第十三章:氧族元素 族元 氧族通性 目明F 元青 gm地球含量最 名为林,射性完,贝采利乌斯, 复族通性 氧族通性 氧族元素的 21 LArHeip 2+4地 -2+2业54+6 Po +2+6 氧和臭氧 臭氧 一、氧的发现 色 来的力不是由 但于复它从由 性物 合 受两个共价单 的 的
1 第十三章:氧族元素 氧族元素 氧族通性 氧和臭氧 过氧化氢 硫及其化合物 硒和碲 作业 本章要求 碲(Tellurium)赖兴施泰于1782年发现,原意为 “地球”,因它在地壳中丰度虽小,却广布于地球表面。 钋(Polonium)居里夫人为纪念她的祖国波兰,命 名为钋,放射性元素,半衰期为138.7天。 在非金属化学中,和卤素一样,为构建元素周期 系的大厦起了非常重要的作用,本族是非金属到金属 的完整过渡。 氧(Oxygen)地球含量最多的元素49.13%,“成酸 元素”。 硫(Sulfur)古代称“黄芽”,印度梵文“鲜黄色”。 硒(Selenium)贝采利乌斯1817年发现,希腊文“月 亮”、因和碲性质相似,以表示它是碲的姐妹,可做 为光敏电阻的理想材料。 氧族通性 氧族通性 氧 硫 硒 碲 钋 原子序数 8 16 34 52 84 原子量 16.00 32.06 78.96 127.6 原子共价半径/pm 66 104 117 137 167 M2 132 184 191 211 离子半径/pm M+6 9 30 42 56 67 熔点/K 54.6 386 490 1663 沸点/K 90 718 958 第一电离势/(kJ·mol 1) 1520 1006 941 869 818 第一电子亲合势/(kJ·mol 1) 141 200.4 194.9 190.14 130 第二电子亲合势/(kJ·mol 1) 780 590 420 单健离解能/(kJ·mol 1) 142 256 172 126 电负性(鲍林) 3.44 2.58 2.55 2.10 2.00 氧族元素的一些性质 氧族通性 电子构型 常见氧化态 O [He]2s 2 2p 4 2,1,0, S [Ne]3s 2 3p 4 2,1,0,+2,+4,+6 Se [Ar]4s 2 4p 4 2,0,+4,+6 Te [Kr]5s 2 5p 4 2,+2,0,+4,+6 Po [Xe]6s 2 6p 4 +2,+6 氧族元素的氧化态 一、氧的发现 氧和臭氧 1、首先取得较纯净的氧气 并对其性质进行了研究的人应当 算瑞典人舍勒。 他出身贫寒,曾做过药房学 徒,在1773年以前,他在工余进 行了一系列实验,研究了燃烧现 象,分出了“火气(fire air)”。 也就是现在说的氧气、并于 1775年底写成了《论火与空气》 一书、送交出版商,可是被积压 了下来,直到1777年才和读者见 面.其实他发现氧气的时间比英 国的普利斯特里还要早一年。 氧和臭氧 2、1774年8月1日普利斯特里利用一个直径为一英 尺的聚光镜来加热汞煅灰(HgO),发现它很快就放气体。 他对这种气体的性质进行研究发现,蜡烛在这种 气体中燃烧的火焰非常大,他又将老鼠放在这种气体中, 比在等体积的寻常空气中活的时间约长了四倍。 他自己也曾亲自尝试了一下,“觉得这种空气使呼 吸轻快了许多,使人感到格外舒畅”。 但他仍认为空气是单一的气体,助燃能力不同是由 于燃素含量的不同;从汞煅灰分解出来的是新鲜的,一 点燃素都没有的空气,所以吸收燃素能力特别强,助燃 能力格外大,所以他把这种气体叫做“脱燃素空气”;一 旦空气被燃素所饱和,那么它就不再会助燃,而变成“被 燃素饱和了的空气”(也就是我们今天说的氮气)。 氧和臭氧 舍勒和普利斯特里虽然都独立地发现并制得了氧 气,由于他们被传统的燃素说所束缚,正如恩格斯指出 的:“从歪曲的、片面的、错误的前提出发,循着错误 的、弯曲的,不可靠的途径行进。往往当真理碰到鼻 尖上的时候还是没有得到真理”(《自然辩证法》。 结果“这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化学发 生革命的元素,在他们手中没有能结出果实”.(马 克思《资本论》) 不久后,法国化学家拉瓦锡了解到了普利斯特里 有关氧的试验,他在把大量的精确的实验材料联系起 来,并摆脱了传统思想的束缚,作了科学的分析判断 之后,终于找到了燃素说错误的根源,揭示了燃烧和空 气的真实连系.完成了彻底推翻燃素说并建立起科学 燃烧学说这一历史任务。 拉瓦锡(17431794)法国化学家 氧和臭氧 二、氧形成化合物的价键特征 氧几乎能同所有的其它元素直接或间接地化合生成 类型不同数量众多的化合物。这不仅是由于在氧原子中 有成单电子而且在氧分子中也有成单电子,在O 3分子中 又有离域Π键。现将氧的成键特征分述如下: 1、氧原子形成化合物时的成健特征: (l)氧原子的电负性仅次于氟,它从电负性较小的元素 化合而夺取电子形成O 2 离子如:LiO 2即离子型氧化物 (2)氧原子与电负性较大元素(高氧化态金属元素和非 金属元素)化合,共用电子对形成两个共价单健, 如:H 2O、Cl 2O即共价型氧化物。 O C H2N H2N O O C (3)氧原子的半径小电负性大,有形成多重键的倾向。 如:尿素 中碳碳双键, 中的叁键
氧和臭 氧原子 可 合物 氢键实验 HCN 为 氧和臭氧 三、氧分子和额分于真子 " 但过多的0:自由可使细胞质和年胞中的 血液病以及 D 气行、化半物、大中的电不桃 生自由基 氧和臭氧 氧和臭氧 清除的过。O:不断增殖清除不掉时才会造成伤 体内过多的O,可以靠sOD去消除。SOD是 戒0,增加的疾病可用S0D药物治疗。研究自由落与人 的音资麻出酒天于资 体健康的关弱已是备受关注的新兴额城 超氧化物知:K0 广泛存在于自然界的动填物利一些徽生物体内 氧离子如:OmFe1P) 0+0 具氧化物,如:K ●。d 解和白解 氧和臭氧 0,t - 五、氧化物 这一部分请同学们自学 电子态 电 自举要求, 把氧化物进行分类,各种类型的代表是什么氧 化物 ●d
