第十六章氧族元素优秀PPT.ppt

第十六章氧族元素第一页，本课件共有101页2教教 学学 要要 求：求：1.熟悉氧化物的分类。熟悉氧化物的分类。2.2.掌握水、臭氧、过氧化氢的结构、性质和用掌握水、臭氧、过氧化氢的结构、性质和用途。途。3.3.掌握离域掌握离域键的概念。键的概念。4.掌握掌握SO2、SO3、亚硫酸、硫酸和它们相应的盐、亚硫酸、硫酸和它们相应的盐、硫代硫酸盐、过二硫酸盐等的结构、性质、制备和硫代硫酸盐、过二硫酸盐等的结构、性质、制备和用途以及它们之间的相互转化关系用途以及它们之间的相互转化关系第二页，本课件共有101页3第一节第一节 氧族元素的通性氧族元素的通性1-1 1-1 通性通性1、一些重要数据一些重要数据价电子层结构价电子层结构氧化数：最大氧化数为氧化数：最大氧化数为6,6,氧在一般化合物中氧在一般化合物中的氧化数为的氧化数为2 2。电负性：氧仅次于氟电负性：氧仅次于氟性质变化规律性：性质变化规律性：熔点、沸点、随半径的增大而熔点、沸点、随半径的增大而增大；第一电离势和电负性则增大；第一电离势和电负性则变小。变小。与氟相似，氧的第与氟相似，氧的第一电子亲合势，离一电子亲合势，离解能反常变小，表解能反常变小，表现出它的强氧化性现出它的强氧化性第三页，本课件共有101页41-2氧族元素的电势图氧族元素的电势图2.化学活泼性：化学活泼性：OSSeTePo非金属非金属半金属半金属金属金属非金属性递减非金属性递减金属性递增金属性递增第四页，本课件共有101页51-2 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均为强氧化剂第五页，本课件共有101页6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第六页，本课件共有101页7低价的硒化物和碲化物也是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，）第七页，本课件共有101页8氧和臭氧氧和臭氧 21：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：岩层岩层: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：海水中：质量：质量：89%；质量质量23%,体积体积21%。大气中：大气中：第八页，本课件共有101页9氧同素异形体：氧同素异形体：在地表在地表15km以上以上高处有一臭氧层：由高处有一臭氧层：由O2吸收吸收紫紫外外光光产产生生的的。O3层层阻阻止止了了强强大大的的紫紫外外线线，使使地地球球上上的的生生命命免免遭遭侵侵害害。大大气气中中还还原原性性气气体体污污染染物物如如SO2，H2S，CO和和氟氟里里昂昂（CF2Cl2，N2O等等）等同等同大大气气高高层层中中O3发发生生反反应应，导导致致O3浓浓度度降降低低，那那将将对对地地球球上上的的生生命命产产生生严严重重的的影影响响，因因此此防防止止大大气污染势在必行。气污染势在必行。CF2Cl2+hCl+CFClO3+ClClO+O2O+ClOCl+O2O+O3O2+O2O2和和O3第九页，本课件共有101页1015Km50KmO3大气层大气层UV射线射线第十页，本课件共有101页11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形式富形式富集集O18:O18是一种稳定同位素，可以做示踪原子是一种稳定同位素，可以做示踪原子用于研究化学反应机理。用于研究化学反应机理。第十一页，本课件共有101页1222：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%是电解水制是电解水制取的。取的。工业法：液化空气，分馏制氧，压入钢瓶中工业法：液化空气，分馏制氧，压入钢瓶中储存：纯度：储存：纯度：99.5%实验室制氧实验室制氧 2KClO3=2KCl+3O2；2HgO=2Hg+O22BaO2=2BaO+O2；2NaNO3=2NaNO2+O2MnO2第十二页，本课件共有101页1323：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：2S22px22py12pz1 VB法：法：氧氧原原子子中中:2个个成成单单电电子子相相互互配配对对成成键键,键键级级相相当当于于双键双键,与实验相符与实验相符,并符合稀有气体结构并符合稀有气体结构;但但O2分分子子中中无无成成单单电电子子，这这与与磁磁性性实实验验相相矛矛盾盾。