氧族元素GroupVIAOSSeTePo学习.pptx
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1、2/22/20231主族元素原子半径变化规律(pm)第1页/共78页2/22/202322.2第二周期元素氧的特殊性1.氧化态:O基本为-2.例外:-1+1+2H2O2O2F2OF22.EA1:OS类似:FCl3.单键解离能(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)第三周期元素:3p-3p键非特征。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。4.双键离解能 O=O(49
2、3.59 kJmol-1)S=S(427.7 kJmol-1)第3页/共78页2/22/202345键型多数氧化物为离子型,而硫化物、硒化物、碲化物多数为共价型,仅IA、IIA化合物Na2S、BaS等为离子型。6.配位数中心原子周期价轨道数O 二4(2s2px2py2pz)4H3O+S三96SF6第4页/共78页2/22/20235 2.3.氧和臭氧1 氧分子形态O2 O-2 O22-O2+O22+MO:O2分子轨道式O2、O3 两种单质,同素异形体O2分子成键:O2分子结构:VB:O 2s2 2px1 2py1 2pz2|O 2s2 2px1 2py1 2pz2 即:O=O 似应为“逆磁”。
3、O2分子顺磁第5页/共78页2/22/20236第6页/共78页2/22/20237(1)氧化性(O2/H2O)=1.23V,(O2/OH-)=0.40VFeFe3O4,FeO,Fe2O3SSO2(g)H2SS或SO2(g)O2+NH3H2O+N2或NOHII2CH4CO2、CO或C2.O2化学性质 氧化性(主要),配位性(生物体中重要)。由氧族元素G /F-Z图讨论氧化-还原性。第7页/共78页2/22/20238第8页/共78页2/22/20239人血红蛋白中的血红素Hb是卟啉衍生物与Fe(II)形成的配合物,具有与O2络合的功能:肺HbFe(II)+O2 HbFe(II)O2(氧合血红蛋
4、白)人体各组织(2)配位性质第9页/共78页2/22/202310(1)O3的分子结构 O3 分子电偶极矩0,3个O原子不在同一直线上;键角OOO=116.8,中心O原子sp2杂化。3.臭氧(ozone)O3室温,有鱼腥味的淡蓝色气体,第10页/共78页2/22/202311VB法:O s2 px1 py2 pz1|O (sp2)2 (sp2)1 (sp2)1 pz2|O s2 px2 py1 pz1O3是单质分子中唯一电偶极矩 0的物质。=0.58 D=0.58 3.334 10-30 Cm=1.93 1030 Cm O3与NO2-、SO2互为“等电子体”。O3分子中,O-O键长为127.8
5、 pm,大于O=O,小于O-O键长。O3分子成键:2+34O3 中OO键级(1+34)=1.5 34AO MO第11页/共78页2/22/2023121.关于关于等电子体等电子体,下列说法正确的是:,下列说法正确的是:A.N2O、N3-、NO2+、CO2互为等电子体;互为等电子体;B.BO33-、CO32-、PO33-、SiO44-互为等电子体;互为等电子体;C.CO2、NO2-互为等电子体;互为等电子体;D.CO2、N2O、N3、NO2-互为等电子体。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双键键能。思
6、考题第12页/共78页2/22/202313(2)臭氧(O3)的制备及存在 242nm3O2+h 2O3(220330nm)平流层(20 40 km):O3 0.2 ppm,可吸收5%紫外线液化分离提纯制冷剂氟利昂(一种氟氯代烃)放出的 Cl 是 O3 分解的催化剂,对破坏臭氧层有长期的作用。1995 年度 Nobel 化学奖第13页/共78页2/22/202314 hCF2Cl2 CF2Cl+Cl Cl+O3 ClO+O2 ClO+O Cl+O2NO+O3 NO2+O2NO2+O NO+O2净反应:O3+O=2O2第14页/共78页2/22/202315 分子结构 34 O3 +2e=O3
7、2 ,大键打开,形成臭氧链:(OOO)2 例 O3F2 FOOOF (3)O3化学性质:强氧化性例如:KO3,NH4O3第15页/共78页2/22/202316 G /F-Z图斜率=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。热力学第16页/共78页2/22/202317例:a.油画处理:PbS(S)+3O3(g)=PbSO4(s)+O2(g)黑白b.含氰废水处理:CN+O3=OCN+O22OCN+3O3=CO32+CO2
