1、化学与环境工程系 第十五章 氧族元素族族 A族族 0族族 2He氧氧 8O 氟氟 9F 10Ne硫硫 16S 氯氯17Cl 18Ar硒硒 34Se 溴溴 35Br 36Kr碲碲 52Te 碘碘 53I 54Xe钋钋 84Po 砹砹85At 86Rn第十五章 氧族元素 Oxygen Family Elements化学与环境工程系 第十五章 氧族元素氮族元素概述氧族元素金属性逐渐增强，非金属性减弱化学与环境工程系 第十五章 氧族元素价电子层结构价电子层结构电负性：电负性：氧仅次于氟熔点、沸点、随半径的增大而增大；第一电离势和电负性则变小。与氟相似，氧的第一电子亲合势，离解能反常变小，表现出它的强氧
2、化性化学与环境工程系 第十五章 氧族元素1-2 1-2 氧族元素的电势图氧族元素的电势图酸性溶液中，H2O2、O2、O3均为强氧化剂由此你应该能判断出谁会发生歧化反应!体系溶液中，H2O2、O2、O3氧化剂都很弱！酸性条件下过氧化氢很不稳定，容易分解化学与环境工程系 第十五章 氧族元素低价硫化物不论在酸性还是在碱性溶液中都是强还原剂酸介质中，过硫酸盐是强氧化剂化学与环境工程系 第十五章 氧族元素第二节第二节 氧和臭氧氧和臭氧(Oxygen and OzoneOxygen and Ozone)氧的成氧的成键特征键特征、以氧分子O2成键的化合物、以臭氧分子O3成键的化合物（称臭氧化合物）、氧原子O
3、在化合物中的成键特征O2:(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1 氧气分子是唯一呈顺磁性的气态双原子分子，说明其氧气分子是唯一呈顺磁性的气态双原子分子，说明其分子中有成单电子。这可用分子轨道理论解释。分子中有成单电子。这可用分子轨道理论解释。尽管有三个键，但由于有反键电子，仍很活泼，主要表现氧化性化学与环境工程系 第十五章 氧族元素O2的分子轨道式电子排布原则能量最低原理、保里不相容原理、洪特规则能量最低原理、保里不相容原理、洪特规则分子轨道电子排布式分子轨道电子排布式:O2KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)4(2
4、p*)2氧气分子中共有三个键:一个 键键,两个三两个三电子电子 键键.O2中有成单电子,是顺磁性物质.O2的两个三电子键中有反键电子,能量较高，所以O2较活泼.化学与环境工程系 第十五章 氧族元素形成两个单键-O-，如H2O形成一个双键 O=O，如O2、氧原子在化合物中的成键特征、氧原子在化合物中的成键特征夺取两个电子形成O2-2s22px22py12pz1化学与环境工程系 第十五章 氧族元素(1)离子键-与活泼金属元素结合形成O2-的离子化合物。如：Na2O，CaO(3)配位键 1.作为电子对受体形成配位键：两个成单电子归并空出一个2P轨道，接受外来配位电子对而形成O。如SO42-的结构：(
5、2)共价键-形成2 价共价化合物：共价单键(-O-)如：H2O,Cl2O。2.作为电子对供体形成配位键：氧原子上有孤电子对，可形成d-p反馈键，如：ClO4-中的Cl O键。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素、以臭氧分子成键的化合物（称臭氧化合物）如:离子化合物KO3、以氧分子成键的化合物(1)O2 分子得到一个电子形成超氧离子(O2-)如：KO2(2)O2 分子得到两个电子形成过氧离子(O22-)如H-O-O-H。臭氧化物、过氧化物和超氧化物都是强氧化剂 4OH-O2H2O2+4e-=1.2293VO2+4H+4e-O2H2=0.401V在酸性和中性环境下氧气是很好的氧化剂化学与环境工程系
