第九章氧族元素o

1、10/22/202110/22/20211 1 9.1 9.1 氧族元素的通性氧族元素的通性 9.2 9.2 氧、臭氧氧、臭氧 9.3 9.3 水水* *9.4 9.4 过氧化氢过氧化氢* *9.5 9.5 硫和它的化合物硫和它的化合物 第九章第九章 氧族元素氧族元素10/22/202110/22/20212 2元素符号元素符号o os ssesetete价电子层结构价电子层结构2s2s2 22p2p4 43s3s2 23p3p4 44s4s2 24p4p4 45s5s2 25p5p4 4主要氧化数主要氧化数-2,-1,0-2,-1,0-2, 0, +2, +4, +6-2, 0, +2, +

2、4, +6原子、离子半径原子、离子半径逐渐增大逐渐增大第一电离能第一电离能逐渐减小逐渐减小第一电子亲合能第一电子亲合能( kj ( kj mol mol-1 -1 ) )141 141 ？200200195195190190电负性电负性3.443.442.582.582.552.552.12.1单键离解能单键离解能142 142 ？268268172172126126（非）金属性（非）金属性非金属非金属准金属准金属10/22/202110/22/20213 3一、氧的制备和空气液化一、氧的制备和空气液化 二、氧的结构、性质和用途二、氧的结构、性质和用途 三、臭氧三、臭氧 四、氧的成键特征四、氧

3、的成键特征 五、氧化物五、氧化物10/22/202110/22/20214 41.1.空气液化空气液化 p p320320 物理方法液化空气，然后分馏制氧。物理方法液化空气，然后分馏制氧。2.2.电解水电解水3.3.氧化物或含氧酸盐的热分解氧化物或含氧酸盐的热分解 hgohg+ohgohg+o2 2 ; nano ; nano3 3nanonano2 2+o+o2 2 ; ; kclokclo3 3kcl+okcl+o2 210/22/202110/22/20215 51.氧气的性质氧气的性质 常温下，常温下，o2无色无味无臭无色无味无臭；o2为为非极性分子非极性分子，h2o为极性溶剂，故为极

4、性溶剂，故o2在在h2o中溶解度很小；在水中中溶解度很小；在水中有水合氧分子存在。有水合氧分子存在。 p p321321 水合氧分子示意图水合氧分子示意图 水中存在的少量氧气是水生动植物赖以生存的基础。水中存在的少量氧气是水生动植物赖以生存的基础。 o2 h2o o2 2 h2o 10/22/202110/22/20216 62、氧化物酸碱性规律、氧化物酸碱性规律 p322（1）同周期元素同周期元素的的最高价氧化物最高价氧化物从左到右酸性增强。从左到右酸性增强。na2o mgo al2o3 sio2 p2o5 so3 cl2o7 b b b,a a a a a( 2 ) 同主族相同氧化数氧化物

5、从上到下碱性增强。同主族相同氧化数氧化物从上到下碱性增强。 n2o3 p2o3 as2o3 sb2o3 bi2o3 a a a,b a,b b （3）同一元素不同氧化数的氧化物，氧化数高的酸性强，）同一元素不同氧化数的氧化物，氧化数高的酸性强，氧化数低的碱性强。氧化数低的碱性强。 mno mno2 mno3 mn2o7 b a,b a a10/22/202110/22/20217 71.1.结构结构 p p322322sp2不等性杂化不等性杂化34 平面三角形，键角平面三角形，键角11710/22/202110/22/20218 8 sp2 杂化轨道中的单电子轨道，杂化轨道中的单电子轨道，与配

6、体氧的与配体氧的 2py 轨道成轨道成 键，确定键，确定了分子了分子 “ v ” 字形结构。字形结构。 并确定了并确定了 o3 的分子平面。的分子平面。10/22/202110/22/20219 9 中心的中心的 2pz 轨道轨道和和两个配体的两个配体的 2pz 轨道轨道均垂直于分子平面，互相均垂直于分子平面，互相重叠。重叠。10/22/202110/22/20211010 共有共有 4 个电子个电子 中心中心 2 个，个，配体配体 1 2 个，在这个，在这 3 个个 pz 轨道中轨道中运动，形成运动，形成 3 中心中心 4 电子大电子大 键，键，表示成表示成 。10/22/202110/22