8、+N2+3O2c.O3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)第17页/共78页2/22/2023182.4 水与过氧化氢 1.H2O分子结构 O 原子sp3不等性杂化键角HOH=104.5 0 价电子几何构型:变形四面体 分子几何构型:V形水分子间存在氢键,熔点、沸点反常高。水蒸气的分子量为18.64,有3.5%的双分子水(H2O)2液态水分子量更大。273 K,水结合成冰,形成巨大的缔合分子。每个水分子被4个水分子包围,通过氢键形成庞大的分子晶体。密度下降。第18页/共78页2/22/2023192.过
9、氧化氢的分子结构两个O原子均sp3不等性杂化分子中含过氧键(OO),B.E.(HOOH)=204.2 kJmol-1 易断键 B.E.(HOOH)=374.9kJmol-1 (1)弱酸性:H2O2 HO2-+H+K1=2.0 10-12 (K2 10-15)3.H2O2化学性质(2)不稳定:H2O2 =2H2O+O2(g)H=-196 kJ/mol第19页/共78页2/22/202320HOOH键能小(204.2kJmol-1)A (H2O2/H2O)=1.78V (O2/H2O2)=0.68V B (HO2-/OH-)=0.87V (O2/HO2-)=-0.08V氧化性还原性H2O2中间价态
10、(3)氧化-还原性第20页/共78页2/22/202321 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 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)H2O2+2 I-+2 H+=I2+H2O I2+I-=I3-3 H2O2+CrO2-+2 OH-=CrO42-+4 H2O第21页/共78页2/22/202322G/F-Z图:酸、碱性介质中,H2O2均位于“峰顶”位置,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
11、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。H2O2 歧化(分解)第22页/共78页2/22/202323 2H2O2=2H2O+O2 2HO2-=2OH-+O2 A(H2O2/H2O)=1.78 V B(HO2-/OH-)=0.87 V A(O2/H2O2)=0.68 V B(O2/HO2-)=-0.08 V 池 =+1.10 V =+0.95 V rG/kJmol-1 -212.3 -183.4 反应速率 小 大酸性介质 碱性介质酸性介质原电池符号:(Pt)O2(1 p)H2O2(1 moldm-3)H2O2(1 moldm-3)H2
12、O(l)(Pt)第23页/共78页2/22/202324 4.H2O2的定性检测 4 H2O2+Cr2O72-+2 H+=2 CrO5+5 H2O (乙醚或戊醇中,蓝色)CrO5遇酸易分解:4 CrO5+12 H+=4 Cr3+7 O2+6 H2O 水相:2 CrO5+7 H2O2+6 H+=7 O2+10 H2O+2Cr3+(蓝绿)Cr2O72+H2O2+H+=Cr3+H2O+O2 Cr3+H2O2+OH CrO42+H2OCrO5结构:Cr氧化态+6第24页/共78页2/22/202325 (1)纯H2O2 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
13、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(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”。2 H2O2 =2H2O+O2(g)5.H2O2保存第25页/共78页2/22/2023266.过氧化氢的用途 H2O2用作漂白剂(纸浆、织物)、杀菌消毒剂、火箭的液体燃料等。化学法,电解法,蒽醌法(1)用稀硫酸与过氧化钡、过氧化钠反应 BaO2+H2SO4+10H2O=BaSO4 10H2O H2O2(2)工业制备法 电解2NH4HSO4 (NH4)
