大学无机化学氧族元素课件.ppt

2020年1月1日星期三 无机化学 第15章氧族元素 15 2氧及其化合物 15 1氧族元素通性 15 3硫及其化合物 主要内容 2 硫 硒 碲在形成化合物时在价键上与氧有何不同 为什么 思考 1 氧族元素在自然界中以何种形态存在 氧和硫的成键特征有何不同 氧族元素在周期表中的位置 存在 单质及化合物硫化物 氧族元素位于周期表 A族价电子结构ns2np4OSSeTePo 放射性同位素 非金属准金属金属 1 氧族元素在自然界中以何种形态存在 氧和硫的成键特征有何不同 O以sp sp2 sp3成键 没有价层d轨道参与成键 除形成 键外 还可形成p p 键 S可以有d轨道参加成键 如 SF6 sp3d2 S形成p p 键能力差 一般以单键形成高配位数的化合物 1 氧族元素在自然界中以何种形态存在 氧和硫的成键特征有何不同 1 氧族存在OSSeTePo 氧 Oxygen 地球含量最多的元素49 13 成酸元素 硫 Sulfur 古代称 黄芽 印度梵文 鲜黄色 天然硫矿床 FeS2 黄铁矿 硫 硒 碲 可以有 2 4 6的化合物 有d轨道 配位数可达6 半径大 难成双键 2 硫 硒 碲在形成化合物时在价键上与氧有何不同 为什么 氧 除OF2中为正价外 其余为负价 酸性溶液中 H2O2 O2 O3均为强氧化剂 氧的电势图 A B 氧族元素的电势图 低价硫化合物不论在酸性还是在碱性溶液中都是强还原剂 酸介质中 过硫酸盐是强氧化剂 氧气 O2 臭氧 O3 过氧化氢 H2O2 15 2氧及其化合物 氧化物 O2有何结构特点 该结构可使其具有何种反应性 在 轨道中有未成对的单电子 O2分子具有偶数电子同时又显示顺磁性 分子轨道电子排布式 形成离子型 共价型的 O22 O2 反应性 结构特点 思考 1 氧化物按其酸碱性可分为几类 2 周期表中元素氧化物的酸碱性有何变化规律 思考 氧化物 大多数非金属氧化物和某些高氧化态的金属氧化物均显酸性 大多数金属氧化物显碱性 少数金属氧化物 如Al2O3 ZnO 和少数非金属氧化物 如As3O6 Sb4O6 显两性 中性氧化物有NO CO等 1 氧化物按其酸碱性可分为几类 分为 酸性 碱性 两性 中性氧化物 氧化物还可按其价键特征分为离子型氧化物 共价型氧化物和过渡型氧化物 氧化物酸碱性的一般规律是 同周期各元素最高氧化态的氧化物从左到右由碱性 两性 酸性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同一元素能形成几种氧化态的氧化物 酸性随氧化数的升高而增强 思考 1 O3分子有何结构特点 2 比较O3和O2的价键结构 说明为什么氧化性O3 O2 热稳定性O3 O2 臭氧 O3 习题 15 4比较O3和O2的氧化性 沸点 极性和磁性的相对大小 O2的同素异形体 中心O sp2杂化形成 键角 117o 键长 128pm 1 8 10 30C m 惟一极性单质 1 O3分子有何结构特点 2 比较O3和O2的价键结构 说明为什么氧化性O3 O2 热稳定性O3 O2 键角 117o 键长 128pm 键角 180o 键长 112pm 氧化性 上述反应可用于检验氧气中是否存在臭氧 习题15 2 不稳定性 臭氧的性质 彭塔阿雷纳斯上空的彩虹 在这样美好的天气人们同样要小心防护自己 臭氧空洞变化图 红色和蓝色区为空洞 左为2001年9月图 右为2002年9月形势 臭氧空洞改变了智利最南部人们的生活方式 15 3大气层中臭氧是怎样形成的 哪些污染物引起臭氧层的破坏 如何鉴别O3 它有什么特征反应 解 大气层中O3的形成 O2 hv 242nm O OO O2 O3 氯氟烃CFCl3 CF2Cl2和氮氧化物等污染物可引起臭氧层的破坏 根据臭氧的颜色和气味 淡蓝色气体和鱼腥臭味 可将臭氧与氧气区分开 臭氧的特征反应有 在MnO2 PbO2和铂黑等催化剂的存在下 可发生分解2O3 