7、/20211111 多年来，还原性气体多年来，还原性气体 so2， h2s 的大量排放对臭氧层有破的大量排放对臭氧层有破坏作用坏作用10/22/202110/22/20211212 此项研究曾获得此项研究曾获得 1995 年度年度 nobel 化学奖。化学奖。 尤其是制冷剂氟利昂（一尤其是制冷剂氟利昂（一 种氟氯种氟氯代烃）放出的代烃）放出的 cl 是是 o3 分解的催化剂，分解的催化剂，对臭氧层有长期的破坏作用。对臭氧层有长期的破坏作用。 对此应严加控制。对此应严加控制。10/22/202110/22/20211313一、水的结构一、水的结构二、水的物理性质二、水的物理性质三、水的污染与净化

8、三、水的污染与净化10/22/202110/22/20211414一、水的结构一、水的结构spsp3 3不等性杂化不等性杂化o oh hh h1 10 04 4. .5 5氢键氢键 :37.6 kj:37.6 kj mol mol-1-1范德华力：范德华力：12.5 kj12.5 kj mol mol-1-110/22/202110/22/20211515二、水的物理性质二、水的物理性质1.1.偶极矩偶极矩 1.87d1.87d，极性大，极性大2.2.比热容比热容 4.08684.086810103 3j jkgkg-1-1k k-1-1 所有液态、固态物质中最大（调节气温）。所有液态、固态物

9、质中最大（调节气温）。3.3.密度密度 44（277k277k）最大，）最大，1.0g1.0gcmcm-3-3 由于水分子是极性很强的分子，能通过氢键结合成缔合分子由于水分子是极性很强的分子，能通过氢键结合成缔合分子（多个水分子组合在一起（多个水分子组合在一起)，最典型的两种是，最典型的两种是(h2o)2和和(h2o)3，前者称为双分子缔合水分子。当温度升高到前者称为双分子缔合水分子。当温度升高到3.98(101kpa)时水时水分子多以双分子缔合水分子的形式存在，分子占据空间相对减分子多以双分子缔合水分子的形式存在，分子占据空间相对减小，此时水的密度最大。小，此时水的密度最大。 10/22/2

10、02110/22/202116164.4.与同族其它氢化物相比，熔、沸点；与同族其它氢化物相比，熔、沸点；熔化热；熔化热； 蒸发热等异常高。蒸发热等异常高。10/22/202110/22/20211717三、水的污染与净化三、水的污染与净化1.1.水的污染：水的污染： 有毒物；非毒营养物；热污染有毒物；非毒营养物；热污染2.2.水的净化水的净化 饮用水饮用水 自然沉降除泥沙，自然沉降除泥沙，al(oh)al(oh)3 3 除悬浮物除悬浮物, , cl cl2 2杀菌除臭杀菌除臭 硬水软化硬水软化 化学法除化学法除caca2+2+,mg,mg2+2+, ,离子交换法离子交换法 实验室用水实验室用

11、水 蒸馏水，电导水，离子交换水蒸馏水，电导水，离子交换水10/22/202110/22/20211818热污染热污染 所谓热污染，是指现代工业生产和生活中排放的所谓热污染，是指现代工业生产和生活中排放的废热所造成的环境污染。废热所造成的环境污染。热污染可以热污染可以污染大气和水体污染大气和水体。火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。这些废热排入地面水体之后，能使水温升有大量废热。这些废热排入地面水体之后，能使水温升高。在工业发达的

