氧族元素课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2024/11/19,1,氧族元素,2023/10/81 氧族元素,2024/11/19,2,一、氧族元素概述,二、臭氧和过氧化氢,三、硫化物和多硫化物,四、硫的氧化物、含氧酸及其盐,五、硒、碲的化合物,六、应用举例,2023/10/82一、氧族元素概述,一、氧族元素概述,2024/11/19,3,A,O,S,Se,Te,Po,n,s,2,n,p,4,一、氧族元素概述2023/10/83 A,2024/11/19,4,氧和硫能以单质和化合态存在,氧是地壳中分布最广的元素，丰度居各种元素之首，质量约占地壳的一半；大气中单质状态存在。,在海洋中主要以,H,2,O,形式存在，以硅酸盐、氧化物及其他含氧阴离子的形式存在于岩石和土壤中,单质硫矿床主要分布在火山附近。,化合态硫分布较广，主要有硫化物（如,FeS2,、,PbS,、,CuFeS2,、,ZnS,等）和硫酸盐（,CaSO4,、,BaSO4,、,Na2SO4 10H2O,等）；煤和石油；动植物有机体的细胞组成元素之一，如各种蛋白质中化合态硫含量,0.82.4%,。,2023/10/84氧和硫能以单质和化合态存在,2024/11/19,5,硒和碲属于分散性稀有元素，以极微量存在于各种硫化矿物中，通过焙烧可从烟道气中回收，或从电解精炼铜的阳极泥中回收。,硒具有同素异形体，灰硒为链状晶体，导电性在暗处很低，受光照时可升高近千倍，用来做光电池和整流器；红硒为分子晶体，用于制造红玻璃；特种不锈钢和合金。,碲银白色链状晶体，很脆、易成粉末，用于制造合金，增加其坚硬性和耐磨性。,2023/10/85硒和碲属于分散性稀有元素，以极微量存在于,2024/11/19,6,化学活性：,O, S Se Te,氧与几乎所有元素,（除大多稀有气体）,化合形成氧化物,硫与许多金属接触时能发生反应，高温下能与氢、氧、碳等非金属作用；稀有气体及单质碘、氮、碲、金、铂和钯不能直接与硫化合,硒和碲能与大多数元素反应形成相应硒化物和碲化物,氧族单质（除,Po,外）不与水和稀酸反应；与浓,HNO,3,作用，分别被氧化成,H,2,SO,4,、,H,2,SeO,3,和,H,2,TeO,3,氧族单质,2023/10/86 化学,2024/11/19,7,中心,O,的,2P,z,轨道和两个配体,O,的,2P,z,轨道均垂直于分子平面， 互相重叠，共有,4,个电子（中心,2,个，配体,1,个, 2,）在这,3,个,P,z,轨道中运动，形成,3,中心,4,电子大,键（,3,4,）。故,O,3,中以, ,键约束,3,个氧原子，,O,3,中的化学键介于单双键之间。,1,、臭氧,1,）臭氧分子结构,臭氧的分子式为,O,3,，中心氧原子的杂化方式：,sp,2,不等性杂化,二、臭氧和过氧化氢,2023/10/87中心O的 2Pz 轨道和两个配体O的 2,2024/11/19,8,三个或三个以上原子形成的,键称为,平面大,键，,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轨道 ，互相平行,c,）轨道中电子总数小于轨道数的,2,倍，以保证键级大于零。,2023/10/88 三个或三个以上原子形成的键称,2024/11/19,9,淡蓝色、鱼腥味气体，分子极性，水中溶解度 比,O,2,大,不稳定，常温下缓慢分解为,O,2,，在,473K,以上或,MnO,2,存在时分解较快,氧化性强,O,3,+ 2I,-,+ 2H,+, I,2,+ O,2,+ H,2,O,将,S,、,H,2,O,2,分别氧化成,H,2,SO,4,和,O,2,将还原性差的物质氧化，如,Ag,+ 2O,3, Ag,2,O,2,+ O,2,氧化有机化合物，氧化烯烃，用来测定不饱和双键位置,净化废水和废气,，如处理工业中的含氰废水,CN,-,+ O,3, OCN,-,+ O,2,2OCN,-,+ 3O,3,+ H,2,O 2HCO,3,-,+ N,2,+3O,2,2,）臭氧的性质,2023/10/89淡蓝色、鱼腥味气体，分子极性，水中溶解度,2024/11/19,10,3,）臭氧的制备,在高温和放电的条件下，,O,2,可以变成,O,3,。