2 (5)氧原子可以把两个单电子以相反自旋归并, 空出一个2p轨道接受外来配位电子而成键,例如;含 氧酸根中的pps配键及dpp配键。如: (4)形成共价单键化合态的氧原子 ,还有两 对孤电子对,共价双键氧原子 也有两对孤电子 对,它们可以作为配位原子形成配合物,如水合物 {[Fe(H 2O)6] 2+ }、醚合物、醇合物等。 O O 氧和臭氧 H O S O H O O H O P O H O O H 反馈p键 H O S O H O O (7)它们可以作为配位原子形成配合物,如水合物 {[Fe(H 2O)6] 2+ }、醚合物、醇合物等。 (8)新氢键:标准的氢键键能在2040kJ/mol之间。 现在发现有一种新的双氢键BH…HA。BH 4 –…HCN 双氢键计算键长1.709埃,为最小者,键能75.44kJ/mol,为 最高者。 氧和臭氧 (6)氧原子可以形成氢键。 氧是一切生物生长的必不可少的要素,它的同 素异形体是O 2和O 3。 由于氧分子中有两个成单电子,并且处于反键 轨道,所以氧分子可以获得或失去电子而形成分子 离子。它可形成四种O 2 2 、O 2 、O 2+ 、O 2 2+ (离子化 合物是难形成的)。 氧和臭氧 带负电荷的称为负氧离子,有“空气维生素”之 冠称。如海边、瀑布和喷泉处顿时觉得空气格外新 鲜,这是由于那里含有较丰富的负氧离子,它能影 响中枢神经系统,促进人体的新陈代谢,使组织氧 化过程加快,能消除疲劳。 s s s s p p 2s 2s 2p 2p 2p 2p * * * Li 2 Be2 B 2 C 2 N 2 O 2 F2 第二周期同核双原子分子的分子轨道能级图 s s s 2s 2s * 2p p p p 2p p2p 2p 2p * * z z y y x 2p x 2p 2s 2s AO MO AO O O 2 O 2p 2p s* 2p s* 2p 2s 2s s2s s* 2s s2p z z p2py p2p x p2*p x p* 2p y AO MO AO O O 2 O O 2 分子轨道能级图与分子轨道电子云图象 三、氧分子和氧分子离子 但过多的O 2 自由基可使细胞质和细胞核中的核 酸链断裂,会导致肿瘤、炎症、衰老、血液病以及 心、肝、肺、皮肤等方面病变的产生。 在人体和环境中持续形成的O 2 来自人体正常新 陈代谢过程,大量体育运动、吸烟、食用脂肪和发 生炎症、某些抗癌药物、安眠药、射线、农药、有 机物腐烂、塑料用品制造过程、油漆干燥、石棉、 空气污染、化学致癌物、大气中的臭氧等也都能产 生自由基。 氧和臭氧 O 2 对生物体既有必需的一面,又有损伤的一 面,在生物体内O 2 是在不断产生不断利用又不断被 清除的过程。O 2 不断增殖清除不掉时才会造成伤害。 体内过多的O 2 可以依靠SOD去消除。SOD是超 氧化物歧化酶英文名称的缩写,是一种具有特定生 物催化功能的蛋白质,由蛋白质和金属离子组成, 广泛存在于自然界的动、植物和一些微生物体内。 SOD能催化O 2 发生歧化反应: O 2 +O 2 +2H + ===H 2O 2+O 2 氧和臭氧 SOD 由此在体内形成一套解毒系统,对机体起保护作 用。SOD是机体内O 2 的清除剂。有研究表明,人体的 一些病变可反映在SOD与O 2 含量变化上。对SOD减少 或O 2 增加的疾病可用SOD药物治疗。研究自由基与人 体健康的关系已是备受关注的新兴领域。 O 2 超氧化物,如:KO 2 O 2 2 过氧化物,如:Na 2O 2、H 2O 2 O 2+ 生成二氧基氧离子,如:O 2+ [PtF6] (Xe+ [PtF6] ) O 3 臭氧化物,如:KO 3 氧和臭氧 四、单线态氧 量子力学中用公式(2S+1)来表示原子光谱中的谱 线条数。如正旋为1/2,逆旋为1/2,当两个电子都为顺 旋则2S+1=3(即三线态),若一个为顺旋一个为逆旋则 2S+1=1(即单线态或激发态)这种状态是在一定特殊条件 下形成的(如:氯气通入NaOH中产生红色荧光)。 氧和臭氧 过氧离子被氯气氧化逐一失去电子得到激发态氧放出红光变成基态氧 O2 2 O2 O2* O2 e e hn p* 或 154.8 92.0 1Sg + ( 1O 2) 1Dg( 1O 2) 3Sg ( 2O 2) ↑ ↓ ↑↓ ↑ ↑ 第二激发态 第一激发态 基 态 高出基态的能 量(kJ/mol) p 符号 2p *轨道电 子排布 电子态 五、氧化物 这一部分请同学们自学 自学要求: 把氧化物进行分类,各种类型的代表是什么氧 化物? 氧和臭氧
氧和臭氧 氧和臭氧 氧和臭氧的物理性质 夹氧 大 中物 发生用对无声政电款 中的溶解度mL 0。d 氧和臭氧 氧和臭氧 电性生有程 02t 在纯 链经化合物、 外,它能氧化所有的金属和大多最非金属。 氧和臭氧 很餐量的真氧使人产生爽快和振新的感觉,因 133水:P580 量的臭氧能消毒杀惠,能激中神,知速 水在自然界中的分布 质也有喜,它的破坏性是于它的强氧化。 氧分子中有Π高 ·四、水的状态图 Q又0 ·五、水的化学性质 ·六、水的污染与净化 0。 过氧化氢 过氧化图 :0,反应来制备过 氧化黑 ,0+,0 的H,0 149 ●氧 149pm 益进行水解便得到山,0,落液 过氧化氢分子结构 减压裤可和到地度为
3 氧和臭氧 六、臭氧 O 3是O 2的同素异性体(也称同素异形体)。 O 3在地面附近的大气层中含量极少,仅占0.001ppm。 在离地面20~40km处有个臭氧层,臭氧浓度高达0.2ppm。 它是氧气吸收太阳的紫外线后形成的。反应为: O 2+hn(l<242nm)===O+O,O+O 2==O 3 O 3+hn(l=220~320nm)===O 2+O 这两种过程最后达到动态平衡,结果形成了一个浓 度相对稳定的臭氧层。正是这臭氧层吸收了高空紫外线 的强辐射,使地球上的生物免遭伤害。但近年由于大气 中污染物(如氯氟烃CFCl 3、CF2Cl 2和氮氧化物等)不断增 加使臭氧层遭到破坏,从而造成对环境和生物的严重影响。 实验室里利用对氧无声放电来获得臭氧。简单臭氧 发生器装置如图: 氧和臭氧 淡篮色 暗篮色 21.6 160.6 268 494 无色 淡篮色 54.6 90 154 49.1 气体颜色 液体颜色 熔点/K 沸点/K 临界温度 273K时水中的溶解度(ml/L) 氧 臭氧 氧和臭氧的物理性质 氧和臭氧 臭氧是淡蓝色的气体,有一种鱼腥臭味,不稳 定,但在常温下分解较慢,437K以上迅速分解。二氧 化锰、二氧化铅、铂黑等催化剂的存在或经紫外辐射 都会促使臭氧分解,臭氧分解时放出热量: 2O 3===3O 2 DrH y=284kJ·mol 1 这个放热分解反应说明臭氧比氧有更大的化学活 性,它无论在酸性或碱性条件下都比氧气具有更强的 氧化性。臭氧是最强氧化剂之一。除金和铂族金属 外,它能氧化所有的金属和大多数非金属。 氧和臭氧 O 3+2H + +2e ===O 2+H 2O j A y=+2.07V O 3+H 2O+2e ===O 2+2OH jB y=+1.24V 在纯水中([H + ]=10 7mol/L时)O 2和O 3的氧化能力: O 2+4H + +4e ===2H 2O j=+0.815V O 3+2H + +2e ===O 2+H 2O j=+1.65V PbS+2O 3===PbSO4+O 2 2Ag+2O 3===Ag 2O 2+2O 2 2KI+H 2SO4+O 3===I2+O 2+H 2O 2+K 2SO 4 最后这个反应可用于检验混合气体中是否含有臭氧。 