12、美国，每天所排放的冷却用水达高。在工业发达的美国，每天所排放的冷却用水达4.5亿立方米，接近全国用水量的亿立方米，接近全国用水量的13；废热水含热量约；废热水含热量约2500亿千卡，足够亿千卡，足够2.5亿立方米的水温升高亿立方米的水温升高10。 造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。合理地利用。 10/22/202110/22/20211919温室气体的种类？温室气体的种类？ 大气层中的温室气体主要包括大气层中的温室气体主要包括水汽水汽(h(h2 2o)o)、二氧化二氧化碳碳(co(co2 2) )、甲烷、甲烷(ch(ch4 4)

13、 )、氧化亚氮氧化亚氮(n(n2 2o)o)、氟氯碳化物氟氯碳化物(cfcs)(cfcs)、臭氧臭氧(o(o3 3) )，而一个氟氯碳化物分子的温室效应，而一个氟氯碳化物分子的温室效应是一个二氧化碳分子的数千倍到一万多倍，一个甲烷分是一个二氧化碳分子的数千倍到一万多倍，一个甲烷分子的效应则为二氧化碳分子的子的效应则为二氧化碳分子的2121倍，氧化亚氮为倍，氧化亚氮为206206倍，倍，不过，由于二氧化碳的含量远大于其他气体的含量，因不过，由于二氧化碳的含量远大于其他气体的含量，因此二氧化碳的温室效应仍是最大的。此二氧化碳的温室效应仍是最大的。 其中，二氧化碳所造成的温室效应占了其中，二氧化碳所

14、造成的温室效应占了55%55%，氟氯，氟氯碳化物碳化物24%24%，甲烷，甲烷15%15%，氧化亚氮，氧化亚氮6%6%。10/22/202110/22/20212020一、过氧化氢的分子结构一、过氧化氢的分子结构二、过氧化氢的性质和用途二、过氧化氢的性质和用途三、过氧化氢的制备三、过氧化氢的制备10/22/202110/22/20212121一、过氧化氢的分子结构一、过氧化氢的分子结构 p325spsp3 3不等性杂化不等性杂化10/22/202110/22/20212222二、过氧化氢的性质和用途二、过氧化氢的性质和用途1.物理性质：物理性质：纯态为淡兰色粘稠液体，极性纯态为淡兰色粘稠液体，

15、极性（u=2.26d）比水大（）比水大（u=1.87d），缔合度比），缔合度比水大，沸点（水大，沸点（423k）比水高）比水高,熔点（熔点（272k）与）与水接近。常用水接近。常用3%（双氧水），（双氧水），30-35%2.化学性质：化学性质： oh878.0ho076.0ov/oh776.1oh6824.0ov/22b2222a10/22/202110/22/20212323 不稳定性不稳定性 低温或高纯度时比较稳定，光照、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加热、微量杂质或重金属离子等都可加速分解 * mno2催化催化h2o2分解机理分解机理 p326 h

16、2o2 + mno2 + 2h+ = mn2+ + o2+ 2h2o 1.23v 0.68v h2o2 + mn2+ = mno2 + 2h+ 1.78v 1.23v 2h2o2=2h2o+o2 弱酸性弱酸性 2h2h2 2o o2 2h h+ +ho+ho2 2- -k1=1.5510-1210/22/202110/22/20212424 p p325325 pbs+4h pbs+4h2 2o o2 2=pbso=pbso4 4+4h+4h2 2o o （油画漂白）（油画漂白） pbpb2+2+2h+2h2 2o o2 2=pbo=pbo2 2+2h+2h2 2o(o(中性）中性） 2cro

17、2cro2 2- -( (绿）绿）+3h+3h2 2o o2 2+2oh+2oh- -=2cro=2cro4 42-2-+4h+4h2 2o o还原性还原性 5h5h2 2o o2 2+2mno+2mno4 4- -+6h+6h+ + = 2mn= 2mn2+ 2+ +5o+5o2 2+8h+8h2 2o o p326 h h2 2o o2 2 + cl+ cl2 2= 2hcl + o= 2hcl + o2 2（工业除（工业除clcl2 2）10/22/202110/22/20212525 介质对介质对h h2 2o o2 2氧化还原性的影响氧化还原性的影响 h h2 2o o2 2+2+2

