宋天佑版无机化学 第16章氧族元素

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第十六章§16-1 §16-2 §16-3

氧族元素

氧、臭氧、过氧化氢 硫和它的化合物 硒和碲(略)

2012-10-27

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一、氧在自然界中的分布 二、氧的制备和空气液化 三、氧的结构、性质和用途 四、臭氧 五、氧的成键特征 六、氧化物2012-10-27 2

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同位素 ─

高空约25km高度 (99.76%)(0.04%)(0.2%) 有一臭氧层，0.2ppm, 其作用滤掉约99%的 H2O18 ─ 重氧水(分馏水富集O18) 太阳辐射。 同素异形体─ O2 ,O3吸 高 能 紫 外 辐 射 ( 100-240nm)

O16 ,

O17

,

O18

O2吸 220-320nm紫 外 辐 射

O3

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1.空气液化 (97%) 物理方法液化空气，然后分馏制氧。 2.电解水(3%) 3.氧化物或含氧酸盐的热分解 HgO→Hg+O2 ; BaO2→BaO+O2 NaNO3→NaNO2+O2 ; KClO3→KCl+O2

O 2 [KK( σ

2s

)

2

(σ

*

2s )

2

(σ

2p

)x

2

(π

2p

)y

2

(π

2 pz

)

2

* 1 * 1 ( π 2 py ) ( π 2 pz ) ]

O

O

1个σ键,2个3电子π键,顺磁性(液、固)

加压O2: O4(抗磁性物质) 水中含 O2·2O,O2· 2O 水生动植物生存基础. H 2H2012-10-27 4

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1.结构

Sp2杂化

Π34 平面三角形，键角117°

E3φ3

抗 磁

E0ψ0 ψ0 ψ0 φ2

E 2= E 0 E1φ1

性

两侧O原子的p轨道上各有一个单电子 中心O原子未参加杂化 的p轨道上有一对电子2012-10-27 5

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2.性质和用途①物理性质：特殊腥臭味(雷雨天可闻到),液态臭氧显 较深的兰色(液氧淡兰色),O3沸点(161K)>O2沸点(90K) (?). ②化学性质： A 不稳定，常温分解慢，加热200℃以上分解快。

2O3B 氧化性* O3+2I-+2H+=I2+O2+H2O CH3CH=CHCH3+O3→2CH3CHO;CN-

3O2EBθ(O3/O2)=1.24V(用于测混合气中的O3量) CH3CH2CH=CH2+O3→CH3CH2CHO+HCHO

EAθ(O3/O2)=2.07V

O3

OC N

-

O3

CO 2 +N 2 +O 22012-10-27 6

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⑴ 单质+O2

S+O2→SO2 ;P4+O2→P4O6(P4O10)

⑵ 氢氧化物或含氧酸盐热分解 Cu(OH)2=CuO+H2O ; CaCO3=CaO+CO2↑ ⑶ 高价氧化物热分解或氢还原→低价氧化物 PbO2→PbO ⑷ 单质+硝酸 Sn+HNO3→SnO2+NO↑+H2O

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氧化物通式M 2O

氧化物举例Li2O;Na2O;K2O;Rb2O;Cs2O BeO;MgO;CaO;SrO;BaO;ZnO;MnO;CoO Al2O3;Sc2O3;Y2O3;Ln2O3(镧系氧化物) CeO2;TbO2;UO2;SnO2;PbO2;TiO2;WO2 Pb3O4;Mn3O4;Fe3O42012-10-27 8

离 子 型 氧 化 物

MO M 2O 3 MO2 M 3O 4

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非金 简单分子氧化物 属元 素 巨型分子氧化物 共 价 18电子外壳的氧 型 化物 氧 化 金属 18+2电子外壳的 物 元素 氧化物 8电子外壳高电 荷的氧化物

H;Cl;Br;I;S;Se;

Te;N;P;C的氧化物 B2O3;SiO2 Ag2O;Cu2O PbO;SnO Mn2O72012-10-27 9

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⑴ 多数离子型氧化物熔点较高 BeO(2803K);MgO(3073K);CaO(2853K) ⑵ 巨型分子共价型氧化型熔点高 SiO2(1986K) ⑶ 多数共价和少数离子氧化物熔点低 CO2(194.5K);OsO4(322.5K)2012-10-27 10