3O2 具有比O2更强的氧化性如 CN O3 OCN O2 2NO2 O3 N2O5 O2PbS 4O3 PbSO4 4O22Co2 O3 2H 2Co3 O2 H2O 还可以定量氧化I O3 2I H2O O2 I2 2OH 思考 1 H2O2有哪几种制备方法 2 H2O2有哪些主要性质 过氧化氢 H2O2 电解法 用Pt为电极 电解NH4HSO4饱和溶液 先制得过二硫酸铵溶液 再将过二硫酸铵水解生成H2O2 即 2 工业制法 BaO2 H2SO4BaSO4 H2O2 1 实验室制法 H2O2的制备 15 14电解硫酸或硫酸氢铵制备过二硫酸时 虽然 O2 H2O 1 23V 小于 S2O82 SO42 2 05V 为什么在阳极不是H2O放电 而是HSO4 或SO42 放电 H2O2的制备 2 蒽醌法 1990年报道 在催化剂 10 Pt 90 Pd 的作用下 H2和O2的直接燃烧也可获浓度为18 的H2O2 H2O2的制备 过氧化氢 H2O2 的结构 2 H2O2有哪些主要性质 2 H2O2有哪些主要性质 热稳定性差 形成过氧化链 过氧链转移 氧化还原性 弱酸性 2H2O22H2O O2 可见 H2O2氧化性强 还原性弱 是不造成二次污染的杀菌剂 氧化还原性 H2O2 2Fe2 2H 2Fe3 2H2O 碱性 HO2 H2O 2e 3OH B 0 87V 金属离子的穿梭催化 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 2Fe3 H2O22Fe2 O2 2H H2O2的检验 检验时在乙醚层中显蓝色 Cr2O72 4H2O2 2H 2CrO O2 2 5H2O CrO O2 2 C2H5 2O CrO O2 2 生成的CrO5显蓝色 15 3硫及其化合物 硫单质 硫化物和多硫化物 硫的含氧化合物 硫单质 1 单质硫有几种常见的同素异形体 2 单质硫有何主要性质 思考 3 单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同 结构 S sp3杂化形成环状S8分子 硫有几种同素异形体斜方硫单斜硫弹性硫 单质硫 弹性硫的形成 硫的同素异形体 升华硫 斜方硫 单斜硫 与许多金属直接化合 与氢 氧 碳 卤素 碘除外 磷等直接作用 硫的主要性质 单质硫难溶于水 易溶于CS2 以还原性为主 也具有氧化 与氧化性酸作用 与碱的作用 硫的主要性质 硫的重要化合物 化合态硫或天然单质硫 硫 H2S CS2 SF6 S2Cl2 SO2 H2SO3 SCl2 SO2Cl2 SOCl2 FSO3H ClSO3H H2SO4 SO3 H2 F2 Cl2 O2 Cl2 H2O Cl2 Cl2 S2Cl2 或SCl2 HF HCl H2O O2 煤 甲烷 天然气 制备某些重要含硫工业产品的途径 以O3分子为结构基础的氧化物 3 单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同 普通氧化物 以O2分子为结构基础的氧化物 臭氧化物 KO3 以O原子为结构基础的氧化物 单质硫为多原子分子 S8 普通硫化物 Na2S 多硫化物 如 Sx2 H2Sx Na2Sx 3 单质硫与单质氧在形成二元化合物的类型上有何不同 硫化物和多硫化物 思考 1 硫化物有何主要性质 2 多硫化物与硫化物在性质上有何不同 金属硫化物大多数是难溶于水且有特征颜色 碱金属 碱土金属 NH4 的硫化物易溶 还原性 水解性所有硫化物均发生水解 Al2S3 Cr2S3发生双水解 1 硫化物有何主要性质 难溶性 酸碱性 与中等强度氧化剂作用 与强氧化剂反应 产物 2 金属硫化物的酸碱性 硫化物的酸碱性与相应氧化物相似 Na2OAs2O3As2O5Na2O2 碱性两性酸性碱性 Na2SAs2S3As2S5Na2S2 颜色 大多数为黑色 少数需要特殊记忆 SnS褐 