《氧族元素》PPT课件.ppt

2019/5/15,1,9.1 氧族元素的通性 9.2 氧、臭氧 9.3 水 *9.4 过氧化氢 *9.5 硫和它的化合物,第九章 氧族元素,2019/5/15,2,9.1 氧族元素的通性,2019/5/15,3,一、氧的制备和空气液化 二、氧的结构、性质和用途 三、臭氧 四、氧的成键特征 五、氧化物,9.2 氧、臭氧,2019/5/15,4,1.空气液化 P320 物理方法液化空气，然后分馏制氧。 2.电解水 3.氧化物或含氧酸盐的热分解 HgOHg+O2 ; NaNO3NaNO2+O2 ; KClO3KCl+O2,一 氧的制备和空气液化,2019/5/15,5,二、氧的性质和用途,1.氧气的性质 常温下，O2无色无味无臭；O2为非极性分子，H2O为极性溶剂，故O2在H2O中溶解度很小；在水中有水合氧分子存在。,P321 水合氧分子示意图 水中存在的少量氧气是水生动植物赖以生存的基础。,O2H2O,O2 2 H2O,2019/5/15,6,2、氧化物酸碱性规律 P322,（1）同周期元素的最高价氧化物从左到右酸性增强。 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，氧化数低的碱性强。,MnO MnO2 MnO3 Mn2O7,b a,b a a,2019/5/15,7,1.结构 P322,sp2不等性杂化,34 平面三角形，键角117,四、臭氧,2019/5/15,8,sp2 杂化轨道中的单电子轨道， 与配体氧的 2py 轨道成 键，确定 了分子 “ V ” 字形结构。,并确定了 O3 的分子平面。,2019/5/15,9,中心的 2pz 轨道和两个配体的 2pz 轨道均垂直于分子平面，互相 重叠。,2019/5/15,10,共有 4 个电子 中心 2 个， 配体 1 2 个，在这 3 个 pz 轨道中 运动，形成 3 中心 4 电子大 键， 表示成 。,2019/5/15,11,多年来，还原性气体 SO2， H2S 的大量排放对臭氧层有破 坏作用,2019/5/15,12,此项研究曾获得 1995 年度 Nobel 化学奖。,对此应严加控制。,2019/5/15,13,一、水的结构 二、水的物理性质 三、水的污染与净化,9.3 水,2019/5/15,14,一、水的结构,sp3不等性杂化,氢键 :37.6 kJ mol-1 范德华力：12.5 kJ mol-1,2019/5/15,15,二、水的物理性质 1.偶极矩 1.87D，极性大 2.比热容 4.0868103Jkg-1K-1 所有液态、固态物质中最大（调节气温）。 3.密度 4（277K）最大，1.0gcm-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（多个水分子组合在一起)，最典型的两种是(H2O)2和(H2O)3，前者称为双分子缔合水分子。当温度升高到3.98(101kPa)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小，此时水的密度最大。,2019/5/15,16,4.与同族其它氢化物相比，熔、沸点； 熔化热； 蒸发热等异常高。,2019/5/15,17,三、水的污染与净化 1.水的污染： 有毒物；非毒营养物；热污染,2.水的净化 饮用水 自然沉降除泥沙，Al(OH)3 除悬浮物, Cl2杀菌除臭 硬水软化 化学法除Ca2+,Mg2+,离子交换法 实验室用水 蒸馏水，电导水，离子交换水,2019/5/15,18,热污染,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。热污染可以污染大气和水体。火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，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13；废热水含热量约2500亿千卡，足够2.5亿立方米的水温升高10。 造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。,2019/5/15,19,温室气体的种类？