因因此此VB法对法对O2分子结构解释不合适。分子结构解释不合适。第十三页，本课件共有101页14 一一个个键键，2个个3e键键，每每个个3e键键相相当当于于半半个个键，故键，故2个个3e键相当于一个正常的键相当于一个正常的键键。所以所以MO认为：认为：O2分分 子子 总总 键键 能能 相相 当当 于于 O=O双双 键键（494KJmol），同同时时有有2个个单单电电子子，与与磁磁性性实验相符。实验相符。分子轨道法分子轨道法:电子排布式：电子排布式：第十四页，本课件共有101页15（2）氧的性质和用途氧的性质和用途a.O2是是无无色色无无臭臭的的气气体体，90K淡淡蓝蓝色色液液体体，54K淡淡蓝蓝色固体。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。在在室室温温和和加加压压下下，分分子子光光谱谱实实验验表表明明O2中中含含有有抗抗磁磁性性物物质质O4。O4中中两两个个O2分分子子间间的的键键弱弱于于一一个个电电子对键，但比范德华力强。子对键，但比范德华力强。O4可可能能的的结结构构（可可能能是是O2分分子子中中的的单单电电子子互互相相键合，强度较弱。）键合，强度较弱。）b.氧氧是是非非极极性性分分子子，不不易易溶溶于于极极性性溶溶剂剂水水中中。298K，1dm3水可溶水可溶30cm3O2.光谱学实验表明：光谱学实验表明：氧溶于水后，有氧溶于水后，有O2H2O和和O22H2O第十五页，本课件共有101页16不稳定结构不稳定结构氧氧在在水水中中溶溶解解度度虽虽小小，但但它它是是水水生生植植物物生生存存的的基基础础。我我国国有有些些江江河河湖湖泊泊水水系系污污染染严严重重，水水中中O2含含量量明明显显减减少少，水水质质下下降降，鱼鱼类类产产量量下下降降，甚甚至至绝绝迹迹。因因此此防防治治水水系系污污染已是我国一项迫在眉睫的任务。染已是我国一项迫在眉睫的任务。第十六页，本课件共有101页17c氧的化学性质：氧的化学性质：主主要要表表现现氧氧化化性性。由由于于O2的的键键能能较较高高，故故在在高高温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。.在在室室温温下下，在在对对质质子子惰惰性性的的溶溶剂剂中中：如如DMSO、Py吡吡啶中：啶中：O2+e=O2（碱性，超氧离子，（碱性，超氧离子，0=-0.563V）.在水溶液中获得两个电子：在水溶液中获得两个电子：O2+2e+H2O=HO2+OH（碱性，过氧离子，（碱性，过氧离子，0=-0.076V）.在水中获得在水中获得4e：O2+H（PH=7）+4e=2H2O0=0.815V这这表表明明O2饱饱和和的的水水溶溶液液是是一一个个较较好好的的氧氧化化剂剂。例例如可将如可将Fe2氧化成氧化成Fe3（在碱性迅速）（在碱性迅速）第十七页，本课件共有101页18.O2易易溶溶于于有有机机溶溶剂剂，如如：与与乙乙醇醇、乙乙醚醚、苯苯等生成弱键配合物。等生成弱键配合物。例例：N，N二二甲甲基基苯苯胺胺在在空空气气或或O2中中黄黄色色，当当氧被除掉后，黄色消失。氧被除掉后，黄色消失。.O2与与某某些些过过渡渡金金属属配配合合物物形形成成加加合合物物，加加合合物物中中以以O2、O2、O22离离子子与与金金属属配配位位或或形形成成桥桥式式配位基。例：配位基。例：2Co（NH3）62+O2（NH3）5CoOOCo（NH3）54+2NH3第十八页，本课件共有101页19.高高温温下下，O2的的化化学学活活性性迅迅速速增增加加，能能和和许许多多金金属属和和非非金金属属直直接接化化合合生生成成氧氧化化物物。还还可可与与还还原原性性化化合合物物如如H2S、CH4、CO等等反反应应，使使它它们们在在O2中中继续燃烧。继续燃烧。2H2S+3O2=2SO2+2H2O.氧氧的的用用途途：炼炼钢钢吹吹氧氧、切切割割、焊焊接接、航航天天器器中中的的高高能能燃料液氧、医疗急救。燃料液氧、医疗急救。O18做示踪原子研究反应机理。做示踪原子研究反应机理。如：酯水解有两种途径：如：酯水解有两种途径：a.RCOOR+HO18HHO18R+RCOOHb.RC（O）OR+HO18HHOR+RCOO18H两两种种断断裂裂，实实验验证证明明水水解解按按上上式式进进行行，因因为为O18从从水水转移到酸中去了。