1、1第十六章第十六章氧族元素氧族元素Oxygen Family Elements2氧族氧族(VIA)：O S Se Te Po单质单质 性性 质质 典型非金属典型非金属 准金属准金属 放射性金属放射性金属存存 在在 单质或矿物单质或矿物 共生于重金属硫化物中共生于重金属硫化物中氧氧 化化 态：态：-2,(-1)2 2 2 2,6 4,6 4,6 4,6第一电子亲合能第一电子亲合能:141 200 195 190(KJ/mol)16-1 氧族的通性氧族的通性1.原子的性质原子的性质 由于由于O价层电子结构：价层电子结构：2s22p4，第二周期，第，第二周期，第A族由于核外具有两个电子层，故半径较小
2、，使得氧与族由于核外具有两个电子层，故半径较小，使得氧与同族其它元素在电子亲合能及氧化态表现出反常的性同族其它元素在电子亲合能及氧化态表现出反常的性质。质。3原因：原因：O的氧化数为的氧化数为-2、0，不易表现出正氧化数。不易表现出正氧化数。O 无无 d 轨道轨道.，S Se 均有均有 d 轨道轨道，在一定的条件，在一定的条件下，下，np电子进入电子进入nd 轨道参与成键，表现正氧化态。轨道参与成键，表现正氧化态。氧的氧的E1 S，Se，Te ，O 半径小，电子云密度半径小，电子云密度大，接受一个电子排斥作用大，部分抵消了获得一个大，接受一个电子排斥作用大，部分抵消了获得一个电子形成电子形成O
3、-所放出的能量，所放出的能量，E1 变小。变小。硒硒 碲碲42.2.氧族元素的电势图氧族元素的电势图酸性溶液中，酸性溶液中，H2O2、O2、O3均为强氧化剂均为强氧化剂5低价硫化合物不论在酸性低价硫化合物不论在酸性还是在碱性溶液中都是强还是在碱性溶液中都是强还原剂还原剂酸介质中，酸介质中，过硫酸盐是过硫酸盐是强氧化剂强氧化剂6低价的硒化物低价的硒化物和碲化物也是和碲化物也是强还原剂强还原剂在高价含氧酸中，氧化性最大的是在高价含氧酸中，氧化性最大的是第四周期的硒含氧酸最强。（卤素第四周期的硒含氧酸最强。（卤素是第四周期的溴含氧酸最强，）是第四周期的溴含氧酸最强，）716-2 氧和臭氧氧和臭氧 2
4、.1氧在自然界的分布：氧在自然界的分布：O是地壳中分布最广含量最多的元素：是地壳中分布最广含量最多的元素：岩岩 层层:含氧酸盐，氧化物占总质量含氧酸盐，氧化物占总质量48%海水中：质量海水中：质量 89%大气中：质量大气中：质量 23%体积体积 21%氧同素异形体：氧同素异形体：O2和和O3 在地表在地表15km以上以上有一臭氧层：由有一臭氧层：由O2吸收紫外光产吸收紫外光产生的。生的。O3层阻止了强大的紫外线，使地球上的生命免层阻止了强大的紫外线，使地球上的生命免遭侵害。大气中还原性气体污染物如遭侵害。大气中还原性气体污染物如SO2，H2S，CO和氟里昂（和氟里昂（CF2Cl2，N2O等）等
5、与等）等与O3发生反应，导致发生反应，导致O3浓度降低，将对地球上的生命产生严重的影响。浓度降低，将对地球上的生命产生严重的影响。CF2Cl2+hCl+CFCl O3+Cl ClO+O2 O+ClO Cl+O2 O+O3 O2+O2 8 臭氧空洞变化图，臭氧空洞变化图，红色和蓝色区为空红色和蓝色区为空洞，左为洞，左为2001年年9月图，右为月图，右为2002年年9月形势。月形势。9 氧的同位素：氧的同位素：三种：三种：O16，O17，O18。普通普通O2中：中：O16：99.76%；O17：0.04%，O18：0.2%。通过分馏水可以得到重氧水通过分馏水可以得到重氧水H2O18形式富集形式富集
6、O18。O18是一种稳定同位素，可以做示踪原子用于研究是一种稳定同位素，可以做示踪原子用于研究化学反应机理。化学反应机理。2.2 氧的制备氧的制备 主要从空气中和主要从空气中和H2O制氧制氧 97%是从空气中提取的，是从空气中提取的，3%是电解水制取的。是电解水制取的。工业法：液化空气，分馏制氧，压入钢瓶中储存。工业法：液化空气，分馏制氧，压入钢瓶中储存。纯度：纯度：99.5%10 实验室制氧实验室制氧 2KClO3=2KCl+3 O2 2HgO=2Hg+O2 2BaO2=2BaO+O2；2NaNO3=2NaNO2+O2MnO2大气是工业上制取大气是工业上制取N2和和O2的最重要的资源。的最重
