《氧族元素》PPT課件.ppt

2021-4-23 1 9.1 氧 族 元 素 的 通 性 9.2 氧 、 臭 氧 9.3 水* 9.4 過 氧 化 氫* 9.5 硫 和 它 的 化 合 物 第 九 章 氧 族 元 素 2021-4-23 2 元 素 符 號 O S Se Te價 電 子 層 結 構 2s22p4 3s23p4 4s24p4 5s25p4主 要 氧 化 數(shù) -2,-1,0 -2, 0, +2, +4, +6原 子 、 離 子 半 徑 逐 漸 增 大第 一 電 離 能 逐 漸 減 小第 一 電 子 親 合 能( KJ mol-1 ) 141 ？ 200 195 190電 負 性 3.44 2.58 2.55 2.1單 鍵 離 解 能 142 ？ 268 172 126（ 非 ） 金 屬 性 非 金 屬 準 金 屬 2021-4-23 3 一 、 氧 的 制 備 和 空 氣 液 化 二 、 氧 的 結 構 、 性 質(zhì) 和 用 途 三 、 臭 氧 四 、 氧 的 成 鍵 特 征 五 、 氧 化 物 2021-4-23 4 1.空 氣 液 化 P320 物 理 方 法 液 化 空 氣 ， 然 后 分 餾 制 氧 。2.電 解 水3.氧 化 物 或 含 氧 酸 鹽 的 熱 分 解 HgO Hg+O2 ; NaNO3 NaNO2+O2 ; KClO3 KCl+O2 2021-4-23 5 1.氧 氣 的 性 質(zhì) 常 溫 下 ， O2無 色 無 味 無 臭 ； O2為 非 極 性 分 子 ，H 2O為 極 性 溶 劑 ， 故 O2在 H 2O中 溶 解 度 很 小 ； 在 水 中有 水 合 氧 分 子 存 在 。 P321 水 合 氧 分 子 示 意 圖 水 中 存 在 的 少 量 氧 氣 是 水 生 動 植 物 賴 以 生 存 的 基 礎 。 O2H 2O O2 2 H 2O 2021-4-23 6 2、 氧 化 物 酸 堿 性 規(guī) 律 P322 （ 1） 同 周 期 元 素 的 最 高 價 氧 化 物 從 左 到 右 酸 性 增 強 。 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 b b b,a a a a a ( 2 ) 同 主 族 相 同 氧 化 數(shù) 氧 化 物 從 上 到 下 堿 性 增 強 。 N2O3 P2O3 As2O3 Sb2O3 Bi2O3 a a a,b a,b b （ 3） 同 一 元 素 不 同 氧 化 數(shù) 的 氧 化 物 ， 氧 化 數(shù) 高 的 酸 性 強 ，氧 化 數(shù) 低 的 堿 性 強 。 MnO MnO 2 MnO3 Mn2O7 b a,b a a 2021-4-23 7 1.結 構 P322 sp2不 等 性 雜 化 34 平 面 三 角 形 ， 鍵 角 117 2021-4-23 8 sp2 雜 化 軌 道 中 的 單 電 子 軌 道 ，與 配 體 氧 的 2py 軌 道 成 鍵 ， 確 定了 分 子 “ V ” 字 形 結 構 。 并 確 定 了 O3 的 分 子 平 面 。 2021-4-23 9 中 心 的 2pz 軌 道 和 兩 個 配 體 的 2pz 軌 道 均 垂 直 于 分 子 平 面 ， 互 相重 疊 。 2021-4-23 10 共 有 4 個 電 子 中 心 2 個 ，配 體 1 2 個 ， 在 這 3 個 pz 軌 道 中運 動 ， 形 成 3 中 心 4 電 子 大 鍵 ，表 示 成 。 2021-4-23 11 多 年 來 ， 還 原 性 氣 體 SO2， H 2S 的 大 量 排 放 對 臭 氧 層 有 破壞 作 用 2021-4-23 12 此 項 研 究 曾 獲 得 1995 年 度 Nobel 化 學 獎 。 尤 其 是 制 冷 劑 氟 利 昂 （ 一 種 氟 氯代 烴 ） 放 出 的 Cl 是 O3 分 解 的 催 化 劑 ，對 臭 氧 層 有 長 期 的 破 壞 作 用 。 對 此 應 嚴 加 控 制 。 