18、naohnaoh+mnso+mnso4 4=mno=mno2 2+na+na2 2soso4 4+2h+2h2 2o o h h2 2o o2 2+ +h h2 2soso4 4+mno+mno2 2=mnso=mnso4 4+o+o2 2+2h+2h2 2o o 补充：补充：mnomno4 4- -+ +还原剂还原剂( (紫红紫红) ) mnmn2+2+( (强酸性）强酸性）- -浅粉溶液浅粉溶液mnomno2 2（中性）（中性）- -棕色沉淀棕色沉淀mnomno4 42-2-( (碱性）碱性）- -绿色溶液绿色溶液 10/22/202110/22/202126264.4.用途用途 漂白剂（

19、漂白油画、丝织品、毛织品等）、漂白剂（漂白油画、丝织品、毛织品等）、消毒剂、杀菌剂。浓度消毒剂、杀菌剂。浓度30%30%会灼烧皮肤。会灼烧皮肤。三、过氧化氢的制备三、过氧化氢的制备 p p329329 实验室：实验室：baobao2 2 + h+ h2 2soso4 4 = baso= baso4 4 + h+ h2 2o o2 2 电解电解: 2nh: 2nh4 4hsohso4 4 = =（nhnh4 4）2 2s s2 2o o8 8 + h+ h2 2 水解水解: :（nhnh4 4）2 2s s2 2o o8 8 + 2h+ 2h2 2o = 2nho = 2nh4 4hsohso4

20、 4 + h+ h2 2o o2 210/22/202110/22/20212727 一、单质硫一、单质硫 二、硫的制备、性质和用途二、硫的制备、性质和用途* *三、硫化氢和硫化物三、硫化氢和硫化物*四四、硫的氧化物、硫的氧化物*五、硫的含氧酸及其盐五、硫的含氧酸及其盐10/22/202110/22/20212828一、单质硫一、单质硫 p329 斜方硫斜方硫 单斜硫单斜硫 弹性硫弹性硫密度密度/g/g cmcm-3-3 2.06 1.99 190 2.06 1.99 190的熔的熔颜色颜色 黄色黄色 浅黄色浅黄色 融硫用冷融硫用冷稳定性稳定性 95.5 95.5 95.5 水速冷水速冷 化学

21、式化学式s s8 8，环状皇冠结构。，环状皇冠结构。 长链状，有弹性，长链状，有弹性，难溶溶剂。难溶溶剂。硫的同素异形体：硫的同素异形体：s s8 8、s s6 6、s s4 4、s s2 210/22/202110/22/20212929斜方硫斜方硫单斜硫单斜硫s s8 8结构结构10/22/202110/22/20213030弹性硫的形成实验弹性硫的形成实验10/22/202110/22/20213131 二、硫的制备、性质和用途二、硫的制备、性质和用途 制备：制备：3fes3fes2 2 + 12c + 8o+ 12c + 8o2 2 = fe= fe3 3o o4 4 + 12co +

22、 6s+ 12co + 6s 性质：难溶于水，易溶于性质：难溶于水，易溶于cscs2 2 用途：大部分用于制硫酸用途：大部分用于制硫酸10/22/202110/22/20213232三、硫化氢和硫化物三、硫化氢和硫化物1.h1.h2 2s ps p330330制备制备 fes+hfes+h2 2soso4 4=h=h2 2s+fesos+feso4 4 （少量制备）（少量制备） nana2 2s+hs+h2 2soso4 4=h=h2 2s+nas+na2 2soso4 4 （大量制备）（大量制备）物性物性 无色、臭鸡蛋味的气体，微溶于水，无色、臭鸡蛋味的气体，微溶于水， 饱和溶液浓度饱和溶液

23、浓度0.1 mol0.1 moldmdm-3-3。10/22/202110/22/20213333 h h2 2s s的代用品的代用品- -硫代乙酰胺（硫代乙酰胺（taataa） chch3 3csnhcsnh2 2 + h+ h2 2o = cho = ch3 3coocoo- - + nh+ nh4 4+ + + h+ h2 2ss 化性：化性：二元弱酸二元弱酸 k k1 1=1.3=1.31010-8-8 k k2 2=7.1=7.11010-15-15 p p330330 还原性还原性 e ea a = 0.14v e= 0.14v eb b = -0.45v= -0.45v 2h 2

