe Ca Mg K Ti,在组成地壳的原子总数中约占99%,9-2 元素的自然资源,iron,silicon,aluminum,sodium,calcium,magne
4、sium,potassium,titanium,2.主要存在于矿物和天然水系中,我国的矿物资源非常丰富,已探明的达148种,W(tungsten)、Li(lithium)、Sb(antimony)、Zn(zinc)及稀土居世界之首.,稀土矿总储量占世界的80%.,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti,9-2 元素的自然资源,2.主要存在于矿物和天然水系中,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti,9-2 元素的自然资源,Sn、Mo、Bi、Pb、Hg、Nb、Ta、Be 等矿物储量均居世界前列
5、钛铁矿居世界第一 Al、Cu、Ni的储量也很大,2.主要存在于矿物和天然水系中,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti,9-2 元素的自然资源,但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿 钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少 金、银、铂等更为稀少,2.主要存在于矿物和天然水系中,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti,9-2 元素的自然资源,非金属矿物 如P、S、石墨矿和硼矿储量也很高,2.主要存在于矿物和天然水系中,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、
6、Ti,9-2 元素的自然资源,海水中含有O、H、Cl、Na、Mg等 约50余种元素 大多数元素以离子形式存在, 也有些沉积于海底 如太平洋海底的锰结核矿,2.主要存在于矿物和天然水系中,1.在地壳中分布最广的10种元素为: O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti,9-2 元素的自然资源,3.也存在大气中,第三节单质的晶体结构和物理性质,第三节,单质的晶体结构和物理性质 The crystal structures and physical properties of the elements,无机化学多媒体电子教案,Main group elements The transiti
7、on elements Rare earth elements,主族元素单质,熔点、沸点: 低高低,密度、硬度: 小大小,导电性:导体半导体、非导体,副族元素单质均为金属晶体,1.一般具有较高的熔点和沸点,熔点最高的是 W 3410,其次是 Cr Re,副族元素单质均为金属晶体,2.具有较大的密度和硬度 (B和B除外),密度最大的是 Os Ir Pt 硬度最大的是 Cr (仅次于金刚石),1.一般具有较高的熔点和沸点,副族元素单质均为金属晶体,2.具有较大的密度和硬度 (B和B除外),3.易导电,1.一般具有较高的熔点和沸点,Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Ru、Os
8、、Rh、Ir、Zn、Cd、Hg、Al、Ge、In、Si、Ge、Sn、Pb、Li、Be、La、Eu、Th、Pa、Am 等,具有超导性的有:,第四节单质的制取方法,第四节,单质的制取方法 The preparation of the elements,无机化学多媒体电子教案,大致有五种方法:,物理分离法 热分解法 电解法 还原法 氧化法,9-4 单质的制取方法,适用于分离、提取以单质存在,与其杂质在某些物理性质有显著差异的元素,如 氧气与氮气的分离: 利用液氧和液氮的沸点不同,1. 物理分离法,常用于制备一些高纯物质,如 Zr(粗) + 2I2 ZrI4,600,1800,Zr(纯) + 2I2,
9、2.热分解法,用于制备活泼金属和非金属,如 H2和Cl2的制取,2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2,电解,3.电解法,用还原剂还原化合物制取金属单质 一般常用焦炭、CO、H2、活泼金属等作还原剂,4. 还原法,Ellingham(艾林罕姆)在1944年首先将氧化物的标准生成自由能对温度作图(以后又对硫化物、氯化物、氟化物等作类似的图形),用以帮助人们: 判断哪种氧化物更稳定 比较还原剂的强弱 估计还原反应进行的温度条件 选择还原方法,Ellingham图,以消耗1molO2生成氧化物的过程的自由能变作为标准来进行比较、判断哪一种氧化物更为稳定。,GHTS 当T0,GH,即
10、直线的截距可近似地等于氧化物的标准生成焓,直线的斜率为S,它等于反应熵变的负值。 如果反应物或生成物发生了相变,如熔化、气化、相转变等,必将引起熵的改变,此时直线的斜率发生变化,, 金属氧化物的线位置越低,氧化物越稳定, 位于下面的金属还原性强,常见还原剂在1073K的相对强弱次序: CaMgA1TiSiMnNa 常见氧化剂在1073K的强弱次序: HgOAg2OFe2O3Cu2ONiOFe3O4CoO,氧化物热分解法,Ag2O,HgO,不活泼的金属氧化物, C还原法,很多金属氧化物都可在高温下被C还原,位于艾林罕姆图中下方的金属氧化物具有很低的标准生成自由能,这些金属可从上方的氧化物中将金属
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