無(wú)機(jī)化學(xué)課件第十一章鹵素和氧族2-精品

1、氧族元素第十一章 鹵素和氧族元素第三節(jié) 氧族元素 無(wú)機(jī)化學(xué)多媒體電子教案 7/26/20221課件11-3-1 氧族元素概述0AAA A AHe 氦2B 硼C 碳N 氮O 氧F 氟Ne 氖3Al 鋁Si 硅P 磷S 硫Cl 氯Ar 氬4Ga 鎵Ge 鍺As 砷Se 硒B(niǎo)r 溴Kr 氪5In 銦Sn 錫Sb 銻Te 碲I 碘Xe 氙6Tl 鉈Pb 鉛Bi 鉍 Po At 砹Rn 氡稱(chēng)為氧族元素11-3-1 氧族元素概述 7/26/20222課件11-3-1 氧族元素概述 A氧(O)硫(S)硒(Se)碲(Te)(Po)原子序數(shù)816345284價(jià)層電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s2

2、5p46s26p4主要氧化數(shù)-1、-2 、 0-2 、0 、 +4 、+6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-原子半徑/pm66104117137153離子 半徑 r(M2-)/pm140184198221-r(M6+)/pm-29425667I1/(kJmol-1) 13141000941869812電負(fù)性 ( ) 3.52.52.42.12.0以單質(zhì)存在。為分布最廣的成礦元素，很多金屬在地殼中以氧化物、硫化物形式存在為稀散元素。在自然界無(wú)單質(zhì)存在，常存在于重金屬硫化物礦中p 放射性 元素7/26/20223課件11-3-1 氧族元素概述 A氧(O)硫(

3、S)硒(Se)碲(Te)(Po)原子序數(shù)816345284價(jià)層電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4主要氧化數(shù)-1、-2 、 0-2 、0 、 +4 、+6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-原子半徑/pm66104117137153離子 半徑 r(M2-)/pm140184198221-r(M6+)/pm-29425667I1/(kJmol-1) 13141000941869812電負(fù)性 ( ) 3.52.52.42.12.0p 為生命元素。富氧空氣或 純氧用于醫(yī)療和高空飛行， 大量的純氧用于煉鋼。液 氧常用作制冷劑和火箭發(fā)

4、 動(dòng)機(jī)的助燃劑為火藥(KClO3、S、C) 主角。有斜方硫、單斜硫 等二十多種 同素異形體少量硒對(duì)人體新陳代謝起 調(diào)節(jié)作用，過(guò)量則有毒。 有光電性質(zhì)，用于電影、 傳真和制造光電管可制造合金。在 所有金屬中電阻 最高，用于制造 電阻器材半衰期為138.7 天。 是居里夫人于1898 年發(fā)現(xiàn)的7/26/20224課件11-3-1 氧族元素概述 A氧(O)硫(S)硒(Se)碲(Te)(Po)原子序數(shù)816345284價(jià)層電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4主要氧化數(shù)-1、-2 、 0-2 、0 、 +4 、+6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-2 、 0 、 +2

5、 、+4 +6-原子半徑/pm66104117137153離子 半徑 r(M2-)/pm140184198221-r(M6+)/pm-29425667I1/(kJmol-1) 13141000941869812電負(fù)性 ( ) 3.52.52.42.12.0p 典型非金屬 準(zhǔn)金屬 金屬金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱增大增大減小減小7/26/20225課件11-3-1 氧族元素概述 A氧(O)硫(S)硒(Se)碲(Te)(Po)原子序數(shù)816345284價(jià)層電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4主要氧化數(shù)-1、-2 、 0-2 、0 、 +4 、+6-2 、 0 、 +2

6、、+4 +6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-原子半徑/pm66104117137153離子 半徑 r(M2-)/pm140184198221-r(M6+)/pm-29425667I1/(kJmol-1) 13141000941869812電負(fù)性( ) 3.52.52.42.12.0p 典型非金屬 準(zhǔn)金屬 金屬價(jià)層電子構(gòu)型為ns2np4，其原子獲兩個(gè)電子可達(dá)到穩(wěn)定電子層結(jié)構(gòu)，即有較強(qiáng)的非金屬性 常見(jiàn)的氧化數(shù)為-2 硫、硒、碲還可利用外層d軌道形 成氧化數(shù)為+2、+4、+6的化合物 7/26/20226課件11-3-1 氧族元素概述 A氧(O)硫(S)硒(Se)碲(Te)(Po)原子序數(shù)81

