第十六章氧族元素优秀PPT.ppt
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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+O
7、2MnO2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
8、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
9、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
10、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)
11、.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
12、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
13、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
14、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、H2
15、S、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
16、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
17、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
18、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=
19、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
20、-=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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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,
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