《氧族元素-精品ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氧族元素-精品ppt课件（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十五章 氧族元素,15-1 卤素的通性,15-1-1 氧族存在,在非金属化学中，和卤素一样，为构建元素周期系的大厦起了非常重要的作用，本族是非金属到金属的完整过渡。 氧(Oxygen)地球含量最多的元素49.13%，“成酸元素”。 硫(Sulfur)古代称“黄芽”，印度梵文“鲜黄色”。 硒(Selenium)贝采利乌斯1817年发现，希腊文“月亮”、因和碲性质相似，以表示它是碲的姐妹，可做为光敏电阻的理想材料。,碲(Tellurium)赖兴施泰于1782年发现，原意为“地球”，因它在地壳中丰度虽小，却广布于地球表面。 钋(Polonium)居里夫人为纪念她的祖国波兰，命名为钋，放射性元素，半
2、衰期为138.7天。,15-1-2 氧族元素的基本性质,氧族元素的一些性质,15-1-2 氧族元素的基本性质,氧族元素的氧化态,15-2 氧及其化合物,15-2-1 氧气单质,氧的分子轨道电子排布式是：KK(2s)2(2s)2(2Px)2(2p)4(2Py)1(2Pz)1，在轨道中有不成对的单电子，所以O2分子是有双原子气体中唯一的一种具有偶数电子同时又显示顺磁性的物质。 氧气的反应活性很高，在室温或较高温度下可直接剧烈的氧化除W、Pt、Au、Hg和稀有气体以外的其它元素形成氧化物，遇活泼金属还可形成氧化物或超氧化物。 氧的基态和激发态的2p轨道电子排布和能量差列表：,15-2-1 氧气单质,
3、单线态氧及其性质（自学）,15-2-2 氧化物,大多数非金属氧化物和某些高氧化态的金属氧化物均显酸性；大多数金属氧化物显碱性；一些金属氧化物（如Al2O3、 ZnO ）和少数非金属氧化物（如As3O6 、Sb4O6、）显两性；中性氧化物有NO 、CO等。氧化物酸碱性的一般规律是： 同周期各元素最高氧化态的氧化物从左到右由碱性两性酸性 相同氧化态的同族各元素的氧化物从上到下碱性依次增强 同一元素能形成几种氧化态的氧化物酸性随氧化数的升高而增强,氧化物还可按其价键特征分为离子型氧化物、共价型氧化物和过度型氧化物。,15-2-3 臭氧,O3与O2是由同一种元素组成的不同单质，互称同素异形体。 O3在
4、地面附近的大气层中含量极少,仅占0.001ppm。在离地面2040km处有个臭氧层，臭氧浓度高达0.2ppm。它是氧气吸收太阳的紫外线后形成的。反应为： O2+h(242nm）=O+O，O+O2=O3 O3+h(=220320nm）=O2+O 这两种过程最后达到动态平衡，结果形成了一个浓度相对稳定的臭氧层。正是这臭氧层吸收了高空紫外线的强辐射，使地球上的生物免遭伤害。但近年由于大气中污染物(如氯氟烃CFCl3、CF2Cl2和氮氧化物等)不断增加使臭氧层遭到破坏,从而造成对环境和生物的严重影响。 实验室里利用对氧无声放电来获得臭氧。简单臭氧发生器装置如图：,15-2-3 臭氧,15-2-3 臭氧
5、,15-2-3 臭氧,臭氧是淡蓝色的气体，有一种鱼腥臭味，不稳定，但在常温下分解较慢，437K以上迅速分解。二氧化锰、二氧化铅、铂黑等催化剂的存在或经紫外辐射都会促使臭氧分解，臭氧分解时放出热量: 2O3=3O2 rH=-284kJmol-1 这个放热分解反应说明臭氧比氧有更大的化学活性，它无论在酸性或碱性条件下都比氧气具有更强的氧化性。臭氧是最强氧化剂之一。除金和铂族金属外，它能氧化所有的金属和大多数非金属。,15-2-3 臭氧,O3+2H+2e-=O2+H2O A=+2.07V O3+H2O+2e-=O2+2OH- B=+1.24V 在纯水中(H+=10-7mol/L时)O2和O3的氧化能