如雷雨季节里闪电，产生的高压放电，可引发反应,3 O,2, 2 O,3,实验室,紫外光（, 185nm,）照射氧气、或使氧气通过放电装置获得臭氧与氧气混合物（含臭氧可达,10%,），经除杂质和分馏获得纯,O,3,。,2023/10/8103）臭氧的制备实验室紫外光（ 18,2024/11/19,11,（,1,）,H,2,O,2,的分子结构,中心,O,的,sp,3,不等性杂化，单电子轨道与,H,的,1s,、,O,的,sp,3,成,键， 孤对电子使键角变得小于,10928,。,2,、过氧化氢,2023/10/811（1）H2O2的分子结构 中心O,2024/11/19,12,（,2,）,H,2,O,2,的性质,纯,H,2,O,2,是淡蓝色粘稠状液体，极性比,H,2,O,强,分子间有比,H,2,O,强缔合作用,，与,H,2,O,以任意比例互溶，沸点比,H,2,O,高，为,151.4,，熔点与,H,2,O,相近，,-0.89 ,H,2,O,2,与碱作用,1,）,H,2,O,2,二元弱酸,H,2,O,2,H,+,+ HO,2,-,K,1,=2 10,-12,HO,2,-,H,+,+ O,2,2-,K,2,10,-25,H,2,O,2,+ NaOH(,过量,) NaHO,2,+ H,2,O,H,2,O,2,+ Ba(OH),2, BaO,2,+ 2H,2,O,（过氧化物的制备）,2023/10/812（2） H2O2的性质H2O2 与碱作,2024/11/19,13,2,）,H,2,O,2,的氧化,-,还原性,3H,2,O,2,+,2MnO,4,-,=,5H,2,O,2,+,2MnO,4,-,+,6H,+,=,H,2,O,2,+,Mn(OH),2,=,3H,2,O,2,+,2NaCrO,2,+2NaOH=,H,2,O,2,+,2Fe,2+,+2H,+,=,2MnO,2,+3O,2,+2OH,-,+2H,2,O,2Mn,2+,+5O,2,+8H,2,O,MnO,2,+ 2H,2,O,2Fe,3+,+2H,2,O,2Na,2,CrO,4,+ 4H,2,O,2H,2,O,2, 2H,2,O + 3O,2,典型反应：,2023/10/8132）H2O2 的氧化-还原性3H2O2,2024/11/19,14,油画的染料中含铅白,2PbCO,3,Pb(OH),2,，长久与空气中的,H,2,S,作用，生成黑色的,PbS,，使油画发暗；用,H,2,O,2,涂刷，生成,PbSO,4,，油画变白。,PbS + 4 H,2,O,2,= PbSO,4,+ 4 H,2,O,乙醚,鉴定,:,Cr,2,O,7,2-,+ 2H,2,O,2,+ 2H,+,=5H,2,O +,2CrO,5,O,O | O,| Cr |,O O,水相,:,2CrO,5,+ 7H,2,O,2,+ 6H,+,= 7O,2,+ 10H,2,O,+,2Cr,3+,(,蓝绿,),Cr,2,O,7,2-,+ H,2,O,2,+ H,+,=,Cr,3+,+ H,2,O + O,2,Cr,3+,+ H,2,O,2,+ OH,-,CrO,4,2-,+ H,2,O,2023/10/814油画的染料中含铅白2PbCO3Pb,2024/11/19,15,（,3,）,H,2,O,2,的制取,2,）电解水解法（工业）,用,Pt,做电极，电解,NH,4,HSO,4,饱和溶液,1,）实验室制法,BaO,2,+ H,2,SO,4, BaSO,4,+ H,2,O,2,这是用强酸制取弱酸的常用方法,2NH,4,HSO,4, (NH,4,),2,S,2,O,8,(,阳极,) + H,2,(,阴极,),电解,(NH,4,),2,S,2,O,8,+ 2H,2,O 2NH,4,HSO,4,+ H,2,O,2,H,2,SO,4,2023/10/815（3） H2O2的制取2）电解水解法（,2024/11/19,16,通入空气氧化成乙基蒽醌和,H,2,O,2,；在,Pd,催化下，通入,H,2,，醌又变成醇。可以反复通入,O,2,和,H,2,，制得,H,2,O,2,3,）乙基蒽醌法,以,H,2,和,O,2,作原料，在有机溶剂（重芳烃和氢化萜松醇）中借助,2-,乙基蒽醌和钯,(Pd),的作用制得过氧化氢。,H,2,+ O,2,H,2,O,2,2023/10/816通入空气氧化成乙基蒽醌和H2O2；在,2024/11/19,17,(4) H,2,O,2,的用途,作为氧化剂，产物为,H,2,O,，不会引入杂质,工业上用作漂白剂，医药上用稀,H,2,O,2,作为消毒杀菌剂，高于,30%,的,H,2,O,2,水溶液会灼伤皮肤,纯,H,2,O,2,可作为火箭燃料的氧化剂,实验室用,30%,和稀的,(3%)H,2,O,2,作氧化剂,2023/10/817(4) H2O2的用途作为氧化剂，产物,2024/11/19,18,1,、硫化物,三、硫化物和多硫化物,金属硫化物大多数有颜色且难溶于水，只有碱金属的硫化物易溶。金属硫化物在酸中溶解度不同构成定性分析化学硫化物体系。,HgS,的,K,sp,最小，它只能溶于王水 和,Na,2,S,3HgS+ 8H,+,+2NO,3,-,+12Cl,-,= 3HgCl,4,2-,+3S+2NO+4H,2,O,HgS + Na,2,S = Na,2,HgS,2,硫化物都会产生一定程度的水解，而使溶液呈碱性,Na,2,S,+,H,2,O = NaHS,+,NaOH,PbS,+,H,2,O = Pb,2,+,HS,+,OH,2023/10/8181、硫化物三、硫化物和多硫化物金属硫化,2024/11/19,19,2,、多硫化物,碱金属,(,含,NH,4,),硫化物水溶液能溶解单质硫生成多硫化物,Na,2,S,的水溶液放置在空气中，,S,2-,被氧化成,S-S,2-,Na,2,S+,（,x,-1,）,S = Na,2,S,x,（,x=2, 3, ,6,）,(S,x,),2-,随着硫链的变长颜色：,S,2-,X,2-,黄橙红,遇酸不稳定：,氧化性：,还原性：,歧化反应：,2023/10/8192、多硫化物碱金属(含NH4)硫化物,放电,负极：,熔融,Na 2Na 2e 2Na,+,充电,放电,正极：,熔融,S,x,S+2Na,+,+2e,Na,2,S,x,充电,充,总,：,2Na+,x,S,Na,2,S,x,放,电解质：,-Al,2,O,3,（,Na,2,O,和,Al,2,O,3,合成的非整比化合物）,问题：,1.,工作温度,300500,，,Na,、,S,8,要处于熔融态，要绝热,2.,充电时间长，需,1520h,。,优点,：蓄电量是铅酸电池的,5,倍左右，质量仅是其,1/5,；,运行平稳，无污染，寿命长；原材料丰富等。