7、要的资源。O2对生命的重要性尽人皆对生命的重要性尽人皆知知,生物体通过呼吸将生物体通过呼吸将其转化其转化CO2。氧的工业。氧的工业用途主要是炼钢，生产用途主要是炼钢，生产1 t钢约需消耗钢约需消耗1 t氧。氧。112.3 氧的结构、性质和用途：氧的结构、性质和用途：（1）氧的分子结构：）氧的分子结构：O：2S22px22py1 2pz1 VB法：法：氧原子中氧原子中:2个成单电子相互配对成键个成单电子相互配对成键,键级相当于键级相当于双键，与实验相符，并符合稀有气体结构。双键，与实验相符，并符合稀有气体结构。但但O2分子中无成单电子，这与磁性实验相矛盾，分子中无成单电子，这与磁性实验相矛盾，因
8、此因此 VB 法对法对 O2 分子结构解释不合适。分子结构解释不合适。分子轨道法分子轨道法:电子排布式：电子排布式：O2 16e 一个一个键，键，2个个3e键，键，同时有同时有2个单电子，与磁性个单电子，与磁性实验相符。实验相符。OO12122222222222s2121)()()()()()()()()(pzpypzpypxs*s*s12（2）氧的性质和用途氧的性质和用途 a.O2是无色无臭的气体，是无色无臭的气体，90K淡蓝色液体，淡蓝色液体，54K淡蓝淡蓝色固体。液态和固态色固体。液态和固态O2有明显的顺磁性。有明显的顺磁性。在室温和加压下，分子光谱实验表明在室温和加压下，分子光谱实验表
9、明O2中含有抗中含有抗磁性物质磁性物质O4。O4中两个中两个 O2分子间的键弱于一个电子分子间的键弱于一个电子对键，但比范德华力强。对键，但比范德华力强。O4可能的结构可能的结构 OO （可能是（可能是O2分子中的单电子分子中的单电子 互相键合，强度较弱。）互相键合，强度较弱。）OO b.氧是非极性分子，不易溶于极性溶剂氧是非极性分子，不易溶于极性溶剂水中。水中。298K，1dm3水可溶水可溶30cm3 O2。光谱学实验表明：氧光谱学实验表明：氧溶于水后，有溶于水后，有 O2H2O 和和 O22H2O13 不稳定结构不稳定结构 氧在水中溶解度虽小，但它是水生植物生氧在水中溶解度虽小，但它是水生
10、植物生存的基础。存的基础。我国有些江河湖泊水系污染严重，我国有些江河湖泊水系污染严重，水中水中O2含量明显减少，水质下降，鱼类产量下含量明显减少，水质下降，鱼类产量下降，甚至绝迹。降，甚至绝迹。因此防治水系污染已是我国一因此防治水系污染已是我国一项迫在眉睫的任务。项迫在眉睫的任务。14 c氧的化学性质氧的化学性质 主要表现氧化性。由于主要表现氧化性。由于O2的键能较高，故在高温的键能较高，故在高温下表现较高的氧化性，而在常温下氧化能力一般。下表现较高的氧化性，而在常温下氧化能力一般。在水中获得在水中获得 4e O2+4H+4e=2H2O 0=0.815V（PH=7）这表明这表明 O2 饱和的水
11、溶液是一个较好的氧化剂。饱和的水溶液是一个较好的氧化剂。例如可将例如可将Fe2氧化成氧化成Fe3（在碱性迅速）（在碱性迅速）O2易溶于有机溶剂，如：与乙醇、乙醚、苯等生易溶于有机溶剂，如：与乙醇、乙醚、苯等生 成弱键配合物。成弱键配合物。例：例：N，N二甲基苯胺在空气或二甲基苯胺在空气或O2中黄色，当氧被中黄色，当氧被 除掉后，黄色消失。除掉后，黄色消失。15 O2与某些过渡金属配合物形成加合物，加合物中以与某些过渡金属配合物形成加合物，加合物中以O2、O2、O22离子与金属离子与金属配位或形成桥式配位或形成桥式配位基。配位基。例：例：2 Co（NH3）6 2 +O2 （NH3）5CoOOCo
12、（NH3）5 4 +2NH3 高温下，高温下，O2的化学活性迅速增加，能和许多金属的化学活性迅速增加，能和许多金属和非金属直接化合生成氧化物。还可与还原性化合物和非金属直接化合生成氧化物。还可与还原性化合物如如H2S、CH4、CO等反应，使它们在等反应，使它们在O2中继续燃烧。中继续燃烧。2H2S+3O2 =2SO2+2H2O16（2）臭氧）臭氧a.O3结构：实验证明等腰三角形配置三个结构：实验证明等腰三角形配置三个OVB法：取两种结构间的共振结构法：取两种结构间的共振结构MO法：顶角氧原子法：顶角氧原子sp2杂化，其中杂化，其中2个单电子轨道与另外两个个单电子轨道与另外两个O原子单原子单电子
13、轨道形成键，还有一个轨道上电子轨道形成键，还有一个轨道上有一对孤对电子。剩下的未参与杂有一对孤对电子。剩下的未参与杂化的化的p轨道与另两个含单电子的轨道与另两个含单电子的p轨轨道平行，线形组合成分子轨道。道平行，线形组合成分子轨道。sp234O：2S22px22py1 2pz117E0000E1E2=E0E3非键轨道 形成了一个形成了一个 34键，由于非键轨道上的电子对成键键，由于非键轨道上的电子对成键轨道没有贡献。所以键级轨道没有贡献。所以键级=1。O3中每两个中每两个O原子间键级原子间键级=1+0.5 不是一个双键，不是一个双键，它的键长它的键长 127.8 pm比比 O2 分子分子120
