氧族元素( 二 )


氧族元素

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硒碲有结晶形和无定形两种同素异形体 。电离能9.009电子伏特 。结晶碲具有银白色的金属外观,密度6.25克/厘米3,熔点452℃,沸点1390℃,硬度是2.5(莫氏硬度) 。不溶于同它不发生反应的所有溶剂,在室温时它的分子量至今还不清楚 。无定形碲(褐色),密度6.00克/厘米3,熔点449.5±0.3℃,沸点989.8±3.8℃ 。碲在空气中燃烧带有蓝色火焰,生成二氧化碲;可与卤素反应,但不与硫、硒反应 。溶于硫酸、硝酸、氢氧化钾和氰化钾溶液 。易传热和导电 。元素来源:碲是稀散金属之一,有两种同素异形体,一种为结晶形、具有银白色金属光泽;另一种为无定形,为黑色粉末 。结晶形碲的熔点为449.8℃,密度为6.24克/厘米3 。性脆 。碲的化学性质与硒相似,在空气或氧中燃烧生成二氧化碲,发出蓝色火焰;易和卤素剧烈反应生成碲的卤化物,在高温下不与氢作用 。
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碲从电解铜的阳极泥和炼锌的烟尘等中回收製取 。钋密度9.4克/立方厘米 。熔点254℃,沸点962℃ 。所有钋的同位素都是放射性的 。已知有两种同位素异形体:α-Po为单正方体;β-Po为单菱形体 。在约36℃时,发生α-Po转化为β-Po的相变 。金属、质软 。物理性质似铊、铅、铋 。化学性质近似碲 。溶于稀矿酸和稀氢氧化钾 。钋的化合物易于水解并还原 。化合价已有+2和+4价,也有+6价存在 。钋是世界上最稀有的元素 。钋同位素中最普遍、最易得的是钋-210,其半衰期仅有138天,其放射性比镭大近5000倍 。钋-210危险性很大,在操作时即便是很小量也要格外小心谨慎 。化学性质相似性·能与大多数金属反应;·均能与氢化合生成气态氢化物;·均能在氧气中燃烧;·最高价氧化物对应的水化物为酸;·都具有非金属性 。因为非金属性相近,经常有性质相似的取代产物,如氧氰与硫氰、硒氰,醇与硫醇,酚与硫酚,羧酸与硫代羧酸,硫代酸(硫代硫酸,硫代碳酸,硫代磷酸都是相应酸中氧被硫取代)与硒代酸等 。元素名称氧硫硒碲元素符号OSSeTe核电荷数8163452原子半径逐渐增大颜色无色黄色灰色银白色状态气体固体固体固体递变性·气态氢化物的稳定性逐渐减弱;(由高温稳定的水到常温分解的碲化氢)·气态氢化物的还原性逐渐增强;·气态氢化物水溶液的酸性逐渐增强;(电离度由水的百万分之一,氢硫酸的约0.1%,氢硒酸的约3%,氢碲酸的约50%递变明显)·同价态氧化物对应水化物酸性逐渐减弱;(硫酸,硒酸是强酸,碲酸酸性与碳酸相当,亚硫酸为中强酸,亚硒酸弱酸、亚碲酸为不溶于水弱酸,氢氧化钋(Ⅳ)为两性胶体)·非金属性逐渐减弱;·氧化物的硷性逐渐增强,并开始出现两性(硫、硒、碲的4价氧化物酸性越来越弱,二氧化钋为两性)化合物常见的氧族元素的化合物有:氧化物、硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐、硒酸盐、碲酸盐 。下文将列举出一些常见的化合物 。二氧化硫二氧化硫(化学式:SO2)是最常见的硫氧化物 。无色气体,有强烈刺激性气味 。大气主要污染物之一 。火山爆发时会喷出该气体,在许多工业过程中也会产生二氧化硫 。由于煤和石油通常都含有硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫 。当二氧化硫溶于水中,会形成亚硫酸(酸雨的主要成分) 。若把SO2进一步氧化,通常在催化剂如二氧化氮的存在下,便会生成硫酸 。二氧化硫可以通过硫的燃烧取得:S+O2==点燃==SO2;也可以通过铜和浓硫酸反应製得:Cu+2H2SO4(浓)—Δ→CuSO4+SO2↑+2H2O 。实验室则用稀硫酸和亚硫酸钠製备:H2SO4+Na2SO3==Na2SO4+SO2↑+H2O.SO2是酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性 。可以与水作用得到二氧化硫水溶液,即“亚硫酸”(中强酸),但溶液中不存在亚硫酸分子 。SO2与硷反应形成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐 。以与氢氧化钠的反应为例,产物是 Na2SO3还是 NaHSO3,取决于二者的用量关係 。二氧化硫和硷性氧化物反应生成盐 。SO2有还原性,可以和氧化性物质如氯气反应:SO2+Cl2==SO2Cl2,在有水存在时,则:SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl;二氧化硫可以被氧气氧化生成三氧化硫 。二氧化硫可以被硝酸、高锰酸钾、溴等氧化 。