臭氧可以分解不易降解的多种芳烃化合物和不饱和 链烃化合物、是一种优良的污水净化剂和脱色剂。臭氧 与活性炭相结合的工艺路线,已成为饮用水和污水深度 处理的主要手段之一。 氧和臭氧 很微量的臭氧使人产生爽快和振奋的感觉,因 微量的臭氧能消毒杀菌,能刺激中枢神经,加速血 液循环。但空气中臭氧含量超过1ppm时,不仅对 人体有害,而且对庄稼以及其它暴露在大气中的物 质也有害,它的破坏性也是基于它的强氧化性。 臭氧的结构臭氧分子中有Π3 4离域Π键。 O O O O O O 13.3 水:P580 • 一、水在自然界中的分布 • 二、水的结构 • 三、水的物理性质 • 四、水的状态图 • 五、水的化学性质 • 六、水的污染与净化 过氧化氢 一、结构 过氧化氢H 2O 2,共水溶液俗称双氧水。纯的过 氧化氢是一种淡蓝色的粘稠液体(密度是1.465g·mol 1),H 2O,能以任意比与水混合。由于过氧化氢分子 间具有较强的氢键,故在液态和固态中存在缔合分 子,使它具有较高的沸点(423K)和熔点(272K)。 在过氧化氢分子中有一个过氧链—O—O—,每 个氧原子上各连着一个氢原子。两个氢原子位于象半 展开书本的两页纸上。两页纸面的夹角q为94°,OH 键与OO键问的夹角f为97°。O—O健长为149pm, O—H键长为97pm。 过氧化氢 二、制备 实验室里可用稀硫酸与BaO 2或Na 2O 2反应来制备过 氧化氢:BaO 2+H 2SO 4===BaSO 4Ø+H 2O 2 Na 2O 2+H 2SO4+10H 2O===Na 2SO4·10H 2O+H 2O 2 低温 除去沉淀后的溶液含有6~8%的H 2O 2 工业上制备过氧化氢的方法有: 1、电解硫酸氢盐溶液(也可用K 2SO4或(NH 4) 2SO4 在50%H 2SO4中的溶液)。电解时在阳极(铂极)上HSO 4 离子被氧化生成过二硫酸盐,而在阴极(石墨)产生氢气。 阳极 2HSO 4 ===S 2O 8 2 +2H + +2e 阴极 2H + +2e ===H 2 将电解产物过二硫酸盐进行水解,便得到H 2O 2溶液: S 2O 8 2 +2H 2O===H 2O 2+2HSO 4 经减压蒸馏可得到浓度为30—35%的H 2O 2溶液
过氧化氢 过氧化氢 ,乙基 中 三,性质 在酸性 aoo.-coo 22G ”“ 金高 过氧化氢 过氧化氢 。日.0的复乃好 4、H,0,的检验 H02+2+2H==4:↓+2H20 在酸性溶液中过氧化红能位金络酸盐生吸二过氧 20--20r0+4 合结的氧化物,即Cr0,,6成C0,生成的Cr0.县 色。在乙中比较定,验时在乙是中 3、H0,的还原性 色,可以相互检验, 02+H,02=-2HC02t 2kMm0,+50+3,s0-2as0,+k,5S0,+8,0+50,t 4H0+H,Cr,0,- -2Cr0,1.0+sH.0 Ag0+H02=-2Ag+0H+02↑ 20m0,.0+7l,0,+6H-20r470,t+109。。 硫及其化合物 单质脆 和 单质流 焦硫酸 商化氢、流化物及多境化物 过流晚及其盐 S0、H,S0,及其益 速多流脆 S0、H,S0,及其益 二氢化疏 连二亚酸射 卤酸 性明 单质硫 单质的 时他 、还原性 火、火、石合剂、减款青及
4 过氧化氢 2、乙基蒽醌法以钯为催化剂在苯溶液中用H 2还原 乙基蒽醌变为蒽醇。当蒽醇被氧氧化时生成原来的蒽 醌和过氧化氢。蒽醌可以循环使用。 当反应进行到苯溶液中的过氧化氢浓度为5.5g·L1 时,用水抽取之,便得到18%的过氧化氢水溶液。可 以减压蒸馏得到高浓度溶液。 + O2 +H2 O2 O O C2 H5 OH OH C2 H5 乙基蒽醌 乙基蒽醇 Pd + OH OH C2 H5 H2 O O C2 H5 过氧化氢 三、性质 一般而言,H 2O 2在酸性介质中是一种强氧化 剂,而在碱性介质中是一种适中的还原剂,于 H 2O 2反应后,不会给溶液带来杂质离子,所以稀 的(3%)或30%的H 2O 2溶液是较为理想的氧化剂。 1、H 2O 2的不稳定性和酸性 H 2O 2的分解速率随OH 浓度的增大而加快,某些 金属离子也可催化H 2O 2的分解(如Mn 2+ 、Fe 2+ 、Cu 2+ )。 H 2O 2具有弱酸性其K1=1.55×10 12 2 2 O O2 失2e- 得2e- 2 O O +0.401 +1.229 0.08 +0.87 +0.628 +1.776 j B y jA y HO2 OH O 2 O2 H2 O2 H2 O 过氧化氢 2、H 2O 2的氧化性 H 2O 2+2I +2H + ===I2↓+2H 2O PbS+4H 2O 2===PbSO4↓+4H 2O 2CrO 2 +3H 2O 2+2OH ===2CrO 4 2 +4H 2O 3、H 2O 2的还原性 Cl 2+H 2O 2===2HCl+O 2↑ 2KMnO 4+5H 2O 2+3H 2SO4=2MnSO4+K 2SO4+8H 2O+5O 2↑ Ag 2O+HO 2 ===2Ag+OH +O 2↑ 过氧化氢 4、H 2O 2的检验 在酸性溶液中过氧化氢能使重铬酸盐生成二过氧 合铬的氧化物,即Cr(O 2) 2O或CrO 5,生成的CrO 5显 蓝色,在乙醚中比较稳定,检验时在乙醚层中显蓝 色,可以相互检验。 Cr O O O O O 4H 2O 2+H 2Cr2O 7===2Cr(O 2) 2O+5H 2O 2Cr(O 2) 2O+7H 2O 2+6H + ===2Cr3+ +7O 2↑+10H 2O 单质硫 硫及其化合物 硫化氢、硫化物及多硫化物 SO2、H 2SO 3及其盐 SO3、H 2SO 4及其盐 硫代硫酸钠 连二亚硫酸钠 焦硫酸 过硫酸及其盐 连多硫酸 二氯化硫 六氟化硫 卤磺酸 一、硫的同素异性体 硫有多种同素异性体,最常见的是晶状的斜方 硫和单斜硫。菱形硫(斜方硫)又叫a一硫,单斜硫又 叫b一硫。斜方硫在369K以下稳定,单斜硫在369K 以上稳定。369K是这两种变体的转变温度。也只有 在这个温度时这两种变体是处于平衡状态: 斜方硫 369K以上 单斜硫 869K以下 天然硫黄 斜方硫 单质硫 单斜硫 S 8 环状结构 此外还有升华硫、弹性硫等。 斜方硫和单斜硫都易溶于CS 2、苯和环已烷 中,都是由S 8环状分子组成的。在这个环状分子 中,每个硫原子以sp 3杂化轨道与另外两个硫原子 形成共价单键相联结。 单质硫 升华硫 弹性硫 单质硫 二、单质硫的性质 S、Se和Te在空气中加热时燃烧。生成二氧化 物,同卤素相拟在加热时也同大多数金属以及非金属 反应。它们能被热的浓硫酸和硝酸侵蚀。 1、氧化性 H 2+S===H 2S 1973K Fe+S===FeS C+2S===CS 2 2、还原性 F2+S===SF6 O 2+S===SO 2 Cl 2+S===S 2Cl 2 3、应用 制硫酸、火药、火柴、石硫合剂、硫磺软膏及硫 化橡胶等