14、.8pm长一些。键能低长一些。键能低于于O2，因而不稳定。，因而不稳定。MO处理处理O3分子中无单电子，抗磁性。分子中无单电子，抗磁性。O O3 3:=1.810-3Cm 唯一极性单质唯一极性单质18 由于分子中形成由于分子中形成 3 34 4键时，氧原键时，氧原子提供的电子数不同，使中心氧与子提供的电子数不同，使中心氧与端氧周围电子云密度不同端氧周围电子云密度不同。这种。这种氧氧原子周围电子云密度不同及分子的原子周围电子云密度不同及分子的非对称性造成分子中正负电荷中心非对称性造成分子中正负电荷中心不重合，分子具有不重合，分子具有弱的弱的极性。极性。sp23419 b.臭氧的性质和用途臭氧的性
15、质和用途（1）臭氧有腥臭味，液态臭氧有腥臭味，液态O3深的蓝紫色，深的蓝紫色，隔隔1mm液液态态O3时就观察不到电灯泡的灼热灯丝。时就观察不到电灯泡的灼热灯丝。80K时为黑色时为黑色固体。固体。O3易液化难固化，色散力大。所以易液化难固化，色散力大。所以bp高于高于O2。（2）化学性质：不稳定性和氧化性化学性质：不稳定性和氧化性 常温缓慢分解，受热或有常温缓慢分解，受热或有MnO2存在时分解加快。存在时分解加快。2 O3=3 O2 H0=-284kJmol1 氧化能力在氧原子和氧化能力在氧原子和O2之间，在酸性或碱性介质中之间，在酸性或碱性介质中都能表现出氧化性都能表现出氧化性 酸性：酸性：O
16、3+2 H+2e=O2+H2O =2.07V 碱性：碱性：O3+H2O+2e=O2+2OH-=1.20V20 可氧化具有弱还原性的单质及化合物可氧化具有弱还原性的单质及化合物 2Ag+2O3=Ag2O2+2O2 过氧化银过氧化银 O3+XeO3+2H2O=H4XeO6+O2 O3可迅速定量氧化可迅速定量氧化I-I2，可用来测定可用来测定O3含量含量 O3+2I-+H2O=I2+O2+2OH-氧化有机物：对烯烃的氧化氧化有机物：对烯烃的氧化丁烯丁烯1 CH3CH2CH=CH2 CH3CH2CHO+HCHO 丁烯丁烯2 CH3CH=CHCH3 2CH3CHO 可用于确定双键的位置可用于确定双键的位
17、置O3O321 O3氧化氧化CN-常用于治理工业中的含氰废水。常用于治理工业中的含氰废水。O3+CN-OCN-+O2 2OCN-+3O3+2OH-2CO3 2-2-+N2+3O2 +H2O O3能杀菌可用做消毒剂，游泳池可采用能杀菌可用做消毒剂，游泳池可采用O3杀菌。杀菌。b.臭氧的生成和制备：臭氧的生成和制备：O3分解是放热的，由分解是放热的，由O2O3必然吸热，因此，只必然吸热，因此，只要给氧以足够的能量（光、电、热）即可转变为臭氧。要给氧以足够的能量（光、电、热）即可转变为臭氧。例：雷雨天大气中放电而生成例：雷雨天大气中放电而生成O3，电动机的机身旁，电动机的机身旁也常闻到臭氧味。也常闻
18、到臭氧味。松节油树脂氧化过程中也伴随臭氧产松节油树脂氧化过程中也伴随臭氧产生。生。22 c.氧的成键特征：氧的成键特征：从三个方面讨论：分别以从三个方面讨论：分别以 O，O2，O3为基础。为基础。以氧原子为结构基础的成键情况：以氧原子为结构基础的成键情况：（1）O可以从电负性小的原子中夺取电子，形成可以从电负性小的原子中夺取电子，形成O2-2-离离 子，子，构成离子键，构成离子键，如：如：Na2O，K2O，CaO等。等。（2）氧原子可以同电负性与其相近的原子共用电子，）氧原子可以同电负性与其相近的原子共用电子，形成共价键，构成共价型化合物。形成共价键，构成共价型化合物。当同电负性大的当同电负性
19、大的F化合时，氧显化合时，氧显+2氧化态：氧化态：OF2 当同电负性比它小的元素化合时，氧显当同电负性比它小的元素化合时，氧显-2氧化态。氧化态。实验室制实验室制 O3 3O2=2O3 在臭氧发生器中在臭氧发生器中 O3：10%放电或光照放电或光照23 从形成共价键的角度看，有六种情况：从形成共价键的角度看，有六种情况：O:2s22px22py12pz1 a.O 采取采取 SP3 杂化，形成两个共价单键：杂化，形成两个共价单键：b.提供提供 2 个单电子形成一个共价双键：个单电子形成一个共价双键：例：例：Cl2O 和和 OF2中中OFFOO（在甲醛中（在甲醛中C、O原子均采取原子均采取SP2杂