7、6345284價(jià)層電子構(gòu)型2s22p43s23p44s24p45s25p46s26p4主要氧化數(shù)-1、-2 、 0-2 、0 、 +4 、+6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-2 、 0 、 +2 、+4 +6-原子半徑/pm66104117137153離子 半徑 r(M2-)/pm140184198221-r(M6+)/pm-29425667I1/(kJmol-1) 13141000941869812電負(fù)性 ( ) 3.52.52.42.12.0p 與大多數(shù)金屬元素 形成 二元離子型化合物 與非金屬、金屬性較弱 的元素形成共價(jià)化合物 與大多數(shù)金屬元素 形成共價(jià)型化合物7/26/20227

8、課件11-3-2 氧氣和臭氧11-3-2 氧氣和臭氧 臭氧的形成 通過(guò)電子流、質(zhì)子流、 短波輻射(紫外線) h O2 + O O3通過(guò)閃電, 無(wú)聲放電也可生成O2 2Oh 7/26/20228課件11-3-2 氧氣和臭氧11-3-2 氧氣和臭氧 臭氧保護(hù)層存在于離地面20-40km的高空，是保護(hù)地 面生物免受太陽(yáng)強(qiáng)烈輻射的防御屏障近年來(lái)，由于大氣中NO、NO2等氮氧化物和氯氟化碳(CFCl3、CF2Cl2)等含量過(guò)多，使臭氧層遭到破壞，則必須采取措施來(lái)保護(hù)臭氧層7/26/20229課件11-3-2 氧氣和臭氧臭氧的分子結(jié)構(gòu) 2sO2psp2雜化2sO2psp2雜化2sO2psp2雜化 鍵 43

9、三中心 四電子 大鍵此大鍵為不定域鍵 或離域鍵臭氧分子中無(wú)單電子，為反磁性物質(zhì)7/26/202210課件11-3-2 氧氣和臭氧大 鍵 定義： 凡由三個(gè)或三個(gè)以上原子形成的 鍵 形成條件： (1)這些原子都在同一平面上 (2)每一原子有一互相平行的 p 軌道 (3)2p 軌道數(shù)目 p 電子數(shù) 表示符號(hào)： baa 組成大 鍵的原子數(shù)b 組成大 鍵的電子數(shù)7/26/202211課件11-3-2 氧氣和臭氧臭氧的性質(zhì) 淡藍(lán)色氣體，具有魚(yú)腥臭味-112C凝聚深藍(lán)色液體， -192.7C凝結(jié)為黑紫色固體易溶于水不穩(wěn)定 在常溫下緩慢分解， 200C以上分解較快7/26/202212課件11-3-4 過(guò)氧化

10、氫11-3-4 過(guò)氧化氫(H2O2) 分子結(jié)構(gòu) (動(dòng)畫(huà)) 7/26/202213課件11-3-4 過(guò)氧化氫物理性質(zhì) 常用的雙氧水為過(guò)氧化氫水溶液 濃度有30%和3% 無(wú)色粘稠液體,極性比水強(qiáng)，分 子間存在氫鍵 在固態(tài)和液態(tài)時(shí)分子易發(fā)生締合, 沸點(diǎn)(150C)比水高 與水可以任何比例互混7/26/202214課件11-3-4 過(guò)氧化氫化學(xué)性質(zhì) m2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g)加速分解因素(1)微量雜質(zhì)或重金屬離子(Fe3+、Mn2+、 Cr3+、Cu2+)及MnO2等以及粗糙活性表面 2H2O2 2H2O + O2 MnO2(2)在堿性介質(zhì)中分解較快 (3)光照可加速分解 (4

11、)常溫下分解緩慢，加熱促使分 解加快，153時(shí)發(fā)生爆炸反應(yīng)rH = -196.06 kJmol-1 不穩(wěn)定性，易分解7/26/202215課件11-3-4 過(guò)氧化氫化學(xué)性質(zhì) 2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g)mrH = -196.06 kJmol-1 減緩分解方法(1)儲(chǔ)存在光滑塑料瓶或棕色玻璃瓶中(2)置于陰涼處(3)加入穩(wěn)定劑,如錫酸鈉、焦磷酸鈉、 8-羥基喹啉等 不穩(wěn)定性，易分解7/26/202216課件化學(xué)性質(zhì) 例 如H2O2 + Ba(OH)2 BaO2 + 2H2O BaO2 可視為H2O2的鹽 -H2O2 H+ + HO2 Ka(1) = 2.310-12HO2 H

