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氧族元素性质详解（以搜索无重复）
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氧】元素符号O，原子序数8，原子量15.9994，外围电子排布2S2 2p4，位于第二周期第ⅥA族。原子共价半径66皮米，离子半径O2-132皮米，第一电离能1314千焦/摩尔，电负性3.5。氧元素有两种同素异形体，氧气O2和臭氧O3。氧分子有明显的顺磁性，这是因为O2分子是由一个σ键和两个三电子π键构成的，两个三电子π键有两个未成对电子，所以O2 是顺磁性的。氧气在通常状况下为无色、无臭、无味的气体，密度1.429克/升(气)，1.149克/厘米3(液)、1.426克/厘米3(固)。熔点-218.4℃、沸点-182.962℃。主要氧化数为-2，在氟化氧中为+2，在过氧化物中为-1。液氧呈淡蓝色，固态氧为蓝色晶体。微溶于水，在水中溶解度为4.89毫升/100毫升水(0℃)。由于离解能较大(498.1千焦/摩尔)，所以常温下氧气化学性质不甚活泼，高温下化学性质很活泼，能与大多数元素化合生成一种或一种以上氧化物或过氧化物。有氧化性是重要的氧化剂。纯氧大量用于金属熔炼、精炼、焊接、切割和表面处理过程。在化学工业上常用纯氧强化生产过程。液体氧用作致冷剂，也是高能燃料的氧化剂。它和锯屑、煤粉的混合物是液氧炸药。纯氧也用于航空、潜水和医疗中。天然存在的氧由16O(99.759％)、17O(0.037％)、18O(0.204％)三种同位素组成。在地壳中的丰度为49.5％，占第一位。大部分以水、氧化物、硅酸盐的形式存在。干燥空气中含20.946％体积的氧气。在1773年瑞典的舍勒分解硝酸盐和利用浓硫酸与二氧化锰反应制得氧气。1774年英国的普利斯特里加热氧化汞制得氧气。工业上用分馏液体空气制得，也可用电解水制得较纯的氧气。实验室常用氯酸钾与二氧化锰(催化剂)混合加热制取。 【臭氧】化学式O3，式量47.998，氧元素的一种同素异形体。有鱼腥气味的淡蓝色气体。密度2.144克/升；液态臭氧是深蓝色，密度1.614克/厘米3，沸点-111.9℃，固态臭氧是蓝黑色，熔点-192.7℃。分子呈V形。不稳定。常温下分解较慢，在164℃以上或有催化剂存在时或用波长为25纳米左右的紫外线照射臭氧时加速分解成氧气。液态时容易爆炸。臭氧有强氧化性，是比氧气更强的氧化剂，可在较低温度下发生氧化反应，如能将银氧化成过氧化银，将硫化铅氧化成硫酸铅、跟碘化钾反应生成碘。松节油、煤气等在臭氧中能自燃。有水存在时臭氧是—种强力漂白剂。跟不饱和有机化合物在低温下也容易生成臭氧化物。用作强氧化剂，漂白剂、皮毛脱臭剂、空气净化剂，消毒杀菌剂，饮用水的消毒脱臭。在化工生产中可用臭氧代替许多催化氧化或高温氧化，简化生产工艺并提高生产率。液态臭氧还可用作火箭燃料的氧化剂。存在于大气中，靠近地球表面浓度为0.001～0.03ppm，是由大气中氧气吸收了太阳的波长小于185纳米紫外线后生成的3O2 +hv=2O3。实验室和工业上都是将氧气在无声放电作用下制得。 【液氧炸药】由可燃性固体吸收剂跟液态氧组成的爆炸混合物。一般用炭黑、锯屑或金属粉等作吸收剂。先将吸收剂包裹成圆柱状，浸入液氧中，使吸收剂空隙充满液氧，即成液氧炸药。用雷汞或导火索起爆。广泛用于露天采矿和土木工程的爆破。是一种比较安全的炸药。空气中臭氧层使人类免受紫外线的伤害。 【硫】元素符号S，原子序数16，原子量32.06，外围电子排布3S2 3p4，位于第三周期第ⅥA族，主要氧化数-2、0、+2、+4、+6。原子共价半径104皮米，离子半径S-2184皮米，S+630皮米，第一电离能1000千焦/摩尔，电负性2.5。单质硫俗称硫磺。黄色晶体。