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文档介绍
2021届一轮复习人教版氧、硫及其化合物学案
第三节 氧、硫及其化合物 [高考备考指南] 考纲定位 1.掌握O3和H2O2的主要性质及其应用。 2.掌握硫元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。 3.了解硫元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 4.了解硫、氧及其重要化合物的制备方法。 核心素养 1.变化观念——分析氧、硫及其化合物的化学反应,预测在一定条件下氧、硫及其化合物可能发生的化学变化。 2.证据推理——收集各种证据对氧、硫及其化合物的性质及其变化提出可能假设,基于证据进行分析推理、证实或证伪假设;能解释证据与结论之间的关系,确定形成科学结论所需的证据和寻找证据的途径。 3.实验探究——发现或提出对氧、硫及其化合物有探究价值的化学问题,能依据探究目的设计并优化实验方案,完成实验操作,能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。 4.创新意识——能和同学交流实验探究的成果,提出进一步探究或改进实验的设想,敢于具有质疑和批判的创新精神。 5.社会责任——关注氧、硫的有关热点问题(如漂白剂),认识环保的重要性(如SO2的污染,酸雨等),具有可持续发展的意识(如绿色化学)。 臭氧和过氧化氢 1.过氧化氢(其水溶液俗称双氧水) (1)过氧化氢的分子结构:过氧化氢分子中含有极性键和非极性键,其结构式为H—O—O—H,电子式为H∶O,∶O,∶H。 (2)过氧化氢的化学性质 ①氧化性:过氧化氢是绿色氧化剂,具有较强的氧化性。 a.用10%的双氧水漂白羽毛及丝织品(漂白剂)。 b.氧化Fe2+等还原性粒子,其离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。 c.使湿润的淀粉KI试纸变蓝,其离子方程式为H2O2+ 2I-+2H+===I2+2H2O。 d.杀菌、消毒。 ②还原性:过氧化氢遇到强氧化剂被氧化生成氧气。 例如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4===2MnSO4+K2SO4+5O2↑+8H2O ③不稳定性:过氧化氢在常温下缓慢分解生成氧气和水,加热或者加入催化剂(MnO2、Cu2+、Fe3+等)快速分解。例如:2H2O22H2O+O2↑(实验室制O2)。 (3)过氧化氢的用途:作消毒剂、杀菌剂,作漂白剂、脱氯剂,纯H2O2还可作火箭燃料的氧化剂等。 2.氧气的同素异形体臭氧(O3) (1)物理性质 常温常压下,臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,它的密度比氧气大,比氧气易溶于水。吸入少量臭氧对人体有益,吸入过量对人体健康有一定危害。 (2)化学性质 ①不稳定性:2O33O2。 ②强氧化性:Ag、Hg等金属在臭氧中可以被氧化,O3能使湿润的淀粉KI试纸变蓝, 其反应的化学方程式:O3+2KI+H2O===I2+2KOH+O2。 ③漂白和消毒 许多染料受到臭氧的强烈氧化会褪色,臭氧还能杀死许多细菌。 (3)产生方式:3O22O3。 (4)臭氧层 能吸收来自太阳的大部分紫外线,是人类和其他生物的保护伞。氟氯烃是破坏臭氧层的“元凶”。 (5)臭氧的用途:脱色剂、消毒剂等。 1.(2019·张家界模拟)某商品的广告词是“臭氧,世界上最强大的消毒剂”。下列有关叙述正确的是( ) A.臭氧与氧气是同分异构体,二者的转化属于化学变化 B.大气平流层中的臭氧吸收紫外线,保护地球上的生物 C.臭氧有毒,所以不能用于水的净化 D.因为臭氧分解生成氧气,所以空气中臭氧的含量越高越好 B [A项,O3与O2是同素异形体,不是同分异构体;C项,O3可用于水的杀菌净化;D项,O3的含量很高时,对生物是有害的。] 2.过氧化氢又称双氧水,它是一种二元弱酸,比碳酸的酸性弱,它在受热或碱性条件下极不稳定,易分解生成H2O和O2。随着社会需求的增长,尤其是生态环境保护的需要,双氧水近年来更受到人们的青睐,并称其为绿色氧化剂。 根据上述材料,完成下列问题: (1)双氧水能使酸性高锰酸钾溶液褪色,体现了双氧水的________性(填“氧化”“还原”“酸” 或“碱”,下同);双氧水能使含酚酞的NaOH溶液褪色,体现了双氧水的________性;SO2通入双氧水中,溶液酸性增强,体现了双氧水的________性,反应的离子方程式为________________________________________________________________________。 (2)H2O2电离的方程式为_________________________________________________。 (3)鉴于H2O2显弱酸性,写出它与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式:________________________________________________________________________。 [解析] (1)KMnO4被H2O2还原,说明H2O2具有还原性;含酚酞的NaOH溶液红色褪去,说明H2O2与NaOH发生中和反应,因此H2O2具有酸性;H2O2能将SO2氧化成H2SO4,体现其氧化性。