硫化氢、硫化物及多硫化物 硫化氢、硫化物及多硫化物 ,但极性、无氢使 化氢水幕液具有智性 到头和 间吸入S后 不+2 Feso.+H.st 000 硫化氢、硫化物及多硫化物 化氢、化物及多殖化物 HS): 当加到化物中有产生据其在 年解情况在分 ZaS.Mas Ksp>10-3 S指于水时几乎全部水解,其水落液可作为强 果于 碱使用 不于消酸市于王水如 +4H0 从液中制备, 下面是 01+4,0 。。 ◆。 破化氢、硫化物及多硫化物 色 不 天备共用电子 --sss 5s--- 疏化氢、硫化物及多硫化物 S0、H,S03及其盐 中的是 。 aS:+NaS 沿的化质 D的白性 无色的化合 00
5 硫化氢、硫化物及多硫化物 一、硫化氢 硫化氢具有臭鸡蛋味,对大气能造成污染。含于 火山喷射气、动植物体及矿泉水中,有毒。 它影响人的中枢神经及呼吸系统,吸入少量便感 到头昏和恶心,长时间吸入H 2S后就不再感到它的臭 味了,如果这样下去,就会中毒而致死亡。所以制取 和使用H 2S时必须通风。 饱和硫化氢水溶液的浓度为0.1mol/L。 硫化氢是常用的还原剂,其水溶液易渐渐被空气 中的氧气氧化,所以要现用现配。 1、实验室制法 FeS+H 2SO4(稀)===FeSO 4+H 2S↑ 硫化氢、硫化物及多硫化物 2、结构 与H 2O相似,但极性弱、无氢键。 3、弱酸性 硫化氢水溶液具有弱酸性: Ka 1=9.1×10 8、Ka 2=1.1×10 12。 4、它的一些重要反应 2H 2S+3O 2===2H 2O+2SO 2(蓝色火焰) 2H 2S+O 2===2H 2O+2S(空气不足) 硫化氢的水溶液比气体硫化氢更具有还原性,氧 化剂能把它氧化成S或硫酸,但不能氧化成SO2。 H 2S+I2===S+2H + +2I H 2S+4Br 2+4H 2O===H 2SO4+8HBr 2MnO 4 +5H 2S+6HCl===2MnCl 2+2Cl +5S+8H 2O 硫化氢、硫化物及多硫化物 二、硫化物 硫化物中大多数是金属硫化物,它们大多是有颜 色的且难溶于水的固体,只有碱金属的大多是易溶 的,碱土金属硫化物大多是微溶的。 硫化物的颜色、溶解性及在酸中的溶解情况在分 析化学中用来鉴别和分离金属离子的混合物。 Na 2S溶于水时几乎全部水解,其水溶液可作为强 碱使用。 Cr2S 3、Al 2S 3在水中完全水解,因此,这些硫化 物不可能用湿法从溶液中制备。下面是一些硫化物的 水解方程式: 硫化氢、硫化物及多硫化物 Na 2S+H 2ODNaHS+NaOH 2CaS+2H 2ODCa(OH)2+Ca(HS) 2 Al 2S 3+6H 2OD2Al(OH)3↓+3H 2S↑ 当强酸加到金属硫化物中有H 2S产生,根据其在酸 中的溶解情况分成四类: 能溶于稀盐酸,如:ZnS、MnS等 Ksp>10 24 ZnS+2HCl===ZnCl 2+H 2S↑ 能溶于浓盐酸 如:CdS、PbS等 Ksp=10 25~10 30 不溶于浓盐酸而溶于硝酸如:CuS、Ag 2S等Ksp<10 30 3CuS+8HNO 3===3Cu(NO 3) 2+3S↓+2NO↑+4H 2O 不溶于硝酸而溶于王水如:HgS等Ksp更小 3HgS+12HCl+2HNO 3===3H 2HgCl 4+3S+2NO↑+4H 2O 注:以上的Ksp以二价金属为标准。 硫化氢、硫化物及多硫化物 硫化物的颜色和溶解性 - 1.2×10 23 1.4×10 18 3.7×10 19 3.4×10 28 3.6×10 29 2.9×10 59 1.2×10 25 4.0×10 –53 1.6×10 49 8.5×10 45 易溶 易溶 易溶 易溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 易溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 白色 白色 肉红色 黑色 黑色 黄色 桔红色 褐色 黑色 黑色 黑色 Na2 S ZnS MnS FeS PbS CdS Sb 2 S 3 SnS HgS Ag2 S CuS 硫化钠 硫化锌 硫化锰 硫化亚铁 硫化铅 硫化镉 硫化锑 硫化亚锡 硫化汞 硫化银 硫化铜 名称 化学式 颜色 在水中 在稀酸中 溶度积 硫化锌 硫化锰 硫化镉 硫化砷 硫化锑 硫化锡 硫化铋 硫化氢、硫化物及多硫化物 三、多硫化物 碱金属或碱土金属硫化物的溶液能溶解单质硫生 成多硫化物,如: Na 2S+(x1)S==Na 2Sx 多硫化物的溶液一般显黄色,随着x值的增加由 黄色、橙色而至红色。 多硫离子具有链状结构,S原子是通过共用电子 对相连成硫链。S 3 2 、S 5 2 离子的结构如下: S S S S S S5 2 2 S S S S3 2 2 硫化氢、硫化物及多硫化物 多硫化物在酸性溶液中很不稳定,容易生成硫 化氢和硫。 S x 2 +2H + ===H 2S↑+(x1)S↓ 由于在多硫化物中存在过硫链H—S—S—H, 它与过氧化氢中的过氧链H—O—O—H类似,因 此,多硫化物具有氧化性并能发生歧化反应。见下 面反应方程式: Na 2S 2+SnS===SnS2+Na 2S Na 2S 2===Na 2S+S↓ 多硫化物是分析化学常用的试剂。Na 2S 2在制 革工业中用作原皮的脱毛剂,CaS 2在农业上用来杀 灭害虫。 SO 2、H 2SO 3及其盐 硫的氧化物有S 2O、S 2O 3、SO2、SO 3、S 2O 7、 SO4等,其中最重要的是SO 2和SO3。硫又能形成种 类繁多的含氧酸。 一、二氧化硫 SO2 1、SO2的物理性质 SO 2是无色有刺激臭味的气体,它的分子具有 极性,极易液化,在常压下,263KSO 2就能液化。 液态SO 2还是许多物质的良好溶剂。 2、SO2的化学性质 (1)漂白性: SO2能和一些有机色素结合成为无色的化合 物,因此,可用于漂白纸张、草帽等。 SO 2 的漂白性
HS0.及其制 S02、H,S0,及其盐 2 的破坏 大汽环境污染 S02、HS0及其盐 S0、H,S0,&其 2、氧化、还原性 0+2 采取即案化,它汁电有共个树 S0S0& HS0及其 酸的溶解性 硫酸的用途 在盘中的两种 酸盐 炸妈 类的复盐如摩尔盐(NH)SO,e0,6L,0
