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氧族元素第17頁共17頁氧族元素介紹教學目的、要求:1、了解氧化物的分類。2、掌握臭氧、過氧化氫的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和用途。3、了解離域鍵的概念。4、掌握,亞硫酸,硫酸和它們相應(yīng)的鹽,硫代硫酸鹽,過二硫酸鹽的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備和用途以及它們之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系?!?氧族元素的通性ⅥA:五個元素,價層電子構(gòu)型為,位于區(qū),鹵族元素討論以氯為重點,注意氟的特殊性,氧族元素的討論以硫為重點,注意氧的特殊性。1、電子層構(gòu)型:都能結(jié)合2個電子形成氧化數(shù)為-2的陰離子,而表現(xiàn)出非金屬元素特征,與鹵素原子比較,它們結(jié)合兩個電子,當然不象鹵素原子結(jié)合一個電子那么容易(結(jié)合第二個電子需要吸收能量),因而本族元素的非金屬活潑性弱于鹵素。2、電離勢、電負性:由氧向硫過渡,在原子性質(zhì)上表現(xiàn)出電離勢和電負性有一個突然降低,硫、硒、碲可顯正氧化態(tài),這是因為它們價電子層中存在空的軌道,當同電負性較大的元素結(jié)合時,它們也參加成鍵,可顯+2,+4,+6。氧族元素的原子半徑,離子半徑,電離勢,電負性的變化趨勢和鹵素相似。隨著電離能的降低,本族元素從非金屬過渡到金屬。——非金屬,——準金屬,——金屬3、電子親和能:第一,電子親和能都是負值(放熱),而第二電子親和能卻是很大的正值(吸熱)。然而離子型的氧化物是很普通的,堿金屬,堿土金屬的硫化物也都是離子型的,這是因為晶體的巨大晶格能補償了第二電子親和能所需能量的緣故。4、本族元素單鍵的鍵能,隨原子半徑的增大而依次降低,氧具有較低鍵能的原因是因為:142256172126eq\o\ac(○,1)氧的原子半徑很小,孤電子對之間有較大排斥作用。eq\o\ac(○,2)氧原子沒有空的軌道,它不能形成鍵,所以單鍵很弱。5、電極電勢:可比較其氧化劑的強弱?!?氧,臭氧一、氧:自然界中氧有三種同位素:,其中的含量最高,約占99.76%,氧單質(zhì)有兩種同素異形體:。1、氧形成化合物的價鍵特征:eq\o\ac(○,1)氧原子的成鍵特征:6點。eq\o\ac(○,2)臭氧可形成臭氧化合物,如,結(jié)合一個電子形成。eq\o\ac(○,3)氧分子結(jié)合兩個電子形成離子或共用兩個電子形成過氧鏈,得離子型化合物,如或共價型過氧化物如。eq\o\ac(○,4)氧分子結(jié)合一個電子,形成離子,得超氧化物,如。eq\o\ac(○,5)氧分子可以失去一個電子,生成二氧基陽離子的化合物,如:eq\o\ac(○,6)可以計算的鍵級,比較它們的鍵長。2、單線態(tài)氧及其性質(zhì):分子在適當強度的磁場下,其吸收和發(fā)散光譜中譜線分裂成條譜線,這里是自旋量子數(shù)。反映了的自旋多重性。當兩個電子自旋平行。即的自旋多重性為3,因此基態(tài)氧分子為三重態(tài),又稱三線態(tài),當被激發(fā)后,兩個電子可以占據(jù)一個一個軌道,自旋相反,也可以分別占據(jù)兩軌道,但自旋相反。當處于這兩種狀態(tài)時,,自旋多重性為1,均為單重態(tài),分別用和表示。激發(fā)態(tài)氧分子稱單重態(tài)氧分子,又稱單線態(tài)氧。比穩(wěn)定,水溶液中的壽命比壽命長得多,因此通常說單線態(tài)氧是指。比活潑,有些反應(yīng)中的活性物質(zhì)就是單線態(tài)氧。