15章氧族元素-杨莉.ppt
《15章氧族元素-杨莉.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《15章氧族元素-杨莉.ppt(71页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第15章 氧族元素,基本要求,1了解氧化物的分类。,2掌握氧、臭氧、过氧化氢的结构、性质和用途。,3掌握硫的成键特征及多种氧化态所形成的含氧酸的结构、性质、制备和用途,以及它们之间的相互转化关系,教学重点 1臭氧、过氧化氢的结构、性质。 2硫的同素异形体,硫化物、多硫化物、氧化物、硫的含氧酸的结构和性质。,教学难点 硫的不同氧化物、含氧酸的结构和性质。,教学时数 6学时,15-1 氧族元素的通性,15-1-1 氧族存在(自学),氧 O: 存在形式 O2 (大气圈)、H2O (水圈)、SiO2 及硅酸盐,其它含氧化合物 (岩石圈)。 丰度 48.6 %, 居第 1 位。 硫 S: 天然单质硫矿;
2、硫化物矿。方铅矿 PbS, 闪锌矿 ZnS;硫酸盐矿:石膏 CaSO42H2O, 芒硝 Na2SO410H2O,重晶石 BaSO4 , 天青石 SrSO4, 占0.048% 居第16位,单质Se,单质Te,15-1-2 氧族元素的基本性质 氧在氧族中显出其特殊性。 第二电子亲合能吸热。 氧族元素以-2价离子的形式形成离子型化合物的趋势很小:离子型的氧化物和碱金属硫化物。,硒 Se:硒铅矿 PbSe, 硒铜矿 CuSe 碲 Te:碲铅矿 PbTe 为 10-6-10-7% 钋 Po:放射性元素,本章不做介绍。,氧化数:-2、0。 S、Se、Te:+2、+4、+6。 O与F化合时:+2。 15-1
3、-3 氧族元素的电势图(见书486) 氧的元素电势图: a、H2O2无论酸性或碱性都会歧化; b、O2酸性条件下是强氧化剂,碱性条件下是弱氧化剂; c、O3无论酸性或碱性条件都是强氧化剂。,15-2 氧及其化合物,15-2-1、氧气单质 一、基本性质、制备和应用: O2分子结构: KK(2s)2(*2s)2(2p)2(2pY)2(2pZ)2(*2pY)1 (*2pZ)1 1、氧形成化合物的价键特征 (1)、以氧原子为结构基础的成键情况 A、形成离子键成为O2-离子, Na2O , MgO B、形成共价键,氧化数为-2时: a、两个共价单键: O 此时O原子多取sp3杂化。 H2O,b、在a的基
4、础上再形成一个配键: O c、提供2个电子形成共价双键:O = 此时O原子多取sp2杂化,如H2C=O(甲醛)。 d、在c的基础上再形成一个配键: O = 此时O原子多取sp杂化,如CO分子。 e、接受一对电子形成配位键:O f、在e的基础上提供一对p电子形成反馈键: O 如在含氧酸中存在的反馈d-p键。,(2)、以O2分子为结构基础的成键情况 A、结合一个电子形成O2-超氧离子。 B、O2分子结合两个电子: a、形成O22-过氧离子。 b、共价的过氧链:OO C、失去一个电子形成二氧基阳离子:O2+ D、提供一对p电子形成配位键: O2 如HmFeO2。Hm是卟啉衍生物。 (3)、以O3分子
5、为结构基础的成键情况 A、结合一个电子形成O3-臭氧离子。,B、共价的臭氧链:OOO 二、单线态氧及其性质 A、基态氧: KK(2s)2(*2s)2(2p)2 (2pY)2 (2pZ)2(*2pY)1 (*2pZ)1 其中*2p的两个电子自旋平行: 。 基态氧在强度适当的磁场影响下,在原子吸收或发射光谱中有(2s+1)条谱线。 s为自旋量子数的合量:1/2 + 1/2 =1,即基态氧有三条谱线。 基态氧的自旋多重性为3,称基态氧是三重态,符号3g-,又称为三线态氧3O2。,B、激发态氧: a、第一激发态: 。 此时:s=1/2 + (-1/2)=0 得: 2s + 1 =1 第一激发态的自旋多
6、重性为1。 第一激发态氧为单重态,符号:1g (1O2) 。 称第一激发态氧为单线态氧。 第一激发态的单线态氧的能量高出基态氧约92.0kJ.mol-1。,b、第二激发态: 第二激发态的自旋多重性为1,第二激发态氧也是单重态,符号:1g+ (1O2) 。 称第二激发态氧为单线态氧。 第二激发态的单线态氧能量高出基态氧约154.8kJ.mol-1。 在水溶液中,第一激发态的寿命(10-6-10-5s)比第二激发态的寿命(10-9s)长得多。 单线态氧常指第一激发态氧。 产生单线态氧的方法:光敏化法、微波放电法和化学方法。(见书488页),单线态氧在有机体的代谢以及多种生理和病理生理过程中起作用。
7、 15-2-2、氧化物 定义:氧以单个氧原子形成的二元化合物。 分类: 离子型氧化物(碱性、两性)、过渡型氧化物(酸性、碱性、两性)、共价型氧化物(酸性、两性、中性)。 性质: 氧化物最重要的性质是酸碱性。,A、酸碱性递变规律: 1、同一主族元素从上至下最高氧化态的氧化物酸性减弱,碱性增强。 2、同一周期从左至右最高氧化态的氧化物碱性减弱,酸性增强。 3、同一元素的氧化物从低氧化态氧化物到高氧化态氧化物碱性减弱,酸性增强。 4、极少数非金属氧化物显中性。如CO等。 B、氧化物酸碱性强弱的度量: 用反应的rG来衡量。即: 酸性氧化物 + 碱 产物 rG 碱性氧化物 + 酸 产物 rG,rG负值的