6、 第十五章 氧族元素臭氧（O3）有鱼腥味的淡蓝色气体。34结构 其中含有一个大键，是几中心多少电子键？离域键由三个或三个以上原子形成的键称为离域键生成离域键的条件：1.这些原子都在同一平面上;2.每一原子有一互相平行的p轨道;3.p电子的数目小于p轨道的数目的两倍。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素 H2SO3;HNO3 HNO2找规律化学与环境工程系 第十五章 氧族元素4-2 4-2 硫化物和多硫化物硫化物和多硫化物离子型硫化物共价型硫化物碱金属硫化物溶于水溶解度小，具有特征颜色S2-具有强还原性CuS,Ag2S HgS PbSNa2S K2SAl2S3+H2O=Al(OH)3+H2S(剧
7、烈水解,在溶液中不能稳定存在,因此不能用湿法制备)S2-+Cu2+=CuS(黑色)S2-+Cd2+=CdS(黄色)Na2S+H2O=NaHS+NaOH(强碱)2CaS+2H2O=Ca(OH)3+Ca(HS)2 离子型化学与环境工程系 第十五章 氧族元素硫化锌 ZnS白色 1.210-23易溶硫化锰 MnS肉红色 1.410-25易溶硫化镉 CdS黄色 3.610-20不溶硫化亚铁 FeS黑色 3.710-19易溶硫化铅 PbS黑色 3.410-28不溶硫化亚锑 Sb2S3桔红色 2.910-59不溶硫化亚锡 SnS褐色 1.210-25不溶硫化汞 HgS黑色 4.010-53不溶硫化银 Ag2
8、S黑色 1.610-49不溶硫化铜 CuS黑色 8.510-45不溶 表15-1 难溶硫化物的颜色和溶度积 名 称 化学式 颜色 溶度积 稀酸中的溶解利用硫化物的溶解性差别可以进行物质的分离，利用硫化物的颜色不同可以进行物质的鉴别。(离子极化导致溶解度小)这类硫化物大多数都有特征的颜色，溶解度小.HgS的Ksp最小，它只能溶于王水，由于形成配合物HgS还可以溶于Na2S。3HgS+8H+2NO3+12Cl=3HgCl42+3S+2NO+4H2O HgS+Na2S=Na2HgS2化学与环境工程系 第十五章 氧族元素三、多硫化物三、多硫化物 Na2S+(x-1)SNa2Sx 无色 红色 Sx+2H
9、+=H2S+(x-1)S (多硫化物不稳定,遇酸很容易分解产生单质硫)可溶性硫化物空气中久置后颜色加深至橙红色2S2-+O2+4H+S2H2O(酸性溶液中被空气氧化)Na2S2+SnS SnS2+Na2S 棕色 橙红Na2S2=Ma2S+S 不稳定性不稳定性 还原性还原性 弱氧化性弱氧化性 与S2-不同，Sx2-具有一定的氧化性多硫化物还可以发生歧化反应黄黄橙橙红红化学与环境工程系 第十五章 氧族元素Na2S+（x1）S=Na2Sx(Sx)2随着硫链的变长颜色：S2X2性质：遇酸不稳定：遇酸不稳定：弱氧化性：弱氧化性：还原性：还原性：黄黄橙橙红红 1)S(xS(g)HSH 2HS2x22x+2
10、322SnSSSnS+243226SOOFe8OFeS3+化学与环境工程系 第十五章 氧族元素一、二氧化硫一、二氧化硫 亚硫酸和亚硫酸盐亚硫酸和亚硫酸盐 硫的含氧化合物硫的含氧化合物 SO2与与SO3S或H2S燃烧二氧化硫亚硫酸亚硫酸盐水吸收酸化碱吸收微酸化碱化分解SO2+H2O=H2SO3 SO2+2OH-=SO32-+H2O 化学与环境工程系 第十五章 氧族元素 燃烧S+O2=SO2 燃烧 2H2S+3O2=2SO2+2H2ONa2SO3+2H2SO4(浓)=2NaHSO4+SO2+H2O 燃烧 2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2二氧化硫和亚硫酸是中间氧化态物质,具有氧化性,又有还原性,