20、化，以单电子杂化杂化，以单电子杂化轨道重叠形成轨道重叠形成键，再以未杂化的另一个单电子轨道键，再以未杂化的另一个单电子轨道重叠形成重叠形成键。）键。）COHH24d.O以以 sp 杂化形成一个双键和一个配位键：杂化形成一个双键和一个配位键：e.提供一个空的提供一个空的 2p 轨道接受电子对形成配位键。轨道接受电子对形成配位键。例例 R3NO如：在如：在CO 和和 NO 中中形成三键形成三键OCc.O 以以 sp3 杂化形成两个杂化形成两个 共价单键，一个配位键共价单键，一个配位键:OHHH+25 f.O原子提供一个空的原子提供一个空的2p轨道接受电子对，同时提供轨道接受电子对，同时提供 二对孤
21、电子对，反馈给原配位原子的空轨道形成反二对孤电子对，反馈给原配位原子的空轨道形成反 馈键。馈键。例：例：H3PO4分子中，有分子中，有d-p反馈配键，而键具有双键反馈配键，而键具有双键 的性质。的性质。POHOHHOO P:3S2 3px13py13pz1 3d026 以以 O2 为结构基础的成键情况为结构基础的成键情况（1）O2结合一个结合一个e，形成，形成 O2-超氧离子，超氧离子，如：如：KO2（2）O2结合结合2个个e，形成，形成O22-离子或共价的过氧链：离子或共价的过氧链：如：如：Na2O2、BaO2、H2O2、H2S2O8、K2S2O8等。等。（3）O2失去一个失去一个e，生成二
22、氧基阳离子，生成二氧基阳离子O2化合物：化合物：如：如：O2PtF6-。（4）O2有孤对电子，可做电子对给予体，与金属离子有孤对电子，可做电子对给予体，与金属离子 形成配合物，形成配合物，例：血红素中心离子例：血红素中心离子Fe2与卟啉衍生物形成配合物，与卟啉衍生物形成配合物，而而Fe2的的 3d 轨道上仍有空位，能可逆的接受轨道上仍有空位，能可逆的接受O2 配位：配位：HmFe +O2 =HmFeO2 血红素起到载氧的作用。血红素起到载氧的作用。27以以O3为结构基础的成键情况：为结构基础的成键情况：O3结合一个结合一个e，形成，形成O3-离子或共价臭氧链离子或共价臭氧链 OOO 构成离子型
23、构成离子型 KO3 和和 NH4O3 或共价型或共价型O3F2：FOOOF2.4 氧化物氧化物 所有元素除了大部分稀有气体以外都能生成二元所有元素除了大部分稀有气体以外都能生成二元氧化物（氧化物（Xe可以制得氧化物）可以制得氧化物）1.1.常见生成氧化物的方法常见生成氧化物的方法 a.单质和单质和 O2 直接化合直接化合 C+O2 CO2 b.金属氢氧化物加热脱水金属氢氧化物加热脱水 Mg(OH)2 MgO +H2O28c.金属含氧酸盐的热分解金属含氧酸盐的热分解 CaCO3 CaO+CO2d.d.高价氧化物热分解或通高价氧化物热分解或通 H2还原，可得到低价氧化物还原，可得到低价氧化物 Pb
24、O2=Pb2O3=Pb3O4=PbO V2O5 +2H2=2H2O +V2O3 VOe.单质被单质被HNO3氧化，但不具有普遍性：氧化，但不具有普遍性：3Sn+4HNO3=3SnO2+4NO+2 H2O 563-593K663-693K803-823K973KH229 2.氧化物的键型：离子型和共价型氧化物的键型：离子型和共价型(1)(1)离子型氧化物：由于离子型氧化物：由于 O2-的变形性较小，绝大部分的变形性较小，绝大部分 金属氧化物属于离子型氧化物。金属氧化物属于离子型氧化物。M2O：A氧化物氧化物 MO：BeOBaO、ZnO、GaO、MnO、CoO、NiO M2O3：Al2O3 、Sc
25、2O3、Y2O3,、In2O3 MO2:GeO2、TbO2、UO2、SnO2、PbO2、VO2、WO2、MnO2、RuO2 M3O4:Pb3O4、Mn3O4、Fe3O4（2）共价型氧化物）共价型氧化物:H、F、Cl、Br、I、S、Se、Te、N、P、C的的非金属非金属 氧化物。氧化物。30 B、Si的氧化物属于巨型分子共价型氧化物。的氧化物属于巨型分子共价型氧化物。共价型金属氧化物共价型金属氧化物 18电子、电子、18+2电子、电子、8电子高电荷构型的金属氧化物电子高电荷构型的金属氧化物 如：如：Ag2O、Cu2O、PbO、SnO、Mn2O7（3）氧化物的熔点：）氧化物的熔点：氧化物氧化物mp