,3,、应用,钠硫蓄电池,2024/11/19,20,2024/11/19,21,四、硫的氧化物、含氧酸及其盐,1,、硫的氧化物,主要有,SO,2,和,SO,3,SO,2,无色,/,有刺激性气味，生成二元弱酸,H,2,SO,3,SO,3,无色易挥发固体，有三种变体,、,、,，,为三聚体，,型为石棉结构，,型为类似石棉结构（层状），气态,SO,3,主要以单分子形式存在,2023/10/821四、硫的氧化物、含氧酸及其盐1、硫的氧,2024/11/19,22,2,、硫的含氧酸及其盐,包括：亚硫酸系列、硫酸系列、连硫酸系列、过硫酸系列,2023/10/8222、硫的含氧酸及其盐,2024/11/19,23,2023/10/823,2024/11/19,24,氧化还原性：,H,2,SO,3,+ H,2,S 3S + 3H,2,O,1,）亚硫酸及其盐,二元中强酸,H,2,SO,3, H,+,+ HSO,3,-,K,1,=1.310,-2,HSO,3,-, H,+,+ SO,3,2-,K,2,=6.310,-8,亚硫酸盐性质,：,4Na,2,SO,3,= 3Na,2,SO,4,+Na,2,S,（受热分解）,SO,3,2-,+H,2,S+H,+,=S+H,2,O,SO,3,2-,+Cl,2,+H,2,O=SO,4,2-,+2Cl,-,+2H,+,5SO,3,2-,+2MnO,4,-,+6H,+,=2Mn,2+,+5SO,4,2-,+3H,2,O,2023/10/824氧化还原性：H2SO3 + H2S,2024/11/19,25,硫酸根离子,SO,4,2,是四面体结构中心原子硫采用,sp,3,杂化，形成四个,键；中心,S,原子上空的,d,轨道与,O,的,2p,轨道（满电子）发生重叠形成,(p-d),反馈配键,S-O,键长为,143pm,，比双键（,149pm,）的键长短，,S-O,键中存在额外的,(p-d),反馈键成分,2,）硫酸,及其盐,2023/10/825硫酸根离子SO42是四面体结构中心原,2024/11/19,26,硫酸化学性质,吸附性和脱水性,H,2,SO,4,分子与,H,2,O,分子间有较强的氢键，水合时放热较多，有强的吸附性和吸水性。,强酸性第一级完全电离,HSO,4,-,H,+,+ SO,4,2-,k,2,= 1.0,10,-2,浓硫酸的氧化性,Fe,+,H,2,SO,4,（稀）,FeSO,4,+,H,2,Cu,+,2H,2,SO,4,（浓）,CuSO,4,+,SO,2,+,2H,2,O,C,+,2H,2,SO,4,（浓）,CO,2,+,2SO,2,+,2H,2,O,2023/10/826硫酸化学性质 强酸性第一级完全,2024/11/19,27,溶解性大多数硫酸盐易溶解,除,Ag,2,SO,4, PbSO,4, Hg,2,SO,4, CaSO,4, SrSO,4, BaSO,4,等难溶之外，酸式硫酸盐的溶解度稍大于相应的正盐,结晶水,CuSO,4,5 H,2,O,胆矾，,CaSO,4,2 H,2,O,石膏,ZnSO,4,7 H,2,O,皓矾，,Na,2,SO,4,10 H,2,O,芒硝,FeSO,4,7 H,2,O,绿矾，,MgSO,4,7 H,2,O,泻盐,易形成复盐,M(I),2,SO,4,M(II)SO,4,6H,2,O,如：,(NH,4,),2,SO,4,FeSO,4,6H,2,O M(I),2,SO,4,M(III),2,(SO,4,),3,24 H,2,O,如：,K,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,24H,2,O,硫酸盐和矾,2023/10/827 溶解性大多数硫酸盐易溶解 结,2024/11/19,28,硫酸盐的热分解,硫酸盐热分解的基本形式是产生,SO,3,和金属氧化物,MgSO,4, MgO + SO,3,ii,）若阳离子有还原性，则可能将,SO,3,部分还原,2FeSO,4, Fe,2,O,3,+ SO,3,+ SO,2,Ag,2,SO,4,= 2Ag + SO,2,+ O,2,HgSO,4,= Hg + SO,2,+ O,2,红热,例外：,i,）温度高时,SO,3,和金属氧化物均可能分解,2023/10/828 硫酸盐的热分解ii）若阳离子有还原,2024/11/19,29,3,）焦硫酸及其盐,用浓硫酸吸收,SO,3,，得纯,H,2,SO,4,，再溶解,SO,3,，则得到发烟硫酸。 