(2)H2O2为二元弱酸,应分步电离,以第一步电离为主。(3)H2O2作为二元弱酸,能与Ba(OH)2发生中和反应:H2O2+Ba(OH)2===BaO2+2H2O。 [答案] (1)还原 酸 氧化 SO2+H2O2===2H++SO (2)H2O2H++HO,HOH++O (3)H2O2+Ba(OH)2===BaO2+2H2O 硫及其氧化物 1.硫的存在和性质 (1)自然界中硫元素的存在 硫酸盐:石膏(CaSO4·2H2O)、 芒硝(Na2SO4·10H2O) (2)硫单质的物理性质 硫单质俗称硫黄,是一种黄色晶体;不溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2;有多种同素异形体,如单斜硫、斜方硫等。 (3)从化合价的角度认识硫单质的化学性质 ①S的氧化性 S与Fe、Cu、Hg反应的化学方程式依次为S+FeFeS,S+2CuCu2S,S+Hg===HgS(此反应适用于除去室内洒落的Hg)。 ②S的还原性 a.S与O2反应的化学方程式为S+O2SO2,空气中燃烧火焰为淡蓝色。 b.与强氧化剂反应(如浓硫酸):S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O。 ③S与NaOH溶液反应的化学方程式为3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O,此反应可用于除去试管内黏附的S。 2.二氧化硫(SO2) (1)物理性质 二氧化硫是无色、有刺激性气味的有毒气体,是大气污染物之一;易溶于水,通常状况下,1体积水溶解约40体积SO2。 (2)化学性质 H2O3、OO3、O 按要求完成下列方程式: ① ②氧化性(如与H2S溶液反应): SO2+2H2S===3S↓+2H2O ③ ④漂白性:使品红溶液褪色(原理:SO2+有色物质无色物质有色物质+SO2)。 3.三氧化硫(SO3) SO3在标准状况下为无色、针状晶体,能与水反应:SO3+H2O===H2SO4,放出大量的热,SO3是酸性氧化物,它跟碱性氧化物或碱都能反应生成硫酸盐。 4.硫化氢(H2S) H2S是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体,有剧毒,是一种大气污染物。与足量NaOH溶液,CuSO4溶液反应的离子方程式为H2S+2OH-===S2-+2H2O,H2S+Cu2+===CuS↓+2H+。 5.硫的氧化物的污染与治理 (1)来源:含硫化石燃料的燃烧及金属矿物的冶炼等。 (2)危害:危害人体健康,形成酸雨(pH小于5.6)。 (3)治理:燃煤脱硫,改进燃烧技术。 (4)硫酸型酸雨的形成途径有两个: 途径1:空气中飘尘的催化作用,使2SO2+O22SO3、SO3+H2O===H2SO4。 途径2:SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。 1.三类不同的漂白剂 类型 原理 举例 备注 氧化型 将有机色质内部“生色团”破坏掉 NaClO、Ca(ClO)2、 Na2O2、H2O2、O3等 不可逆 加合型 与有机色质内部“生色团”“化合”成无色物质 SO2 可逆 吸附型 将有色物质吸附而褪色 活性炭 物理 变化 2.SO2与CO2的比较 (1)共性:均为酸性氧化物,通入澄清石灰水中均出现浑浊。 (2)异性:①SO2有漂白性(品红褪色),而CO2没有。 ②SO2具有还原性(被溴水、酸性KMnO4氧化褪色),而CO2没有。 3.检验SO2和CO2同时存在的一般流程 流程 设计 检验SO2⇨除去SO2⇨⇨检验CO2 实验 装置 所选 试剂 品红溶液 酸性KMnO4溶液 品红溶液 澄清石灰水 预期 现象 褪色 褪色 不褪色 变浑浊 角度1 硫及其氧化物的性质及应用 1.下列说法正确的是________(填序号)。 ①附有硫的试管可用CS2或热的强碱液洗涤 ②黑火药由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合而成 ③硫在空气中的燃烧产物是SO2,在纯氧中的燃烧产物是SO3 ④类比Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与S反应生成Fe2S3 ⑤SO2使溴水褪色,体现了SO2的漂白性 ⑥使澄清石灰水变浑浊的气体一定是SO2 ⑦在标准状况下,0.5 mol SO3的体积为11.2 L ⑧SO2通入氢硫酸溶液中有淡黄色沉淀生成 [答案] ①②⑧ 2.下列溶液能够区分SO2和CO2的是( ) ①澄清石灰水 ②H2S溶液 ③酸性KMnO4溶液 ④氯水 ⑤品红溶液 A.①②③ B.②③④ C.除①以外 D.全部 C [SO2和CO2都属于酸性氧化物,它们与澄清石灰水反应的现象相同,若通入的气体过量,均先生成沉淀后溶解,所以不能利用这一性质来区别SO2和CO2。SO2具有氧化性,能将H2S溶液氧化,生成单质硫(淡黄色沉淀),SO2也具有还原性,能被酸性KMnO4溶液和氯水氧化(溶液褪色),SO2还具有漂白性,能使品红溶液褪色,CO2没有这些性质,所以可以用②③④⑤来区别SO2和CO2。] 3.下列能使品红溶液褪色,且褪色原理基本相同的是( ) ①活性炭 ②氯水 ③二氧化硫 ④臭氧 ⑤过氧化钠 ⑥双氧水 A.①②④ B.②③⑤ C.