26、差别较大，差别较大，一般说：一般说：多数离子型氧化物多数离子型氧化物mp很高：很高：BeO 2803K，MgO 3073K，HfO2 3083K 为最难熔化的。为最难熔化的。其次巨型分子共价型氧化物：其次巨型分子共价型氧化物：SiO2 1986K。多数共价型氧化物和少数离子型氧化物熔点较低：多数共价型氧化物和少数离子型氧化物熔点较低：CO2 194.5K升华，升华，Cl2O7 181.5K ,SO3 289.8K，N2O5 303K，RuO4 298.5K，OsO4 322.5K 氧化物氧化物mp的差异，主要由它们晶体结构的显著差异的差异，主要由它们晶体结构的显著差异 造成的。造成的。31（4
27、）氧化物对水的作用：分为四类）氧化物对水的作用：分为四类a.溶于溶于水，但无化合作用：水，但无化合作用：RuO4、OsO4b.与水作用生成可溶氢氧化物：与水作用生成可溶氢氧化物：Na2O、BaO、B2O3、CO2、P4O10、SO3 等等c.与水作用生成不溶氢氧化物：与水作用生成不溶氢氧化物：BeO、MgO、Sc2O3 、Sb2O3等。等。d.既难溶于水又不与水作用：既难溶于水又不与水作用：Fe2O3，MnO2（5）氧化物的酸碱性：分为五类）氧化物的酸碱性：分为五类a.酸性氧化物：与碱作用生成盐和水酸性氧化物：与碱作用生成盐和水 CO2、SO3、P4O10、SiO2、B2O3等。等。b.碱性氧
28、化物：与酸作用生成盐和水碱性氧化物：与酸作用生成盐和水 K2O、CaO、MgO等等32 c.两性氧化物：既与酸作用又与碱作用，生成盐和水两性氧化物：既与酸作用又与碱作用，生成盐和水 BeO、Al2O3、ZnO、Cr2O3 d.中性氧化物：不与酸碱作用：中性氧化物：不与酸碱作用：CO和和N2O等等 e.复杂氧化物：由低价、高价氧化物混合组成，如复杂氧化物：由低价、高价氧化物混合组成，如 Fe3O4、Pb2O3、Mn3O4 同一元素低价氧化物碱性较强。同一元素低价氧化物碱性较强。例：例：Pb2O3中中 PbO为为碱性，碱性，PbO2中性。加中性。加HNO3于于Pb2O3上，则其中上，则其中 PbO
29、 溶溶解成解成 Pb(NO3)2 而而 PbO2 不反应。不反应。33 163 水水 3.1 水在自然界分布：水在自然界分布：水在地球水在地球占地表面占地表面3/4(海洋，江，河，湖泊海洋，江，河，湖泊)，地，地壳中也会有水，形成地下水源泉。天空中有水，云即壳中也会有水，形成地下水源泉。天空中有水，云即水的小液滴。大量的水还以冰块、积雪的形式终年在水的小液滴。大量的水还以冰块、积雪的形式终年在高山颠峰，两极地区。高山颠峰，两极地区。自然界中自然界中H：有两种同位素：有两种同位素H1、H2。自然界的自然界的O又存在三种同位素又存在三种同位素16O、17O、18O，因，因此此自然界的水应该有自然界
30、的水应该有9种不同的水，种不同的水，它们之间有一定它们之间有一定的比例。的比例。H216O H217O H218O HD16O HD17O HD18O D216O D217O D218O34 其中以其中以H216O最多，另外最多，另外D216O、H218O也很有用，也很有用，前者叫重水前者叫重水D216O，后者叫重氧水，后者叫重氧水H218O。D216O重水重水:是核工业最常用的中子减速剂。是核工业最常用的中子减速剂。D216O不能维持动植物的生命。电解水时，不能维持动植物的生命。电解水时，H2O优先分解，优先分解，而而D216O聚集在残留液中，经长时间电解水后馏残液可聚集在残留液中，经长时间
31、电解水后馏残液可得得99%D216O。H218O重氧水重氧水:是研究反应机理的示踪物。是研究反应机理的示踪物。3.2 水的结构水的结构 人们对水的研究从人们对水的研究从1787年开始，到年开始，到1895年最终精年最终精确测定水的化学组成：确测定水的化学组成：H2O。中间经历了。中间经历了100多年。多年。H2O分子中分子中O：不等性的：不等性的sp3杂化轨道，含单电子杂化轨道，含单电子的轨道与的轨道与H原子成键生成两个原子成键生成两个键，同时有两对孤对电键，同时有两对孤对电子存在。由于孤电子的斥力，使水的键角为子存在。由于孤电子的斥力，使水的键角为104.535液态水的结构液态水的结构 按原
32、子量计算，水的分子量：按原子量计算，水的分子量：18.02，但沸点时水，但沸点时水蒸气分子量蒸气分子量18.69：96.5%H2O和和3.5%(H2O)2 液态水分子量变大，这是由于氢键缔合成液态水分子量变大，这是由于氢键缔合成(H2O)X x=2，3，4 xH2O=(H2O)x 每个每个O原子周围有原子周围有两个近的两个近的H原子，原子，两个远的两个远的H原子。原子。OHHOHHHH H36 有人认为：有人认为：液态水是由多个水分子氢键缔合而成液态水是由多个水分子氢键缔合而成的网状结构，但未得到公认。的网状结构，但未得到公认。冰的结构：冰的结构：冰中每一个水分子都被相邻的四个水分子包围，冰中