11、以还原性为主.二氧化硫的制备SO2+KIO3+H2O=KI+H2SO4Br2+SO2+H2O=HBr+H2SO4Cl2+H2SO3+H2O=HCl+H2SO4(去氯剂)SO2+H2S=S+H2O(氧化性)2Na2SO3+O22Na2SO4Br2+SO32-+H2O2Br-+SO42-+2H+Cl2+SO32-+H2O2Cl-+SO42-+2H+化学与环境工程系 第十五章 氧族元素、SOSO2 2的性质的性质二氧化硫的结构二氧化硫的结构如图所示，它与O3的结构是相似的，中心原子采用sp2杂化，分子中有两个键和一个三中心四电子键34因此S-O键有双键性质.抗磁性物质.SO2是具有剌激性气味的气体，
12、无色有毒，容易液化（常压，263K）,液态SO2 是一种良好的溶剂。（1）酸性氧化物（2）还原性氧化物（3）与有机物色素发生加合起漂白作用用途：二氧化 硫主要用于制备硫酸和亚硫酸盐。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素酸式盐亚硫酸盐亚硫酸盐正 盐亚硫酸盐溶解性活泼金属盐易溶酸式盐均易溶热稳定性正盐酸式盐硫酸盐硫或硫化物具有较强的还原性也具有氧化性热分解反应实例氧化还原性化学与环境工程系 第十五章 氧族元素SO3的结构固态有、三种变体,变体为环状三聚体结构，变体是链状结构，为层状结构。(a)-SO3冰状三聚体(b)-SO3链状聚合体分子中有一个四中心六电子大键46因此S-O键有双键性质.二、三氧
13、化硫二、三氧化硫 硫酸和硫酸盐硫酸和硫酸盐化学与环境工程系 第十五章 氧族元素SO2氧化三氧化硫SO3硫酸盐硫酸H2SO4催化氧化浓硫酸吸收与碱反应有关反应:V2O5 723K SO2+O2=2SO3由于用水吸收会产生酸雾而得不到浓酸,因此实际是用浓硫酸吸收SO3得发烟硫酸，稀释得98%的浓硫酸。SO3+H2O=H2SO41.制备化学与环境工程系 第十五章 氧族元素、硫酸和硫酸根的结构 SO42-的结构H2SO4的结构SO42-是很稳定的对称正四面体结构，只有在浓酸中才具有氧化性,所有硫酸盐基本上是离子性的,因此大部分的硫酸盐易溶于水.硫酸根离子SO42是四面体结构中心原子硫采用sp3杂化，形
14、成四个键，其SO键长为144pm，比双键的键长（149pm）短，这说明在SO键中存在额外的dp成份。分子间存在氢键分子间存在氢键化学与环境工程系 第十五章 氧族元素化学性质化学性质强酸性强酸性硫酸的第一级电离是完全的，第二电离常数是K=1.210-2。是三大强酸之一。、硫酸的性质强氧化性强氧化性浓硫酸具有强氧化性，腐蚀性很强，但稀的硫酸几乎没有氧化性。Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O想一想：（1）稀硫酸可以溶解铁，但是却可以用铁桶来盛放浓硫酸，为什么？稀硫酸具有酸的通性，但是冷的浓硫酸对铁、铝金属产生纯化作用，因此可以用铁罐存放浓硫酸，但不能放稀硫酸。化学与环境工程系 第十五章
15、 氧族元素 浓硫酸 C12H22O11=12C+11H2O吸水性和脱水性吸水性和脱水性浓硫酸吸水性作CO2、H2、Cl2等的干燥剂。脱水性常用于有机反应中作催化剂以利于帮助脱水。CuSO45H2O脱水SO42易带阴离子结晶水，以氢键与SO42结合化学与环境工程系 第十五章 氧族元素 1273K CuSO4=CuO+SO3 加热 Ag2SO4=Ag2O+SO3而 K2SO4 Na2SO4等热稳定性高是因为其相应的阳离子半径大,电荷低,极化弱.热稳定性热稳定性碱金属和碱土金属如Na2SO4、CaSO4的硫酸盐热稳定性很强，受热不容易分解。18或(18+2)电子构型的金属离子硫酸盐稳定性较差。阳离子