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氧化物与水的作用，可分为四种类型：

⑴ 溶于水但无显著化学作用.如:RuO4 ;OsO4等⑵ 与

水作用生成可溶性水合物。如： Na2O;BaO;CO2;P2O5 ;SO3等

⑶ 与水作用生成不溶性水合物。如： BeO;MgO;Sc2O3;Sb2O3等 ⑷ 既难溶于水又不与水作用。如：SiO2;Fe2O3 ; MnO2等

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酸碱氧化物的分类：⑴ 酸性氧化物。大多数非金属氧化物，高氧 化态的 金属氧化物。如：CO2;Mn2O7 ⑵ 碱性氧化物。大多数金属氧化物。如：Na2O,MgO ⑶ 两性氧化物。部分金属氧化物 (BeO;Al2O3;ZnO;Cr2O3等)及少数非金属氧化物 (As4O6;Sb4O6;TeO2等) ⑷ 中性氧化物。不显酸碱性的氧化物。如： CO;NO;N2O ⑸ 复杂氧化物。Fe3O4;Pb3O4

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氧化物酸碱性变化的一般规律：⑴ 同周期各元素最高氧化态的氧化物，从左到右碱性→两性 →酸性 Na2O;MgO(碱性) 性) Al2O3(两性) SiO2;P4O10;SO3;Cl2O7(酸

⑵ 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 N2O3;P4O6(酸性) As4O6;;Sb4O6(两性) Bi2O3 (碱性)

⑶ 同一元素不同氧化态的氧化物，其酸性随氧化数的升高 而增强 As4O6 两性 ; As4O10 酸性 PbO 碱性 ; PbO2 两性

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一、过氧化氢的分子构

sp3

二、过氧化氢的性质和用途1.物理性质：纯态为淡兰色粘稠液体，极性(μ=2.26D)比水 大(U=1.87D),缔合度比水大，沸点(423K)比水高,熔点 (272K)与水接近。常用3%(双氧水),30-35%2012-10-27 14

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2.化学性质：

E

A

/V

O2 O2

0 . 6824 0 . 076

H 2O 2 HO 2

1 . 776

H 2O

E

B

/V

0 . 878

OH

⑴不稳定性 低温或高纯度时比较稳定，光照、加 热、微量杂质或重金属离子等都可加速分解 2H2O2=2H2O+O2↑ MnO2催化H2O2分解机理

H2O2+MnO2+2H+ = Mn2++O2↑+2H2O 1.228V>0.6824VH2O2+Mn2+ = MnO2+2H+ 1.776V>1.228V

(Fe3+能否催化H2O2分解？0.771V) ⑵弱酸性 2H2O2 H++HO2K1=1.55×10-122012-10-27 15

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* ⑶氧化还原性(不给体系引入新杂质) 氧化性 H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O (5H2O2+I2=2HIO3+4H2O 2HIO3+5H2O2=I2+5O2↑+6H2O)摇摆反应

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三、过氧化氢的制备实验室：Na2O2+H2SO4+10H2O = Na2SO4· 2O + H2O2 10H工业：(1)BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

(2)电解: 2NH4HSO4=(NH4)2S2O8 + H2(NH4)2S2O8 + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2OC 2H5 (3)异丙醇氧化法CH3CH(OH)CH3d 2=CH3COCH3+H2O2 +O PC 2 H5 OH

H2

(4)蒽醌法OOH C 2 H5 OH

OC 2H5

O2OH

H 2O 2

O

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一、单质硫 二、硫原子的成键特征 三、硫的制备、性质和用途 *四、硫化氢和硫化物 *五、硫的氧化物 *六、硫的含氧酸及其盐

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一、单质硫密度/g cm-3 颜色 稳定性斜方硫 单斜硫 弹性硫 2.06 1.99 230℃的熔 黄色 浅黄色 融硫用冷 <95.5℃ >95.5℃ 水速冷长链状，有弹性， 难溶溶剂。

化学式S8,环状皇冠结 构,难溶于水，易溶CS2

硫的同素异形(性)体：S8、S6、S4、S22012-10-27 19

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斜方硫

单斜硫

S8结构

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弹性硫的形成:

230℃

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