其化学式可表示为,H,2,SO,4,xSO,3,，当,x,1,时，成为,H,2,S,2,O,7,，称为焦硫酸（一缩二硫酸）,焦硫酸，无色晶体，熔点,308K,； 比硫酸具有更强的氧化性、吸水性和腐蚀性,焦硫酸与水，生成硫酸,H,2,S,2,O,7,+ H,2,O 2H,2,SO,4,SO,3,+ H,2,SO,4, H,2,S,2,O,7,2023/10/8293）焦硫酸及其盐用浓硫酸吸收SO3，得,2024/11/19,30,焦硫酸盐进一步加热，生成硫酸盐,焦硫酸盐，,碱金属的酸式硫酸盐强热（熔点以上）脱水,（制焦亚硫酸与此相近，但不需强热）,焦硫酸盐熔矿作用：,焦硫酸盐和一些碱性氧化物矿物共熔可以生成可溶性盐类的反应,Fe,2,O,3,+ 3K,2,S,2,O,7,= Fe,2,(SO,4,),3,+ 3K,2,SO,4,共熔,焦硫酸盐,2023/10/830焦硫酸盐进一步加热，生成硫酸盐焦硫酸盐,2024/11/19,31,H,2,S,2,O,3,不稳定，其钠盐具有实际意义。,Na,2,S,2,O,3,5H,2,O,， 硫代硫酸钠，商品名海波（俗名大苏打）；无色透明，易溶于水，水溶液呈弱碱性。,4,）硫代硫酸及其盐,Na,2,S,2,O,3,制备,硫粉溶于沸腾,Na,2,SO,3,溶液：,Na,2,SO,3,+S = Na,2,S,2,O,3,Na,2,S,和,Na,2,CO,3,混合溶液通入,SO,2,2Na,2,S+Na,2,CO,3,+4SO,2,=3Na,2,S,2,O,3,+CO,2,2023/10/831H2S2O3不稳定，其钠盐具有实际意义,2024/11/19,32,a ) NaS,2,O,3,见酸分解（,实际上就是,H,2,S,2,O,3,的分解）,b ),还原性,化学性质,鉴定反应：,S,2,O,3,2-,，,NaS,2,O,3,在中性、碱性溶液中很稳定,纺织和造纸工业中利用,NaS,2,O,3,作为脱氯剂,O,H,SO,S,O,S,H,2H,O,S,2,2,3,2,2,2-,3,2,+,+,+,+,Na,2,S,2,O,3,+4Cl,2,+5H,2,O = 2H,2,SO,4,+2NaCl+6HCl,2Na,2,S,2,O,3,+ I,2,= Na,2,S,4,O,6,+ 2NaI,（定量）,分析中用此来定碘，,生成物,连四硫酸盐,2023/10/832a ) NaS2O3 见酸分解（实际上,2024/11/19,33,c),配位性,硫代硫酸重金属盐难溶,/,不稳定，,Ag,2,S,2,O,3,可以溶于过量,Na,2,S,2,O,3,中，生成络合物不稳定，遇酸分解得,Ag,2,S,应用：照相洗像时,Na,2,S,2,O,3,溶掉未感光的,AgBr,AgBr + 2S,2,O,3,2-,= Ag(S,2,O,3,),2,3-,+ Br,-,S,2,O,3,2-,是一个比较强的配位体,S,2,O,3,2-,+ 2Ag,+, Ag,2,S,2,O,3,Ag,2,S,2,O,3,+ 2Na,2,S,2,O,3,= Na,4,Ag,2,(S,2,O,3,),3,Ag,2,S,2,O,3,+ H,2,O Ag,2,S+ H,2,SO,4,AgX + 2S,2,O,3,2-, Ag(S,2,O,3,),2,3-,+ X,-,(X,为,Cl、Br),2023/10/833c) 配位性硫代硫酸重金属盐难溶/不稳,2024/11/19,34,5,）过硫酸及其盐,HOOH,被,-SO,3,H,取代,O O,| |,HOSOOSOH,| |,O O,H,2,S,2,O,8,+ H,2,O,H,2,SO,4,+ H,2,SO,5,H,2,SO,5,+ H,2,O,H,2,SO,4,+ H,2,O,2,过二硫酸,(,无色晶体,),在,65,时熔化并分解，它有强的吸水性，能使有机物炭化。