24、h2 2s+3os+3o2 2( (充足）充足）=2so=2so2 2+2h+2h2 2o o 2h 2h2 2s+os+o2 2( (不充足）不充足）=2s+h=2s+h2 2o o 2h 2h2 2s+sos+so2 2=3s+2h=3s+2h2 2o o h h2 2s+is+i2 2=2hi+s=2hi+s h h2 2s+2fecls+2fecl3 3= s+2fecl= s+2fecl2 2+2hcl+2hcl10/22/202110/22/202134342.2.硫化物硫化物 硫化物的水解硫化物的水解碱金属硫化物碱金属硫化物 s s2-2-+h+h2 2o = hso = hs-

25、 -+oh+oh- - （强碱性）（强碱性）碱土金属硫化物碱土金属硫化物 2cas+2h2cas+2h2 2o=ca(hs)o=ca(hs)2 2+ca(oh)+ca(oh)2 2部分高价金属硫化物部分高价金属硫化物 alal2 2s s3 3+6h+6h2 2o=2al(oh)o=2al(oh)3 3+3h+3h2 2s s cr cr2 2s s3 3+6h+6h2 2o=2cr(oh)o=2cr(oh)3 3+3h+3h2 2s s 水溶液中不存在，干法制水溶液中不存在，干法制10/22/202110/22/202135352.2.多硫化物多硫化物 p p331331制备：制备：可溶性金

26、属硫化物（浓）可溶性金属硫化物（浓）+ + 硫粉硫粉 s s2-2-+ +（x-1)s=sx-1)s=sx x2- 2- (x=2-6)(x=2-6)溶液一般黄色，溶液一般黄色，x x增大，溶液颜色黄增大，溶液颜色黄橙橙红红性质：类同性质：类同过氧化物过氧化物，既有氧化性又有还原性，既有氧化性又有还原性 nana2 2s s2 2+sns = na+sns = na2 2snssns3 3( (硫代锡酸钠硫代锡酸钠） 3fe3fes s2 2+8o+8o2 2 = fe= fe3 3o o4 4+6so+6so2 2 * * 酸中歧化分解酸中歧化分解 s s2 22-2-+2h+2h+ +=h

27、=h2 2s+ss+s10/22/202110/22/202136361.so1.so2 2 p p333333 结构：类同结构：类同o o3 3 ，v v型，型，2 2个个键，键， 一个一个3 34 4（3 3中心，中心，4 4电子）电子）四、硫的氧化物四、硫的氧化物10/22/202110/22/20213737 物性：无色刺激性气体，易溶于水；大气污染物。物性：无色刺激性气体，易溶于水；大气污染物。 化性：既有氧化性又有还原性（主）化性：既有氧化性又有还原性（主） so2 + h2s（水）（水）= 3s+ 2h2o so2 + 2co = s+ 2co2 2so2 + o2 = 2so3

28、 5so2 + 2mno4- + 2h2o = 5so42- + 2mn2+ + 4h+10/22/202110/22/20213838s so o3 3( (s s) )s so o3 3( (l l) )s so o3 3( (g g) )1 17 74 44 4. .8 8常温纯态为液体常温纯态为液体 soso3 3极易吸水，在空气中强烈冒烟，溶于极易吸水，在空气中强烈冒烟，溶于水生成水生成h h2 2soso4 4，并放出大量热，热使水蒸发，并放出大量热，热使水蒸发，所产生的水蒸气与所产生的水蒸气与soso3 3形成酸雾，影响吸收。形成酸雾，影响吸收。工业上用浓工业上用浓h h2 2s

