元素課件氧族講義

1、價(jià)鍵理論（ valence bond theory），簡(jiǎn)稱 VB 法或電子配對(duì)法1.自旋相反的未成對(duì)電子相互配對(duì)時(shí)，因其波函數(shù)符號(hào)相同， 此時(shí)系統(tǒng)的能量最低，可以形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。2.若 A、B 兩原子各有一未成對(duì)電子且自旋反平行，則互相配對(duì)共價(jià)單鍵，如 HH 單鍵。如果 A、B 兩原子各有兩個(gè)或三個(gè)未成對(duì)電子，則在兩個(gè)原子間可以形成共價(jià)雙鍵或共價(jià)三鍵，如 NN 分子以三鍵結(jié)合，因?yàn)槊總€(gè) N 原子有三個(gè)未成對(duì)的 2p 電子。3.若原子 A 有能量合適的空軌道，原子 B 有孤對(duì)電子對(duì)，原子 B 的孤對(duì)電子對(duì)所占據(jù)的原子軌道和原子 A 的空軌道能有效地，則原子 B 的孤對(duì)電子對(duì)可以與原子 A 共享

2、，這樣形成的共價(jià)鍵成為配位鍵，以符號(hào) AB 表示。主要分為：分子軌道法（簡(jiǎn)稱 MO 法，見分子軌道理論）；氧元素符號(hào)O，原子序數(shù) 8，原子量 15.9994，電子排布 2S2 2p4，位于第二周期第A 族。原子共價(jià)半徑 66 皮米，離子半徑 O2-132 皮米，第一電離能 1314千焦/摩爾，電負(fù)性 3.5。氧元素有兩種同素異形體，氧氣 O2 和臭氧 O3。氧分子有明顯的順磁性，這是因?yàn)?O2 分子是由一個(gè) 鍵和兩個(gè)三電子 鍵的，兩個(gè)三電子 鍵有兩個(gè)未成對(duì)電子，所以 O2 是順磁性的。氧氣在通常狀況下為無色、無臭、無味的氣體，密度 1.429 克/升(氣)，1.149 克/厘米 3(液)、1.

3、426 克/厘米 3(固)。-218.4、沸點(diǎn)-182.962。主要氧化數(shù)為-2，在氟化氧中為+2，在過氧化物中為-1。呈淡藍(lán)色，固態(tài)氧為藍(lán)色晶體。微溶于水，在水中溶解度為 4.89 毫升/100 毫升水(0)。由于離解能較大(498.1 千焦/摩爾)，所以常溫下氧氣化學(xué)性質(zhì)不甚活潑，高溫下化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與大多數(shù)元素化合生成一種或一種以上氧化物或過氧化物。有氧化性是重要的氧化劑。純氧大量用于金屬熔煉、精煉、焊接、切割和表面處理過程。在化學(xué)工業(yè)上常用純氧強(qiáng)化生產(chǎn)過程。液體氧用作致冷劑，也是高能的氧化劑。它和鋸屑、煤粉的混合物是炸藥。純氧也用于航空、潛水和醫(yī)療中。天然存在的氧由 16O(99.

4、759 )、17O(0.037)、18O(0.204)三種同位素組成。在地殼中的豐度為 49.5，占第一位。大部分以水、氧化物、硅酸鹽的形式存在。干燥空氣中含 20.946體積的氧氣。在 1773 年瑞典的1774 年英國(guó)的分解硝酸鹽和利用濃硫酸與二氧化錳反應(yīng)制得氧氣。加熱氧化制得氧氣。工業(yè)上用分餾液體空氣制得，常用氯酸鉀與二氧化錳(催化劑)混合加熱也可用電解水制得較純的氧氣。O3，式量47.998，氧元素的一種同素異形體。有魚腥氣味的淡【臭氧】化學(xué)式藍(lán)色氣體。密度 2.144 克/升；液態(tài)臭氧是深藍(lán)色，密度 1.614 克/厘 3，沸點(diǎn)-111.9，固態(tài)臭氧是藍(lán)黑色，-192.7。分子呈V