,大气层中的温室气体主要包括水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氟氯碳化物(CFCs)、臭氧(O3)，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，一个甲烷分子的效应则为二氧化碳分子的21倍，氧化亚氮为206倍，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。 其中，二氧化碳所造成的温室效应占了55%，氟氯碳化物24%，甲烷15%，氧化亚氮6%。,2019/5/15,20,9.4 过氧化氢,一、过氧化氢的分子结构 二、过氧化氢的性质和用途 三、过氧化氢的制备,2019/5/15,21,一、过氧化氢的分子结构 P325,sp3不等性杂化,2019/5/15,22,二、过氧化氢的性质和用途 1.物理性质：纯态为淡兰色粘稠液体，极性（U=2.26D）比水大（U=1.87D），缔合度比水大，沸点（423K）比水高,熔点（272K）与水接近。常用3%（双氧水），30-35% 2.化学性质：,2019/5/15,23,不稳定性 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 * MnO2催化H2O2分解机理 P326 H2O2 + MnO2 + 2H+ = Mn2+ + O2+ 2H2O 1.23V 0.68V H2O2 + Mn2+ = MnO2 + 2H+ 1.78V 1.23V 2H2O2=2H2O+O2,弱酸性 2H2O2,H+HO2-,K1=1.5510-12,2019/5/15,24,P325 PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O （油画漂白） Pb2+2H2O2=PbO2+2H2O(中性） 2CrO2-(绿）+3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O 还原性 5H2O2+2MnO4-+6H+ = 2Mn2+ +5O2+8H2O P326 H2O2 + Cl2= 2HCl + O2（工业除Cl2）,2019/5/15,25,介质对H2O2氧化还原性的影响 H2O2+2NaOH+MnSO4=MnO2+Na2SO4+2H2O H2O2+H2SO4+MnO2=MnSO4+O2+2H2O 补充：,MnO4-+还原剂 (紫红),Mn2+(强酸性）-浅粉溶液 MnO2（中性）-棕色沉淀 MnO42-(碱性）-绿色溶液,2019/5/15,26,4.用途 漂白剂（漂白油画、丝织品、毛织品等）、消毒剂、杀菌剂。浓度30%会灼烧皮肤。 三、过氧化氢的制备 P329 实验室：BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2 电解: 2NH4HSO4 =（NH4）2S2O8 + H2 水解:（NH4）2S2O8 + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2,2019/5/15,27,9.5 硫和它的化合物,一、单质硫 二、硫的制备、性质和用途 *三、硫化氢和硫化物 *四、硫的氧化物 *五、硫的含氧酸及其盐,2019/5/15,28,一、单质硫 P329 斜方硫 单斜硫 弹性硫 密度/gcm-3 2.06 1.99 190的熔 颜色 黄色 浅黄色 融硫用冷稳定性 95.5 95.5 水速冷,化学式S8，环状皇冠结构。,长链状，有弹性，难溶溶剂。,硫的同素异形体：S8、S6、S4、S2,2019/5/15,29,斜方硫,单斜硫,S8结构,2019/5/15,30,2019/5/15,31,二、硫的制备、性质和用途 制备：3FeS2 + 12C + 8O2 = Fe3O4 + 12CO + 6S 性质：难溶于水，易溶于CS2 用途：大部分用于制硫酸,2019/5/15,32,三、硫化氢和硫化物 1.H2S P330 制备 FeS+H2SO4=H2S+FeSO4 （少量制备） Na2S+H2SO4=H2S+Na2SO4 （大量制备） 物性 无色、臭鸡蛋味的气体，微溶于水， 饱和溶液浓度0.1 moldm-3。,2019/5/15,33,H2S的代用品-硫代乙酰胺（TAA） CH3CSNH2 + H2O = CH3COO- + NH4+ + H2S 化性：二元弱酸 K1=1.310-8 K2=7.110-15 P330 还原性 EA = 0.14V EB = -0.45V 2H2S+3O2(充足）=2SO2+2H2O 2H2S+O2(不充足）=2S+H2O 2H2S+SO2=3S+2H2O H2S+I2=2HI+S H2S+2FeCl3= S+2FeCl2+2HCl,2019/5/15,34,2.