6、力： O2+4H+4e-=2H2O =+0.815V O3+2H+2e-=O2+H2O =+1.65V PbS+2O3=PbSO4+O2 2Ag+2O3=Ag2O2+2O2 2KI+H2SO4+O3=I2+O2+H2O2+K2SO4 最后这个反应可用于检验混合气体中是否含有臭氧。 臭氧可以分解不易降解的多种芳烃化合物和不饱和链烃化合物、是一种优良的污水净化剂和脱色剂。臭氧与活性炭相结合的工艺路线，已成为饮用水和污水深度处理的主要手段之一。,15-2-3 臭氧,很微量的臭氧使人产生爽快和振奋的感觉，因微量的臭氧能消毒杀菌，能刺激中枢神经，加速血液循环。但空气中臭氧含量超过1ppm时，不仅对人体有
7、害，而且对庄稼以及其它暴露在大气中的物质也有害，它的破坏性也是基于它的强氧化性。 臭氧的结构臭氧分子中有34离域键。,15-2-4 过氧化氢,一、制备和用途 过氧化氢H2O2水溶液俗称双氧水。 实验室里可用稀硫酸与BaO2或Na2O2反应来制备过氧化氢： BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O2 Na2O2+H2SO4+10H2O=Na2SO410H2O+H2O2 除去沉淀后的溶液含有68%的H2O2,15-2-4 过氧化氢,工业上制备过氧化氢的方法有： 1、电解硫酸氢盐溶液 电解时在阳极(铂极)上HSO4-离子被氧化生成过二硫酸盐,而在阴极(石墨)产生氢气。 阳极 2HSO4-=S2O82
8、-+2H+2e- 阴极 2H+2e-=H2 将电解产物过二硫酸盐进行水解,便得到H2O2溶液: S2O82-+2H2O=H2O2+2HSO4- 经减压蒸馏可得到浓度为3035的H2O2溶液。,15-2-4 过氧化氢,2、乙基蒽醌法以钯为催化剂在苯溶液中用H2还原乙基蒽醌变为蒽醇。当蒽醇被氧氧化时生成原来的蒽醌和过氧化氢。蒽醌可以循环使用。,当反应进行到苯溶液中的过氧化氢浓度为5.5gL-1时，用水抽取之，便得到18的过氧化氢水溶液。可以减压蒸馏得到高浓度溶液。,15-2-4 过氧化氢,二、结构和性质 在过氧化氢分子中有一个过氧链OO，每个氧原子上各连着一个氢原子。两个氢原子位于象半展开书本的两
9、页纸上。两页纸面的夹角为94，O-H键与O-O键问的夹角为97。OO健长为149pm，OH键长为97pm。,15-2-4 过氧化氢,纯的过氧化氢是一种淡蓝色的粘稠液体(密度是1.465gmol-1)，H2O，能以任意比与水混合。由于过氧化氢分子间具有较强的氢键，故在液态和固态中存在缔合分子，使它具有较高的沸点(423K)和熔点(272K)。,一般而言，H2O2在酸性介质中是一种强氧化剂，而在碱性介质中是一种适中的还原剂，于H2O2反应后，不会给溶液带来杂质离子，所以稀的(3%)或30%的H2O2溶液是较为理想的氧化剂。,15-2-4 过氧化氢,1、H2O2的不稳定性和酸性 H2O2的分解速率随
10、OH-浓度的增大而加快，某些金属离子也可催化H2O2的分解(如Mn2+、Fe2+、Cu2+)。 H2O2具有弱酸性其K1=1.5510-12,2、H2O2的氧化性 H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O 2CrO2-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O,15-2-4 过氧化氢,3、H2O2的还原性 Cl2+H2O2=2HCl+O2 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2 Ag2O+HO2-=2Ag+OH-+O2,15-2-4 过氧化氢,4、H2O2的检验 在酸性溶液中过氧化氢能使重铬酸盐生成二过
11、氧合铬的氧化物，即Cr(O2)2O或CrO5，生成的CrO5显蓝色，在乙醚中比较稳定，检验时在乙醚层中显蓝色，可以相互检验。,4H2O2+H2Cr2O7=2Cr(O2)2O+5H2O 2Cr(O2)2O+7H2O2+6H+=2Cr3+7O2+10H2O,15-3 硫及其化合物,15-3-1 硫的同素异形体,单斜硫,斜方硫,弹性硫,升华硫,15-3-2 硫化物和多硫化物,一、硫化氢 硫化氢具有臭鸡蛋味，对大气能造成污染。含于火山喷射气、动植物体及矿泉水中，有毒。 它影响人的中枢神经及呼吸系统，吸入少量便感到头昏和恶心，长时间吸入H2S后就不再感到它的臭味了，如果这样下去，就会中毒而致死亡。所以制