有多种同素异形体，斜方硫又叫菱形硫或α-硫，在95.5℃以下最稳定，密度2.1克/厘米3，熔点112.8℃，沸点445℃，质脆，不易传热导电，难溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳；单斜硫又称β-硫，在95.5°以上时稳定，密度1.96克/厘米3；弹性硫又称γ-硫是无定形的，不稳定，易转变为α-硫。斜方硫和单斜硫都是由S8环状分子组成，液态时为链状分子组成，蒸气中有S8、S4、S2 等分子，1000℃以上时蒸气由S2 组成。化学性质比较活泼，能跟氧、氢、卤素(除碘外)、金属等大多数元素化合，生成离子型化合物或共价型化合物。硫单质既有氧化性又有还原性。如硫跟铁共热生成硫化亚铁，跟碳在高温下生成二硫化碳，常温下跟氟化合生成六氟化硫，加热时跟氯化合生成S2 Cl2。硫在工业上主要用于制硫酸、硫化橡胶、黑火药、火柴、硫化物等。农业上用作杀虫剂，如石灰硫磺合剂，还用于制医药，如硫磺软膏。古代人已认识了天然硫。硫以游离态和化合态存在于自然界中，化合态主要有硫化物和硫酸盐。在地壳中的丰度为0.048％。从天然硫矿制得，或将黄铁矿和焦炭混和在有限空气中燃烧制得。 【硫化氢】化学式H2 S，式量34.08，有腐卵臭味的无色气体，有毒。分子结构与水相似，呈V形，有极性。密度1.539克/升，熔点-85.5℃，沸点-60.7℃。能溶于水，水溶液叫氢硫酸，还能溶于乙醇和甘油。完全干燥的硫化氢常温下不与空气中氧气反应，点火时可燃烧、有蓝色火焰。空气充足时生成二氧化硫和水，若空气不足或温度较低时生成硫和水。能使银、铜制品表面变黑，生成金属硫化物。有较强的还原性，跟二氧化硫反应生成硫和水，跟浓硫酸反应生二氧化硫和硫，跟氯气反应生成硫和氯化氢，跟三价铁盐溶液生成二价铁盐和硫，使硝酸还原为二氧化氮，使I2还原为I-，使MnO-4还原为Mn2+，反应中H2 S通常被氧化为S，若氧化剂氧化性较强并过量时，H2 S还可能被氧化成H2 SO4 。H2 S能跟多种金属离子反应可成不溶于水和酸的硫化物沉淀。用于分离和鉴定金属离子，精制盐酸，制备单质硫。由硫化亚铁跟盐酸或用硫蒸气跟氢气化合制备。 【氢硫酸】化学式H2 S，式量34.08，硫化氢的水溶液叫氢硫酸，有腐卵臭味。是很弱的酸，在18℃时的电离常数为：K1=9.1×10-8， K2=1.1×10-12。在空气中易被氧化析出硫，溶液变浑浊。 【二氧化硫】化学式SO2 ，式量64.08，又名亚硫酸酐。分子呈V形结构，有极性。无色有刺激性气味的气体，有毒。密度2.927克/升(气)、1.437克/厘米3(液)，熔点-72.7℃，沸点-10℃。易溶于水，通常情况下每升水可溶40升SO2 ，和水化合生成H2 SO3，也溶于乙醇。是酸性氧化物。有还原性，在催化剂作用下被氧气氧化成三氧化硫，跟二氧化氮反应生成三氧化硫和一氧化氮。遇强还原剂表现有氧化性，如跟硫化氢反应生成硫和水。跟氯化合生成SO2 Cl2，有漂白性：跟某些色素生成不稳定的无色化合物。用于制三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐；还用于漂白、杀菌、制合成洗涤剂、致冷剂、有机溶剂、精制润滑油。是大气主要污染物之一，工业上要求空气中含量不得超过0.02毫克/升。实验室用硫酸跟亚硫酸钠或亚硫酸氢钠反应制得。工业上用燃烧硫或煅烧金属硫化物(如黄铁矿FeS2 )制得。 【三氧化硫】又称硫酸酐，化学式SO3。式量SO3为80.06。无色固体，易挥发。熔点16.8℃，沸点44.8℃。密度2.29克/厘米3(-10℃)。液体密度1.92克/厘米3(20℃)。蒸气状态的分子为平面三角形。固态时有三种变体，较重要的有α型和β型。α型是冰状结构的三聚体(SO3)3，β型是与石棉结构相似的(SO3)n结构。极易吸水，溶于水生成硫酸，并放出大量热。