14、2S2O8(阳极)+H2(阴极)(NH4)2S2O8 H2O 2 NH4HSO4+H2O2(减压蒸馏可得到35的H2O2水溶液)7.过氧化氢的制备H2SO4第26页/共78页2/22/2023272.5硫及其化合物 1.硫的同素异形体单质 S8(g)结构:S sp3杂化,形成环状S8分子硫晶体-S -S第27页/共78页2/22/2023281.硫的同素异形体(续)95.5 oC 119 oC 160 oC 445 oC 1000 oC 2000 oC-S -S -S -S S8(g)S6(g)S4(g)S2(g)S(g)第28页/共78页2/22/2023295种组成的硫分子第29页/共78
15、页2/22/2023302.硫的化学性质 G/F-Z图 (1)碱介质歧化(似Br2):3 S+6 OH-2 S2-+SO32-+3 H2O酸介质逆歧化 SO2+2 H2S=2 S+2 H2O(2)氧化性 与亲硫元素或与活泼金属化合Hg(l)+S(s)=HgS(s)第30页/共78页2/22/2023312.5 硫属元素氢化物 键角 92 91 89.5 S,Se,Te基本以np轨道与H的1s轨道成键。对比:H2O 键角104.5,O sp3杂化。配体相同,中心原子电负性越大,键角越大。1.硫属元素氢化物 H2O(l)H2S(g)H2Se(g)H2Te(g)(1)分子结构第31页/共78页2/2
16、2/202332(2)物理-化学性质H2S:无色有恶臭味的有毒气体,0.01mg/L.实验中要注意!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 298 K、1 p下,饱和水溶液浓度/moldm-3:H2S 0.10 (记忆!)H2Se 0.084 H2Te 0.09第32页/共78页2/22/202333 Ka1 Ka2 =9.2310-22 298 K,H2S=0.10 moldm-3.S2-=Ka1 Ka2 H2S/H+2 H2S(aq)中S2-受H+制约:H+
17、2 则S2-;H+2 则S2-H2S=H+HS-Ka1=1.310-7 HS-=H+S2-Ka2=7.110-15第33页/共78页2/22/202334 还原性尤其是碱性介质中。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22H2S(g)+O22S(s)+2H2O例32H2S(g)+3O22SO2+2H2O2H2S(g)+3I22HI+S(s)2H2S(g)+4Br2+4H2O 2H2SO4+8HBr第34页/共78页2/22/2023351溶解性2.6 硫 化 物 金属硫化物大多数有颜色且难溶于水,只有碱金属的硫化物易溶。根
18、据Ksp的大小,金属硫化物在酸中的溶解度不同。HgS的Ksp最小,它只能溶于王水;由于形成配合物HgS还可以溶于Na2S。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)Na2S、(NH4)2S易氧化,常含有多硫化物 (3)大多数金属硫化物不溶于水 (4)Al2S3、Cr2S3强烈水解。第35页/共78页2/22/202336加络合剂加氧化剂或还原剂,加H+,HS-,H2S加氧化剂,S减少(S2-)减少(M2+)溶度积原理:MS(s)=M2+S2 Ksp=M2+S2 MS(s)溶解的条件是:(M2+)(S2-)0.21moldm-3,Zn2+不沉
19、淀。第39页/共78页2/22/202340 (2)求Pb2+沉淀完全时溶液的H+:定量分析:残存 Mn+110-6 moldm-3 定性分析:残存 Mn+0.21 moldm-3H+小于3.0moldm-3 时,Pb2+沉淀完全。只需保持H+稍大于0.21 moldm-3,就可使Pb2+沉淀完全,而Zn2+不沉淀。(常用H+=0.30 mol.dm-3)第40页/共78页2/22/202341酸性碱性两性酸性碱性氧化性H2SH2ONaSHNaOHNa2SNa2OAs2S3As2O3As2S5As2O5Na2S2Na2O2碱性、酸性、两性硫化物与氧化物的比较第41页/共78页2/22/2023
20、421形成2.7 多 硫 化 物 S2X2Na2S+(x1)S=Na2Sx(Sx)2随着硫链的变长颜色:黄橙红遇酸不稳定:1)S(xS(g)HSH 2HS2x22x氧化性:2322SnSSSnS还原性:243226SOOFe8OFeS32多硫化物的性质第42页/共78页2/22/202343Na2S水溶液中含Na2Sx,加H+可得H2S和S(变浑浊):2Na2S+O2 2H2O 2S+4NaOH Na2S+S Na2S2 Na2S2 过硫化钠 Na2S2+2H+=H2S2 +2Na+3.Na2S制备:H2S +S第43页/共78页2/22/202344 2.8 硫的氧化物1分类(自学)p.53
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