33、每一个水分子都被相邻的四个水分子包围，每个水分子位于四面体每个水分子位于四面体的顶点，无限个这样的的顶点，无限个这样的四面体通过氢键连成一四面体通过氢键连成一个庞大的分子晶体，个庞大的分子晶体，由于结晶条件不同，由于结晶条件不同，冰可以有多种结晶体。冰可以有多种结晶体。37 3.3 水的物理性质水的物理性质(1)无色透明的液体，偶极距无色透明的液体，偶极距1.87D，极性很大。，极性很大。(2)水的比热：水的比热：4.1868103J-1K-1（1Calg-1K-1）在所有的液态、固态物质中比热最大。在所有的液态、固态物质中比热最大。(3)同同A其它元素氢化物（其它元素氢化物（H2S、H2Se
34、、H2Te）相）相比，比，H2O的的bp、mp、熔化热、蒸发热都是异常的。熔化热、蒸发热都是异常的。(4)绝大多数物质有热胀冷缩，即温度降低，体积变绝大多数物质有热胀冷缩，即温度降低，体积变小，密度增大。小，密度增大。但水在但水在277K时密度最大，时密度最大，1.0g/3。277K以下时密度降低，以下时密度降低，到到273K时，密度突然变小为时，密度突然变小为0.999 g/3。冰的密度为冰的密度为0.916 g/338 水的几种异常物性均是由于水的几种异常物性均是由于H2O分子中形成氢键分子中形成氢键缔合而造成的，由于水要多消耗能量破坏氢键缔合而造成的，由于水要多消耗能量破坏氢键,所以水所
35、以水的比热、熔化热、蒸发热、的比热、熔化热、蒸发热、mp、bp都比较高。都比较高。39 3.4 水的化学性质：水的化学性质：水的化学性质，通常比较稳定，只有在特殊条件水的化学性质，通常比较稳定，只有在特殊条件下，才表现出一定的活性。下，才表现出一定的活性。（1）热分解：温度大于）热分解：温度大于2000K时，有时，有0.588%水分解水分解 2 H2O（g）=2H2（g）+O2（g）（2）水合作用）水合作用:水是一个良好的极性溶剂，可溶解许水是一个良好的极性溶剂，可溶解许多极性化合物，并与之生成水合离子。多极性化合物，并与之生成水合离子。如：如：H3O+、Fe(H2O)6+、Zn(H2O)62
36、+等。水分子是通过等。水分子是通过“O”配键配键与其结合。与其结合。含水的晶态物质称为含水的晶态物质称为结晶水合物结晶水合物，其中的水叫，其中的水叫结结晶水晶水。在结晶水合物中，水以不同形式存在：。在结晶水合物中，水以不同形式存在：羟基水：水在化合物中以羟基水：水在化合物中以OH-形式存在，形式存在，如如Mg(OH)2、A1(OH)3，它们是氧化物的水合物，即为，它们是氧化物的水合物，即为MgOH2O、Al2O32H2O40 配位水：配位水：水在化合物中以配体形式存在，如水在化合物中以配体形式存在，如 BeSO44H2O中存在中存在Be(OH2)42+离子、离子、NiSO46H2O 中存在中存
37、在Ni(OH2)62+离子；离子；阴离子水：阴离子水：水通过氢键与阴离子相结合，例如水通过氢键与阴离子相结合，例如 CuSO45H2O分子，其中四个水分子以配位水的形式分子，其中四个水分子以配位水的形式存在，而另一个水分子却以氢键与配位水及存在，而另一个水分子却以氢键与配位水及SO42-相结相结合；合；晶格水：晶格水：水分子位于水合物的晶格中，不与阳、阴水分子位于水合物的晶格中，不与阳、阴离子直接联接，如离子直接联接，如MgSO47H2O中六个水分子为配位中六个水分子为配位水，而另一个水分子则占据晶格上位置，该水为水，而另一个水分子则占据晶格上位置，该水为晶格晶格水。水。41（3）水解作用：）
38、水解作用：广义讲，水解不仅包括一些盐及二广义讲，水解不仅包括一些盐及二元化合物的非氧化还原性的分解水反应，并且包括水元化合物的非氧化还原性的分解水反应，并且包括水对活泼金属，非金属的反应及一些氧化物对水的作用对活泼金属，非金属的反应及一些氧化物对水的作用使水分解的反应。使水分解的反应。Mg3N2+6 H2O=3Mg(OH)2+2NH3PCl3+4 H2O=H3PO4+5HClSbCl3+H2O=SbOCl+2HCl 广义的水解广义的水解 C+H2O =CO+H2 SO3+H2O=H2SO4 Cl2+H2O=HCl+HOClNa2O+H2O=2NaOH Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2 42