转移到酸中去了。第十九页，本课件共有101页20氧气在紫外线的作用下发生如下平衡氧气在紫外线的作用下发生如下平衡：O2+hv(波长波长242nm)O+OO+O2O3O3+hv(波长波长220-320nm)O2+O 地面大气层含量极微，仅0.001ppm，在离地面在离地面20-40km 20-40km 处有个臭氧层，处有个臭氧层，为为0.2ppm0.2ppm。高空臭氧层的形成原理：由于上述反应，使太阳光的大部分紫外线被吸收，从而使地面的生物免遭紫外线的伤害。人类应当如何保护臭氧层？臭氧臭氧第二十页，本课件共有101页21 221 nm CF2 Cl+hv CF2 Cl+Cl 426 nm NO2+hv NO+O Cl+O3ClO+O2 ClO+OCl+O2 NO+O3NO2+O2 NO2+O NO+O2破坏臭氧层的污破坏臭氧层的污染气体主要有：染气体主要有：NO2、CO、H2S、SO2.氟氯烃氟氯烃俗名氟里昂俗名氟里昂如如CFCl3CF2Cl2 这些物质在臭氧层中能产生单这些物质在臭氧层中能产生单原子自由基，并与臭氧分子反原子自由基，并与臭氧分子反应：应：人类应当设法减少这些气体的排放。人类应当设法减少这些气体的排放。第二十一页，本课件共有101页22a.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O：VB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：法：顶角氧原子顶角氧原子sp2杂化，其中杂化，其中2个个单电子轨道与另外两个单电子轨道与另外两个O原子单电子原子单电子轨道形成键，还有一个轨道上有一轨道形成键，还有一个轨道上有一对孤对电子。剩下的未参与杂化的对孤对电子。剩下的未参与杂化的p轨道与另两个含单电子的轨道与另两个含单电子的p轨道平行，轨道平行，线形组合成分子轨道。线形组合成分子轨道。sp234O：2S22px22py1 2pz1第二十二页，本课件共有101页23E0000E1E2=E0E3非键轨道 形形成成了了一一个个 34键键，由由于于非非键键轨轨道道上上的的电电子子对对成成键轨道没有贡献。所以键级键轨道没有贡献。所以键级=1。O3中中每每两两个个O原原子子间间键键级级=1+0.5不不是是一一个个双双键键，它它的的键键长长127.8pm比比O2分分子子120.8pm长长一一些些。键键能能低低于于O2,因因而不稳定。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。O3:=1.810-3Cm唯一极性单质唯一极性单质(原因不详）原因不详）第二十三页，本课件共有101页24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，分子端氧周围电子云密度不同，分子的非对称性及氧原子周围电子云的非对称性及氧原子周围电子云密度不同造成分子中正负电荷中密度不同造成分子中正负电荷中心不重合，使分子具有极性。心不重合，使分子具有极性。sp234第二十四页，本课件共有101页25b.臭氧的性质和用途臭氧的性质和用途、臭臭氧氧有有腥腥臭臭味味，液液态态O3深深的的蓝蓝紫紫色色，隔隔1mm液液态态O3时时就就观观察察不不到到电电灯灯泡泡的的灼灼热热灯灯丝丝。80K时时为为黑黑色色固固体体。O3易易液液化化难难固固化化，色色散散力力大大。所以所以bp高于高于O2。、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：常温缓慢分解：2O3=3O2H=-284kJmol1受受热热或或有有MnO2存存在在时时快快，氧氧化化能能力力介介与与氧氧原原子和子和O2之间。之间。第二十五页，本课件共有101页26（）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：CH3CH2CH=CHCH3CH2CHO+HCHO1-丁烯丁烯CH3CH=CHCH32CH3CHO2-丁烯丁烯用于决定双键的位置用于决定双键的位置O3O3第二十六页，本课件共有101页27（）O3氧化氧化CN-：所以常用于治理电镀工业中的含氰废水。所以常用于治理电镀工业中的含氰废水。