12、+ + O2 Ka(2) = 10-25 2-11-3-4 過(guò)氧化氫 弱酸性7/26/202217課件化學(xué)性質(zhì) O2 H2O2 H2O 0 -1 -2氧化劑 還原劑(1)在酸性和堿性介質(zhì)中均有氧化性 氧化性 酸性介質(zhì)堿性介質(zhì)11-3-4 過(guò)氧化氫 EA/V O2 H2O2 H2O 0.695 1.763EB/V O2 H2O2 HO2 -0.076 0.867- 氧化還原性7/26/202218課件化學(xué)性質(zhì) O2 H2O2 H2O 0 -1 -2還原劑 氧化劑(1)在酸性和堿性介質(zhì)中均有氧化性 氧化性 酸性介質(zhì)堿性介質(zhì)11-3-4 過(guò)氧化氫 E /VA O2 H2O2 H2O 0.695 1.

13、763E /VB O2 H2O2 HO2- -0.076 0.867 氧化還原性酸性介質(zhì) H2O2+2I-+2H+ I2+ 2H2O PbS+4H2O2 PbSO4 + 4H2O例演示此反應(yīng)用于油畫(huà)的漂白7/26/202219課件化學(xué)性質(zhì) O2 H2O2 H2O 0 -1 -2還原劑 氧化劑(1)在酸性和堿性介質(zhì)中均有氧化性 氧化性 酸性介質(zhì)堿性介質(zhì)11-3-4 過(guò)氧化氫 E /VA O2 H2O2 H2O 0.695 1.763E /VB O2 H2O2 HO2- -0.076 0.867堿性介質(zhì) 2Cr(OH)4-+3H2O2+2OH- 演示 2CrO4 + 8H2O例2- 氧化還原性7/

14、26/202220課件化學(xué)性質(zhì) O2 H2O2 H2O 0 -1 -2還原劑 氧化劑E /V A O2 H2O2 H2O 0.695 1.763E /V B O2 H2O2 HO2- -0.076 0.867(2)還原性較弱，只有遇到比它更強(qiáng) 的氧化劑才表現(xiàn)出還原性11-3-4 過(guò)氧化氫 氧化還原性2MnO4 +5H2O2+6H+ 2Mn2+5O2 +8H2O Cl2 + H2O2 2HCl + O2 例-7/26/202221課件用 途 優(yōu)點(diǎn)： 還原產(chǎn)物為水，不會(huì)引入雜質(zhì) 過(guò)量部分在加熱下即可分解為 水和氧氣逸出主要用作氧化劑11-3-4 過(guò)氧化氫 7/26/202222課件化學(xué)震蕩反應(yīng) 1

15、1-3-4 過(guò)氧化氫 某些反應(yīng)體系中, 有些組分的濃度會(huì) 忽高忽低, 呈周期性變化, 這種現(xiàn)象 稱(chēng)為化學(xué)震蕩 如 H2O2HIO3 Mn2+ CH2(COOH)2 體系7/26/202223課件化學(xué)震蕩反應(yīng) 如 H2O2HIO3 Mn2+ CH2(COOH)2 體系 A 400ml 30%H2O2溶液加水稀釋至1L B (42.8g KIO3 + 40ml 2molL-1 H2SO4) 加水稀釋至1L C (15.6g 丙二酸 + 3.38g MnSO4H2O + 0.3g 淀粉）加水稀釋至1L A、B、C等體積混合，溶液顏色周期性變化 “無(wú)色藍(lán)黑色無(wú)色藍(lán)黑色” 11-3-4 過(guò)氧化氫 演示7

16、/26/202224課件化學(xué)震蕩反應(yīng) 11-3-4 過(guò)氧化氫 主要反應(yīng): 5H2O2 + 2HIO3 I2 + O2 + 6H2OMn2+ 5H2O2 + I2 2HIO3 + 4H2O+)總反應(yīng) 2H2O2 O2 + 2H2O7/26/202225課件制 備 實(shí)驗(yàn)室： 冷的稀硫酸或稀鹽酸與過(guò)氧化鈉作用Na2O2 + H2SO4 + 10H2O Na2SO410H2O + H2O2 低溫11-3-4 過(guò)氧化氫 7/26/202226課件制 備 11-3-4 過(guò)氧化氫 (1) 電解硫酸氫銨 2NH4HSO4 (NH4)2S2O8 + H2 電解(陽(yáng)極) (陰極)(2)加入適量稀硫酸使過(guò)二硫酸銨水

