天津工业大学无机化学--氧族元素.ppt
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1、基本性质OSSeTe价层电子构型 ns2np4主要氧化数-2-2+4+6-2+4+6-2+4+6第一电离能/kJmol由大到小变化电负性(Pauling)3.442.582.5521EA A1 1/kJmol-1141.0200.4195.0190.1EA A2 2/kJmol-780.7-590.4-420.5-单键解离能/kJmol-1142268172126第十一章第十一章氧族元素氧族元素VIAGroup:OSSeTePo2-1氧族元素基本性氧族元素基本性质质一、氧族元素基本性质一、氧族元素基本性质(表2-1)1/8/20231二、第二周期元素二、第二周期元素氧的特殊性氧的特殊性1氧化态
2、:O基本为-2例外:-1+1+2H2O2O2F2OF22EA1:OS类似:FCl3单键解离能OS3.1(1)自身成键(E-E)O-OSe-SeTe-Te142264172-kJmol-1(2)与电负性较大、价电子数目较多的元素的原子成键O-FS-FO-ClS-C(272);O-H(467)S-H(374kJmol-1)3.2双键O=O(493.59kJmol-1)S=S(427.7kJmol-1)第三周期元素:3p-3p键非特征。但可与第二周期元素形成p-d反馈键,如SO42-、PO42-第二周期元素2p-2p键特征,1/8/202334键型多数氧化物为离子型,而硫化物、硒化物、碲化物 多 数
3、 为 共 价 型,仅 IA、IIA化 合 物 Na2S、BaS等为离子型。5配位数中心原子周期价轨道数C.N.maxO二 44H3O+S三 96SF62-2氧和臭氧氧和臭氧O2、O3同素异形体一、氧O21分子结构1/8/20234VB:O2s2 2px1 2py2 2pz1|O2s2 2px1 2py2 2pz1即O=O应为“逆磁”。MO:O2:1/8/202351/8/20236 2.1氧化性氧化性FeFe3O4,FeO,Fe2O3SSO2(g)H2SS或SO2(g)O2+NH3H2O+N2或NOHII2CH4CO2、CO或C2O2化学性质氧化性(主要),配位性(生物体中重要)由氧族元素G
4、/F-Z图(教材P.64)讨论。1/8/202372.2配位性质配位性质人血红蛋白中的血红素人血红蛋白中的血红素Hb是卟啉衍生物与是卟啉衍生物与Fe(II)形成形成的配合物,具有与的配合物,具有与O2络合的功能:络合的功能:肺肺HbFe(II)+O2HbFe(II)人体各组织人体各组织1/8/202381/8/202391分子结构O3电偶极矩0,3个O原子不在同一直线上;OOO=116.8,中心O原子sp2杂化。臭氧中,O-O键长为127.8pm,大于O=O,小于O-O键长,平流层(2040km):O30.2ppm,可吸收5%紫外线二、二、臭氧臭氧O33O2+h(185nm)=2O31/8/2
5、02310VB法:Os2px1py2pz1O(sp2)2(sp2)1(sp2)1pz2Os2px2py1pz1O3分子中:与SO2、NO2-互为“等电子体”。O3中OO键级=O3是单质分子中唯一电偶极矩 0的物质。臭氧中,O-O键长为127.8pm,大于O=O,小于O-O键长,1/8/2023111.关于等电子体,下列说法正确的是:A.CO2N2ON3NO2+互为等电子体B.BO33CO32PO33SiO44互为等电子体C.CO2N2ON3NO2互为等电子体D.CO2N2ON3NO2互为等电子体A2.O3中存在键和键,O-O键长界于和之间。3.O-O单键键能S-S单键键能O-O双键键能S-S双
6、键键能O容易形成键,S易形成键。1/8/202312分子结构分子结构 O3+2e=O32,大键打开,形成臭氧链(OOO)2例O3F2:FOOOF2O3化学性质:强氧化性例如:KO3,NH4O31/8/202313热力学 G/F-Z图(上页)斜率=酸介质:O3+2H+2e=H2O+O2(g)(O3/H2O)=+2.07V碱介质:O3(g)+H2O+2e=2OH+O2(g)(O3/OH)=+1.24V可见,无论酸、碱介质,O3(g)均具强氧化性,尤其是在酸介质中。1/8/202314例:油画处理PbS(S)+3O3(g)=PbSO4(s)+O2(g)黑白含氰废水处理:CN+O3=OCN+O22OC