,过二硫酸不稳定，易水解,：,过硫酸：,硫的含氧酸中含有,过氧基,(,-,O-O-,),2023/10/8345）过硫酸及其盐HOOH被-SO,2024/11/19,35,S,2,O,8,2-,是在酸介质中能够将,Mn,2+,氧化成,MnO,4,-,的强氧化剂,过二硫酸盐的热分解,过硫酸盐,常见：,K,2,S,2,O,8,、,(NH,4,),2,S,2,O,8,强氧化剂：,Ag,+,Cu+K,2,S,2,O,8,+8H,2,O = CuSO,4,+K,2,SO,4,Ag,+,2Mn,2+,+5K,2,S,2,O,8,+8H,2,O = 2MnO,4,-,+10SO,4,2-,+16H,+,2023/10/835S2O8 2-是在酸介质中能够将 Mn,2024/11/19,36,6,）连二亚硫酸及其盐,用锌还原亚硫酸可得到,连二亚硫酸,Zn + 3H,2,SO,3, ZnSO,3,+ H,2,S,2,O,4,+2H,2,O,很不稳定，遇水立即分解为硫代硫酸和亚硫酸，硫代硫酸又分解为硫和亚硫酸,2H,2,S,2,O,4,+ H,2,O H,2,S,2,O,3,+ 2H,2,SO,3,H,2,S,2,O,3,S + H,2,SO,3,二元酸，,K,1,=4.510,-1,K,2,=3.510,-3,2023/10/8366）连二亚硫酸及其盐 用锌还原亚硫酸可,2024/11/19,37,连二亚硫酸钠,用,Zn,粉还原亚硫酸氢钠，得连二亚硫酸钠,连二亚硫酸钠二水盐,(,Na,2,S,2,O,4,2H,2,O),，保险粉，还原性极强,强还原剂,，,可还原,O,2,、,I,2,、,Cu,2+,、,Ag,+,等,保险粉,，,可用于保护其它物质不被氧化（如印染工业保证印染织品色泽鲜艳，防止水果、食品腐烂等）,Na,2,S,2,O,4,+ O,2,+ H,2,O NaHSO,3,+ NaHSO,4,2023/10/837连二亚硫酸钠用Zn粉还原亚硫酸氢钠，得,五、 硒、碲的化合物,1. SeO,2,、,TeO,2,为中等强度氧化剂,SeO,2,TeO,2,+ SO,2,+ H,2,O ,Se,Te,+ H,2,SO,4,2. H,2,SeO,3,、,H,2,SeO,4,无色固体,碲酸,H,6,TeO,6,或,Te(OH),6,八面体，,白色固体，弱酸，氧化性比,H,2,SO,4,强。,中等强度氧化剂,与,H,2,SO,3,对比,不挥发性强酸，吸水性强。,氧化性比,H,2,SO,4,强，可溶解金，生成,Au,2,(SeO,4,),3,，其他性质与,H,2,SO,4,类似,五、 硒、碲的化合物1. SeO2、TeO2为中等强度氧化,38,六、 应用举例,1.,单晶,Sb-Se-S,纳米管,Nano Letters,2009, 9, 2015-2020,六、 应用举例1. 单晶Sb-Se-S纳米管Nano Let,39,2024/11/19,40,2023/10/840,2024/11/19,41,2023/10/841,2,、,CdS,一维纳米阵列的催化生长,2、CdS一维纳米阵列的催化生长,42,2024/11/19,43,3,、,ZnSe,微米空心球的设计与合成,Angew. Chem. Int. Ed.,2003, 42 , 3027.,2023/10/8433、ZnSe微米空心球的设计与合成An,4,、沉淀,/,溶解平衡竞争,合成系列半导体空心微球,CdSe,空心微球,4、沉淀/溶解平衡竞争CdSe空心微球,44,2024/11/19,45,小 结,1,、臭氧和过氧化氢的典型特性及用途,2,、硫化物和多硫化物的特性及应用,3,、硫的氧化物、含氧酸及其盐的结构特点、,重要性质和应用,2023/10/845 小 结1、臭氧和过氧化氢的典,