5、形。不穩(wěn)定。常溫下分解較慢，在164以上或有催化劑存在時(shí)或用波長(zhǎng)為 25 納米左右的紫外線照射臭氧時(shí)加速分解成氧氣。液態(tài)時(shí)容易。臭氧有強(qiáng)氧化性，是比氧氣更強(qiáng)的氧化劑，可在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，如能將銀氧化成過氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛、跟碘化鉀反應(yīng)生成碘。松節(jié)油、煤氣等在臭氧中能自燃。有水存在時(shí)臭氧是種強(qiáng)力漂白劑。跟不飽和有機(jī)化合物在低溫下也容易生成臭氧化物。用作強(qiáng)氧化劑，漂白劑、皮毛脫臭劑、空氣凈化劑，殺菌劑，飲用水的脫臭。在化工生產(chǎn)中可用臭氧代替許多催化氧化或高溫氧化，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝并提高生產(chǎn)率。液態(tài)的氧化劑。存在于大氣中，靠近地球表面濃度為 0.001臭氧還可用作火箭0.03ppm，是

6、由大氣中氧氣吸收了的波長(zhǎng)小于 185 納米紫外線后生成的3O2 +hv=2O3。和工業(yè)上都是將氧氣在無聲放電作用下制得?！尽坑煽扇夹怨腆w吸收劑跟液態(tài)氧組成的混合物。一般用炭黑、鋸屑或金屬粉等作吸收劑。先將吸收劑成圓柱狀，浸入中，使吸收劑空隙充滿，即成。用或起爆。廣泛用于露天采礦和土木工程的。是一種比較安全的?？諝庵谐粞鯇邮谷祟惷馐茏贤饩€的。【硫】元素符號(hào) S，原子序數(shù) 16，原子量 32.06，電子排布 3S23p4，位于第三周期第A 族，主要氧化數(shù)-2、0、+2、+4、。原子共價(jià)半徑皮米，離子半徑 S-2184 皮米，S+630 皮米，第一電離能 1000 千焦/摩爾，電負(fù)性 2.5。單質(zhì)硫

7、俗稱硫磺。黃色晶體。有多種同素異形體，斜方硫又叫菱形硫或 -硫，在95.5以下最穩(wěn)定，密度 2.1 克/厘米 3，112.8，沸點(diǎn) 445，質(zhì)脆，不易傳熱導(dǎo)電，難溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳；單斜硫又稱 -硫，在 95.5以上時(shí)穩(wěn)定，密度 1.96 克/厘米 3；彈性硫又稱 -硫是無定形的，不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)?-硫。斜方硫和單斜硫都是由S8 環(huán)狀分子組成，液態(tài)時(shí)為鏈狀分子組成，蒸氣中有S8、S4、S2 等分子，1000以上時(shí)蒸氣由 S2組成?；瘜W(xué)性質(zhì)比較活潑，能跟氧、氫、鹵素(除碘外)、金屬等大多數(shù)元素化合，生成離子型化合物或共價(jià)型化合物。硫單質(zhì)既有氧化性又有還原性。如硫跟鐵共熱生成硫化亞

8、鐵，跟碳在高溫下生成二硫化碳，常溫下跟氟化合生成六氟化硫，加熱時(shí)跟氯化合生成S2Cl2。硫在工業(yè)上主要用于制硫酸、硫化橡膠、業(yè)上用作殺蟲劑，如石灰硫磺合劑，還用于制藥、火柴、硫化物等。農(nóng)，如硫磺軟膏。古代人已認(rèn)識(shí)了天然硫。硫以游離態(tài)和化合態(tài)存在于自然界中，化合態(tài)主要有硫化物和硫酸鹽。在地殼中的豐度為 0.048。從天然硫礦制得，或?qū)庵腥紵频?。和焦炭混和在有限空【硫化氫】化學(xué)式H2S，式量34.08，有腐卵臭味的無色氣體，。分子結(jié)構(gòu)與水相似，呈 V 形，有極性。密度 1.539 克/升，-85.5，沸點(diǎn)-60.7。能溶于水，水溶液叫氫硫酸，還能溶于乙醇和甘油。完全干燥的硫化氫常溫下不與空氣中

