大学无机化学氧族元素课件

2020年2月17日星期一无机化学第15章氧族元素InorganicChemistry第15章氧族元素§15.2氧及其化合物§15.1氧族元素通性§15.3硫及其化合物主要内容15.1氧族元素通性InorganicChemistry2．硫、硒、碲在形成化合物时在价键上与氧有何不同？为什么？思考：1.氧族元素在自然界中以何种形态存在？氧和硫的成键特征有何不同？15.1氧族元素通性InorganicChemistry氧族元素在周期表中的位置15.1氧族元素通性InorganicChemistry存在：单质及化合物硫化物氧族元素位于周期表ⅥA族价电子结构ns2np4OSSeTePo（放射性同位素）非金属准金属金属1.氧族元素在自然界中以何种形态存在？氧和硫的成键特征有何不同？15.1氧族元素通性InorganicChemistryO以sp、sp2、sp3成键，没有价层d轨道参与成键。除形成键外，还可形成p-p键。S可以有d轨道参加成键，如：SF6（sp3d2）S形成p-p键能力差，一般以单键形成高配位数的化合物。1.氧族元素在自然界中以何种形态存在？氧和硫的成键特征有何不同？15.1氧族元素通性InorganicChemistry1.氧族存在OSSeTePo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”。天然硫矿床FeS2(黄铁矿)15.1氧族元素通性InorganicChemistry硫、硒、碲：①可以有+2、+4、+6的化合物。②有d轨道，配位数可达6。③半径大，难成双键。2．硫、硒、碲在形成化合物时在价键上与氧有何不同？为什么？氧：除OF2中为正价外，其余为负价。15.1氧族元素通性InorganicChemistry酸性溶液中，H2O2、O2、O3均为强氧化剂氧的电势图AB2.070.681.771.23O3O2H2O2H2O1.24–0.080.870.401O3O2HO2–OH–15.1氧族元素通性InorganicChemistry氧族元素的电势图低价硫化合物不论在酸性还是在碱性溶液中都是强还原剂酸介质中，过硫酸盐是强氧化剂InorganicChemistry第15章氧族元素●氧气（O2）●臭氧（O3）●过氧化氢（H2O2）15.2氧及其化合物●氧化物InorganicChemistry15.2氧及其化合物O2有何结构特点？该结构可使其具有何种反应性？在π轨道中有未成对的单电子，O2分子具有偶数电子同时又显示顺磁性。2242222222s2121)(π)(π)()()()()(p*pps*s*sσσσσσ分子轨道电子排布式：OO形成离子型、共价型的[O22-、O2-]反应性：结构特点：思考：InorganicChemistry15.2氧及其化合物1.氧化物按其酸碱性可分为几类？2．周期表中元素氧化物的酸碱性有何变化规律？思考：●氧化物InorganicChemistry15.2氧及其化合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；少数金属氧化物（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。1.氧化物按其酸碱性可分为几类？分为：酸性；碱性；两性；中性氧化物。InorganicChemistry15.2氧及其化合物氧化物还可按其价键特征分为离子型氧化物、共价型氧化物和过渡型氧化物。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InorganicChemistry15.2氧及其化合物思考：1.O3分子有何结构特点？2．比较O3和O2的价键结构，说明为什么氧化性O3O2，热稳定性O3O2?★臭氧(O3)习题：15-4比较O3和O2的氧化性、沸点、极性和磁性的相对大小。InorganicChemistry15.2氧及其化合物••43ΠO2的同素异形体中心O：sp2杂化形成键角：117o；键长：128pmμ=1.8×10-30C•m惟一极性单质OOOOOO1.O3分子有何结构特点？InorganicChemistry15.2氧及其化合物2．比较O3和O2的价键结构，说明为什么氧化性O3O2，热稳定性O3O2?OO••键角：117o；键长：128pm键角：180o；键长：112pmInorganicChemistry15.2氧及其化合物OHOI2H2IO222-3•氧化性3O2O23-1mrmolkJ4.285•-=HΔ2.07VOHO2e2HOA22-3=++++24V.12OHO2eOHOB2-23=+++-上述反应可用于检验氧气中是否存在臭氧。习题15-2•不稳定性臭氧的性质InorganicChemistry15.2氧及其化合物彭塔阿雷纳斯上空的彩虹，在这样美好的天气人们同样要小心防护自己。臭氧空洞变化图，红色和蓝色区为空洞，左为2001年9月图，右为2002年9月形势。臭氧空洞改变了智利最南部人们的生活方式Question15-3大气层中臭氧是怎样形成的？哪些污染物引起臭氧层的破坏？如何鉴别O3，它有什么特征反应？解：大气层中O3的形成：O2+hv(λ242nm)→O+OO+O2→O3氯氟烃CFCl3、CF2Cl2和氮氧化物等污染物可引起臭氧层的破坏。根据臭氧的颜色和气味(淡蓝色气体和鱼腥臭味)可将臭氧与氧气区分开。Question臭氧的特征反应有：在MnO2、PbO2和铂黑等催化剂的存在下，可发生分解2O3==3O2具有比O2更强的氧化性如：CN–+O3==OCN–+O22NO2+O3==N2O5+O2PbS+4O3==PbSO4+4O22Co2++O3+2H+==2Co3++O2+H2O还可以定量氧化I–O3+2I–+H2O==O2+I2+2OH–InorganicChemistry15.2氧及其化合物思考：1．H2O2有哪几种制备方法？2．H2O2有哪些主要性质？