SnS2金黄 As2S3黄 As2S5黄 Sb2S3橙 Sb2S5橙红 MnS肉 ZnS白 CdS黄 金属硫化物的颜色 易溶 NH4 和碱金属硫化物 BaS微溶 MgS CaS SrS 但BeS难溶 其余难溶 稀酸溶性 水溶性 溶解性 配位酸溶解 浓HCl SnS 2H 4Cl SnCl42 H2SSnS2 4H 6Cl SnCl62 2H2SPbS 2H 4Cl PbCl42 H2SSb2S3 6H 12Cl 2SbCl63 3H2SSb2S5 10H 12Cl 2SbCl6 5H2SBi2S3 6H 8Cl 2BiCl4 3H2SCdS 2H 4Cl CdCl42 H2S 氧化配位溶解 王水 氧化性酸溶解 HNO3 Bi2S3 8HNO3 2Bi NO3 3 2NO 3S 4H2O3PbS 8HNO3 3Bi NO3 2 2NO 3S 4H2O3CuS 8HNO3 3Bi NO3 2 2NO 3S 4H2O3Ag2S 8HNO3 6AgNO3 2NO 3S 4H2O 碱溶 用NaOH或Na2S SnS2 As2S3 As2S5 Sb2S3 Sb2S5 HgS HgS S2 HgS2 2 碱溶 用NaOH或Na2S 氧化碱溶 Na2Sx SnS Na2Sx Na2SnS3 x 2 SAs2S3 3Na2Sx 2Na3AsS4 3x 5 SSb2S3 3Na2Sx 2Na3SbS4 3x 5 S SnS Na2S2 Na2SnS3As2S3 3Na2S2 2Na3AsS4 SSb2S3 3Na2S2 2Na3SbS4 S Na2S2 2 多硫化物与硫化物在性质上有何不同 多硫化物有颜色 Sx2 的x约大 颜色越深 多硫化物在酸溶液中很不稳定 易析出单质硫 Sx2 2H H2S x 1 S 多硫化物有弱氧化性 也有还原性 硫化物只有还原性 1 SO2和SO3在结构和性质上有何不同 硫的含氧化合物 思考 2 H2SO4分子中的S O键有无双键性质 3 硫酸盐有哪些主要性质 5 S2O42 H2S2O7 S2O82 均含有两个S 它们的主要性质有何不同 为什么 从结构角度理解说明 4 S2O32 有哪些主要性质 思考 1 SO2和SO3在结构和性质上有何不同 SO2是极性分子 二氧化硫的结构 OSO 119 5 S O键长143pm S sp2杂化 2个 键 一个 34键 SO3的结构 OSO 120 S O键长143pm S 3s23p4 S 杂化后 Sp2杂化 3个 键 一个 46 SO2既有氧化性又有还原性 还原性是主要的 遇强还原剂才表现氧化性 H2SO3 I2 H2O H2SO4 2HI Cl2 Br2 2H2SO3 O2 2H2SO4 H2SO3 2H2S 3S 3H2O 还原性 SO2 H2SO3 亚硫酸盐 SO2能和一些有机色素结合成为无色的化合物 SO3是一种强氧化剂 漂白 使品红褪色 15 7SO2与Cl2的漂白机理有什么不同 S sp3杂化后形成分子 分子中有 键外还存在 p d 反馈配键 H2SO4分子间通过氢键相连 使其晶体呈现波纹形层状结构 2 H2SO4分子中的S O键有无双键性质 3 硫酸盐有哪些主要性质 易溶性 除Ca2 Sr2 Ba2 Pb2 Ag Hg22 外 一般硫酸盐都易溶于水 热稳定性大 8e 构型的阳离子的盐通常1273K不分解 18e 18 2 e 9 17e 构型热稳定性略差 易形成复盐 成矾 多数硫酸盐有形成复盐的趋势 15 9 1 纯H2SO4是共价化合物 却有较高的沸点 657K 为什么 2 稀释浓H2SO4时 一定要把H2SO4加入水中 边加边搅拌 而稀释浓HNO3与浓盐酸没有这么严格规定 为什么 硫代硫酸盐 Na2S2O3 5H2O 海波 大苏打 制备 性质 不稳定性 遇酸分解 4 S2O32 有哪些主要性质 还原性 配位性 鉴定S2O32 5 S2O42 H2S2O7 S2O82 均含有两个S 它们的主要性质有何