2021-4-23 13一 、 水 的 結 構二 、 水 的 物 理 性 質(zhì)三 、 水 的 污 染 與 凈 化 2021-4-23 14 一 、 水 的 結 構 sp3不 等 性 雜 化 OH H104.5 氫 鍵 :37.6 kJ mol-1范 德 華 力 ： 12.5 kJ mol-1 2021-4-23 15 二 、 水 的 物 理 性 質(zhì)1.偶 極 矩 1.87D， 極 性 大2.比 熱 容 4.0868 103Jkg-1K-1 所 有 液 態(tài) 、 固 態(tài) 物 質(zhì) 中 最 大 （ 調(diào) 節(jié) 氣 溫 ） 。3.密 度 4 （ 277K） 最 大 ， 1.0gcm-3 由 于 水 分 子 是 極 性 很 強 的 分 子 ， 能 通 過 氫 鍵 結 合 成 締 合 分 子（ 多 個 水 分 子 組 合 在 一 起 )， 最 典 型 的 兩 種 是 (H 2O)2和 (H 2O)3，前 者 稱 為 雙 分 子 締 合 水 分 子 。 當 溫 度 升 高 到 3.98 (101kPa)時 水分 子 多 以 雙 分 子 締 合 水 分 子 的 形 式 存 在 ， 分 子 占 據(jù) 空 間 相 對 減小 ， 此 時 水 的 密 度 最 大 。 2021-4-23 16 4.與 同 族 其 它 氫 化 物 相 比 ， 熔 、 沸 點 ；熔 化 熱 ； 蒸 發(fā) 熱 等 異 常 高 。 2021-4-23 17 三 、 水 的 污 染 與 凈 化1.水 的 污 染 ： 有 毒 物 ； 非 毒 營 養(yǎng) 物 ； 熱 污 染2.水 的 凈 化 飲 用 水 自 然 沉 降 除 泥 沙 ， Al(OH)3 除 懸 浮 物 , Cl2殺 菌 除 臭 硬 水 軟 化 化 學 法 除 Ca2+,Mg2+,離 子 交 換 法 實 驗 室 用 水 蒸 餾 水 ， 電 導 水 ， 離 子 交 換 水 2021-4-23 18 熱 污 染 所 謂 熱 污 染 ， 是 指 現(xiàn) 代 工 業(yè) 生 產(chǎn) 和 生 活 中 排 放 的廢 熱 所 造 成 的 環(huán) 境 污 染 。 熱 污 染 可 以 污 染 大 氣 和 水 體 ?；?力 發(fā) 電 廠 、 核 電 站 和 鋼 鐵 廠 的 冷 卻 系 統(tǒng) 排 出 的 熱 水 ，以 及 石 油 、 化 工 、 造 紙 等 工 廠 排 出 的 生 產(chǎn) 性 廢 水 中 均 含有 大 量 廢 熱 。 這 些 廢 熱 排 入 地 面 水 體 之 后 ， 能 使 水 溫 升高 。 在 工 業(yè) 發(fā) 達 的 美 國 ， 每 天 所 排 放 的 冷 卻 用 水 達 4.5億 立 方 米 ， 接 近 全 國 用 水 量 的 1 3； 廢 熱 水 含 熱 量 約2500億 千 卡 ， 足 夠 2.5億 立 方 米 的 水 溫 升 高 10 。 造 成 熱 污 染 最 根 本 的 原 因 是 能 源 未 能 被 最 有 效 、 最合 理 地 利 用 。 2021-4-23 19 溫 室 氣 體 的 種 類 ？ 大 氣 層 中 的 溫 室 氣 體 主 要 包 括 水 汽 (H2O)、 二 氧 化碳 (CO2)、 甲 烷 (CH4)、 氧 化 亞 氮 (N2O)、 氟 氯 碳 化 物(CFCs)、 臭 氧 (O3)， 而 一 個 氟 氯 碳 化 物 分 子 的 溫 室 效 應是 一 個 二 氧 化 碳 分 子 的 數(shù) 千 倍 到 一 萬 多 倍 ， 一 個 甲 烷 分子 的 效 應 則 為 二 氧 化 碳 分 子 的 21倍 ， 氧 化 亞 氮 為 206倍 ，不 過 ， 由 于 二 氧 化 碳 的 含 量 遠 大 于 其 他 氣 體 的 含 量 ， 因此 二 氧 化 碳 的 溫 室 效 應 仍 是 最 大 的 。 其 中 ， 二 氧 化 碳 所 造 成 的 溫 室 效 應 占 了 55%， 氟 氯碳 化 物 24%， 甲 烷 15%， 氧 化 亞 氮 6%。 