17、解 (NH4)2S2O8+2H2O 2NH4HSO4+H2O2H2SO4工業(yè)： 電解法可循環(huán)使用7/26/202227課件制 備 以H2和O2為原料， 于有機(jī)溶劑(重芳烴和氫化萜松醇)中, 在2-乙基蒽醌和Pd的作用下反應(yīng) Pd催化H2 + O2 H2O2 2-乙基蒽醌11-3-4 過(guò)氧化氫 工業(yè)： 蒽醌法7/26/202228課件11-3-5 硫化氫、硫化物和多硫化物11-3-5 硫化氫、硫化物和多硫化物 硫化氫 1.制取 實(shí)驗(yàn)室常用硫化亞鐵和稀鹽酸反應(yīng)FeS + 2H+ Fe2+ + H2S 7/26/202229課件硫化氫 2.性質(zhì) 無(wú)色有腐蛋臭味的有毒氣體,有麻醉中樞神經(jīng)作用，吸入大量

18、H2S會(huì)造成昏迷甚至死亡。 空氣中允許的最大含量為0.01mgL-1。含H2S的工業(yè)尾氣和實(shí)驗(yàn)室廢氣不允許直接放空，可通入NaOH溶液H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O為存放和使用方便，常以硫代乙酰胺作為H2S的代用品 CH3CSNH2 + 2H2O CH3COO-+ NH4 + H2S+7/26/202230課件硫化氫 2.性質(zhì)熔、沸點(diǎn)比水低完全干燥的H2S穩(wěn)定,不與空氣中氧反應(yīng)H2S在空氣中燃燒 空氣充足 2H2S+3O2 2SO2 +2H2O 空氣不足 2H2S + O2 2S +2H2O為極性分子，極性比水弱還原性能溶于水，其水溶液叫氫硫酸 或硫化氫水7/26/202231

19、課件氫硫酸 1.二元弱酸 HS- H+ + S2- H2S H+ + HS-飽和溶液中，c(H2S)=0.1molL-1c(H+)2c (S2-)=1.410-20 用調(diào)節(jié)溶液酸度，改變c (S2-) 進(jìn)行金屬離子的分離K =1.110-7a(1)K =1.110-13a(2)c(H+)2c(S2-)=c(H2S) K K a(1)a(2)7/26/202232課件氫硫酸 2.還原性 易被空氣中氧氧化, 使溶液變渾濁2H2S + O2 2S + 2H2O H2S + 2FeCl3 S +2FeCl2+2HCl H2S + H2O2 S + 2H2O H2S +4Cl2 +4H2O H2SO4+

20、8HCl 在酸性和堿性介質(zhì)中均有還原性 但 堿性介質(zhì)酸性介質(zhì) E (S/H2S)=0.144VAE (S/S2-)=-0.407VB 產(chǎn)物視氧化劑強(qiáng)度而定，一般為S 7/26/202233課件硫化物 溶于 稀鹽酸 (0.3molL-1)難溶于稀鹽酸溶于 濃鹽酸難溶于濃鹽酸溶于濃硝酸溶于王水MnS CoS (肉色) (黑) SnS Sb2S3 (褐) (橙) CuS As2S3 (黑) (淺黃)HgS (黑)ZnS NiS (白) (黑)SnS2 Sb2S5 (黃) (橙) Cu2S As2S5 (黑) (淺黃)Hg2S (黑)FeS(黑)PbS CdS (黑) (黃) Ag2S(黑) Bi2S