O3+CN-=OCN-+O22OCN-+3O3+2OH-=2CO32-+N2+3O2+H2O()O3能杀菌可用做消毒剂，能杀菌可用做消毒剂，许多游泳池采用许多游泳池采用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必然是吸热，因必然是吸热，因此，只要给氧以足够的能量（光、电、热）即可转变此，只要给氧以足够的能量（光、电、热）即可转变为臭氧。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，电动机的机身旁也，电动机的机身旁也常闻到臭氧味。常闻到臭氧味。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。第二十七页，本课件共有101页2825.氧的成键特征：氧的成键特征：从三个方面讨论：从三个方面讨论：O，O2，O3为基础。为基础。以以氧原子氧原子为结构基础的成键情况：为结构基础的成键情况：i.O可可以以从从电电负负性性小小的的原原子子中中夺夺取取电电子子，形形成成O2-离子，离子，构成离子键，构成离子键，如：如：Na2O，K2O，CaO。ii.氧氧原原子子可可以以同同电电负负性性与与其其相相近近的的原原子子共共用用电电子子，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氧氧化态。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第二十八页，本课件共有101页29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:2s22px22py12pz1a.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.O提供两个单电子形成共价双键提供两个单电子形成共价双键c.O以以sp3杂化形成两个共价单键，杂化形成两个共价单键，一个配位键一个配位键:例：例：Cl2O和和OF2中；中；例：例：H2C=O，和，和ClCCl光气光气OOHHH+OFFO第二十九页，本课件共有101页30d,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轨道接受电子形成配位，轨道接受电子形成配位，例例R3NO即一个三键，如：即一个三键，如：CO和和NO中。中。第三十页，本课件共有101页31f.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，同时提供二对孤轨道接受电子对，同时提供二对孤电子对反馈给原配位原子的空轨道形成反馈键，电子对反馈给原配位原子的空轨道形成反馈键，例：例：H3PO4中，中，叫叫d-p反馈反馈配键，而键具有双键的性质。配键，而键具有双键的性质。POHOHHOOP:3S23px13py13pz13d0第三十一页，本课件共有101页32 以以O2为为结构基础的成键情况结构基础的成键情况i.O2结合一个结合一个e，形成，形成O2-离子，离子，如：如：KO2等。等。ii.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过氧化物，过氧化物，如：如：H2O2，H2S2O8，K2S2O8等。等。iii.O2失去一个失去一个e，生成二氧基阳离子，生成二氧基阳离子O2化合物：化合物：O2PtF6-。iv.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与卟啉衍生物形成配合物，而合物，而Fe2的的3d轨道上仍有空位，能可逆的接轨道上仍有空位，能可逆的接受受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。第三十二页，本课件共有101页33 以以O3为结构基础的成键情况：为结构基础的成键情况：i.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，构成离子型构成离子型KO3和和NH4O3，或共价型或共价型O3F2：FOOOF。26：氧化物：氧化物所所有有元元素素除除了了大大部部分分稀稀有有气气体体以以外外都都能能生生成成二二元元氧化物（氧化物（Xe可以制得氧化物）。可以制得氧化物）。第三十三页，本课件共有101页34(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。b.金属氢氧化物加热脱水。金属氢氧化物加热脱水。