2021-4-23 20一 、 過 氧 化 氫 的 分 子 結 構二 、 過 氧 化 氫 的 性 質(zhì) 和 用 途三 、 過 氧 化 氫 的 制 備 2021-4-23 21 一 、 過 氧 化 氫 的 分 子 結 構 P325sp3不 等 性 雜 化 2021-4-23 22 二 、 過 氧 化 氫 的 性 質(zhì) 和 用 途1.物 理 性 質(zhì) ： 純 態(tài) 為 淡 蘭 色 粘 稠 液 體 ， 極 性（ U=2.26D） 比 水 大 （ U=1.87D） ， 締 合 度 比水 大 ， 沸 點 （ 423K ） 比 水 高 ,熔 點 （ 272K ） 與水 接 近 。 常 用 3%（ 雙 氧 水 ） ， 30-35%2.化 學 性 質(zhì) ： OH878.0H O076.0OV/ OH776.1OH6824.0OV/ 22B 2222A 2021-4-23 23 不 穩(wěn) 定 性 低 溫 或 高 純 度 時 比 較 穩(wěn) 定 ， 光 照 、加 熱 、 微 量 雜 質(zhì) 或 重 金 屬 離 子 等 都 可 加 速 分 解 * MnO2催 化 H 2O2分 解 機 理 P326 H 2O2 + MnO2 + 2H + = Mn2+ + O2+ 2H 2O 1.23V 0.68V H 2O2 + Mn2+ = MnO2 + 2H + 1.78V 1.23V 2H 2O2=2H 2O+O2 弱 酸 性 2H2O2 H+HO2- K 1=1.55 10-12 2021-4-23 24 P325 PbS+4H2O2=PbSO4 +4H2O （ 油 畫 漂 白 ） Pb2+2H2O2=PbO2+2H2O(中 性 ） 2CrO2-(綠 ） +3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O還 原 性 5H2O2+2MnO4-+6H+ = 2Mn2+ +5O2 +8H2O P326 H2O2 + Cl2= 2HCl + O2 （ 工 業(yè) 除 Cl2） 2021-4-23 25 介 質(zhì) 對 H2O2氧 化 還 原 性 的 影 響 H2O2+2NaOH+MnSO4=MnO2 +Na2SO4+2H2O H2O2+H2SO4+MnO2=MnSO4+O2 +2H2O 補 充 ：MnO4-+還 原 劑(紫 紅 ) Mn2+(強 酸 性 ） -淺 粉 溶 液MnO2（ 中 性 ） -棕 色 沉 淀MnO42-(堿 性 ） -綠 色 溶 液 2021-4-23 26 4.用 途 漂 白 劑 （ 漂 白 油 畫 、 絲 織 品 、 毛 織 品 等 ） 、消 毒 劑 、 殺 菌 劑 。 濃 度 30%會 灼 燒 皮 膚 。三 、 過 氧 化 氫 的 制 備 P329 實 驗 室 ： BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2 電 解 : 2NH4HSO4 =（ NH4） 2S2O8 + H2 水 解 :（ NH4） 2S2O8 + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2 2021-4-23 27 一 、 單 質(zhì) 硫 二 、 硫 的 制 備 、 性 質(zhì) 和 用 途*三 、 硫 化 氫 和 硫 化 物*四 、 硫 的 氧 化 物*五 、 硫 的 含 氧 酸 及 其 鹽 2021-4-23 28 一 、 單 質(zhì) 硫 P329 斜 方 硫 單 斜 硫 彈 性 硫密 度 /gcm-3 2.06 1.99 190 的 熔顏 色 黃 色 淺 黃 色 融 硫 用 冷穩(wěn) 定 性 95.5 95.5 水 速 冷 化 學 式 S8， 環(huán) 狀 皇 冠 結 構 。 長 鏈 狀 ， 有 彈 性 ，難 溶 溶 劑 。