SO2也有氧化性,可以和还原性物质反应,如:2H2S+SO2==2H2O+3S.SO2在水溶液中不稳定,隔绝空气加热可发生歧化反应:3SO2+2H2O==2H2SO4+SSO2有漂白性,它的漂白作用是由于与某些有色物质生成不稳定的无色物质,但这种无色物质容易分解使物质恢复原来的颜色,但这只是暂时的,如被二氧化硫漂白的品红加热可以恢复颜色 。工业上用二氧化硫漂白纸张,所以,纸张久置后,会逐渐变黄,这是因为失去了二氧化硫的缘故 。SO2的漂白属于化学变化 。液态的SO2可以发生自偶电离:2SO2→SO(2+)+SO3(2-) 。SO2溶解度和温度的关係如下表:22 g/100ml (0 °C)15 g/100ml (10 °C)11 g/100ml (20 °C)9.4 g/100 ml (25 °C)8 g/100ml (30 °C)6.5 g/100ml (40 °C)5 g/100ml (50 °C)4 g/100ml (60 °C)3.5 g/100ml (70 °C)3.4 g/100ml (80 °C)3.5 g/100ml (90 °C)3.7 g/100ml (100 °C)硫化氢硫化氢是一种无机化合物,化学式为H2S 。正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体,浓度低时带恶臭,气味如臭蛋;浓度高时反而没有气味(因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经) 。它能溶于水,0 °C时1体积水能溶解2.6体积左右的硫化氢 。硫化氢的水溶液叫氢硫酸,是一种弱酸,当它受热时,硫化氢又从水里逸出 。硫化氢是一种急性剧毒,吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命 。低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响 。硫化氢自然存在于原油、天然气、火山气体和温泉之中 。它也可以在细菌分解有机物的过程中产生 。硫化氢是酸性的,同时具有氧化性,它与硷及一些金属(如银)有化学反应 。例如:硫化氢与硫化钠反应生成硫氢化钠:H2S+Na2S=2NaSH;和银接触后会产生黑褐色的硫化银:H2S + 2Ag → Ag2S + H2↑硫化氢有还原性,可以和二氧化硫等物质发生氧化还原反应 。(见本词条→化合物→二氧化硫) 。实验室製取硫化氢:FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑;此外,硫化氢还可以通过一些硫化物(如硫化铝)的水解製取:6H2O + Al2S3 = 3H2S↑ + 2Al(OH)3.三氧化硫三氧化硫是一种硫的氧化物,分子式为SO3 。它的气体形式是一种严重的污染物,是形成酸雨的主要来源之一 。三氧化硫中,硫的氧化数为+6,分子为非极性分子 。三氧化硫的熔点很低,只有16.9℃,沸点也只有45℃ 。SO3是硫酸(H2SO4)的酸酐 。因此,可以发生以下反应:SO3+H2O==H2SO4,这个反应进行得非常迅速,而且是放热反应 。在大约~340 °C以上时,硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡浓度下共存 。SO3是强氧化剂,例如:2HBr+SO3==SO2+Br2+H2O;SO3+4Cu==CuS+3CuO 实验室通常通过热分解硫酸氢钠来製取三氧化硫:2NaHSO4 -315°C→ Na2S2O7 + H2O ;Na2S2O7 -460°C→ Na2SO4 + SO3。此外,三氧化硫还可以通过二氧化氮和二氧化硫来製取:SO2+NO2==SO3+NO.硫酸硫酸(Sulfuric acid),分子式为H2SO4,是一种无色粘稠高密度的强腐蚀性液体 。是一种重要的化工原料,又称化学工业之母,也是一种常见的化学试剂 。硫酸具有极强的腐蚀性,因此在使用时应非常小心 。硫酸的熔点为10℃,沸点290℃,和水混溶 。硫酸溶于水强烈放热,因此在稀释硫酸的时候要注意“酸入水” 。浓硫酸有脱水性,如将浓硫酸滴在蔗糖上,白色的糖逐渐转成黑色,并释出白色的气体(水蒸汽蒸发至空气中后冷凝成的水珠):C12H22O11 → 12 C + 11 H2O。浓硫酸有吸水性,可以强烈的吸收水份放出热量 。(如果吸收的是水分子,那幺是吸水性,如吸收五水硫酸铜中的五分子的水 。)浓硫酸有酸性和氧化性,其氧化性一般要在加热的情况下才能体现出来 。浓硫酸氧化产物不是氢气,而是二氧化硫,硫,硫化氢或金属硫化物(与还原剂的量,种类有关) 。