c.金属含氧酸盐的热分解。金属含氧酸盐的热分解。d.高价氧化物热分解或通氢气还原，高价氧化物热分解或通氢气还原，可得到低价氧化物可得到低价氧化物PbO2=Pb2O3=Pb3O4=PbOV2O5+2H2=V2O3+2H2OH2，1973KVO563-593K663-693K803-823K973K第三十四页，本课件共有101页35(2)氧化物的键型：离子型和共价型氧化物的键型：离子型和共价型离子型氧化物：离子型氧化物：M2O：A氧化物氧化物MO：BeOBaO，ZnO，GaO，MnO，CoO，NiOM2O3：Al2O3,Sc2O3,Y2O3,In2O3MO2:GeO2,TbO2,UO2,SnO2,PbO2,VO2,WO2,MnO2,RuO2M3O4:Pb3O4,Mn3O4,Fe3O4e.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+2H2O第三十五页，本课件共有101页36共价型氧化物共价型氧化物:非金属氧化物非金属氧化物H,F,Cl,Br,I,S,Se,Te,N,P,C氧化物氧化物.B,Si的氧化物：巨型分子氧化物的氧化物：巨型分子氧化物.金属氧化物金属氧化物:18电子外壳氧化物：电子外壳氧化物：Ag2O,CuO18+2电子外壳氧化物：电子外壳氧化物：PbO,SnO8电子外壳高电荷氧化物：电子外壳高电荷氧化物：Mn2O7第三十六页，本课件共有101页37（3）氧化物的熔点：）氧化物的熔点：氧化物氧化物mp差别较大：一般说：差别较大：一般说：多数离子型氧化物多数离子型氧化物mp很高：很高：BeO2803K，MgO3073K，CaO2853K，HfO23083K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：SiO21986K。多多数数共共价价型型氧氧化化物物和和少少数数离离子子型型氧氧化化物物熔熔点点较较低低：CO2 194.5K升升华华，Cl2O7 181.5KSO3289.8K，N2O5303K，RuO4298.5K，OsO4322.5K氧化物氧化物mp的差异，主要由它们晶体结构的显著的差异，主要由它们晶体结构的显著差异造成的。差异造成的。第三十七页，本课件共有101页38（4）氧化物对水的作用：氧化物对水的作用：分为四类分为四类a、溶于溶于水，但无化学作用：水，但无化学作用：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第三十八页，本课件共有101页39（5）氧化物的酸碱性：氧化物的酸碱性：分为五类分为五类a、酸性氧化物：酸性氧化物：与碱作用生成盐和水：与碱作用生成盐和水：CO2，SO3，P4O10，SiO2，B2O3等。等。b、碱性氧化物：碱性氧化物：与酸作用生成盐和水：与酸作用生成盐和水：K2O，CaO，MgO等等c、两两性性氧氧化化物物：既既与与酸酸作作用用又又与与碱碱作作用用，生生成成盐盐和和水：水：BeO，Al2O3，ZnO，Cr2O3d、中性氧化物：中性氧化物：不与酸碱作用：不与酸碱作用：CO和和N2O等等e、复复杂杂氧氧化化物物：由由低低价价、高高价价氧氧化化物物混混合合组组成成，例例：Fe3O4，Pb2O3，Pr6O11等。等。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：Pb2O3PbO2+PbO，（PbO碱碱性性，PbO2中中性性）。若若 加加 HNO3于于Pb2O3上上，则则 其其 中中PbO溶溶 解解 成成 Pb（NO3）2而而PbO2则不反应。则不反应。第三十九页，本课件共有101页40水水1水在自然界分布：水在自然界分布：水水在在地地球球上上分分布布最最广广，占占地地表表面面3/4。海海洋洋，江江，河河，湖湖泊泊。地地壳壳上上也也会会有有水水，形形成成地地下下水水源源泉泉。天天空空中中有有水水，云云即即水水的的小小液液滴滴，大大量量的的水水还还以以冰冰块块、积雪的形式终年在高山颠峰，两极地区。积雪的形式终年在高山颠峰，两极地区。自自然然界界中中H：有有两两种种同同位位素素H1，H2，而而自自然然界界的的O又又存存在在三三种种同同位位素素16O，17O，18O，因因此此自自然然界界的的水水应应该该有有9种种不不同同的的水水，它它们们之之间间有有一一定定的的比例比例.