硫 的 同 素 異 形 體 ： S 8、 S6、 S4、 S2 2021-4-23 29斜 方 硫 單 斜 硫S8結 構 2021-4-23 30 彈 性 硫 的 形 成 實 驗 2021-4-23 31 二 、 硫 的 制 備 、 性 質(zhì) 和 用 途 制 備 ： 3FeS2 + 12C + 8O2 = Fe3O4 + 12CO + 6S 性 質(zhì) ： 難 溶 于 水 ， 易 溶 于 CS2 用 途 ： 大 部 分 用 于 制 硫 酸 2021-4-23 32 三 、 硫 化 氫 和 硫 化 物1.H2S P330制 備 FeS+H2SO4=H2S+FeSO4 （ 少 量 制 備 ） Na2S+H2SO4=H2S+Na2SO4 （ 大 量 制 備 ）物 性 無 色 、 臭 雞 蛋 味 的 氣 體 ， 微 溶 于 水 ， 飽 和 溶 液 濃 度 0.1 moldm-3。 2021-4-23 33 H2S的 代 用 品 -硫 代 乙 酰 胺 （ TAA） CH3CSNH2 + H2O = CH3COO- + NH4+ + H2S 化 性 ： 二 元 弱 酸 K1=1.3 10-8 K2=7.1 10-15 P330 還 原 性 EA = 0.14V EB = -0.45V 2H2S+3O2(充 足 ） =2SO2+2H2O 2H2S+O2(不 充 足 ） =2S+H2O 2H2S+SO2=3S +2H2O H 2S+I2=2HI+S H2S+2FeCl3= S +2FeCl2+2HCl 2021-4-23 34 2.硫 化 物 硫 化 物 的 水 解堿 金 屬 硫 化 物 S2-+H2O = HS-+OH- （ 強 堿 性 ）堿 土 金 屬 硫 化 物 2CaS+2H2O=Ca(HS)2+Ca(OH)2部 分 高 價 金 屬 硫 化 物 Al2S3+6H2O=2Al(OH)3 +3H2S Cr2S3+6H2O=2Cr(OH)3 +3H2S 水 溶 液 中 不 存 在 ， 干 法 制 2021-4-23 35 2.多 硫 化 物 P331制 備 ： 可 溶 性 金 屬 硫 化 物 （ 濃 ） + 硫 粉 S2-+（ x-1)S=Sx2- (x=2-6)溶 液 一 般 黃 色 ， x增 大 ， 溶 液 顏 色 黃 橙 紅性 質(zhì) ： 類 同 過 氧 化 物 ， 既 有 氧 化 性 又 有 還 原 性 Na2S2+SnS = Na2SnS3(硫 代 錫 酸 鈉 ） 3FeS2+8O2 = Fe3O4+6SO2 * 酸 中 歧 化 分 解 S 22-+2H+=H2S +S 2021-4-23 36 1.SO2 P333 結 構 ： 類 同 O3 ， V型 ， 2個 鍵 ， 一 個 34（ 3中 心 ， 4電 子 ）四 、 硫 的 氧 化 物 2021-4-23 37 物 性 ： 無 色 刺 激 性 氣 體 ， 易 溶 于 水 ； 大 氣 污 染 物 。 化 性 ： 既 有 氧 化 性 又 有 還 原 性 （ 主 ） SO2 + H 2S（ 水 ） = 3S+ 2H 2O SO2 + 2CO = S+ 2CO2 2SO2 + O2 = 2SO3 5SO2 + 2MnO4- + 2H 2O = 5SO42- + 2Mn2+ + 4H + 2021-4-23 38 SO3(s) SO3(l) SO3(g)17 44.8常 溫 純 態(tài) 為 液 體 SO3極 易 吸 水 ， 在 空 氣 中 強 烈 冒 煙 ， 溶 于水 生 成 H2SO4， 并 放 出 大 量 熱 ， 熱 使 水 蒸 發(fā) ，所 產(chǎn) 生 的 水 蒸 氣 與 SO3形 成 酸 霧 ， 影 響 吸 收 。工 業(yè) 上 用 濃 H2SO4吸 收 。 強 氧 化 劑 ： 10SO3+P4=P4O10+10SO22.SO3 2021-4-23 39 1.亞 硫 酸 及 其 鹽亞 硫 酸 不 穩(wěn) 定 ： SO2水 合 物酸 性 ： 中 強 二 元 酸 K1 10-2;K2 10-7氧 化 還 原 性 ： H2SO3+H2S =3S+3H2O 2H2SO3+O2 = 2H2SO4五 、 硫 的 含 氧 酸 及 其 鹽 2021-4-23 40 2.