★过氧化氢（H2O2）InorganicChemistry15.2氧及其化合物(1)电解法用Pt为电极，电解NH4HSO4饱和溶液，先制得过二硫酸铵溶液即2NH4HSO4(NH4)2S2O8(阳极)+H2(阴极)电解再将过二硫酸铵水解生成H2O2，即(NH4)2S2O8+2H2O2NH4HSO4+H2O2H2SO42.工业制法BaO2+H2SO4BaSO4↓+H2O21.实验室制法●H2O2的制备Question15-14电解硫酸或硫酸氢铵制备过二硫酸时，虽然φӨ(O2/H2O)(1.23V)小于φӨ(S2O82-/SO42-)(2.05V)，为什么在阳极不是H2O放电，而是HSO4-或SO42-放电？InorganicChemistry15.2氧及其化合物●H2O2的制备(2)蒽醌法H2+O2H2O22-乙基蒽醌（Pd催化）+H2O2+O2OOC2H5OHOHC2H5乙基蒽醇乙基蒽醌Pd+OHOHC2H5H2OOC2H5InorganicChemistry15.2氧及其化合物★1990年报道：在催化剂(10%Pt~90%Pd)的作用下，H2和O2的直接燃烧也可获浓度为18%的H2O2。●H2O2的制备InorganicChemistry15.2氧及其化合物OOHH149pm97o97o97pm94o★过氧化氢（H2O2）的结构2．H2O2有哪些主要性质？InorganicChemistry15.2氧及其化合物2．H2O2有哪些主要性质？热稳定性差形成过氧化链（过氧链转移）氧化还原性弱酸性H2O2HO2+H+Ka1=2.0×10-12,Ka2≈10-25-2H2O22H2O+O2InorganicChemistry15.2氧及其化合物可见：H2O2氧化性强，还原性弱；是不造成二次污染的杀菌剂。O8H2CrO2OH2Cr(OH)O3H2-24--422酸性:OH1.77VOH0.68VO2222•氧化还原性O8H5O2Mn6H2MnOO5H222-422O4H)(s,PbSO)PbS(s,O4H2422白黑H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O碱性:HO2–+H2O+2e-3OH–,B=0.87VInorganicChemistry15.2氧及其化合物H2O2像是钻进风箱的老鼠：两头受气。金属离子的穿梭催化2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O2Fe3++H2O22Fe2++O2+2H+InorganicChemistry15.2氧及其化合物H2O2的检验：检验时在乙醚层中显蓝色。Cr2O72–+4H2O2+2H+==2CrO(O2)2+5H2OCrO(O2)2·(C2H5)2OCrO(O2)2乙醚生成的CrO5显蓝色InorganicChemistry第15章氧族元素15.3硫及其化合物●硫单质●硫化物和多硫化物●硫的含氧化合物InorganicChemistry15.3硫及其化合物●硫单质1.单质硫有几种常见的同素异形体？2.单质硫有何主要性质？思考：3.单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同？InorganicChemistry15.3硫及其化合物结构：S：sp3杂化形成环状S8分子。硫有几种同素异形体斜方硫单斜硫弹性硫★单质硫94.5℃S(斜方)弹性硫190℃S(单斜)InorganicChemistry15.3硫及其化合物弹性硫的形成硫的同素异形体升华硫斜方硫单斜硫InorganicChemistry15.3硫及其化合物•与许多金属直接化合•与氢、氧、碳、卤素(碘除外)、磷等直接作用硫的主要性质2Al+3SAl2S3Hg+SHgSS+3F2(过量)SF6S+Cl2SCl2S+O2SO2△单质硫难溶于水，易溶于CS2。以还原性为主，也具有氧化。InorganicChemistry15.3硫及其化合物•与氧化性酸作用•与碱的作用O2H(g)3SO)(SO2HS2NO(g)SOH2HNOS2242423浓硫的主要性质3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O4S(过量)+6NaOH2Na2S+Na2S2O3+3H2O△△InorganicChemistry15.3硫及其化合物硫的重要化合物化合态硫或天然单质硫硫H2SCS2SF6S2Cl2SO2H2SO3SCl2SO2Cl2SOCl2FSO3HClSO3HH2SO4SO3H2F2Cl2O2Cl2H2OCl2Cl2+S2Cl2（或SCl2）HFHClH2OO2煤，甲烷，天然气制备某些重要含硫工业产品的途径InorganicChemistry15.3硫及其化合物以O3分子为结构基础的氧化物3.单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同？普通氧化物(以O2分子为结构基础的氧化物）臭氧化物（KO3)过氧化物（Na2O2）超氧化物（KO2)以O原子为结构基础的氧化物InorganicChemistry15.3硫及其化合物单质硫为多原子分子(S8)普通硫化物(Na2S)多硫化物，如：Sx2-(H2Sx、Na2Sx)3.单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同？InorganicChemistry15.3硫及其化合物●硫化物和多硫化物思考：1.硫化物有何主要性质？2.多硫化物与硫化物在性质上有何不同？InorganicChemistry15.3硫及其化合物金属硫化物大多数是难溶于水且有特征颜色，（碱金属、碱土金属、NH4+的硫化物易溶）。还原性水解性所有硫化物均发生水解，Al2S3、Cr2S3发生双水解。1.硫化物有何主要性质？难溶性酸碱性InorganicChemistry15.3硫及其化合物•与中等强度氧化剂作用FeSSFe32•与强氧化剂反应产物:SSO42-H2S+2Fe3+S+2Fe2++2H+H2S+I2