6 硫在空气中燃烧即得到SO 2,许多金属的硫化物 矿灼烧时能生成氧化物,同时放出SO 2。 2ZnS+3O 2===2ZnO+2SO 2 SO 2、H 2SO 3及其盐 (2)对大气的污染 SO2是大气中一种主要的气态污染物。含有SO2 的空气不仅对人类及动植物有毒害,还会腐蚀金属制 品,损坏油漆颜料,织物和皮革、形成酸雨等。 (3)SO2的结构 与臭氧的结构相似,二氧化硫分子是V形的构 型,分子中的S原子以sp 2杂化与两个O原子各形成一 个s键,还有一个p轨道与两个O原子相互平行的p轨 道形成一个Π3 4的离域Π键。二氧化硫分子的结构。 SO 2、H 2SO 3及其盐 (4)氧化、还原性 SO2中的S的氧化数为+4,处于中间价态,即可做 氧化剂,又可做还原剂。 二、H 2SO3及其盐 1、酸性 SO2的水溶液实际上是一种水合物SO2·xH 2O目前 没有制得游离的亚硫酸,在水溶液中时,显著地分解 为SO2和H 2O。在亚硫酸的水溶液中存在下列平衡: SO2+xH 2ODSO2·xH 2ODH + +HSO 3 +(x1)H 2O HSO 3 DH + +SO3 2 Ka 1=1.54×10 2、Ka 2=1.02×10 7可知其酸性比碳 酸的要强。 加酸并加热时平衡向左移动,有SO 2气体逸出。加 碱时,则平衡向右移动,生成酸式盐或正盐。 在酸性介质中H 2SO3的氧化性不强,而在碱性介 质中还原性很强,亚硫酸及其盐主要表现还原性,生 成+6价的硫酸或硫酸盐。 SO3 2 +2H + ===H 2O+SO 2↑(可用于实验室制备) Na 2SO3和NaHSO3大量用于染料工业,漂白织物 时的去氯剂。(方程式请同学们自己完成) 3、SO3 2 及H 2SO3的结构 SO3 2 的结构:S的6个价电子+2个电荷共8个,4对 采取sp 3杂化,请问:它能形成离域Π键吗? SO 2、H 2SO 3及其盐 2、氧化、还原性 j A y SO 4 2 H 2SO3S jB y SO4 2 SO 3 2 S 0.172 0.45 0.93 0.66 固态SO 3有a(层状结构,它是三种变体中最稳定的 一种)、b(要在痕量水存在下方能形成。是链状结构)、 g(具有类似冰状的三聚体环状结构)三种变体,其稳定性 依次减小。 SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 一、三氧化硫 SO 3(硫酐) 1、SO3的结构 无色的气态SO 3主要是以单分子存在。它的分子是 平面三角形,硫原子以sp 2杂化,有一个离域Π4 6键。只 有非常纯的SO 3可在室温下以液态存在。 sp2 p S O O O 中心 O S S原子采取sp 2 杂化,孤电子对使一个 氧原子中的两个电子归 并成对后配到其空轨道 中形成s配键,这个氧 原子中的其余p轨道是2 个电子,S原子的p轨 道中也是两个电子,另 两个O原子的p轨道都 有成单电子,共有6个 电子小于轨道数的两倍 2×4=8,满足形成离Π 域键的条件。 SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 2、SO3的性质 SO3是一个强氧化剂,特别在高温时它能将P氧化为 P4O 10,将HBr氧化为Br 2。 三氧化硫极易吸水,在空气中强烈冒烟,溶于水中 即生成硫酸并放出大量热。放出的热使水产生的蒸气与 SO3形成酸雾,影响吸收的效果,所以工业上生产硫酸是用 浓硫酸吸收SO3得发烟硫酸,再用水稀释。 二、H 2SO4及其盐的结构与性质 纯硫酸是无色的油状液体,283.4K时凝固。在液态 和固态的硫酸分子间都存在着氢键所以属于高沸点酸。 我们通常所说的浓硫酸是98%(18mol/L),可用来制低 沸点酸,有吸水性(做干燥剂)、脱水性和氧化性。 SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 1、硫酸盐的性质与结构 硫酸能形成酸式盐和正盐两种类型的盐。碱金属元 素(Na、K)能形成稳定的固态酸式硫酸盐。在碱金属 的硫酸盐溶液内加过量的硫酸便有酸式硫酸盐生成。 Na 2SO4+H 2SO4===2NaHSO 4 酸式硫酸盐均易溶于水,也易熔化。加热到熔点以 上,它们即转变为焦硫酸盐M 2S 2O 7,再加强热,就进一 步分解为正盐和三氧化硫。 2NaHSO4===Na 2S 2O 7+H 2O Na 2S 2O 7===Na 2SO4+SO 3↑ 1273K 强热 SO4 2 中S采取sp 3杂化,对称性高,结构较稳定,所 以硫酸盐一般是稳定的盐。对于阳离子极化作用强的如: 18电子外壳的加热才可能分解。 CuSO 4====CuO+SO 3↑ SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 2、硫酸盐的溶解性 一般硫酸盐都易溶于水。硫酸银微溶,碱土金属 (Be、Mg除外)和铅的硫酸盐微溶。可溶性硫酸盐从溶 液中析出的晶体常带有结晶水如:CuSO 4·5H 2O、 Na 2SO4·10H 2O等。 3、复盐 多数硫酸盐有形成复盐的趋势,在复盐中的两种硫 酸盐是同晶型的化合物,这类复盐又叫做矾。 常见的复盐有两类:一类的组成通式是 M 2 I SO4·M II SO4·6H 2O,其中M I =NH 4+ 、K + 、Rb + 、 Cs+ ,M II=Fe 2+ 、Co 2+ 、Ni 2+ 、Zn 2+ 、Cu 2+ 、Mg 2+ 。这一 类的复盐,如摩尔盐(NH 4) 2SO4·FeSO 4·6H 2O; SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 另一类组成的通式是M 2 I SO4·M 2Ⅲ(SO4) 3·24H 2O, 其中M Ⅲ=Al 3+ 、Fe 3+ 、Cr3+ 、Ga 3+ 、V 3+ 、Co 3+ 。属于 这类的复盐,如明矾K 2SO4·Al 2(SO4) 3·24H 2O。它们通式 的简式可写为M I M III(SO4) 2·12H 2O。 4、用途 硫酸是化学工业中一种重要的化工原料。往往用 硫酸的年产量来衡量一个国家的化工生产能力。硫酸 大量用于肥料工业中制造过磷酸钙和硫酸铵;还大量 用于石油的精炼上,炸药的生产上以及制造各种矾、 染料、颜料、药物等
用生 么可用以下 法 界金是超格品,智 S.O 在 代酸根有根强的配位能 250+Ag-Ag50 氧化时 成什么 ,02+2Ag一Ag50,(白色) 50+3s,02gs,0h 照相底片上来曝光的澳化展在定影液中即由于 S.0.+3Na 形感这个配高子而溶解可徽为丽相行业的定影剂, Na.S+5H-O-SONCHSHCI 另外还用于电皱、解革等部门, 用 斯酸是由等物 典硫酸可看作两分子 进一步加热,分解为 290 过二政脱及共盐在氢化还原 烧参味赋 爽子 连的00s01+5 H,S0,是一种强酸,较连多确定其水液即 过酸盐在 隆化下 且S0+4C,+6H,0-3H,s0,+8HC 00