從基態(tài)氧吸收光一般不能直接產(chǎn)生,但可以通過光敏化法,微波放電法和化學方法得到。二、氧化物:根據(jù)酸堿性分類:eq\o\ac(○,1)大多數(shù)非金屬氧化物和某些高氧化態(tài)的金屬氧化物為酸性氧化物。eq\o\ac(○,2)大多數(shù)金屬氧化物為堿性氧化物。eq\o\ac(○,3)一些金屬氧化物如等和少數(shù)非金屬氧化物如等為兩性氧化物。eq\o\ac(○,4)少數(shù)氧化物如等不顯酸堿性。氧化物酸堿性規(guī)律:eq\o\ac(○,1)同周期各元素最高氧化態(tài)的氧化物,從左到右由堿性兩性酸性。如。eq\o\ac(○,2)相同氧化態(tài)的同族各元素的氧化物從上到下堿性依次增強。(堿性)eq\o\ac(○,3)同一元素能形成幾種氧化態(tài)的氧化物,隨氧化數(shù)升高酸性增強。用熱力學方法判斷氧化物的相對酸堿性:eq\o\ac(○,1)選用相同酸與一系列堿性氧化物反應(yīng),通過值的大小判斷氧化物堿性強弱。例如:(保持各反應(yīng)中酸量相同)由可知,反應(yīng)傾向由變小,即堿性減弱。eq\o\ac(○,2)選用相同堿與一系列酸性氧化物反應(yīng),通過值的大小判斷氧化物酸性的強弱,例如:由知,反應(yīng)傾向由變大,即酸性增強。根據(jù)價鍵特征分類:eq\o\ac(○,1)大部分金屬氧化物屬于離子型,但能形成典型離子鍵的只有堿金屬和堿土金屬(不包括),其它的金屬氧化物則屬于過渡型。eq\o\ac(○,2)非金屬氧化物和高氧化態(tài)8電子構(gòu)型,18電子外殼及18+2電子外殼的金屬氧化物,如:是共價型。eq\o\ac(○,3)大部分金屬氧化物為過渡型。過渡型有兩種:一種是離子型而含有部分共價型的,如:;另一種重要是共價型而含部分離子型,這些金屬離子外殼為18電子或小于18電子構(gòu)型,本身有較大的變形性,形成化合物后,鍵具有明顯的共價性,如:等。三、臭氧:1、臭氧的形成:存在于大氣層的高層處,它是由于太陽對大氣中的強輻射作用而形成的。形成分解形成和分解兩種光化學過程同時存在,最后達到平衡,形成濃度相對穩(wěn)定的臭氧層。臭氧層可以吸收高空紫外線的強輻射,使地球上的生物免遭傷害。但近年來大氣中污染物(如氟氯烴,和氮氫化物等)不斷增加使臭氧層遭到破壞,從而造成對環(huán)境和生物的嚴重影響。2、的性質(zhì):淺藍色氣體,有一種魚腥臭味,與的性質(zhì)不同,物理性質(zhì)見表2。與易溶于水,液態(tài)與液態(tài)不能互溶。非常不穩(wěn)定,在常溫緩慢分解,以上迅速分解。放熱純的臭氧易爆炸,的氧化性比更強,是最強氧化劑之一,除外,它能氧化所有金屬和大多數(shù)非金屬。臭氧在酸性或堿性介質(zhì)中的氧化性都較強。在酸性介質(zhì)中只有象等少數(shù)物質(zhì)的氧化能力超過它。3、的作用:吸收強紫外線,處理廢水,漂白,脫色,消毒,殺菌等,但濃度超過,對人和莊稼等有害。4、的結(jié)構(gòu):§3過氧化氫1、分子結(jié)構(gòu)::采取不等性的雜化,兩個雜化軌道中有兩個單電子,鍵和鍵,其它兩個軌道中有兩個孤電子對,每一個氧原子上的兩個孤電子對間的排斥作用,使鍵向鍵靠攏,所以相當小于四面體的值,同時也使鍵長比計算的單鍵值大。2、的性質(zhì):分子之間可發(fā)生強烈的締合作用,比水締合程度還大,所以它的沸點遠比水高。的化學性質(zhì)主要是氧化性和不穩(wěn)定性,在一定條件下也可表現(xiàn)出還原性,eq\o\ac(○,1)氧化性:和之間的反應(yīng)或和之間的反應(yīng)十分有趣:(如加入淀粉,)兩個反應(yīng)重復(fù)交替進行,溶液的顏色也呈無色和藍色的交替變化,這種反應(yīng)稱振蕩反應(yīng)。