在空气中强烈冒“烟”。溶于浓硫酸生成发烟硫酸。是酸性氧化物，跟氧化镁反应放热发强白光。有强氧化性是强氧化剂，高温时氧化磷，生成五氧化二磷和二氧化硫，氧化碘化钾，生成碘和亚硫酸钾。用于制硫酸、氯磺酸及有机化合物的磺化。将二氧化硫和氧气在五氧化二钒催化作用下制得。 【硫酸】化学式H2 SO4 ，式量98.08。纯硫酸为无色油状液体。市售浓硫酸含H2 SO4 96～98％，密度1.841克/厘米3。凝固点10.4℃，沸点338℃(98.3％)浓硫酸有强烈吸水性，能与水以任意比混溶，并放出大量热，这是水合作用的结果。用水稀释浓硫酸时，只能在搅拌下将浓硫酸徐徐注入水中，切勿将水注入浓硫酸中。有强烈脱水性，从有机物中按水的组成夺取氢、氧原子，并能使某些有机物碳化。硫酸是二元强酸，纯硫酸中存在大量未电离分子，几乎不导电。它的水溶液导电，第一步电离完全，第二步电离不完全K2=1.2×10-2。稀硫酸具有酸的通性，其中H+也有氧化性。浓硫酸有强氧化性，可以氧化金、铂等以外的大多数金属和许多非金属，如： 铁、铝、铬等在冷、浓硫酸中发生钝化。浓硫酸将H2 S氧化析出硫，将NaBr氧化生成溴，将KI氧化生成碘。跟苯等有机物发生磺化反应。硫酸是化学工业中最重要的产品之一，广泛用于生产化肥、农药、染料、炸药、人造纤维、精炼石油、冶金、金属加工、有机合成、铀矿加工等。工业上用接触法或铅室法制硫酸。接触法是以硫或黄铁矿(FeS2 )为原料，在空气中燃烧生成二氧化硫，在五氧化二钒催化剂作用下，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，再用水稀释制得。 焦硫酸】化学式H2 S2 O7，式量178.02。无色晶体，熔点35℃。溶于水生成硫酸： H2 S2 O7+H2 O=2H2SO4 焦硫酸具有比浓硫酸更强的氧化性，用于制染料，炸药和其它有机磺酸化合物。由等摩尔的SO3和纯硫酸化合而成： H2SO4 +SO3＝H2S2 O7 当冷却发烟硫酸时可以析出焦硫酸晶体。 【硫酸酐】见三氧化硫条。 【亚硫酸酐】见二氧化硫条。 【硫华】硫升华得到的粉状硫，主要组分是斜方硫。用于橡胶硫化、配制药膏、制杀虫剂和杀菌剂等。 【亚硫酸】化学式H2 SO3，式量82.08，二氧化硫的水溶液叫做亚硫酸。没有得到游离的纯亚硫酸，只存在于水溶液中，不稳定，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： 亚硫酸是中等强度的二元酸。 25℃时K1=1.54×10-2，K2=1.02×10-7。加热时驱出SO2 ，平衡向左移；加入碱时，平衡向右移动，生成酸式盐或正盐。具有氧化性和还原性，还原性强于氧化性。在碱性介质中是一良好的还原剂。能和许多有色有机物发生加成反应，生成无色化合物。用于漂白羊毛、蚕丝、麦杆。还用作还原剂，药物合成，造纸，石油产品炼制，消毒杀菌等。将二氧化硫通入水中制得。 【发烟硫酸】化学式H2SO4 ·xSO3。将三氧化硫溶解在浓硫酸中所形成的溶液称为发烟硫酸。无色油状液体。其密度、熔点、沸点随着三氧化硫的含量不同而改变。通常以游离SO3的含量未标明不同浓度的发烟硫酸，如40％发烟硫酸即表示在发烟硫酸中含有40％游离的SO3。一般使用的有20％发烟硫酸，密度为1.9克/厘米3，熔点-11℃，沸点166.6℃。发烟硫酸暴露在空气中，挥发出来的SO3，和空气中的水蒸气形成硫酸细小液滴而“发烟”。有吸水性、腐蚀性、脱水性，强氧化性。用作硝酸脱水剂、有机合成的磺化剂、有机硝化反应中的脱水剂。还用于精炼石油。 【硫代硫酸】化学式H2S2 O3，式量114.14。仅存在溶液中。不稳定，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个氧原子被硫原子所代替的产物。