9、氧氣反應(yīng)，點(diǎn)火時(shí)可燃燒、有藍(lán)色火焰?？諝獬渥銜r(shí)生成二氧化硫和水，若空氣或溫度較低時(shí)生成硫和水。能使銀、銅制品表面變黑，生成金屬硫化物。有較強(qiáng)的還原性，跟二氧化硫反應(yīng)生成硫和水，跟濃硫酸反應(yīng)生二氧化硫和硫，跟氯氣反應(yīng)生成硫和氯化氫，跟三價(jià)鐵鹽溶液生成二價(jià)鐵鹽和硫，使硝酸還原為二氧化氮，使 I2 還原為 I-，使 MnO4-還原為 Mn2+，反應(yīng)中 H2S 通常被氧化為 S，若氧化劑氧化性較強(qiáng)并過量時(shí)，H2S 還可能被氧化成 H2SO4。H2S 能跟多種金屬離子反應(yīng)可成不溶于水和酸的硫化物沉淀。用于分離和鑒定金屬離子，精制鹽酸，單質(zhì)硫。由硫化亞鐵跟鹽酸或用硫蒸氣跟氫氣化合?！練淞蛩帷炕瘜W(xué)式H2S，

10、式量34.08，硫化氫的水溶液叫氫硫酸，有腐卵臭味。是很弱的酸，在 18時(shí)的電離常數(shù)為：K1=9.110-8， K2=1.110-12。在空氣中易被氧化析出硫，溶液變渾濁?！径趸颉炕瘜W(xué)式 SO2，式量 64.08，又名亞硫酸酐。分子呈 V 形結(jié)構(gòu)，有極性。無色有刺激性氣味的氣體，。密度 2.927 克/升(氣)、1.437 克/厘米 3(液)，-72.7，沸點(diǎn)-10。易溶于水，通常情況下每升水可溶 40 升SO2，和水化合生成H2SO3，也溶于乙醇。是酸性氧化物。有還原性，在催化劑作用下被氧氣氧化成三氧化硫，跟二氧化氮反應(yīng)生成三氧化硫和一氧化氮。遇強(qiáng)還原劑表現(xiàn)有氧化性，如跟硫化氫反應(yīng)生成硫

11、和水。跟氯化合生成SO2Cl2，有漂白性：跟某些色素生成不穩(wěn)定的無色化合物。用于制三氧化硫、硫酸、亞硫酸鹽；還用于漂白、殺菌、制滌劑、致冷劑、精制潤(rùn)滑油。是大氣主要污染物之一，工業(yè)上要求空氣中含量不得超過 0.02 毫克/升。用硫酸跟亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉反應(yīng)制得。工業(yè)上用燃燒硫或煅燒金屬硫化物(如得。FeS2)制【三氧化硫】又稱硫酸酐，化學(xué)式SO3。式量 SO3 為 80.06。無色固體，易揮發(fā)。 16.8，沸點(diǎn) 44.8。密度 2.29 克/厘米 3(-10)。液體密度 1.92 克/厘米3(20)。蒸氣狀態(tài)的分子為平面三角形。固態(tài)時(shí)有三種變體，較重要的有 型和 型。 型是冰狀結(jié)構(gòu)的三聚體(

12、SO3)3， 型是與石棉結(jié)構(gòu)相似的(SO3)n 結(jié)構(gòu)。極易吸水，溶于水生成硫酸，并放出大量熱。在空氣中強(qiáng)烈冒“煙”。溶于濃硫酸生成發(fā)煙硫酸。是酸性氧化物，跟氧化鎂反應(yīng)放熱發(fā)強(qiáng)白光。有強(qiáng)氧化性是強(qiáng)氧化劑，高溫時(shí)氧化磷，生成五氧化二磷和二氧化硫，氧化碘化鉀，生成碘和亞硫酸鉀。用于制硫酸、氯磺酸及有機(jī)化合物的磺化。將二氧化硫和氧氣在五氧化二釩催化作用下制得。【硫酸】化學(xué)式 H2 SO4 ，式量 98.08。純硫酸為無色油狀液體。市售濃硫酸含 H2 SO4 9698，密度 1.841 克/厘米 3。凝固點(diǎn) 10.4，沸點(diǎn) 338(98.3)濃硫酸有強(qiáng)烈吸水性，能與水以任意比混溶，并放出大量熱，這是水合