振蕩反應(yīng)的結(jié)果該反應(yīng)的實質(zhì)是的分解反應(yīng),和起了催化劑作用,隨著反應(yīng)的進行,在消耗,它的濃度逐漸減小,因此變色的周期愈來愈長,最后溶液穩(wěn)定在藍色或無色。在酸性溶液中的氧化性大于堿性溶液中的氧化性。eq\o\ac(○,2)還原性:eq\o\ac(○,3)歧化反應(yīng):可發(fā)生歧化反應(yīng),加熱更快。eq\o\ac(○,4)過氧鍵的轉(zhuǎn)移:中的,在一定條件下可轉(zhuǎn)移到與其反應(yīng)的物質(zhì)上,形成過氧化物。藍色,有兩個過氧鍵不穩(wěn)定,在酸性溶液中易分解,弱將萃取乙醚中可穩(wěn)定存在,該反應(yīng)可用來鑒定或過氧化物?!?硫及其化合物1、硫的單質(zhì):(常見的同素異形體)它們都是分子晶體,分子都是環(huán)狀分子,分子之間只有微弱的范德華力,所以它們的晶體都易熔,另外它們都易溶于有機溶劑中。:雜化并形成兩個共價單鍵。環(huán)狀結(jié)構(gòu)斷裂形成無限長鏈狀分子長硫鏈斷裂為小分子,粘度下降蒸氣(其中有分子),將約的熔融硫迅速倒入冷水中得到一種棕黃色具有彈性的非晶狀硫(無定形硫),稱為彈性硫。彈性硫慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈搅?,所以彈性硫放置會變硬,逐漸變?yōu)榫盍颉?、硫化物和多硫化物:(1)硫化物:eq\o\ac(○,1)溶解性:硫化物主要是金屬硫化物,除堿金屬硫化物和,易溶外,其它金屬硫化物都難溶或微溶。eq\o\ac(○,2)顏色:金屬硫化物一般都具有特征的顏色。利用金屬硫化物的溶解性和顏色可鑒別分離金屬。eq\o\ac(○,3)水解性:由于是弱酸,故所有硫化物都有不同程度的水解,使溶液呈堿性,有些可以完全水解。如:(2)多硫化物:堿金屬或堿土金屬硫化物的溶液能溶解單質(zhì)硫生成多硫化物。eq\o\ac(○,1)顏色:多硫化物的溶液一般顯黃色,隨著的增加由黃色橙色紅色。eq\o\ac(○,2)結(jié)構(gòu):(多硫離子)具有鏈狀結(jié)構(gòu),原子之間通過共價單間相連形成硫鏈。eq\o\ac(○,3)穩(wěn)定性:多硫化物在酸性溶液中很不穩(wěn)定,容易分解成和。eq\o\ac(○,4)氧化還原性:在多硫化物中存在硫—硫單鍵(類似于過氧鍵),因此多硫化物具有氧化性,并能發(fā)生歧化反應(yīng),又具有還原性被強氧化劑氧化成高氧化態(tài)。3、硫的含氧化合物:硫的氧化物主要有,最重要的是,硫又能形成很多含氧酸和含氧酸鹽。(1)和:eq\o\ac(○,1)制備:eq\o\ac(○,2)構(gòu)型::雜化,形結(jié)構(gòu),形成2個鍵和,和相似。eq\o\ac(○,3)物理性質(zhì):無色有刺激性氣味氣體,極性分子,極易液化,也易溶于水,液態(tài)本身是良好的溶劑。及其鹽:的水溶液叫做(或)在水溶液中存在下列平衡:加酸,加熱左移,有。加堿右移,生成酸式鹽或正鹽。eq\o\ac(○,1)氧化還原性:氧化數(shù)為4,既具有氧化性,又有還原性,但還原性為主。所以比具有更強的還原性。eq\o\ac(○,2)溶解性:(堿金屬亞硫酸鹽)易溶于水,由于水解,溶液顯堿性。其它金屬的正鹽均微溶于水,所有的酸式鹽都易溶于水,由于的電荷低,半徑大,降低了正、負離子間相互作用,其溶解度增加,所以。eq\o\ac(○,3)穩(wěn)定性:受熱易分解,正鹽,酸式鹽遇強酸即分解放出。這也是實驗室制取少量的一種方法。(2),,:eq\o\ac(○,1)制備:eq\o\ac(○,2)構(gòu)型:無色是平面三角形,:雜化形成3個鍵和一個。有三種變體,其穩(wěn)定性,其中采取雜化,為環(huán)狀或鏈狀。