浓硫酸可以氧化金属,如浓硫酸可以氧化单质铜:Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O(副反应有5Cu+4H2SO4→Cu2S+3CuSO4+4H2O等);浓硫酸也能氧化非金属如磷、硫、硒、碳等,还能氧化还原性氢化物如硫化氢,碘化氢和溴化氢(还原剂过量时可分别将浓硫酸还原为硫,硫化氢和二氧化硫) 。稀硫酸和活泼金属反应放出氢气,如锌和硫酸反应生成硫酸锌和氢气(Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑),这一反应在实验室用来製取氢气 。个别情况下硫酸根可被还原:4Mn+5H2SO4==H2S↑+4MnSO4+4H2O 。硫酸还能和金属氧化物反应:CuO+H2SO4==CuSO4+H2O(这种製取硫酸铜的方式比用浓硫酸直接氧化铜要环保) 。硫酸可以和某些盐反应:BaCl2+H2SO4==BaSO4↓+2HCl 。硫酸的酸性可以使石蕊溶液变红 。六氟化硫六氟化硫(SF6)是一个无色、无味、无毒的气体,不可燃,微溶于水 。分子为八面体构型,属于超价分子,无极性 。六氟化硫是常用的致冷剂,但它也是很持久的温室气体,效果是二氧化碳的22,200倍 。六氟化硫由单质化合製取,反应也会生成硫的其他氟化物如十氟化二硫,可通过加热使其歧化后,再用氢氧化钠处理除去剩余的四氟化硫而纯化 。六氟化硫是个极为惰性的气体,不与水、盐酸、氢氧化钠和熔融的钠作用,但会与金属锂反应并放热 。人吸入六氟化硫后声音变粗,因为六氟化硫气体的重量使人的声带中声波的速度降低一半,与吸入氦气后声音变细正好相反 。二氯化二硫二氯化二硫(S2Cl2)是一种黄红色液体,有刺激性、窒息性恶臭,在空气中强烈发烟 。遇水分解为硫、二氧化硫、氯化氢 。溶于醚、苯、二硫化碳 。室温下稳定,100°C时分解为相应单质,300°C时则完全分解 。二氯化二硫能被金属还原为氯化物和硫化物 。与氯气反应生成二氯化硫 。能与金属氧化物或硫化物反应生成金属氯化物 。製备:由硫与限量氯气在50~60°C反应16~20小时而得:2S+Cl2==S2Cl2 。二硫化碳与氯气在95~100°C反应製取四氯化碳,副产二氯化二硫:CS2+3Cl2==CCl4+S2Cl2 。用途:用作橡胶的低温硫化剂和粘结剂 。在有机合成中用于引入 C–S 键 。在氯化铝存在下,与苯反应生成二苯硫醚 。与乙烯反应生成芥子气 。也是Herz反应中的试剂 。硫醯氯硫醯氯(又名磺醯氯)是硫酸的两个-OH基团被氯替代后形成的化合物,分子式为SO2Cl2,为无色有强烈刺鼻气味的液体,在潮湿空气中发烟,其沸点为69.1℃ 。它用作有机化学中的氯化试剂,可以将烷烃、烯烃、炔烃及芳香化合物的C-H键转化为C-Cl键,将醇转化为氯代烃 。反应由偶氮二异丁腈引发,是自由基机理,称为氯磺化反应 。硫醯氯也用于药物和染料的製取 。硫醯氯分子为畸变的四面体结构,硫为+6氧化态,S-O键含有一定的双键成分 。在催化剂如活性炭、氯化铁或樟脑的存在下,二氧化硫与氯气化合即生成硫醯氯,通过蒸馏提纯 。反应式:SO2 + Cl2 → SO2Cl2。氯磺酸加热也可得到硫醯氯:2ClSO3H → SO2Cl2 + H2SO4。硫醯氯极易水解,生成氯化氢(盐酸)和硫酸:2 H2O + SO2Cl2 → 2 HCl + H2SO4硫醯氯在100°C以上便开始分解,得到二氧化硫与氯气,使试剂变黄 。长期放置时也会发生分解 。氯化亚碸氯化亚碸,又名亚硫醯氯,是一种无机化合物,化学式是SOCl2 。常温常压下,它是无色、可蒸馏的液体,140°C 时分解 。SOCl2有时易与硫醯氯(SO2Cl2)相混淆,但它们的化学性质差别很大 。氯化亚碸的分子构型为锥体型,其中硫(VI)中心含有一对孤对电子 。而光气则是平面构型 。氯化亚碸与水反应生成氯化氢和二氧化硫:H2O + SOCl2=SCl2 → SO2 + 2 HCl由于氯化亚碸与水强烈反应,SOCl2不会在自然界存在 。氯化亚碸是无色或淡黄色发烟液体,有强刺激性气味 。遇水或醇分解成二氧化硫和氯化氢 。对有机分子中的羟基有选择性取代作用 。该物质可溶于苯、氯仿、二硫化碳和四氯化碳 。加热至150°C开始分解,500°C分解完全 。在工业上,氯化亚碸主要由三氧化硫和二氯化硫反应製得:SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2 。硫酸铜硫酸铜,化学式CuSO4,为白色粉末,其常见的形态为其结晶体,五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O),为蓝色固体 。其水溶液因水合铜离子的缘故而呈现出蓝色,故在实验室里无水硫酸铜常被用于检验水的存在 。在现实生产生活中,硫酸铜常用于炼製精铜,与熟石灰混合可制农药波尔多液 。硫酸铜属于重金属盐,有毒,成人致死剂量0.9g/kg 。若误食,应立即大量食用牛奶、鸡蛋清等富含蛋白质食品,或者使用EDTA钙钠盐解毒 。用途: