第13章氧族元素讲解

第 13 章 氧族元素
氧族元素
13－1 氧及其化合物 13－2 硫及其化合物 13－3 硒、碲及其化合物
13－1 氧族元素概述
(1) 氧族元素： 氧O 硫S 硒Se 碲Te 钋Po
(2) 价电子层结构:
ns2np4
(3) 单质性质: (4) 存在:
典型非金属 单质或矿物
准金属 放射性金属
共生于重金 属硫化物中
在溶液中，氧在酸性溶液或碱性溶液中都显示出一定 的氧化性，其的标准电极电势如下：
O2 ＋ 4 H＋ ＋ 4 e－ —— 2 H2O EAθ＝1.229 V O2 ＋ 2 H2O ＋ 4 e－ —— 4 OH－ EBθ＝0.401 V
由标准电极电势可见，氧在酸性溶液中的氧化性比在 碱性溶液中的氧化性强得多。
（二）难点
1 硫的含氧化合物的杂化方式、空间构型以及离域Π键的应 用。
2 含氧酸的类型与结构（普通含氧酸、过氧酸、连酸、硫代 酸、同多酸等）。
3 过氧链转移反应。
(6) 氧族元素的电势图
EA / V
O3 2.07 O2 ＋ H2O
1.23 O2 0.68 H2O2 1.78 H2O
S2O82－ 2.01 SO42－ 0.22 S2O62－ 0.57 H2SO3 0.17
H2SO3
0.51
S2O62－ 0.08
S2O32－
0.50 S
0.14 S2－
0.45
EB / V
O3 1.24 O2＋OH－ －0.08
O2 －0.56 O2－ －0.41 HO2－ － 0.87 OH－
－0.66 S2O82－ 2.00 SO42－ －0.93SO32－－0.57S2O32－－0.41 S 0.87 S2－
2 O3 (臭氧) 氧气的同素异形体，因有一种特殊的腥臭味而得名。
(1) 臭氧的产生
太阳的紫外线辐射导致O2生成O3
O2 紫外hv 2O
O ＋ O2 —— O3
O3吸收波长稍长的紫外线，又能重新分解，从而完 成O3的循环。
O3 紫外hv O2 ＋ O
雷雨的时候，空气中的氧受电火花的作用也会产生
少量臭氧。
2 BaO2 △ 2 BaO ＋ O2 2 NaNO3 △ 2 NaNO2 ＋ O2
2 KClO3
MnO2 473 K
2 KCl ＋ 3 O2
主要是通过物理法液化空气，然后分馏制氧(纯度
高达99.5 ％的液态氧)。
★ 氧的化学性质
在常温下，氧的化学性质不活泼，仅能使一些还原性 强的物质如NO、SnCl2、KI、H2SO3等氧化。
臭氧还能迅速且定量地将 I－离子氧化成 I2，此反应 被用来鉴定 O3和测定 O3的含量：
O3 ＋ 2 I－ ＋ H2O —— I2 ＋ O2 ＋2 OH－
臭氧还能将CN－ 氧化成CO2 和 N2，因此常被用来治 理电镀工业中的含氰废水。
(3) 臭氧与大气污染 臭氧层最重要的意义在于吸收阳光中强烈的紫外线辐
射，保护地球上的生命。
(2) 臭氧的分子结构
★ 价键理论
结构：
π
4 3
中心O： sp2杂化 边O： sp2杂化
键角：117o μ＝1.8×10－3 C•m 唯一极性单质
★ 分子轨道理论
φ3 E3
反键轨道
E0
ψ0 ψ0 ψ0
φ2 E2＝E0 非键轨道
φ1 E1
成键轨道
ψ0
π O3分子的
4 3
分子轨道示意图
π4 3
键的键级为1。在O3分子中，氧原子之间的键级
为l.5。因其键级和键能都低于O2分子因而不够稳定。由 于分子轨道中没有单电子，所以O3分子是逆磁性的。
(3) 臭氧的性质
① 不稳定性 臭氧在常温下就可分解: 2 O3 ＝ 3 O2 △rHmθ＝－ 285.4 kJ·mol－1 若无催化剂或紫外线照射时，它分解得很慢。
② 臭氧的强氧化性
臭氧有很强的氧化性，其相关的电极电势如下：
O3 ＋ 2 H＋ ＋ 2 e － —— O2 ＋ H2O O2 ＋ 4 H＋ ＋ 4 e － —— 2 H2O
EAθ＝2.076 V EAθ＝1.23 V
O3 ＋ H2O ＋ 2 e － —— O2 ＋ 2 OH － EBθ＝1.24 V
O2 ＋ 2 H2O ＋ 4 e － —— 4 OH －
EBθ＝0.401 V
(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2(σ*2s)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π*2py)1(π*2pz)1
•• • O ••• O
• • • •
氧分子具有顺磁性。
(1) 氧气的制备
实验室制备：
金属氧化物
过氧化物
NaNO3 KClO3 工业制备：
2 HgO △ 2 Hg ＋ O2
(5) 氧化态：
－2,
±2,4,6
(－1)
氧族元素表现出非金属元素特征，其非金属活泼性
弱于卤素。
重点与难点
（一）重点
1 氧族元素的通性，臭氧、过氧化氢结构、性质和用途。 2 同素异形体及其成因，S8的结构，离域键及其形成条件。 3 硫化氢的性质、金属硫化物的溶解性分类，多硫化物的结
构和性质。二氧化硫、三氧化硫、亚硫酸、硫酸和它们相 应的盐、硫代酸盐、过二硫酸及其盐等的结构、性质、制 备和用途以及它们之间的相互转化关系。
无论在酸性或碱性溶液中，臭氧都是比氧强得多的氧
化剂。
臭氧能氧化一些只具弱还原性的单质或化合物，并且 有时可把某些元素氧化到高价状态。如
2 Ag ＋ 2 O3 ＝ Ag2O2 ＋ 2 O2 PbS ＋ 4 O3 ＝ PbSO4 ＋ 4 O2 O3 ＋ XeO3 ＋ 2 H2O ＝ H4XeO6 ＋ O2
在高温下，除卤素、少数贵金属如Au、Pt等以及稀 有气体外，氧几乎能与所有的元素直接化合生成相应的氧 化 物 。 氧 还 可 氧 化 一 些 具 有 还 原 性 的 化 合 物 ， 如 H2S 、 CH4、CO、NH3等能在氧中燃烧。
2 Mg ＋ O2 —— 2 MgO 2 H2S ＋ 3O2 —— 2 SO2 ＋ 2 H2O 4 NH3 ＋ 3 O2 —— 2 N2 ＋ 6 H2O
(7) 氧族元素的氢化物
H2R
H2O H2S
化 学 活 性： 小
稳 定 性： 大
酸 性： 弱
m.p.：
b.p.： 最高 小
H2Se
H2Te 大 小
强
大
13－ 2 氧及其化合物
氧有三种同位素：O16、O17和 O18。
13－2－1 氧的单质
单质氧有两种同素异形体：O2和O3。
1 氧气（O2）
O2分子的电子排布式：