21、3(暗棕)大多數(shù)難溶于水，并具有特征顏色 酸式鹽均易溶于水 堿金屬、NH4 、Ba2+的硫化物 易溶于水 堿土金屬(除BeS難溶)硫化物 微溶于水+7/26/202234課件硫化物 溶于 稀鹽酸 (0.3molL-1)難溶于稀鹽酸溶于 濃鹽酸難溶于濃鹽酸溶于濃硝酸溶于王水MnS CoS (肉色) (黑) SnS Sb2S3 (褐) (橙) CuS As2S3 (黑) (淺黃)HgS (黑)ZnS NiS (白) (黑)SnS2 Sb2S5 (黃) (橙) Cu2S As2S5 (黑) (淺黃)Hg2S (黑)FeS(黑)PbS CdS (黑) (黃) Ag2S(黑) Bi2S3(暗棕)大多數(shù)難

22、溶于水，并具有特征顏色此類(lèi)硫化物Ksp在10-2510-30之間, 與濃HCl反應(yīng),生成H2S和配合物,使c(M2+) 、c(S2-) , c(M2+)c(S2-)10-24 與稀HCl反應(yīng), 使c(S2-) c(M2+)c(S2-)Ksp 硫化物溶解 例 ZnS+2H+ Zn2+H2S 7/26/202235課件硫化物 溶于 稀鹽酸 (0.3molL-1)難溶于稀鹽酸溶于 濃鹽酸難溶于濃鹽酸溶于濃硝酸溶于王水MnS CoS (肉色) (黑) SnS Sb2S3 (褐) (橙) CuS As2S3 (黑) (淺黃)HgS (黑)ZnS NiS (白) (黑)SnS2 Sb2S5 (黃) (橙)

23、 Cu2S As2S5 (黑) (淺黃)Hg2S (黑)FeS(黑)PbS CdS (黑) (黃) Ag2S(黑) Bi2S3(暗棕)大多數(shù)難溶于水，并具有特征顏色此類(lèi)硫化物Ksp 10-30, 與濃HNO3反應(yīng), 生成S, 使c(S2-) ,c(M2+)c(S2-)100pm) 與 M3+(r = 5070pm) 堿金屬離子 Al3+、Fe3+、Co3+、 NH4 、Tl+ Cr3+、Ti3+ +7/26/202256課件硫酸鹽和礬 易形成含結(jié)晶水硫酸鹽溶解性熱穩(wěn)定性(1) 活潑金屬硫酸鹽在高溫下穩(wěn)定如 Na2SO4、 K2SO4、 BaSO4 (2) 一些重金屬硫酸鹽加熱分解2Ag2SO4

24、 4Ag +2SO3 +O2 CuSO4 CuO + SO3 SO4 鑒定BaCl2試劑2-SO4 + Ba2+ BaSO4 白色2-7/26/202257課件3.焦硫酸及其鹽3.焦硫酸及其鹽焦硫酸(H2S2O7) 無(wú)色晶狀固體焦硫酸可看作是由 兩分子硫酸脫去一分子水所得 O O H O S O H H O S O H O O 7/26/202258課件焦硫酸 無(wú)色晶狀固體SO3 + H2SO4 H2S2O7 H2S2O7 + H2O 2H2SO4 可由等物質(zhì)的量的SO3和純硫酸生成 與水作用生成硫酸 具有比硫酸更強(qiáng)的氧化性、吸水性 和腐蝕性 7/26/202259課件焦硫酸鹽 酸式硫酸鹽加熱

25、至熔點(diǎn)以上 脫水轉(zhuǎn)變?yōu)榻沽蛩猁}2KHSO4 K2S2O7 + H2O 受熱分解 K2S2O7 K2SO4 + SO3 7/26/202260課件焦硫酸鹽 Al2O3 +3K2S2O7 Al2(SO4)3+3K2SO4 Cr2O3+3K2S2O7 Cr2(SO4)3+3K2SO4 K2S2O7常用作酸性熔礦劑，使某些 不溶于水也不溶于酸的金屬礦物溶解 7/26/202261課件4.硫代硫酸及其鹽4.硫代硫酸及其鹽硫代硫酸鈉 俗名為大蘇打 商品名為海波Na2S2O35H2ONa2SO3 + S Na2S2O3 制取:將硫粉溶于沸騰的亞硫酸鈉溶液O O S O O2-O O S O S2-S2O3 可看作SO4 中的一個(gè)O被S取代2-2-7/26/202262課件硫代硫酸鈉 無(wú)色透明晶體，易溶于水 在堿性、中性溶液中穩(wěn)定， 在酸性溶液中不穩(wěn)定，發(fā)生分解常用此法來(lái)鑒定S2O3 S2O3 + 2H+ S + SO2 + H2O 2-