7、N+3O3=CO32+CO2+N2+3O2O3的定量分析(碘量法)KI+O3(g)+H2O=I2+2KOH+O2(g)I2+2S2O32=2I+S4O62(连四硫酸根)1/8/2023152-3硫单质硫单质一、硫的同素异形体一、硫的同素异形体斜方硫(菱形硫,-S,稳定单质)、单斜硫(-S)、弹性硫、晶状硫,一定条件下可互变。二、分子结构(二、分子结构(p45)-S、-S分子均为S8,“皇冠”状。S-S单 键 键 能 为 240 kJ.mol-1,而 O-O单 键 键 能 为 204.2kJmol-1S成键倾向:由Born-Habercycle估算:rH 240.88427.44rH=221.2
8、kJmol-1xO,O2F2中氧原子有一定的正电性,使两个氧原子更吸引共用电子对,使O2F2中OO键长变得比H2O2中OO键长更短。1/8/202319(H2O2/H2O)=1.78V(O2/H2O2)=0.68V(HO2/OH)=0.87V(O2/HO2)=-0.08V1.1氧化性(酸介质突出)无污染的氧化剂例:4H2O2+PbS(s)=PbSO4(s)+4H2O黑白(旧油画处理)二、化学性质二、化学性质氧化性还原性1H2O2中间价态(1)HOOH键能小(2)1/8/202320H2O2+2I+2H+=I2+H2OI2+I=I33H2O2+CrO2+2OH=CrO42+4H2O1.2还原性(
9、还原性(碱介质突出)例:6H2O2+2MnO4+6H+=2Mn2+5O2(g)+8H2OH2O2+Cl2=2H+2Cl+O2(g)工业除氯1.3H2O2的定性检测4H2O2+Cr2O72+2H+=2CrO5+5H2O(乙醚或戊醇中,蓝色)CrO5结构:化合价为+6,氧化态为+10CrO5遇酸易分解:4CrO5+12H+=4Cr3+7O2+6H2O1/8/202321H2O2均均自发歧化、分解自发歧化、分解。但酸介质中歧化反应速率小,碱介质中歧化反应速率大(因光照或痕量金属离子如Mn2+、Pb2+、Au+等起催化作用),H2O2在碱介质中更不稳定。2H2O2歧化歧化(分解分解)2.1歧化反应歧化
10、反应由G/F-Z图知:酸、碱性介质中,均位于“峰顶”位置1/8/202322酸性介质碱性介质2H2O2=2H2O+O22HO2=2OH+O2A(H2O2/H2O)=1.78 B(HO2/OH)=0.87 A(O2/H2O2)=0.68 B(O2/HO2)=-0.08=+1.10=+0.95rG/kJmol-1-212.3-183.4反应速率小大1/8/202323n2.2H2O2保存保存纯H2O2:(1)淡蓝色粘稠状液体(2)歧化速率小,相当稳定(热力学倾向大,动力学障碍)。(3)痕量金属加速分解,发生爆炸(4)光照或碱也促进分解(5)H2O2水溶液保存于避光的塑料瓶中,加入锡酸钠、焦磷酸钠(
11、络合剂)或8-羟基喹啉(还原剂)等作为稳定剂(6)3%H2O2水溶液完全分解,放出10倍体积的O2(g),故称为“十体积水”。2H2O2=2H2O+O2(g)1/8/2023243弱酸性H2O2=H+HO2Ka=1.5510-12三、用途三、用途H2O2用作漂白剂(纸浆、织物)、杀菌消毒剂、火箭的液体燃料等。问题:如何鉴定H2O2?写出相应的化学反应方程式?1/8/2023252-5硫属元素氢化物、硫化物、氧化物硫属元素氢化物、硫化物、氧化物一、硫属元素氢化物一、硫属元素氢化物H2S(g)H2Se(g)H2Te(g)键角929189.5对比:H2O键角104.5配体相同,中心原子电负性越大,键