第四十页，本课件共有101页41H216O，H217O，H218OHD16O，HD17O，HD18OD216O，D217O，D218O 其其中中以以H216O最最多多，另另外外D216O，H218O也也很很有有用用，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重重水水:是是核核工工业业最最常常用用的的中中子子减减速速剂剂.D216O不不能能维维持持动动植植物物的的生生命命。电电解解水水时时，H2O优优先先分分解解，而而D216O聚聚集集在在残残留留液液中中，经经长长时时间间电电解解水水后后馏馏残残液液可可得得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，第四十一页，本课件共有101页4232、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年最终年最终精确测定水的化学组成：精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分分子子中中O：sp3杂杂化化，生生成成四四个个不不等等性性的的sp3杂杂化化轨轨道道，其其中中两两个个轨轨道道s成成分分大大能能量量低低，而而另另外外两两个个轨轨道道s成成分分小小，能能量量高高。含含单单电电子子的的轨轨道道与与H原原子子成成键键生生成成两两个个键键，同同时时有有两两对对孤孤对对电电子子。由由于于孤电子的斥力，使水的键角为孤电子的斥力，使水的键角为104.5。第四十二页，本课件共有101页43第四十三页，本课件共有101页44液态水的结构：液态水的结构：按按原原子子量量计计算算，水水的的分分子子量量：18.02，但但沸沸点点时时水水蒸蒸气分子量气分子量18.69：96.5%H2O和和3.5%（H2O）2液态水分子量变大，这是由于氢键缔合液态水分子量变大，这是由于氢键缔合（H2O）xx=2，3，4缔合离解缔合离解xH2O=（H2O）x每每个个O原原子子周周围围有有两两个个近近的的H原子，两个远的原子，两个远的H原子。原子。OHHOHHHHH第四十四页，本课件共有101页45有人认为：有人认为：液液态态水水是是由由多多个个水水分分子子的的氢氢键键缔缔合合而而成成的的网网状状结构，但未得到公认。结构，但未得到公认。冰的结构：冰的结构：冰冰中中每每一一个个水水分分子子都都被被相相邻邻的的四四个个水水分分子子包包围围，每每个个水水分分子子位位于于四四面面体体的的顶顶点点，无无限限个个这这样样的的四四面面体体通通过过氢氢键键连连成成一一个个庞庞大大的的分分子子晶晶体体，由由于于结结晶晶条条件件不不同同，冰冰可以有多种结晶体。可以有多种结晶体。（请参阅（请参阅水知道水知道）第四十五页，本课件共有101页46第四十六页，本课件共有101页4733水的物理性质水的物理性质（1）无无色色，无无臭臭，透透明明的的液液体体，偶偶极极距距1.87D，极极性性很大。很大。（2）水水的的比比热热：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其其它它元元素素氢氢化化物物（H2S，H2Se，H2Te）相相比比，H2O的的bp，mp，熔熔化化热热，蒸蒸发发热热都都异异常的高（氢键缔合）常的高（氢键缔合）（4）绝绝大大多多数数物物质质有有热热胀胀冷冷缩缩，即即温温度度降降低低，体体积积变变小小，密密度度增增大大。但但水水在在277K时时密密度度最最大大，1.0g/3。277K以以下下时时密密度度降降低低，到到273K时时，密密度度突突然变小为然变小为0.999g/3。冰的密度为。冰的密度为0.916g/3第四十七页，本课件共有101页48第四十八页，本课件共有101页4935水的化学性质：水的化学性质：水水的的化化学学性性质质，通通常常比比较较稳稳定定，只只有有在在特特殊殊条条件下，才表现出一定的活性。件下，才表现出一定的活性。（1）热热分分解解作作用用：加加 热热 到到 大大 于于2000K时时，有有0.588%水分解水分解.2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）（2）水和作用）水和作用:水是一个良好的极性溶剂，可溶水是一个良好的极性溶剂，可溶解许多极性化合物，并与之生成解许多极性化合物，并与之生成H2O合离子。合离子。如：如：H3O+，Fe（H2O）6+，Zn（H2O）62+等。水等。