16、极化作用大,则夺取氧原子的能力强,因此,加热分解得到的产物是金属氧化物.硫酸盐硫酸盐化学与环境工程系 第十五章 氧族元素 煮沸 Na2SO3+SNa2S2O3 2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2 2H2S+2NaHSO33Na2S2O3+3H2O性性 质质硫代硫酸盐硫代硫酸盐制制 备备SSOOO在S2O32-的结构中,可以看作是硫酸根中的一个O原子被S原子取代,中心S原子是+4氧化数,另一个S原子是0氧化数,平均氧化数是2,所以它具有还原性还原性。2-Na2S2O35H2O(大苏打，海波)无色透明，易溶于水，碱性。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素配位能力强配位能力强
17、遇酸不稳定遇酸不稳定2S2O32-+Ag+Ag(S2O323-Hg2+2S2O32-=Hg(S2O32-)22-S2O32-是一种很强的配位离子,配合物很稳定.想一想:(1)把硝酸银溶液滴到硫代硫酸钠溶液中现象是什么?与把硫代硫酸钠溶液滴入到硝酸银溶液中对比,结果相同吗?硝酸银滴入硫代硫酸钠溶液,则硫代硫酸钠过量,得到无色的硫代硫酸银配离子溶液。性性质质若是反过来，把硫代硫酸银溶液滴入硝酸银溶液，则开始银过量，生成白色硫代硫酸银沉淀，它很不稳定，水解，发生白发生白黄黄棕棕黑的颜色变化黑的颜色变化，最后水解主物是硫化银：AgAg2 2S S2 2O O3 3+H+H2 2O OAgAg2 2S+
18、HS+H2 2SOSO4 4。此现象用于硫代硫酸根的检验硫代硫酸根的检验。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素硫代硫酸盐遇酸分解硫代硫酸盐遇酸分解 S2O32-+2H+SO2+H2O+S（变浑浊，可用于检验S2O32-）此性质与多硫化物类似配位能力强配位能力强遇酸不稳定遇酸不稳定在硝酸银中加入食盐，然后加入NaBr保持一段时间后再缓慢滴入硫代硫酸钠溶液,现象各是什么？思考思考Ag+Cl-AgCl(白色)AgCl+Br-AgBr （黄色）AgBr+S2O32-Ag(S2O3）2 (白色)2S2O32-+Ag+Ag(S2O3）23-(溶解)化学与环境工程系 第十五章 氧族元素焦硫酸及其盐焦硫酸及其
19、盐可看作是二分子硫酸脱一分子水而得到，冷却发烟硫酸可以析出无色的焦硫酸晶体，它溶于水成为硫酸。H2S2O7+H2O=2H2SO4 焦硫酸的性质焦硫酸的性质 焦硫酸具有比浓硫酸更强的氧化性、吸水性和腐蚀性。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素焦硫酸盐焦硫酸盐 加热KHSO4=K2S2O7+H2O重要的焦硫酸盐是焦硫酸钾，它由硫酸氢钾加热至熔点以上而制得：K2S2O7与一些难溶的碱性金属氧化物共熔使其转化成可溶性硫酸盐：3K2S2O7+Fe2O3Fe2(SO4)3+3K2SO43K2S2O7+Al2O3Al2(SO4)3+3K2SO4化学与环境工程系 第十五章 氧族元素过硫酸及其盐过硫酸及其盐、过
20、二硫酸钾的性质、过二硫酸钾的性质、过硫酸的结构、过硫酸的结构过二硫酸可以看作是过氧化氢的氢原子被磺基-SO3H取代的产物，过一硫酸过二硫酸过二硫酸中存在有过氧键，因此具有强具有强氧化性。氧化性。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素 加热 2K2S2O8=2K2SO4+2SO3+O2电极电势 E(S2O82-/SO42-)=2.05V 加热Cu+K2S2 O8=CuSO4+K2SO4 AgAg+2Mn2Mn2+2+5S+5S2 2O O8 82-2-+8H+8H2 2O=2MnOO=2MnO4 4-+10SO+10SO4 42-2-+16H+16H+反应例子过二硫酸盐不稳定，加热分解化学与环境工程系 第十五章 氧族元素人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。化学与环境工程系 第十五章 氧族元素