連 二 亞 硫 酸 鈉 （ 保 險 粉 ） -白 色 固 體 P344制 備 (無 氧 ） ： 2NaHSO3+Zn=Na2S2O4+Zn(OH)2還 原 性 : 水 溶 液 置 于 空 氣 中 即 被 氧 化 。 2Na2S2O4+O2+2H2O=4NaHSO3 Na2S2O4+O2+H2O=NaHSO3+NaHSO4用 途 ： 印 染 工 業(yè) 的 重 要 還 原 劑 。 主 用 于 染 料 合成 、 造 紙 、 保 存 食 物 和 醫(yī) 學 等 工 業(yè) 部 門 。 2021-4-23 41 （ 1） H2SO4的 物 理 性 質(zhì) ： 純 態(tài) 為 無 色 油 狀 液 體 。98.3%（ 18.0 moldm-3)濃 硫 酸 ， 沸 點 高 。 （ 2） H2SO4的 化 學 性 質(zhì)吸 水 性 吸 游 離 水 ， 做 干 燥 劑 脫 水 性 C12H 22O1112C+11H 2O 酸 性 稀 硫 酸 為 二 元 強 酸 ， 具 有 酸 的 一 切 通 性3、 H 2SO4及 其 鹽 P337 2021-4-23 42氧 化 性稀 酸 （ H +） ： Zn+H 2SO4=ZnSO4+H 2濃 酸 （ S） ： Zn+2H 2SO4(濃 )=ZnSO4+SO2+2H 2O C+2H 2SO4(濃 )=CO2+2SO2+2H 2O 2021-4-23 43 P339 CuSO45H2O 藍 礬 或 膽 礬 ； FeSO47H2O 綠 礬 ； ZnSO47H2O 皓 礬 礬 ： 帶 結 晶 水 的 過 渡 金 屬 硫 酸 鹽 。硫 酸 鹽 的 用 途 ： Al2（ SO4） 3為 凈 水 劑 ， 造 紙 充 填 劑 和 媒 染 劑 ； CuSO45H2O是 消 毒 劑 和 農(nóng) 藥 FeSO47H2O農(nóng) 藥 和 治 療 貧 血 的 藥 劑 2021-4-23 44 * 5、 硫 代 硫 酸 及 其 鹽 P342常 用 ： Na2S2O35H2O-海 波 、 大 蘇 打 制 法 ： Na2SO3+S(煮 沸 ） =Na2S2O3 2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2 (制 備 液 控 制 在 堿 性 范 圍 ） 物 性 ： 無 色 透 明 結 晶 ， 易 溶 于 水 ， 水 溶 液 弱 堿 性 化 性 ： 穩(wěn) 定 性 中 性 、 堿 性 溶 液 中 很 穩(wěn) 定 ， 酸（ PH 4.6） 中 迅 速 分 解 。 Na 2S2O3+2HCl=2NaCl+S +SO2 +H2O（ 鑒 定 ） 2021-4-23 45 還 原 性 中 強 還 原 劑 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI(定 量 測 碘 ） Na2S2O3+4Cl2（ Br2)+5H2O=Na2SO4+H2SO4+8HCl 配 位 性 AgBr+2Na2S2O3=Na3Ag(S2O3)2+NaBr AgNO3(過 量 )+Na2S2O3 Ag2S2O3 (白 ) Ag2S (黑 )+H2SO4 2021-4-23 46 過 二 硫 酸 （ H2S2O8） 為 強 氧 化 劑 ， 可 使 紙 炭 化 ，能 燒 焦 石 蠟 。 制 備 ： 電 解 H2SO4與 （ NH4） 2SO4的 混 合 液2 H S O 4 - 電 解 S 2 O 8 2 - + H 2 6、 過 二 硫 酸 及 其 鹽 P343 H2SO4（ HO-SO3H） HO- + -SO3H（ 磺 酸 基 ） 2021-4-23 47 所 有 過 硫 酸 及 其 鹽 都 是 強 氧 化 劑 E （ S2O82-/SO42-） =2.01V過 二 硫 酸 及 其 鹽 均 不 穩(wěn) 定 ， 加 熱 時 容 易 分 解 2K2S2O8 2K2SO4+2SO3+O2 2Mn2+5S2O82-+8H2O 2MnO4-+10SO42-+16H+Ag+