水分子通过分子通过“O”配位键与其结合，配位键与其结合，第四十九页，本课件共有101页50HClH2O.HClFeSO4 FeSO47（H2O）形成水合晶体析出形成水合晶体析出ZnCl2ZnCl26（H2O）（3）水水解解作作用用：广广义义讲讲，水水解解不不仅仅包包括括一一些些盐盐及及二二元元化化合合物物的的非非氧氧化化还还原原性性的的分分解解水水反反应应，并并且且包包括括水水对活泼金属，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。Mg3N2+6H2O=3Mg（OH）2+2NH3PCl3+4H2O=H3PO4+5HClSbCl3+H2O=SbOCl+2HCl 第五十页，本课件共有101页51C+H2O=CO+H2SO3+H2O=H2SO4Cl2+H2O=HCl+HOClNa2O+H2O=2NaOHCa+2H2O=Ca（OH）2+H2（4）自离解作用：自离解作用：水本身存在弱的电离：水本身存在弱的电离：H2O=H+OH-H2O+H2O=H3O+OH-298KH3O+OH-=110-14=KW水水的的离离子子积积，它它随随温度而变化。温度而变化。广义的水解广义的水解第五十一页，本课件共有101页5236.水的污染与净化水的污染与净化（1）有有毒毒物物污污染染:包包含含Hg，Cd，Cr的的化化合合物物及及氰氰化化物物工工业业废废料料；杀杀虫虫剂剂，农农药药，对对人人、动动物物植植物带来危害。物带来危害。非非毒毒的的营营养养物物质质：洗洗涤涤剂剂中中磷磷酸酸盐盐，化化肥肥中中的的磷磷酸酸盐盐、硝硝酸酸盐盐，它它们们使使水水生生藻藻类类大大量量增增殖殖，消耗水中氧气，使鱼类无法存活。消耗水中氧气，使鱼类无法存活。热热污污染染：工工业业排排放放物物提提高高水水温温，降降低低氧氧气气的的浓浓度，对水生动物生存造成危害。度，对水生动物生存造成危害。第五十二页，本课件共有101页53（2）水的净化：水的净化：对用途不同的水，净化方法不同对用途不同的水，净化方法不同a、饮用水的净化：饮用水的净化：自然沉降自然沉降除泥沙除泥沙Al（OH）3Fe（OH）3除去悬浮物除去悬浮物通通Cl2除除臭杀菌臭杀菌 江河江河湖泊湖泊 b、工工业业水水软软化化：自自然然水水含含较较多多Ca2+,Mg2+,Fe2+,Cl-,SO42-,HCO3-,工业用易生水垢，所以要先除去。工业用易生水垢，所以要先除去。化学沉降法：化学沉降法：利用石灰乳和纯碱除去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+第五十三页，本课件共有101页54也可用也可用Na3PO4或或Na2HPO4，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，不不必过滤，因为沉淀疏松稳定，不生锅垢，直接使用。生锅垢，直接使用。离子交换法离子交换法：使用离子交换树脂，除去水中的：使用离子交换树脂，除去水中的Ca2+，Mg2+，软化水，软化水,满足工业要求。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：蒸馏水：一般可满足实验要求，可配制试剂或反应。一般可满足实验要求，可配制试剂或反应。电导水：电导水：在蒸馏水中加入少量在蒸馏水中加入少量KMnO4和和Ba（OH）2，再再一一次次蒸蒸馏馏得得二二次次水水，这这种种水水纯纯度度更更高高，常常用用电电导导仪仪测测量量纯纯度度，叫叫电电导导水水，保保存存在在石石英英玻璃器皿中玻璃器皿中.第五十四页，本课件共有101页55 离子交换水：离子交换水：使使用用离离子子交交换换树树脂脂将将水水中中除除H+，OH-以以外外的的其其它它离离子子全全部部交交换换掉掉，这这种种水水纯纯度度更更高高，但但含含有有微微量量的的有有机机物物，无无法法除除去。去。因因为为树树脂脂是是有有机机高高分分子子化化合合物物，具具有有网网状状结结构构，上上面面连连有有可可电电离离的的活活性性集集团团，如如阳阳离离子子树树脂脂，RSO3-H+，阴阴树树脂脂RNH3+OH-。它它们们可可除除去去水水中中的的无无机机离离子子，但但无无法法除除去去有有机机物物。我我们们实实验验室室使使用用的的纯纯水水既既是是离离子子交交换换水。水。第五十五页，本课件共有101页56 水水的的几几种种异异常常的的物物性性均均是是由由于于H2O分分子子中中形形成成氢氢键键缔缔合合而而造造成成的的，由由于于水水要要多多消消耗耗能能量量破破坏坏氢氢键键,所所以以水水的的比比热热，熔熔化化热热，蒸蒸发发热热，mp，bp都都高。