两个硫原子的平均氧化数为+2。其中一个硫原子氧化数为+6，另一个硫原子氧化数为-2，因此硫代硫酸及其盐类具有一定的还原性。硫代硫酸根酸离子在碱性条件下很稳定，有很强的络合能力。 【硫氰酸】可能有两种同分异构体，一为硫氰酸H—S—C≡N，一为异硫氰酸H—N=C=S。游离酸还没有分离出来。大多数硫氰酸盐都溶于水。SCN-离子是一个很好的配位体。SCN-离子一个特殊灵敏的反应是与Fe3+形成多种红色络合物。因此硫氰酸钾或硫氰酸铵常用作检验Fe3+的试剂。 【硒】元素符号Se，原子序数34，原子量78.96，外围电子排布4S2 4p4，位于第四周期第ⅥA族。主要氧化数-2、+2、+4、+6。原子共价半径117皮米，离子半径Se-2191皮米，Se+642皮米。第一电离能941千焦/摩尔，电负性2.4。单质硒的组成和分子结构随着外界条件而变化，能形成多种同素异形体：α单斜晶体、β单斜晶体、有金属光泽的灰色三角晶体，还有红色、黑色的无定形玻璃状硒。灰黑色硒最稳定，通常称为金属硒。密度4.79克/厘米3，熔点 217℃，沸点684.9℃。性脆，是一种典型的半导体。室温时在空气中稳定。加热时，硒在空气中燃烧发出蓝色火焰，生成二氧化硒。能跟氟、氯、金属直接化合。不与水、盐酸、稀硫酸反应。能跟浓硫酸、浓硝酸和强碱反应。用于制整流器、光电池、光度计、玻璃、陶瓷、催化剂、油漆等。1817年，瑞典的贝采里乌斯从硫酸厂铅室底部的物质中制得硒。硒是一种稀散元素，地壳中的丰度为9.0×10-6％。工业上从电解铜的阳极泥和硫酸厂的烟道灰，酸泥的废料中回收得到。 【碲】元素符号Te，原子序数52，原子量127.60。外围电子排布5S2 5p4，位于第五周期第ⅥA族。主要氧化数-2、+2、+4、+6。原子共价半径137皮米，离子半径Te-2211皮米，Te+650皮米，第一电离能869千焦/摩尔，电负性2.1。有结晶形和无定形两种同素异形体。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2.5。无定形碲为褐色，密度6.0克/厘米3，熔点449.5±0.3℃，沸点989.8±3.8℃。碲在空气中燃烧发出蓝色火焰，生成二氧化碲，可与卤素反应，能溶于硫酸、硝酸、氢氧化钾和氰化钾溶液。易传热和导电。主要用于石油裂化的催化剂，电镀液的光亮剂、玻璃的着色材料，添加到钢材中以增加其延性，添加到铅中增加它的强度和耐蚀性。碲和它的化合物又是一种半导体材料。1782年，奥地利人缪勒从一种呈白而略带蓝的碲金矿里制得碲，1798年德国矿物学家克拉普罗特确定它为一新元素并命名，希腊文的原意是“地球”的意思。碲是一种稀散元素，地壳中的丰度为2.0×10-7％。工业上从电解铜的阳极泥或炼锌的烟尘中回收制取。 【钋】元素符号Po，原子序数84，原子量210，外围电子排布6S2 6p4，位于第六周期第ⅥA族，原子共价半径167皮米，Po+667皮米，第一电离能 818千焦/摩尔，电负性2.0。金属单质，外观与铅相似，质软。所有钋的同位素都有放射性。有两种同素异形体，α-Po密度 9.32克/厘米3，单正方体，β-Po密度9.4克/厘米3，单菱形体。熔点254℃，沸点962℃。主要氧化数+2、+4、+6。较同族碲金属性强。溶于浓硫酸、硝酸、稀盐酸、王水和稀氢氧化钾溶液。钋的化合物易水解并被还原。于1898年居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋，为纪念居里夫人的祖国波兰命名为钋。世上最稀有的元素之一。它与铍混和可作中子源，也用作静电消除剂。天然的210Po，半衰期为138.4天。目前可用中子轰击铋，产生以毫克计的210Po，也可用锌还原氯化钋制得。 |
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