13、作用的結(jié)果。用水稀釋濃硫酸時(shí)，只能在攪拌下將濃硫酸注入水中，切勿將水注入濃硫酸中。有強(qiáng)烈脫水性，從有機(jī)物中按水的組成奪取氫、氧原子，并能使某些有機(jī)物碳化。硫酸是二元強(qiáng)酸，純硫酸中存在大量未電離分子，幾乎不導(dǎo)電。它的水溶液導(dǎo)電，第一步電離完全，第二步電離不完全 K2=1.210-2。稀硫酸具有酸的通性，其中 H+也有氧化性。濃硫酸有強(qiáng)氧化性，可以氧化金、鉑等以外的大多數(shù)金屬和許多非金屬，如：鐵、鋁、鉻等在冷、濃硫酸中發(fā)生鈍化。濃硫酸將 H2 S 氧化析出硫，將 NaBr氧化生成溴，將 KI 氧化生成碘。跟苯等有機(jī)物發(fā)生磺化反應(yīng)。硫酸是化學(xué)工業(yè)中最重要的產(chǎn)品之一，廣泛用于生產(chǎn)化肥、精煉石油、冶金、

14、金屬加工、有機(jī)、鈾礦加工等。工業(yè)上用接觸法或鉛室硫(FeS2 )為原料，在空氣中燃燒生成二氧化硫，在五氧酸。接觸法是以硫或化二釩催化劑作用下，二氧化硫被氧化生成三氧化硫，用 98.3的硫酸吸收三氧化硫，再用水稀釋制得。焦硫酸】化學(xué)式 H2 S2 O7，式量 178.02。無色晶體，酸：35。溶于水生成硫H2 S2 O7+H2 O=2H2SO4焦硫酸具有比濃硫酸更強(qiáng)的氧化性，用于制，和其它有機(jī)磺酸化合物。由等摩爾的SO3 和純硫酸化合而成：H2SO4 +SO3H2S2 O7當(dāng)冷卻發(fā)煙硫酸時(shí)可以析出焦硫酸晶體?！玖蛩狒恳娙趸驐l。【亞硫酸酐】見二氧化硫條?！玖蛉A】硫升華得到的粉狀硫，主要組分是

15、斜方硫。用于橡膠硫化、配制藥膏、制殺蟲劑和殺菌劑等?！緛喠蛩帷炕瘜W(xué)式 H2 SO3，式量 82.08，二氧化硫的水溶液叫做亞硫酸。沒有得到游離的純亞硫酸，只存在于水溶液中，不穩(wěn)定，易分解出二氧化硫，因而有刺激性嗅味。水溶液存在下列平衡：亞硫酸是中等強(qiáng)度的二元酸。25時(shí) K1=1.5410-2，K2=1.0210-7。加熱時(shí)驅(qū)出 SO2 ，平衡向；加入堿時(shí)，平衡向右移動(dòng)，生成酸式鹽或正鹽。具有氧化性和還原性，還原性強(qiáng)于氧化性。在堿性介質(zhì)中是一良好的還原劑。能和許多有色有機(jī)物發(fā)生加成反應(yīng)，生成無色化合物。用于漂白羊毛、蠶絲、麥桿。還用作還原劑，藥物，造紙，石油產(chǎn)品煉制，殺菌等。將二氧化硫通入水中制