高。水水的的密密度度反反常常：认认为为接接近近bp的的水水，主主要要以以单单分分子子存存在在，冷冷却却时时分分子子热热运运动动减减慢慢，分分子子间间距距离离缩缩小小，同同时时缔缔合合度度增增大大，分分子子间间排排列列紧紧密密，使使水水的的密密度度在在冷冷却却时时增增大大，温温度度降降至至277K时时密密度度最最大大。若若继继续续降降温温，则则出出现现较较多多的的三三聚聚水水分分子子以以及及类类似似冰冰的的更更大大的的缔缔合合分分子子，它它们们的的结结构构松松散散，所所以以277K以以下下，密密度度反反而而降降低低，到到冰冰点点时时形形成成巨巨大大的的缔缔合合分分子，密度更低。子，密度更低。第五十六页，本课件共有101页57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分分子子中中O原原子子：不不等等性性sp3杂杂化化，其其中中2个个单单电电子子轨轨道道分分别别与与一一个个H和和另另一一个个O形形成成键键，另另还还剩剩两两个个孤孤电电子子对对轨轨道道，由由于于其其排排斥斥作作用用使使OH键键向向OO键键靠靠拢拢，使使HOO键键角角:96.52，小小于于109.5第五十七页，本课件共有101页582.H2O2的性质和用途的性质和用途（1）纯纯H2O2：淡淡兰兰色色粘粘稠稠液液体体，极极性性更更强强，=2.26D，稳稳定性差定性差.（2）H2O2分分子子中中也也存存在在氢氢键键,缔缔合合比比水水更更强强，所所以以bp比比水水高高423K，mp与与水水接接近近:272K。密密度度随随温温度度正正常常变变化化。可可与与水水任任意意混混溶溶，3%H2O2双双氧氧水水医医院院用用其其消消毒毒杀杀菌菌。35%H2O2为市售产品。大于为市售产品。大于30%H2O2会灼烧皮肤。会灼烧皮肤。（3）H2O2氧氧化化态态：-1，它它的的性性质质是是：氧氧化化性性和和不不稳稳定定性性，也可以表现还原性，同时是一种比水强的弱酸。也可以表现还原性，同时是一种比水强的弱酸。世界年产量估计超过世界年产量估计超过1106 t（以纯（以纯 H2O2 计）。欧洲计）。欧洲国家将总产量的国家将总产量的 40%用于制造过硼酸盐和过碳酸盐，用于制造过硼酸盐和过碳酸盐，总产量的总产量的50%用于纸张和纺织品漂白，美国则将总产量的用于纸张和纺织品漂白，美国则将总产量的 25%用于净化水。用于净化水。中国人绝不会忘记非典时期过氧化氢的作用吧！中国人绝不会忘记非典时期过氧化氢的作用吧！第五十八页，本课件共有101页59A不稳定性不稳定性 B弱酸性弱酸性见光分解，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+存在时大大加速存在时大大加速H2O2分解。分解。为为了了阻阻止止分分解解，常常采采取取的的防防范范措措施施：市市售售约约为为 30%水水溶溶液液，用用棕棕色色瓶瓶装装，放放置置在在避避光光及及阴阴凉凉处处，有有时时加加入入少少量量酸酸 Na2SnO3 或或 Na4P2O7 作稳定剂作稳定剂。第五十九页，本课件共有101页60C.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：油画放置年代久了，会变暗，用过油画放置年代久了，会变暗，用过氧化氢轻轻擦洗，由会光亮一新。氧化氢轻轻擦洗，由会光亮一新。第六十页，本课件共有101页61 H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O用于定量测定用于定量测定H2O2H2O2+Mn（OH）2=MnO2+2H2O还原性：还原性：5H2O2+2MnO4-+6H+=2Mn2+5O2+8H2O3H2O2+2MnO4-=2MnO2+3O2+2OH-+2H2O 可见：可见：H2O2氧化性强，还原性弱；氧化性强，还原性弱；是不造成二次污染的杀菌剂。是不造成二次污染的杀菌剂。第六十一页，本课件共有101页62工业上用工业上用H2O2还原还原Cl2，不给体系带来杂质：，不给体系带来杂质：H2O2+Cl2=2Cl-+O2+2H+D.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。3.H2O2的制备的制备（1）实验室：）实验室：Na2O2+H2SO4（冷，稀