7 SO 3 、H 2 SO 4 及其盐 5、硫酸的制备 在十六、十七世纪时,西方所用的硫酸几乎都是 用干馏绿矾的方法制造的.当时称这种酸为“北屋酸”。 十七世纪炼金术士勒费伏尔及药剂师勒梅里采用一种 类似钟罩的装置,在其中燃烧硫黄,并混入硝石便可 顺利地得到硫酸。现在我们通常用接触法制硫酸。 硫代硫酸钠 一、硫代硫酸钠的制备 硫代硫酸钠(Na 2S 2O 3·5H 2O)又称海波或大苏 打。将硫粉溶于沸腾的亚硫酸钠碱性溶液中或将 Na 2S和Na 2CO 3以2:1的物质的量之比配成溶液再通 入SO 2便可制得Na 2S 2O 3。 Na 2SO3+S===Na 2S 2O 3 2Na 2S+Na 2CO 3+4SO 2===3Na 2S 2O 3+CO 2 也可用以下方法制备: 2NaHS+4NaHSO3===3Na 2S 2O 3+3H 2O 2Na 2S+3SO 2===2Na 2S 2O 3+S↓ 硫代硫酸根可看成是SO4 2 中的一个氧原子被硫 原子所代替并与SO4 2 相似具有四面体构型。 硫代硫酸钠 三、硫代硫酸钠的性质 硫代硫酸钠是无色透明晶体,易溶于水,其水溶 液显弱碱性,在中性、碱性溶液中很稳定,在酸性溶 液中迅速分解。 Na 2S 2O 3+2HCl===2NaCl+SO2↑+S↓+H 2O 硫代硫酸钠是一种中等强度的还原剂,与碘反应 时,它被氧化为连四硫酸钠;与氯、溴等反应时被氧 化为硫酸盐。因此,硫化硫酸钠可做为棉织物漂白后 的脱氯剂。 2Na 2S 2O 3+NaI3===Na 2S 4O 6+3NaI 或2Na 2S 2O 3+I2===Na 2S 4O 6+2NaI Na 2S 2O 3+4Cl 2+5H 2O===2H 2SO4+2NaCl+6HCl 思考:Na 2S 2O 3在弱氧化剂存 在时被氧化为Na 2S 4O 6,在强 氧化剂存在时被氧化为硫 酸,试想一想:Na 2S 4O 6若与 强氧化剂时,生成什么? 硫代硫酸钠 硫代硫酸根有很强的配位能力 2S 2O 3 2 +Ag + ===[Ag(S 2O 3) 2] 3 或S 2O 3 2 +2Ag + ===Ag 2S 2O 3↓(白色) Ag 2S 2O 3+3S 2O 3 2 ===2[Ag(S 2O 3) 2] 3 照相底片上未曝光的溴化银在定影液中即由于 形成这个配离子而溶解可做为照相行业的定影剂, 另外还用于电镀、鞣革等部门。 连二亚硫酸钠 连二亚硫酸钠又称保险粉。在没有氧的条件下, 用锌粉还原NaHSO3可制得连二亚硫酸钠:(附H 2S 2O 4 的结构) 2NaHSO3+Zn===Na 2S 2O 4+Zn(OH)2 析出的晶体含有2个结晶水(Na 2S 2O 4·2H 2O)。在空 气中极易被氧化,不便于使用,经酒精和浓NaOH共热 后,就成为比较稳定的无水盐。 Na 2S 2O 4是一种白色固体,加热至402K即分解: 2Na 2S 2O 4===Na 2S 2O 3+Na 2SO3+SO 2↑ Na 2S 2O 4主要显示还原性,其水溶液极易被氧气氧化, 其氧化产物通常是亚硫酸或亚硫酸盐,当氧化剂过量生 成硫酸或硫酸盐。Na 2S 2O 4在气体分析中用来吸收氧气。 它能使I2、IO 3 、H 2O 2、Ag + 和Cu 2+ 还原。许多有机染 料能被它还原,广泛应用于印染工业等部门。 焦硫酸 焦硫酸是由等物质的量的SO3和纯H 2SO4化合而成的: H 2SO4+SO 3==H 2S 2O 7 焦硫酸可看作是两分子硫酸脱去一分子水所得的: 焦硫酸遇水又生成H 2SO 4 ,焦硫酸比浓硫酸的氧化性、 吸水性和腐蚀性更强,在制某些染料、炸药中用作脱水剂。 将碱金属的酸式硫酸盐加热到熔点以上,可得焦硫 酸盐。 2KHSO 4===K 2S 2O 7+H 2O 进一步加热,分解为K 2SO 4和SO3 K 2S 2O 7===K 2SO4+SO 3↑ 焦硫酸盐能与一些难熔的碱性金属氧化物(如 Fe 2O 3 ,Al 2O 3 ,TiO 2等)共熔生成可溶性的硫酸盐。 Al 2O 3+3K 2S 2O 7===Al 2(SO4) 3+3K 2SO4 HO S O OH O HO S O OH O + H2O HO S O O O O OH O S 过硫酸及其盐 过硫酸可看成是过氧化氢中氢原子被磺基SO3H取 代物。当HOOH中一个H被SO3H取代后得HO OSO 3H(过一硫酸);另一个H被SO3H取代后得HO 3SO OSO 3H(过二硫酸)。 Ag + 过二硫酸及其盐在氧化还原 反应中,它的过氧链中两个氧 原子的氧化数从I降到Ⅱ,而 硫的氧化数不变仍然是+Ⅵ。 H 2S 2O 8是无色晶体,在338K时熔化并分解,具有极强 的氧化性,它能使纸炭化、能烧焦石蜡。所有的过硫酸 盐都是强氧化剂且不稳定,在加热时容易分解。例如: Cu+K 2S 2O 8===CuSO 4+K 2SO4 2K 2S 2O 8===2K 2SO4+2SO3↑+O 2↑ 在钢铁分析中常用过硫酸铵(或过硫酸钾)氧化法测定 钢中锰的含量。 过硫酸盐在Ag + 催化下能将Mn 2+ 氧化成MnO 4 离子 2Mn 2+ +5S 2O 8 2 +8H 2O===2MnO 4 +10SO 4 2 +16H + 连多硫酸 连多硫酸的通式为H 2SxO 6,x=3~6。根据分子中 硫原子的总数,可把它们命名为连三硫酸(根)S 3O 6 2 、连 四硫酸(根)S 4O 6 2 等。游离的连多硫酸不稳定,迅速分 解为S、SO2或SO4 2 等: H 2S 5O 6===H 2SO4+SO 2↑+3S↓ 连多硫酸的酸式盐不存在。 H 2S 2O 6是一种强酸,较连多硫酸稳定其水溶液即 使煮沸也不分解,不易被氧化,而其它连多硫酸则容 易被氧化,如在室温时,氯与H 2S 2O 6,而能把连多硫 酸氧化为硫酸: H 2S 3O 6+4Cl 2+6H 2O===3H 2SO 4+8HCl
三氯化疏 HS,0,不与硫结合产生较 将干狮氯气通入熔融硫 其它连多硫驶则可以: 可制得s,L,它是一种靡黄 色有恶臭的液体,遇水视容 易水桃: HS,0与多的最根 根中仅有 sC+2l0-41H+s03↑+3s 一个以上的仅和其它 在橡胶化时,S,C4,是 的剂 0●a 大化 的 下活 尚化德联如s0.F、0,等。如果山.s0中仅有 的负值蜘根 羟善教皮素取代即海到密清限,如氧碱酸HS0,F、氧 黄酸HSO,C等, SF,的不活 发性可能是S 的 设备中作为绝气体。 含氧酸的酸性强弱的规神 超酸大多由夏 最高复化态的复颜化物的败碱性 它与特定反应 的量比为:时,它比 种极通的质子化作用试剂,在有机化半等方面越来越多 地得到应用.高氧酸比100%H,S0,强10倍属于超罩 的配位最。处于同一周期的元,其配位数大最相同。 液,南酸就不是短强酸 边。● 含氧酸 含氧酸 阳离子申 O,中,可以有种高解方式 中=离子半经 (r---nm) ,就进行 电 0 阳离子电荷 当1>今7时RO.显两性 阳离子半经 当7时O