硫化物 硫化物的水解 碱金属硫化物 S2-+H2O = HS-+OH- （强碱性） 碱土金属硫化物 2CaS+2H2O=Ca(HS)2+Ca(OH)2 部分高价金属硫化物 Al2S3+6H2O=2Al(OH)3+3H2S Cr2S3+6H2O=2Cr(OH)3+3H2S 水溶液中不存在，干法制,2019/5/15,35,2.多硫化物 P331 制备：可溶性金属硫化物（浓）+ 硫粉 S2-+（x-1)S=Sx2- (x=2-6) 溶液一般黄色，x增大，溶液颜色黄橙红 性质：类同过氧化物，既有氧化性又有还原性 Na2S2+SnS = Na2SnS3(硫代锡酸钠） 3FeS2+8O2 = Fe3O4+6SO2 * 酸中歧化分解 S22-+2H+=H2S+S,2019/5/15,36,1.SO2 P333 结构：类同O3 ，V型，2个键， 一个34（3中心，4电子）,四、硫的氧化物,2019/5/15,37, 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） SO2 + H2S（水）= 3S+ 2H2O SO2 + 2CO = S+ 2CO2 2SO2 + O2 = 2SO3 5SO2 + 2MnO4- + 2H2O = 5SO42- + 2Mn2+ + 4H+,2019/5/15,38,常温纯态为液体,SO3极易吸水，在空气中强烈冒烟，溶于水生成H2SO4，并放出大量热，热使水蒸发，所产生的水蒸气与SO3形成酸雾，影响吸收。工业上用浓H2SO4吸收。 强氧化剂：10SO3+P4=P4O10+10SO2,2.SO3,2019/5/15,39,1.亚硫酸及其盐 亚硫酸 不稳定：SO2水合物 酸 性：中强二元酸 K110-2;K210-7 氧化还原性：H2SO3+H2S =3S+3H2O 2H2SO3+O2 = 2H2SO4,五、硫的含氧酸及其盐,2019/5/15,40,2.连二亚硫酸钠（保险粉）-白色固体 P344 制备(无氧）：2NaHSO3+Zn=Na2S2O4+Zn(OH)2 还原性: 水溶液置于空气中即被氧化。 2Na2S2O4+O2+2H2O=4NaHSO3 Na2S2O4+O2+H2O=NaHSO3+NaHSO4 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。,2019/5/15,41,（1）H2SO4的物理性质：纯态为无色油状液体。 98.3%（18.0 moldm-3)浓硫酸，沸点高。,（2） H2SO4的化学性质,吸水性,吸游离水，做干燥剂 脱水性 C12H22O1112C+11H2O,酸 性 稀硫酸为二元强酸，具有酸的一切通性,3、H2SO4及其盐 P337,2019/5/15,42,氧化性,稀酸（H+）：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 浓酸（S）：Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2+2H2O C+2H2SO4(浓)=CO2+2SO2+2H2O,2019/5/15,43,P339 CuSO45H2O 蓝矾或胆矾；FeSO47H2O 绿矾； ZnSO47H2O 皓矾,矾：带结晶水的过渡金属硫酸盐。,硫酸盐的用途： Al2（SO4）3为净水剂，造纸充填剂和媒染剂； CuSO45H2O是消毒剂和农药 FeSO47H2O农药和治疗贫血的药剂,2019/5/15,44,* 5、硫代硫酸及其盐 P342 常用：Na2S2O35H2O-海波、大苏打 制法：Na2SO3+S(煮沸）=Na2S2O3 2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2 (制备液控制在碱性范围） 物性：无色透明结晶，易溶于水， 水溶液弱碱性 化性： 稳定性 中性、碱性溶液中很稳定，酸（PH4.6）中迅速分解。 Na2S2O3+2HCl=2NaCl+S+SO2+H2O（鉴定）,2019/5/15,45, 还原性 中强还原剂 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI(定量测碘） Na2S2O3+4Cl2（Br2)+5H2O=N