第十五章 氧族元素1

O2 + H 2O
ϕA = 2.07V ϕB = 1.24V
O3 + H 2O + 2e−
O2 + 2OH−
臭氧比氧有更大的化学活性。 臭氧比氧有更大的化学活性。臭氧是最强氧化剂 之一。除金和铂族金属外， 之一。除金和铂族金属外，它能氧化所有的金属和 大多数非金属。 大多数非金属。
O3 + 2I + H2O → I2 + O2 + 2OH
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
O2和O3分子性质的比较
气体颜色 液体颜色 偶极矩 水溶性 熔沸点 磁性 稳定性 氧化性 O2 无色 淡蓝色 0 弱 低 顺磁性 高 相对弱 O3 淡蓝色 暗蓝色 大 强 高 逆磁性 低 强
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
强氧化性
O3 + 2H+ + 2e−
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
不同点
硫离子S 有较大的还原性。 硫离子S2-比O2-大，有较大的还原性。使得具有 多种氧化态的元素在硫化物中往往显较低的价态 显较低的价态， 多种氧化态的元素在硫化物中往往显较低的价态， 而氧化物中相应元素却可以表现出最高氧化态。 而氧化物中相应元素却可以表现出最高氧化态。
氧族元素 第十五章 氧族元素
§ 15.1 氧族元素通性 §15.2 氧及其化合物 §15.3 硫及其化合物 §15.4 硒和碲
第15章 章
第4题 第6题 第10题 第11题
第513页 513页
第16题 第18题 第19题
本章要求
1、掌握氧、臭氧、过氧化氢的结构、性 、掌握氧 臭氧、过氧化氢的结构、 的结构 质和用途。 质和用途。 2、掌握单质硫 硫的氢化物、氧化物、 2、掌握单质硫、硫的氢化物、氧化物、硫 化物、重要含氧酸及其盐的结构、性质、制 化物、重要含氧酸及其盐的结构、性质、 结构 备和用途。 备和用途。 3、了解硒和碲的性质。 、了解硒和碲的性质。
氧化物
(1) 同周期元素的最高价氧化物从左到右酸性增强 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
(2) 同主族同价态氧化物从上到下碱性增强 N2O3 P2O3 As2O3 Sb2O3 Bi2O3 (3) 同一元素多种价态的氧化物氧化数高的酸性强 MnO MnO2 MnO3 Mn2O7 (4) 两性氧化物 ：Al2O3 , ZnO , BeO , Ga2O3, CuO , Cr2O3 ,As2O3 ，TeO2 等。 （5）不显酸性和碱性的氧化物 ） CO, NO, N2O
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
C 氧分子可以失去一个电子，形成二氧基阳离子 2+ 氧分子可以失去一个电子，形成二氧基阳离子O D 做配位剂
HmFe + O2 ƒ HmFe ← O2
E 臭氧分子可以结合一个电子，形成过氧离子O3-或共 臭氧分子可以结合一个电子，形成过氧离子 价的过氧链-O-O-O价的过氧链
4OH −
ϕ B = 0.401V
在酸性介质中有强氧化性： 酸性介质中有强氧化性： 中有强氧化性
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
高温下，除卤素、少数贵金属如Au/Pt以及稀有 高温下，除卤素、少数贵金属如Au/Pt以及稀有 Au/Pt 气体外， 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。 的氧化物。
2-已基恩醌，钯
性质一： 性质一：强氧化性
θ ϕA
θ ϕB
O 2 +0.68 H 2 O 2 +1.78 H 2 O
− O 2 −0.08 HO 2 +0.88 OH −
4H 2 O 2 + PbS(s) = PbSO 4 (s) + 4H 2 O
（黑） （白）
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氧族元素
− 4 −
§15.2 氧及其化合物
2− 4
3H2O2 + 2Cr (OH) + 2OH = 2CrO + 8H2O
深绿色 白色 性质二：还原性 性质二：
− Ag 2O + HO2 = 2 Ag + OH − + O2
黄色
H 2 O 2 + Mn(OH) 2 = MnO 2 + 2H 2 O
棕黑色
性质三： 性质三：不稳定性
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
（3）形成多硫链 ） 它能形成-S 长硫链 这是本族其它元素所少见的。 长硫链， 它能形成 n-长硫链，这是本族其它元素所少见的。
氧和硫成键特征的比较
相同点 A 与碱金属与碱土金属形成二元化合物时，以离 与碱金属与碱土金属形成二元化合物时， 子键为主， 稳定性是氧化物大于硫化物。 子键为主，但稳定性是氧化物大于硫化物。 B 与电负性较大的金属化合时，主要形成共价型 与电负性较大的金属化合时， 化合物。均能形成p-pπ 化合物。均能形成 π键。 C 均能形成离域π键 均能形成离域π
7.15×10-30 ×
H2O2 > H2O（缔合程度H2O2 > H2O) H2O≈ H2O2点(分子间形成的氢键类同 ≈ 分子间形成的氢键类同
O-H…O)
H2O2 > H2O
高 低 强
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
H2O2的制备 实验室制备 乙基蒽醌法 工业制备
H 2 + O2 → H 2O2
凡电位在0.68-1.78V之间的金属电对均可催化 之间的金属电对均可催化 凡电位在 H2O2分解
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
性质四： 性质四：鉴定
2 4H 2 O 2 + Cr2 O 7 − + 2H + → 2CrO(O 2 ) 2 + 5H 2 O
2CrO5 + 7 H 2O2 + 6 H = 2Cr + 7O2 + 10 H 2O
此反应可用来检出H 此反应可用来检出 2O2的存在
+
3+
金属
IIIA 5 B 硼 IVA 6 C 碳 14 Si 硅 32 Ge 锗 50 Sn 锡 82 Pb 铅 VA 7 N 氮 15 P 磷 33 As 砷 51 Sb 锑 83 Bi 铋
非金属
VIA
8 O 氧 16 S 硫 34 Se 硒 52 Te 碲 84 Po 钋
VIIA 9 F 氟 17 Cl 氯 35 Br 溴 53 I 碘 85 At 砹
..