8 连多硫酸 H 2S 2O 6不与硫结合产生较高的连多硫酸, 其它连多硫酸则可以: H 2S 4O 6+S===H 2S 5O 6 H 2S 2O 6与连多硫酸的最根本差别是前者酸 根中仅有一个[O 3S—SO 3] 2 结构,而后者的酸根 中至少含有一个或一个以上的仅和其它硫原子相 连的硫原子([O 3S—S——S—SO3] 2 )。 二氯化硫 将干燥氯气通入熔融硫 可制得S 2Cl 2,它是一种橙黄 色有恶臭的液体,遇水很容 易水解: 2S 2 Cl2 +2H 2 O=4HCl+SO 2 ↑+3S↓ 在橡胶硫化时,S 2Cl 2是 硫的溶剂。 六氟化硫 硫与氟激烈反应生成SF6。它是无色、无臭的气 体,它的特点是极不活泼,不与水、酸反应,甚至 与熔融的碱也不反应。但它与水反应的自由能变化 的负值却很大: SF6(g)+3H 2O(g)===SO 3(g)+6HF(g) DrG y=460kJ·mol 1 SF6的不活泼性可能是S—F键的强度较大,SF6 分子的对称性强和中心硫原子的配位数达到饱和等 因素综合的结果,显然还有动力学的因素。 SF6的主要用途是在高压发电机或其它高压电器 设备中作为绝缘气体。 卤磺酸 含氧酸中的羟基被卤素取代后的衍生物叫做酰卤 化物或卤化酰。例如,硫酸中的羟基被卤素取代得到 卤化硫酰如SO2F2、SO2Cl 2等。如果H 2SO4中仅有一个 羟基被卤素取代即得到卤磺酸,如氟磺酸HSO 3F、氯 磺酸HSO 3Cl等。 氟磺酸是一种很重要的强酸性溶剂。当SbF5(它是 一种较强的路易酸)与HSO 3F反应后,其产物是一种更 强的酸称为超强酸或超酸: SbF5 +HSO 3 F==H[SbF5 (OSO 2 F)] H 2 SO 3 F+ +[SbF5 (OSO 2 F)] HSO 3F 卤磺酸 超酸大多由强质子酸和强路易酸混合而成。吉莱 斯宾对超酸所下的定义是:比100%H 2SO4更强的酸称 为超强酸。衡量超强酸的强弱是看它与特定碱反应 时,给予质子能力的大小。 HSO 3FSbF5是一种典型的超强酸,当两者的物质 的量比为1:1时,它比100%H 2SO4强一千亿倍,它是一 种极强的质子化作用试剂,在有机化学等方面越来越多 地得到应用。高氯酸比100%H 2SO4强10倍属于超强 酸,硝酸就不是超强酸。 一、最高氧化态的氢氧化物的酸碱性 非金属元素氧化物的水合物为含有一个或多个OH 基团的氢氧化物。作为这类化合物的中心原子R,它周 围能结合多少个OH,取决于R +n的电荷数及半径大小。 通常R +n的电荷高,半径大时,结合的OH基团数 目多。当R +n的电荷高且半径小时,例如Cl +7应能结合 七个OH基团,但是由于它的半径太小(0.027nm),容纳 不了这许多OH,势必脱水,直到Cl +7周围保留的异电 荷离子或基团数目,既能满足Cl +7的氧化态又能满足它 的配位数。处于同一周期的元素,其配位数大致相同。 含氧酸的酸性强弱的规律 非金属元素R 配位数 是高氧化态的氢氧 化物 脱水后的氢氧化物 第2周期的元素 第3周期的元素 第2、3周期非金属元素的氢氧化物 不脱水 或不脱水 +n r / rOH R n + R(OH)n B +3 C +4 N +5 Si+ 4 P +5 S + 6 Cl+7 0.15 0.11 0.08 0.30 0.25 0.21 0.19 3 2 4 B(OH)3 C(OH)4 N(OH)5 Si(OH)4 P S(OH)6 Cl(OH)7 (OH)5 2 4 3 3 H2 CO3 HNO3 H2 SiO3 H3 PO4 H2 SO4 HClO4 含氧酸 二、离子势 在化合物R(OH)n中,可以有两种离解方式: R(OH)n→R(OH)n1+OH 碱式离解 R(OH)n→RO(OH)n1+H + 酸式离解 R(OH)n按碱式还是按酸式离解,主要是看RO键 和OH键的相对强弱,若RO键弱,就进行碱式电离, 若OH键弱时就进行酸式离解。RO与OH键的相对强 弱又决定于“离子势”——阳离子的极化能力。由卡特 雷奇(Cartledge,G.H)提出的。离子势的表示式: (r nm) r Z = = 阳离子半经 阳离子电荷 f 含氧酸 R(OH)n中R半径小电荷高,对氧原子的吸引力强 RO键能大,则R(OH)n主要是酸式解离,显酸性。反 之亦然。如: S 6+ :Z=+6 r=0.030nm f=200 当f 1/2>10时R(OH)n显酸性 Al 3+ :Z=+3 r=0.051nm f=59 当10>f 1/2>7时R(OH)n显两性 Na + :Z=1 r=0.097nm f=10 当f 1/2<7时R(OH)n显碱性 (r nm) r Z = = 阳离子半经 阳离子电荷 f
含氧 含氧酸 中原于用中秦 靠的成元 电子对与R形成 含氧酸 含氧酸 复 由此可出: 草分子中的于 点00,的即 泡林LC。。 含氧酸 含氧酸 经建议技K值大小 将酸强度分为四类其中常用的三类为 HCIO OPHPO HSO. K,e10% 藏的强度为,C00>H00HC0HGa0。。 。。d 含氧酸 含氧酸 例,试推测下列胶的强度 H -P-H 连比Br Te 的强度为:CO>HBrOO
9 含氧酸 三、含氧酸及其酸根的结构 第2周期的成酸元素没有d轨道,中心原子用sp 2杂 化轨道分别与3个氧原子形成s健。这些s键被由中心原 子R的一个空2p轨道和氧原子形成的离域p键。RO 3n 离 子都是P4 6大p键,为平面三角形(NO 3 、CO 3 2 )。 C O O O H H C O O O 2 H O N O O N O O O B O O O H H H B O O O 3 含氧酸 第3周期的成酸元素原子的价电子空间分布为四 面体。形成的RO 4n 为正四面体。在SiO 4 4 中,Si原子 以sp 3杂化轨道与4个氧原子形成4个s键。氧原子上的 孤电子对与R形成dpp键。 4 Si O O O O Si O O O O H H H H 3 P O O O O PO O H H H O O S O O H H O O 2 S O O O O Cl O O H O O S O O O O 羟基氧 非羟基氧 含氧酸 第4周期元素的含氧酸与第3周期元素含氧酸的结 构相似,价电子对为四面体分布,元素的配位数为4。 