12、取和使用H2S时必须通风。 饱和硫化氢水溶液的浓度为0.1mol/L。 硫化氢是常用的还原剂，其水溶液易渐渐被空气中的氧气氧化，所以要现用现配。 1、实验室制法 FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S,15-3-2 硫化物和多硫化物,2、结构 与H2O相似，但极性弱、无氢键。 3、弱酸性 硫化氢水溶液具有弱酸性: Ka1=9.110-8、Ka2=1.110-12。 4、它的一些重要反应 2H2S+3O2=2H2O+2SO2（蓝色火焰） 2H2S+O2=2H2O+2S（空气不足） 硫化氢的水溶液比气体硫化氢更具有还原性，氧化剂能把它氧化成S或硫酸，但不能氧化成SO2。 H2S+I2=S+2
13、H+2I- H2S+4Br2+4H2O=H2SO4+8HBr 2MnO4-+5H2S+6HCl=2MnCl2+2Cl-+5S+8H2O,15-3-2 硫化物和多硫化物,二、金属硫化物和多硫化物 硫化物中大多数是金属硫化物，它们大多是有颜色的且难溶于水的固体，只有碱金属的大多是易溶的，碱土金属硫化物大多是微溶的。 硫化物的颜色、溶解性及在酸中的溶解情况在分析化学中用来鉴别和分离金属离子的混合物。 Na2S溶于水时几乎全部水解，其水溶液可作为强碱使用。 Cr2S3、Al2S3在水中完全水解，因此，这些硫化物不可能用湿法从溶液中制备。下面是一些硫化物的水解方程式：,15-3-2 硫化物和多硫化物,N
14、a2S+H2ONaHS+NaOH 2CaS+2H2OCa(OH)2+Ca(HS)2 Al2S3+6H2O2Al(OH)3+3H2S 当强酸加到金属硫化物中有H2S产生，根据其在酸中的溶解情况分成四类： 能溶于稀盐酸,如：ZnS、MnS等 Ksp10-24 ZnS+2HCl=ZnCl2+H2S 能溶于浓盐酸 如：CdS、PbS等 Ksp=10-2510-30 不溶于浓盐酸而溶于硝酸如:CuS、Ag2S等Ksp10-30 3CuS+8HNO3=3Cu(NO3)2+3S+2NO+4H2O 不溶于硝酸而溶于王水如:HgS等Ksp更小 3HgS+12HCl+2HNO3=3H2HgCl4+3S+2NO+4
15、H2O 注：以上的Ksp以二价金属为标准。,15-3-2 硫化物和多硫化物,15-3-2 硫化物和多硫化物,15-3-2 硫化物和多硫化物,碱金属或碱土金属硫化物的溶液能溶解单质硫生成多硫化物,如: Na2S+(x-1)S=Na2Sx 多硫化物的溶液一般显黄色，随着x值的增加由黄色、橙色而至红色。 多硫离子具有链状结构，S原子是通过共用电子对相连成硫链。S32-、S52-离子的结构如下：,15-3-2 硫化物和多硫化物,多硫化物在酸性溶液中很不稳定，容易生成硫化氢和硫。 Sx2-+2H+=H2S+(x-1)S 由于在多硫化物中存在过硫链HSSH，它与过氧化氢中的过氧链HOOH类似，因此，多硫化
16、物具有氧化性并能发生歧化反应。见下面反应方程式： Na2S2+SnS=SnS2+Na2S Na2S2=Na2S+S 多硫化物是分析化学常用的试剂。Na2S2在制革工业中用作原皮的脱毛剂，CaS2在农业上用来杀灭害虫。,15-3-3 硫的含氧化合物,一、二氧化硫、亚硫酸和亚硫酸盐 硫或H2S在空气中燃烧，或煅烧硫铁矿FeS2均可得SO2 ： 3FeS2 + 8O2=Fe3O4 + 6SO2,与臭氧的结构相似，二氧化硫分子是V形的构型，分子中的S原子以sp2杂化与两个O原子各形成一个键，还有一个p轨道与两个O原子相互平行的p轨道形成一个34的离域键。二氧化硫分子的结构。,15-3-3 硫的含氧化合物,SO2是无色有刺激臭味的气体，它的分子具有极性，极易液化，在常压下，263