39、（4）自离解作用：水本身存在弱的电离）自离解作用：水本身存在弱的电离 H2O=H+OH-H2O+H2O=H3O+OH-298K H3O+OH-=110-14=KW 水的离子积，水的离子积，它随温度而变化。它随温度而变化。3.5 水的污染与净化水的污染与净化 1.水中的污染物水中的污染物（1）有毒物污染）有毒物污染:Hg、Cd、Cr的化合物及氰化物工的化合物及氰化物工业废料；杀虫剂、农药、对人和动物、植物带来危害。业废料；杀虫剂、农药、对人和动物、植物带来危害。（2）非毒的营养物质：洗涤剂中磷酸盐，化肥中的磷）非毒的营养物质：洗涤剂中磷酸盐，化肥中的磷酸盐、硝酸盐，它们使水生藻类大量增殖，消耗水
40、中酸盐、硝酸盐，它们使水生藻类大量增殖，消耗水中氧气，使鱼类无法存活。氧气，使鱼类无法存活。（3）热污染：工业排放物提高水温，降低氧气的浓度，热污染：工业排放物提高水温，降低氧气的浓度，对水生动物生存造成危害。对水生动物生存造成危害。43 2005.11.13中石油吉化有限公司的双苯车间发生中石油吉化有限公司的双苯车间发生爆炸，大量苯，苯酚，硝基苯流入松花江，污染带长爆炸，大量苯，苯酚，硝基苯流入松花江，污染带长达数十公里，哈尔滨达数十公里，哈尔滨11.24-11.27 停水停水 4 天，给人们天，给人们的生活及工业生产带来极大的不便。的生活及工业生产带来极大的不便。2.水的净化：对用途不同的
41、水，净化方法不同水的净化：对用途不同的水，净化方法不同 a.饮饮用水的净化：用水的净化：江河江河 自然沉降自然沉降 Al(OH)3 通通Cl2 湖泊湖泊 除泥沙除泥沙 Fe(OH)3 除臭杀菌除臭杀菌 b.工业水软化：自然水含较多工业水软化：自然水含较多 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cl-、SO42-、HCO3-，易形成水垢，所以要先除去。，易形成水垢，所以要先除去。化学沉降法：利用石灰乳和纯碱除去化学沉降法：利用石灰乳和纯碱除去Mg2+和和Ca2+Mg2+Ca(OH)2 =Mg(OH)2+Ca2+Ca2+Na2CO3 =CaCO3+2Na+过滤过滤44 也可用也可用Na3PO4或或Na2H
42、PO4，使之生成，使之生成Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2 不必过滤，因为沉淀疏松稳定，不形成锅不必过滤，因为沉淀疏松稳定，不形成锅垢，直接使用。垢，直接使用。离子交换法：使用离子交换树脂软化水，除去水离子交换法：使用离子交换树脂软化水，除去水中的中的 Ca2+、Mg2+，来满足工业要求。，来满足工业要求。c.实验室所需的纯水实验室所需的纯水 蒸馏水：可满足一般实验要求，配制试剂或反应。蒸馏水：可满足一般实验要求，配制试剂或反应。电导水：在蒸馏水中加入少量电导水：在蒸馏水中加入少量KMnO4 和和 Ba(OH)2，再一次蒸馏得二次水，这种水纯度更高，常用电导仪再一次蒸馏得二次水，这种水纯
43、度更高，常用电导仪测量纯度，叫电导水，保存在石英玻璃器皿中。测量纯度，叫电导水，保存在石英玻璃器皿中。45 离子交换水：离子交换水：使用离子交换树脂将水中除使用离子交换树脂将水中除H+，OH-以外的其它以外的其它离子全部交换掉，这种水纯度更高，但含有微量的有离子全部交换掉，这种水纯度更高，但含有微量的有机物，无法除去。机物，无法除去。由于树脂是有机高分子化合物，具有网状结构，由于树脂是有机高分子化合物，具有网状结构，上面连有可电离的活性集团，如：上面连有可电离的活性集团，如：阳离子树脂阳离子树脂 RSO3-H+阴离子树脂阴离子树脂 RNH3+OH-它们可除去水中的无机离子，但无法除去有机物。我
44、它们可除去水中的无机离子，但无法除去有机物。我们实验室使用的纯水是离子交换水或蒸馏水。们实验室使用的纯水是离子交换水或蒸馏水。46 16-4 过氧化氢（过氧化氢（H2O2）1.过氧化氢的分子结构过氧化氢的分子结构 H2O2分子中分子中O原子：原子：不等性不等性sp3杂化，其中杂化，其中2个单个单电子轨道分别与一个电子轨道分别与一个H和另一个和另一个O形成形成键，另还剩键，另还剩两个孤电子对轨道，由于其排斥作用使两个孤电子对轨道，由于其排斥作用使OH键向键向OO键靠拢，使键靠拢，使HOO键角键角:96.52，小于，小于109.5HH孤对电子OHOH96529351965247 2.H2O2的性质