8、绝对值越大,酸性氧化物酸性越强;碱性氧化物碱性越强。 注意:上述反应的酸或碱必须是同一种酸或碱,且浓度、反应外界条件必须相同。 如书489-490页的例子。,2-3、臭氧,是O2的同素异形体,结构:,中心O:sp2杂化形成,键角:117o,=1.810-30Cm,惟一极性单质,离域大键的形成条件: a) 几个原子共平面(共分子平面) b) 均有垂直于分子平面的P轨道 ,互相平行 c) P轨道中电子总数小于轨道数的 2 倍。以保证键级大于零。,臭氧层、臭氧空洞、环保。 臭氧层:在地球表面20-40km的高空存在臭氧层,在臭氧层中存在O2与O3间的转化平衡: O+O,O+O2 242nm 3O2
9、2O3 220-320nm O + O2 臭氧层吸收大部分的太阳紫外线,使得人类免于紫外线的伤害。 臭氧空洞:观测发现,在地球的两个极(南、北)发现了面积达几百平方公里、甚至上千公里的臭氧空洞。,地球第三极:青藏高原发现了臭氧空洞。 环保:臭氧空洞的出现是由于工业生产中放出的某些废气所致。 如氯氟烃(CFCl3、CF2Cl2)、氮氧化物等。,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。,其中CF2Cl2、NO2对臭氧的破坏反应见书490-491页。 1、制备:一般通过无声放电(没有火花的放电)由O2分子为原料来制备。 2、物理性质: 见书491页表15-
10、2所示。 3、化学性质:,尤其是制冷剂氟利昂(一种氟氯代烃)放出的 Cl 是 O3 分解的催化剂,对破坏臭氧层有长期的作用。此项研究已获得 1995 年度 Nobel 化学奖。,A、不稳定性: O3分子中的大键强度不及O2分子中的两个三电子键。 导致: 键长(O-O):O3(127.8pm)长于O2(120.8pm)。 键能(O-O):O3小于O2 。 O3不稳定性的热力学说明: 2O3 = 3O2 rH= -284kJ.mol-1 B、氧化性: O3的氧化能力很强。,15-2-4 过氧化氢 一、制备和用途 实验室:酸化其盐来制备。 如:BaO2+CO2+H2OBaCO3+H2O2 工业: A
11、、电解: a、2NH4HSO4(NH4)2S2O8+H2,b、(NH4)2S2O8+2H2O2 NH4HSO4+H2O2,b反应在硫酸存在下进行,历程为: (NH4)2S2O8+2H2SO4H2S2O8+NH4HSO4 H2S2O8+H2OH2SO5(过一硫酸)+ H2SO4 H2SO5 + H2O H2SO4+ H2O2 合并a + b: 2H2O H2O2 + H2 B、乙基蒽琨法: 以乙基蒽琨和Pd为催化剂: H2 + O2 H2O2 反应历程:见书493页。,二、结构和性质 1、结构:见书494页图15-3。 成键:H2O分子中的一个H原子被羟基取代。 2、性质 A、物理性质: H2O
12、2的极性强于H2O。H2O2分子间存在氢键,其缔合程度强于H2O。 B、化学性质: a、不稳定性 受热易分解:2H2O2 2H2O + O2,反应特点: 在碱性介质中的分解速度远大于酸性介质; 杂质的存在以及重金属离子的存在会催化该分解反应; 波长为320-380nm的光催化该分解反应。 酸性条件下还原电对在0.695V-1.77V间的还原剂可催化分解。 例见书495页。 b、氧化还原性:,H2O2+2I-+2H+I2+2H2O (H2O2定性定量分析) PbS+2H2O2PbSO4+4H2O (修复旧的油画) 白色颜料:Pb2(OH)2CO3 黑色 PbS,3 H2O2 + 2 NaCrO2
13、 + 2 NaOH 2 Na2CrO4 + 4 H2O, 用作氧化剂, 用作还原剂,5 H2O2 + 2 MnO-4 + 6 H3O+ 2 Mn2+ + 5 O2 + 14 H2O,鉴定 Cr2O72 + 2H2O2 + 2H+ = 5H2O + 2CrO5 (蓝色),过氧化铬在乙醚中能存在一段时间。检验H2O2或CrO42-、Cr2O72-离子。,这是典型的过氧链转移反应:,乙醚,过氧链 OO 取代了酸根中的双键氧,此反应可用于鉴定过氧链的存在。 CrO5 不稳定,放置后发生如下反应 2CrO5+ 7H2O 2 ( 过量) + 6H+ = 7O2+ 10H2O +2Cr3+(蓝绿),H2O2
14、氧化性强,还原性弱; 是不造成二次污染的杀菌剂 c、酸性: 二元弱酸:Ka1=1.5510-12,Ka2=1.010-25,巨能钙,过氧化氢的使用依赖于其氧化性,不同浓度的过氧化氢具有不同的用途:一般药用双氧水的浓度为3%,美容用品中双氧水的浓度为6%,试剂级双氧水的浓度为30%,食用级双氧水的浓度为35%,浓度在90%以上的双氧水可用于火箭燃料的氧化剂,若90%以上浓度的双氧水遇热或受到震动就会发生爆炸。,在食品工业中,它主要用于软包装纸的消毒、罐头厂的消毒、奶和奶制品杀菌、面包发酵、食品纤维的脱色,饮用水处理等。,15-3 硫及其化合物 硫的元素电势图见书486页。 酸性条件下: S2O3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 15 章氧族 元素 杨莉
链接地址:https://www.31doc.com/p-3404354.html