29、oso4 4吸收。吸收。 强氧化剂：强氧化剂：10so10so3 3+p+p4 4=p=p4 4o o1010+10so+10so2 22.so2.so3 310/22/202110/22/202139391.1.亚硫酸及其盐亚硫酸及其盐 亚硫酸亚硫酸 不稳定：不稳定：soso2 2水合物水合物酸酸 性：中强二元酸性：中强二元酸 k k1 11010-2-2;k;k2 21010-7-7氧化还原性：氧化还原性：h h2 2soso3 3+h+h2 2s =3s+3hs =3s+3h2 2o o 2h 2h2 2soso3 3+o+o2 2 = 2h= 2h2 2soso4 4五、硫的含氧酸及其

30、盐五、硫的含氧酸及其盐10/22/202110/22/202140402.2.连二亚硫酸钠（连二亚硫酸钠（保保险粉）险粉）- -白色固体白色固体 p p344344制备制备( (无氧）：无氧）：2nahso2nahso3 3+zn=na+zn=na2 2s s2 2o o4 4+zn(oh)+zn(oh)2 2还原性还原性: : 水溶液置于空气中即被氧化。水溶液置于空气中即被氧化。 2na2na2 2s s2 2o o4 4+o+o2 2+2h+2h2 2o=4nahsoo=4nahso3 3 na na2 2s s2 2o o4 4+o+o2 2+h+h2 2o=nahsoo=nahso3

31、3+nahso+nahso4 4用途：印染工业的重要还原剂。主用于染料合用途：印染工业的重要还原剂。主用于染料合成、造纸、保存食物和医学等工业部门。成、造纸、保存食物和医学等工业部门。10/22/202110/22/20214141（1 1）h h2 2soso4 4的物理性质：纯态为无色油状液体。的物理性质：纯态为无色油状液体。98.3%98.3%（18.0 mol18.0 moldmdm-3-3) )浓硫酸，沸点高。浓硫酸，沸点高。 （2 2） h h2 2soso4 4的化学性质的化学性质吸水性吸水性 吸游离水，做干燥剂吸游离水，做干燥剂 脱水性脱水性 c12h22o1112c+11h2

32、o 酸酸 性性 稀硫酸为二元强酸，具有酸的一切通性稀硫酸为二元强酸，具有酸的一切通性3、h2so4及其盐及其盐 p33710/22/202110/22/20214242氧化性氧化性稀酸（稀酸（h+）：）：zn+h2so4=znso4+h2浓酸（浓酸（s）：）：zn+2h2so4(浓浓)=znso4+so2+2h2o c+2h2so4(浓浓)=co2+2so2+2h2o10/22/202110/22/20214343 p p339 339 cusocuso4 45h5h2 2o o 蓝矾或胆矾；蓝矾或胆矾；fesofeso4 47h7h2 2o o 绿矾；绿矾； znsoznso4 47h7h2

33、 2o o 皓矾皓矾 矾：带结晶水的过渡金属硫酸盐。矾：带结晶水的过渡金属硫酸盐。硫酸盐的用途：硫酸盐的用途： alal2 2（soso4 4）3 3为净水剂，造纸充填剂和媒染剂；为净水剂，造纸充填剂和媒染剂； cusocuso4 45h5h2 2o o是消毒剂和农药是消毒剂和农药 fesofeso4 47h7h2 2o o农药和治疗贫血的药剂农药和治疗贫血的药剂10/22/202110/22/20214444* * 5、硫代硫酸及其盐、硫代硫酸及其盐 p342常用：常用：nana2 2s s2 2o o3 35h5h2 2o-o-海波、大苏打海波、大苏打 制法：制法：nana2 2soso3 3+s(+s(煮沸）煮沸）=na=na2 2s s2 2o o3 3 2na 2na2 2s+nas+na2 2coco3 3+4so+4so2 2=3na=3na2 2s s2 2o o3 3+co+co2 2 ( (制备液控制在制备液控制在碱性范围碱性范围） 物性：无色透明结晶，易溶于水，物性：无色透明结晶，易溶于水， 水溶液弱碱性水溶液弱碱性 化性：化性： 稳定性稳定性 中性