45、和用途的性质和用途(1)由于由于H2O2分子中存在氢键，缔合能力比水更强，分子中存在氢键，缔合能力比水更强，所以所以b p 为为423K，比水高，比水高，m p与水接近为与水接近为272K。(2)纯纯H2O2：=2.26D，极性更强，淡兰色粘稠液体。，极性更强，淡兰色粘稠液体。(3)密度随温度正常变化，可与水任意混溶。密度随温度正常变化，可与水任意混溶。(4)从的结构和氧化态这两个方面，可以推测出从的结构和氧化态这两个方面，可以推测出H2O2 的基本化学性质是：的基本化学性质是：不稳定性。不稳定性。氧化性，也可以表现还原性。氧化性，也可以表现还原性。是一种比水强的弱酸。是一种比水强的弱酸。48
46、a.不稳定性不稳定性 -1mr2222mol-196kJ ,OO2H O2HH 见光分解，在碱性介质中及有杂质见光分解，在碱性介质中及有杂质Fe2+、Mn2+、Cu2+、Cr3+、MnO2存在时存在时会加速会加速H2O2分解。分解。为了阻止为了阻止分解，常用棕色瓶或塑料瓶装，放置在避光及阴凉处，分解，常用棕色瓶或塑料瓶装，放置在避光及阴凉处，有时加入少量有时加入少量 Na2SnO3 或或 Na4P2O7 等作稳定等作稳定剂。剂。b.弱酸性弱酸性（是一种比水强的弱酸是一种比水强的弱酸）H2O2=HO2-+H+K1=2.210-12 K2 10-25 H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O4
47、9c.氧化还原性氧化还原性酸性条件：酸性条件：碱性条件：碱性条件：OH 1.77V OH 0.682V O2222VOHeOHHO87.0,33022 油画放置年代久了，会变暗，用过氧化氢油画放置年代久了，会变暗，用过氧化氢轻轻擦洗，就会光亮一新。轻轻擦洗，就会光亮一新。O8H5O2Mn6H2MnOO5HO4H)(s,PbSO)PbS(s,O4HO2H2Fe2H2FeOH222-422242223222 白黑50H2O2+2I-+2H+=I2+2 H2O 用于定量测定用于定量测定H2O2H2O2+Mn(OH)2=MnO2+2H2O3H2O2+Cr(OH)4-+2OH-=2CrO4 2-+8H2
48、O还原性：还原性：5 H2O2+2 MnO4-+6H+=2Mn2+5O2+8H2O3 H2O2+2MnO4-=2 MnO2+3 O2+2OH-+2H2OH2O2+Cl2 =2Cl-+O2+2H+由以上反应可见：由以上反应可见：H2O2氧化性强，还原性弱。氧化性强，还原性弱。纯的纯的H2O2可作火箭燃料的氧化剂可作火箭燃料的氧化剂513.H2O2的制备的制备 (1)实验室制备：用实验室制备：用 Na2O2或或BaO2与与H2SO4（冷，稀）（冷，稀）反应得到反应得到 6%8%的的H2O2水溶液。水溶液。(2)工业制备：工业制备：早期：早期：BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O2 BaO2+C
49、O2+H2O=BaCO3+H2O2 工业蒽醌法：用工业蒽醌法：用2-乙基蒽醌以乙基蒽醌以 Pd 或或 Ni 为催化剂，为催化剂，由由 H2、O2直接合成：直接合成：H2 +O2 =H2O252 电解电解-水解法（电解水解法（电解 NH4HSO4）44HSO2NH28224HOS)(NHe2HOS2HSO28242H2e2H（阴极）（阴极）（阳极）（阳极）电解电解 减压蒸馏，得质量分数为减压蒸馏，得质量分数为 20%30%的的H2O2溶液溶液再减压进一步分级蒸馏，再减压进一步分级蒸馏，H2O2浓度可高达浓度可高达98%，再冷，再冷冻，还可得到纯冻，还可得到纯H2O2晶体。晶体。O2HOS)(NH
50、282242244OHHSO2NHH2SO4（循环使用）（循环使用）53 4.H2O2 的用途的用途 不同浓度的过氧化氢具有不同的用途：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一般药用双氧水的浓度为3%，美容用品中双氧水美容用品中双氧水的浓度为的浓度为6%，试剂级双氧水的浓度为试剂级双氧水的浓度为30%，食用级双食用级双氧水的浓度为氧水的浓度为35%，浓度在浓度在90%以上的双氧水可用于火以上的双氧水可用于火箭燃料的氧化剂，箭燃料的氧化剂，若若90%以上浓度的双氧水遇热或受到以上浓度的双氧水遇热或受到震动就会发生爆炸。震动就会发生爆炸。在食品工业中，它主要用于在食品工业中，它主