a)有類似石棉狀的外觀,是長鏈相互交錯的層狀結(jié)構(gòu),其熔點為。b)在痕量水存在下,形成,其結(jié)構(gòu)類似于石棉的鏈狀結(jié)構(gòu)。c)冷卻純,具有類似水狀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。eq\o\ac(○,3)氧化性:是一個強氧化劑,在高溫時能將eq\o\ac(○,4)溶解性:極易吸收水分,在空氣中強烈“冒煙”,溶于水形成,并放出大量熱,大量熱使蒸發(fā),與形成酸霧,影響的吸收,所以工藝上生產(chǎn)不用吸收,而用濃吸收形成發(fā)煙。:eq\o\ac(○,1)結(jié)構(gòu)及性質(zhì):a)純是無色油狀液體,時凝固,在分子中:雜化。在或中存在氫鍵。b)作為溶劑,介電常數(shù)大,能很好地溶解離子型化合物,100%具有相當高的電導(dǎo)率,是由于它存在自偶電離:c)能形成恒沸溶液,組成為98.3%。d)是二元強酸,第一步完全電離,第二步e)濃具有強烈的吸水性。利用這個性質(zhì),可用濃作干燥劑,用來干燥等氣體。f)濃是一個強脫水劑??墒褂袡C物炭化,使組織破壞,使用時要注意安全。g)濃氧化性強,可以氧化許多金屬和非金屬。加熱時氧化性更強。另外,冷濃可等金屬鈍化,不與這些金屬進一步反應(yīng)。稀不顯氧化性,具有一般酸的通性。(正鹽)和(酸式鹽):eq\o\ac(○,1)制備:堿金屬元素能形成穩(wěn)定的。在溶液中加入(過量),生成。eq\o\ac(○,2)性質(zhì):均易溶于水,也易溶化。加熱到熔點以上,變?yōu)榻沽蛩猁},再加熱分解成正鹽和。eq\o\ac(○,3)熱穩(wěn)定性:為低電荷,8電子構(gòu)型,其較穩(wěn)定。為高電荷,18電子構(gòu)型或不規(guī)則構(gòu)型,穩(wěn)定性差。如:陽離子極化作用強,易從中奪取而分解。eq\o\ac(○,4)的溶解性:一般硫酸鹽易溶于水,但略溶,堿土金屬(除)和的硫酸鹽微溶,可溶性硫酸鹽的晶體常帶結(jié)晶水,如:,除堿金屬或堿土金屬硫酸鹽外,其它存在不同程度的水解。eq\o\ac(○,5)硫酸鹽易形成復(fù)鹽:如:—堿金屬—等eq\o\ac(○,6)中:雜化,結(jié)構(gòu)為正四面體。(3)硫代硫酸鈉又稱海波湖大蘇打.eq\o\ac(○,1)制備:eq\o\ac(○,2)性質(zhì):a)是無色透明的晶體,水溶液呈弱堿性,在中性、堿性中很穩(wěn)定,在介質(zhì)中迅速分解。b)中等強度的還原劑,與反應(yīng),被氧化為連四硫酸鈉();與反應(yīng)時,被氧化為硫酸鈉,可作脫水劑。c)結(jié)構(gòu):可看作是中的一個氧原子被硫原子所代替并與相似具有四面體構(gòu)型。d)有很強的配位能力:——定影液。(4)連二亞硫酸鈉()eq\o\ac(○,1)制備:在無下,用粉還原可得。eq\o\ac(○,2)穩(wěn)定性:(白色固體)eq\o\ac(○,3)還原性:強還原劑,水溶液積被空氣中氧化,生成和,故可用來吸收。(5)焦硫酸():無色固體,冷卻發(fā)煙時,可析出晶體。與反應(yīng)生成。的氧化性,吸水性,腐蝕性比濃更強。當堿金屬酸式硫酸鹽加熱到熔點以上時,可得焦硫酸鹽。一些難溶金屬氧化物與共熔生成可溶性硫酸鹽。(6)過硫酸及其鹽:中被(黃酸基)取代。一個被取代為過一硫酸,2個被取代稱過二硫酸。eq\o\ac(○,1)結(jié)構(gòu):eq\o\ac(○,2)制備:電解法:eq\o\ac(○,3)氧化性:無色晶體,在時熔化分解,具有強氧化性,可使紙?zhí)炕?,石蠟炭化。所有的過硫酸鹽也都是強氧化劑。例:此反應(yīng)
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