16、得。【發(fā)煙硫酸】化學(xué)式 H2SO4 xSO3。將三氧化硫溶解在濃硫酸中所形成的溶液稱為發(fā)煙硫酸。無色油狀液體。其密度、沸點(diǎn)隨著三氧化硫的含量不同而改變。通常以游離 SO3 的含量未標(biāo)明不同濃度的發(fā)煙硫酸，如 40發(fā)煙硫酸即表示在發(fā)煙硫酸中含有 40游離的 SO3。一般使用的有 20發(fā)煙硫酸，密度為1.9 克/厘米 3，-11，沸點(diǎn) 166.6。發(fā)煙硫酸在空氣中，揮發(fā)出來的SO3，和空氣中的水蒸氣形成硫酸細(xì)小液滴而“發(fā)煙”。有吸水性、腐蝕性、脫水性，強(qiáng)氧化性。用作硝酸脫水劑、有機(jī)的磺化劑、有機(jī)硝化反應(yīng)中的脫水劑。還用于精煉石油。【硫代硫酸】化學(xué)式 H2S2 O3，式量 114.14。僅存在溶液中

17、。不穩(wěn)定，45分解，生成水、二氧化硫、硫。硫代硫酸可看成是硫酸分子中的一個(gè)氧原子被硫原子所代替的產(chǎn)物。兩個(gè)硫原子的平均氧化數(shù)為+2。其中一個(gè)硫原子氧化數(shù)為+6，另一個(gè)硫原子氧化數(shù)為-2，因此硫代硫酸及其鹽類具有一定的還原性。硫代硫酸根酸離子在堿性條件下很穩(wěn)定，有很強(qiáng)的絡(luò)合能力。酸 HSCN，一為異硫【硫酸】可能有兩種同分異構(gòu)體，一為硫酸H。游離酸還沒有分離出來。大多數(shù)硫酸鹽都溶于水。-離子是一個(gè)很好的配位體。SCN-離子一個(gè)特殊靈敏的反應(yīng)是與 Fe3+形成多種紅色絡(luò)合物。因此硫酸鉀或硫酸銨常用作檢驗(yàn)Fe3+的試劑。【硒】元素符號(hào)Se，原子序數(shù) 34，原子量 78.96，電子排布 4S2 4p4

18、，位于第四周期第A 族。主要氧化數(shù)-2、+2、+4、。原子共價(jià)半徑皮米，離子半徑Se-2191 皮米，Se皮米。第一電離能千焦/摩爾，電負(fù)性 2.4。單質(zhì)硒的組成和分子結(jié)構(gòu)隨著外界條件而變化，能形成多種同素異形體： 單斜晶體、 單斜晶體、有金屬光澤的灰色三角晶體，還有紅色、黑色的無定形玻璃狀硒?；液谏罘€(wěn)定，通常稱為金屬硒。密度 4.79 克/厘米 3，217，沸點(diǎn)684.9。性脆，是一種典型的半導(dǎo)體。室溫時(shí)在空氣中穩(wěn)定。加熱時(shí)，硒在空氣中燃燒發(fā)出藍(lán)色火焰，生成二氧化硒。能跟氟、氯、金屬直接化合。不與水、鹽酸、稀硫酸反應(yīng)。能跟濃硫酸、濃硝酸和強(qiáng)堿反應(yīng)。用于制整流器、光電池、光度計(jì)、玻璃、陶瓷、催化劑、油漆等。1817 年，瑞典的從硫酸廠鉛室底部的物質(zhì)中制得硒。硒是一種稀散元素，地殼中的豐度為 9.010-6。工業(yè)上從電解銅的陽極泥和硫酸廠的煙道灰，酸泥的廢料中回收得到?！卷凇吭胤?hào) Te，原子序數(shù) 52，原子量 127.60。電子排布 5S2 5p4，位于第五周期第A 族。主要氧化數(shù)-2、+2、+4、。原子共價(jià)半徑皮米，離子半徑 Te-2211 皮米，Te+650 皮米，第一電離能 869 千焦/摩爾，電負(fù)性 2.1。有結(jié)晶形和無定形兩種同素異形體。結(jié)晶碲具有銀白色的金屬外觀，密度 6.25 克/厘米 3，452，沸點(diǎn) 1390，硬度 2.5。無定形碲為褐色，密度 6.0 克