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
C 中心氧原子成键为 中心氧原子成键为O=,如H2CO3 如 D 中心氧原子成键为 中心氧原子成键为O=,如CO, 如
..
(3)含氧酸中的 π键 含氧酸中的d-pπ 含氧酸中的 以氧分子为基础的化学键
A 氧分子可以结合一个电子，形成超氧离子 2氧分子可以结合一个电子，形成超氧离子O B 氧分子可以结合两个电子，形成过氧离子 22-形或 氧分子可以结合两个电子，形成过氧离子O 共价的过氧链-O-O共价的过氧链
−
−
用来鉴定O 和测定O 用来鉴定 3和测定 3的含量
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
2. 过氧化氢（Hห้องสมุดไป่ตู้O2） 过氧化氢（
结构
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
H2O和H2O2 分子性质的比较 和 H2O
偶极矩 沸点 熔点 弱酸性 稳定性 氧化性 6.17×10-30 ×
H2O2
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
15.2.2 臭氧 O3
• •
Π
4 3
键角： 键角：117o μ=1.8×10-30C•m × 键级为1.5 键级为
唯一有极性的单质。
2O3(g) → 3O 2(g)
∆ r H m = −285.4kJ ⋅ mol −1
O3不稳定，常温下就可分解，紫外线或催化 剂（MnO2、PbO2、铂黑等）存在下会加速分解。
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氧族元素
§15.1 氧族元素的通性
15.1 氧族元素通性
元素符号 共价半径/pm 共价半径 O S 226 102 Se 172 117 Te 126 135 单键的键能/(kJ·mol-1) 142 单键的键能 73
氧分子反常，具有较低的键能，原因是： 氧分子反常，具有较低的键能，原因是： 氧原子半径小，电子云密度较大，孤电子对之 间有较大的排斥力。 氧原子没有d轨道，它不能形成p-dπ键，所以 O-O单键较弱。
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
15.2 氧及其化合物
15.2.1 氧 O2 氧气分子是双原子气体中唯一的具有偶数电子 氧气分子是双原子气体中唯一的具有偶数电子 又显顺磁性的物质 的物质。 又显顺磁性的物质。
O 2 + 4H + + 4e −
2H 2 O
ϕ A = 1.23 V
O 2 + 2H 2 O + 4e −
第十五章
氧族元素
§15.2 氧及其化合物
硫元素的成键特征
（1）离子键：Na2S , CaS ）离子键： （2）共价键：一般显 价： ）共价键：一般显-2价 A 中心氧原子成键为 一般为 SP3杂化，如H2S 中心氧原子成键为-S-,一般为 杂化， B 中心氧原子成键为 如CS2 中心氧原子成键为S=,如 不过由于硫原子的半径比氧原子的大而 不过由于硫原子的半径比氧原子的大而电负性比 硫原子的半径比氧原子的大 氧原子的小， 氧原子的小，所以它形成共价双键的倾向显然要比 氧原子弱很多。 氧原子弱很多。 C 硫原子有可利用的3d轨道，可以形成氧化数为+2， 硫原子有可利用的3d轨道，可以形成氧化数为+2 3d轨道 +2， +4，+6的化合物 的化合物。 +4，+6的化合物。
2. 氧元素的成键特征 一般键型
（1）离子键：Na2O , MgO ）离子键： 显正价： （2）共价键：一般显 价：（显正价：OF2） ）共价键：一般显-2价：（显正价 A 中心氧原子成键为 中心氧原子成键为-O-,一般为 SP3杂化，如H2O 杂化， 一般为 B 中心氧原子成键为 ，一般为 SP3杂化，如H3O+ 中心氧原子成键为-O-， 杂化，
0 2 He 氦 10 Ne 氖 18 Ar 氩 36 Kr 氪 54 Xe 氙 86 Rn 氡
电子层
K
2
L K
8 2
第 VIA 族
13 Al 铝 31 Ga 镓 49 In 铟 81 Tl 铊
M L K N M L K O N M L K P O N M L K
8 8 2 8 18 8 2 8 18 18 8 2 8 18 32 18 8 2
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氧族元素
§15.2 氧及其化合物
2H++O2+2e = H2O2
ϕA=0.68V
2Fe3++2e = 2Fe2+ ϕA=0.77V 2Fe3++H2O2 = 2Fe2++2H++O2 2H++H2O2+2e = 2H2O ϕA=1.78V 2Fe2++2H++H2O2 = Fe3++2H2O 2H2O2 = 2H2O+O2↑