至于第5周期的元素,其中心原子R的半径比较大,5d 轨道成键的倾向又较强,它们能以激发态的sp 3d 2杂化 轨道形成八面体结构,配位数为6,也可以为4。所以 碘有配位数为6的高碘酸H 5IO 6,还有配位数为4的偏高 碘酸HIO 4。碲酸的组成式为H 6TeO 6。 I O O O O H H H H O O H H5IO6 Te O O O O O O H H H H H H H 6 TeO 6 由此可以看出: (l)同一周期元素的含氧酸的结构相似。分子中 的非羟其氧原子数随中心原子的半径的减小而增加; (2)同族元素的含氧酸随着中心原子半径的递 增,分子中的羟基数增加,而非羟基氧原子数减少。 含氧酸 四、氧酸的强度 可以用Ka或pKa值衡量含氧酸的强度。 酸电离的难易程度取决于元素R吸引羟基氧原子的 电子的能力。如果R的电负性大,R周围的非羟基氧原子 (配键电子对偏向这种氧原子使R的有效电负性增加)数目 多,则R原子吸引羟基氧原子的电子的能力强,从而使OH 键的极性增强,有利于质子H + 的转移,所以酸的酸性强。 含氧酸HnROm可写为ROmn(OH)n,分子中的非羟基 氧原子数N=mn鲍林(Pauling,L.)归纳出: (1)多元含氧酸的逐级电离常数之比约为10 5,即 Kl :K2:K3…≈1:10 5:10 10…,或pKa的差值为5。例如: H 2SO3的K1=1.2×10 2 ,K2=1×10 7。 (2)含氧酸的K1与非羟基氧原子数N有如下的关系: K1≈10 5N7,即:pKa≈75N 如: H 2SO3的N=1,K1≈10 5×17≈10 2,pK1≈2 Cl O O O O H 含氧酸 契劳尼斯(Cheronis,N.D.)曾经建议按Ka值大小 将酸强度分为四类其中常用的三类为: 强酸Ka≥1 弱酸Ka=10 7~1 极弱酸Ka=10 14~10 7 例1:试推测下列酸的强度。(K1≈10 5N7) HClO 4 HClO 3 HClO 2 HClO 10 5×37 10 5×27 10 5×17 10 5×07 = 10 8 10 3 10 2 10 7 酸的强度为:HClO 4>HClO 3>HClO 2>HClO 含氧酸 例2:试推测下列酸的强度 HClO 4 H 2SO4 H 3PO 4 H 4SiO 4 K1≈10 5N710 5×37 10 5×27 10 5×17 10 5×07 = 10 8 10 3 10 2 10 7 酸的强度为: HClO 4>H 2SO4>H 3PO 4>H 4SiO 4 例3:试推测下列酸的强度 HNO 3 H 2CO 3 H 3BO 3 K1≈10 5N710 5×27 10 5×17 10 5×07 = 10 3 10 2 10 7 酸的强度为: HNO 3>H 2CO 3>H 3BO 3 含氧酸 例4:试推测下列酸的强度 HClO HBrO HIO K1≈10 5N7 10 5×07 10 5×07 10 5×07 = 10 7 10 7 10 7 这些酸属于同一类型,非羟其氧数相同,但由 于成酸元素的电荷及吸电子能力的强度不同或RO 键长不同,它们的酸性也不同。Cl的电负性比Br强、 ClO比IO键的键长短。所以酸的强弱应为: 酸的强度为:HClO>HBrO>HIO 以pK1表示的一些含氧酸在水中的强度 H 2CO HNO 3 3 H 4SiO4 H 3PO H 2SO 4 4 HClO4 N 值 酸的相对强度 极强 强 弱 很弱 3 2 1 0 H 3BO 3 HClO H 4GeO 4 H 3AsO 3 HBrO H 3SbO 3 HIO H 6TeO 6 9.0 7.4 8.6 9.2 8.7 11.0 10.0 8.8 10.0 HNO 2 H 2SO 3 HClO2 H 3AsO 4 H 2SeO 3 H 5IO6 H 3PO 2 H 3PO 3 3.7 3.3 2.1 1.9 2.0 2.3 2.6 1.6 1.8 2.0 HClO 3 HIO 3 H 2CrO 4 HMnO 4 HReO 4 1.3 2.0 2.7 0.8 1.0 7 2.3 1.3 酸 的 pK1 值 含氧酸 O P O O H H H O P O H H H
晒和 通人生秀的天的高资力 和的游 这种 在体内的也不能 想 光射下 材料 晒康特珠的性质是 能生合金,乳 机 00a 有恶臭的 基本要求 1掌氧、具氯、过氧化氢和氧化物的结构和 性质,初步掌离城江能及形条件】 2.掌组单质成、流的氢化物、氧化物、重要含 c0,的顺序,还性、性 氯酸及其盐的结构和性质, 3.掌操破化物沉淀的生成和清解m、Mm“、 Fe+、Phb、C2t、Hg2*、CdP。 6H.SeO. -Au4Se0+3H,se0,+3H,0,。s 本章作业 3,810,16
10 硒和碲 硒是人体必需的微量元素,当硒的浓度为0.04— 0.1ppm,对动物和人都是有益,超过4ppm则是有害 的。 硒缺乏引起的典型地方病是克山病(即地方性心 肌病),这种病人血液中硒浓度下降。通过膳食中补 硒可控制克山病的发生率。 和其他微量元素一样,硒在体内的蓄积也不能过 量,否则也会导致硒中毒。硒中毒者表现为头发和指 甲脱落、皮肤损伤、牙齿腐蚀和神经系统异常等。例 如我国湖北恩施县就曾发生过地方性硒中毒,事故的 原因是当地水中硒含量过高,导致粮食、蔬菜、水果 等含硒量高,人长期食用这些食物引起中毒。 硒和碲 硒是人体必需的微量元素,当硒的浓度为 0.04—0.1ppm,对动物和人都是有益,超过4ppm则 是有害的。 硒和碲的游离态也存在几种同素异性体,最稳 定的是灰硒和灰碲,它们都是带有金属光泽的脆性 晶体。它们都有无定形的同素异性体,无定形硒有 红色和黑色两种。 硒是典型的半导体材料。硒最特殊的性质是在 光照射下导电性可提高近千倍,是光导材料,可制 光电管。碲也是半导体材料,不善于传热及导电。 Te与Zn、Al、Pb能生成合金,其机械性能及抗腐蚀 性均能得到改进。 硒和碲 硒化氢和碲化氢都是无色、有恶臭的气体。 小大 小大 还原性 酸性 稳定性 有毒 毒性大 毒性大 H H 2Te H 2Se 性质 2S 按SO2、SeO 2、TeO 2的顺序,还原性、酸性减 弱及氧化性增强。 硒酸和硫酸性质相似,但氧化性要比硫酸强, 可以象王水一样溶解Au、Pt。碲酸的是弱酸,氧化 性也不强。 2Au+6H 2SeO 4===Au 2(SeO 4) 3+3H 2SeO 3+3H 2O 基本要求 1.掌握氧、臭氧、过氧化氢和超氧化物的结构和 性质,初步掌握离域Π键及形成条件。 2.掌握单质硫、硫的氢化物、氧化物、重要含 氧酸及其盐的结构和性质。 3.掌握硫化物沉淀的生成和溶解(Zn 2+ 、Mn 2+ 、 Fe 2+ 、Pb 2+ 、Cu 2+ 、Hg 2+ 、Cd 2+ )。 本章作业 3,8,10,16