12、角越大。表明H2S、H2Se、H2Te中S、Se、Te基本上以“纯P”轨道成键。1分子结构1/8/2023262化学性质2.1水溶液二元弱酸。Ka1Ka2H2O(Kw=110-14)H2S1.310-77.110-15H2Se1.310-4110-11H2Te2.310-31.610-11酸性渐强298K、1p 下,饱和水溶液浓度/moldm-3:H2S0.10(记忆!)H2Se0.084H2Te0.091/8/202327Ka1Ka2=9.2310-22298K,H2S=0.10moldm-3H+2S2-=9.2310-23H+2则S2;H+2则S2为什么一些金属硫化物会在酸中溶解:MS(s
13、)=M2+S2Ksp=M2+S2H2S(aq)中S2-受H+制约:H2S=H+HS-Ka1=1.310-7HS=H+S2-Ka2=7.110-151/8/2023282.2还原性尤其是碱性介质中。例例1S2+O2+2H2O=2S(s)+2OH(x-1)S+S2=Sx2(多硫离子)显示S的成链特性。例例2H2S燃烧:2H2S(g)+O22S+2H2O2H2S(g)+3O22SO2+2H2O2H2S(g)+3I22HI+S2H2S(g)+4Br2+4H2O2H2SO4+8HBr1/8/2023291溶解性M(I)HS可溶于水M2(I)S(1)碱金属硫化物、(NH4)2S可溶,且水解呈碱性(2)Na
14、2S、(NH4)2S易氧化,常含有多硫化物(2)大多数金属硫化物不溶于水(3)Al2S3、Cr2S3强烈水解。溶度积原理:MS(s)=M2+S2Ksp=M2+S2MS(s)溶解的条件是:M2+S20.21moldm-3,Zn2+不沉淀。例:通入H2S至含0.10moldm-3Zn2+和0.10moldm-3Pb2+的混合溶液中,可否使Zn2+、Pb2+分离?应如何控制溶液pH?已知:Ksp(ZnS)=2.010-22,Ksp(PbS)=1.010-28)1/8/202332(2)求Pb2+沉淀完全时溶液的H+:定量分析:残存Mn+110-6moldm-3定性分析:残存Mn+0.21moldm-
15、3H+小于3.0moldm-3时,Pb2+沉淀完全。只需保持H+稍大于0.21moldm-3,就可使Pb2+沉淀完全,而Zn2+不沉淀。(常用H+=0.30mol.dm-3)1/8/202333三、多硫化物三、多硫化物1形成形成S(s)溶解于IA、IIA硫化物和NH4S溶液中:(x-1)S(s)+S2(aq)=Sx2(aq)(多硫离子,x=2-6)归因于S的成键特性。例:S52溶液呈黄色至红色2化学性质化学性质2.1氧化剂和硫化剂氧化剂和硫化剂:SnS(s)+(NH4)2S2(aq)=(NH4)2SnS3(aq)2.2遇酸分解遇酸分解:S22+2H+=H2S2H2S+S1/8/202334Na
16、2S水溶液中含Na2Sx,加H+可得H2S和S(变浑浊):2Na2S+O22H2O2S+4NaOHNa2S+SNa2S2Na2S2过硫化钠Na2S2+2H+=H2S2+2Na+3.Na2S制备:制备:1/8/202335发生了如下的反应:(1)S2+1/2O2+H2O=S+2OH,(2)S2-+SS22-(3)SnS+S22SnS32如果想证明他的判断是正确的只要(4)把溶解了的SnS溶液进行酸化,出现黄色浑浊,证明有SnS32存在,反应方程式为(5)SnS32-+2H+=SnS2+H2S问题:实验时,发现SnS被(NH4)2S溶液溶解,认为可能的原因是(NH4)2S溶液搁置时间太长了,发生了
17、如下的反应:(1),(2),(3)。如果想证明他的判断是正确的只要(4),反应方程式为(5)。1/8/202336四、氧化物四、氧化物1分类(自学)p53(复合氧化物)2酸碱性递变规律(1)同周期最高氧化态氧化物自左至右,酸性增强(2)同主族同氧化态氧化物自上至下,酸性减弱(3)同元素,氧化态升高,酸性增强1/8/2023373硫属元素氧化物3.1二氧化物SO2、SeO2、TeO2SeO2(c)金红石结构,315升华,TeO2(c)金红石型离子晶体。(2)化学性质)化学性质SO42、SO3(还原性为主)SO2(4)S(氧化性遇强还原剂才表现出来)例:SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HIS
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