②④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥ C [物质的漂白性主要有三种原理:一是该物质具有强氧化性,如氯水、臭氧、过氧化钠、过氧化氢等;二是该物质与有机色素化合生成不稳定的无色化合物,如SO2;三是该物质具有很大的比表面积,具有很强的吸附色素的能力,如活性炭。] 4.(2019·贵阳模拟)将一定量的生铁(假设仅含Fe和C)与浓硫酸加热时,观察到固体完全溶解,并产生大量气体,某化学兴趣小组用如图装置(夹持仪器省略)对反应产生的气体成分进行探究。 (1)仪器b的名称为________。 (2)甲同学认为该气体中含有SO2、CO2、H2,将以上装置进行连接以完成验证(填接口字母代号): c→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )。 (3)实验中可以证明产生的气体中含有H2的实验现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)若取6.0 g生铁加入15.0 mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到336 mL(标准状况下)气体通入足量溴水中,然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得到干燥固体2.33 g。由此推知气体中SO2的体积分数为________。若在反应所得的溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红;继续滴加双氧水至过量,溶液红色褪去,同时有气泡产生。产生的气泡有多种可能,气泡可能是SCN-的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2;还可能是________,理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。 [解析] (2)由题给装置及试剂可知,检验CO2的试剂为氢氧化钡溶液,但SO2会对CO2的检验产生干扰,所以应先检验SO2并将SO2除去后再检验CO2,最后用装置J、F、G检验产生的气体中是否有H2,其中干燥后的H2在J装置中与CuO反应生成Cu和水,用F装置可以检验生成的水,G装置用于防止空气中的水蒸气进入F装置产生干扰,因此装置接口的连接顺序为c→f→g→d→e→m→n→o→p(或p→o)→h→i→j→k(或k→j)。 (3)氢气还原装置J中的氧化铜生成的水蒸气能使F装置中的白色的无水硫酸铜变蓝色,同时装置J中有红色的铜单质生成。(4)SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生反应:SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4,生成的硫酸和氯化钡反应产生白色沉淀,设混合气体中二氧化硫的物质的量为n mol,则有: SO2 ~ BaSO4 1 mol 233 g n mol 2.33 g 解得n=0.01,n(混合气体)==0.015 mol,所以二氧化硫的体积分数为×100%≈66.7%。 H2O2在Fe3+的催化下会发生分解反应,生成O2和H2O。 [答案] (1)分液漏斗 (2)f g d e m n o p(或p o) h i j k(或k j) (3)装置J中固体由黑变红,且装置F中固体由白变蓝 (4)66.7% O2 2H2O22H2O+O2↑ 角度2 SO2对环境的污染 5.下列有关说法不正确的是( ) A.改燃煤为燃气,可以减少废气中SO2等有害物质的排放量,是治理“雾霾”等灾害天气的一种措施 B.向煤中加入适量石灰石,使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO3,可减少对大气的污染 C.大量燃烧化石燃料排放的废气中含SO2,从而使雨水的pH<5.6,形成酸雨 D.硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质 B [煤中加入CaCO3,使产生的SO2先生成CaSO3,CaSO3又被氧化为CaSO4。] 6.(2019·无锡模拟)下列有关硫元素及其化合物的说法或描述正确的是( ) A.硫黄制备硫酸经历两步:S→SO3→H2SO4 B.酸雨与土壤中的金属氧化物反应后,硫元素以单质的形式进入土壤中 C.在燃煤中加入石灰石可减少SO2排放,发生的反应为2CaCO3+2SO2+O2===2CO2 +2CaSO4 D.土壤中的闪锌矿(主要成分为ZnS)遇到硫酸铜溶液转化为铜蓝(CuS),说明CuS很稳定,不具有还原性 C [A项,S与O2反应一步生成SO2;B项,硫元素以化合物的形式进入土壤中;D项,CuS有还原性。] 硫酸与硫及其化合物的转化 (对应复习讲义第47页) 1.硫酸的物理性质 (1)纯硫酸是一种无色、油状液体,密度比水大,沸点高,难挥发。 (2)溶解性:H2SO4与水以任意比互溶,溶解时可放出大量热,浓H2SO4稀释的方法是:将浓H2SO4沿器壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。 2.硫酸的化学性质 (1)稀硫酸具有酸的通性:硫酸是一种二元强酸,在水溶液中的电离方程式为H2SO4===2H++SO,能与酸碱指示剂、金属、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。 (2)浓硫酸的三大特性 常用作干燥剂,但不能干燥还原性物质如H2S、HBr、HI和NH3等碱性气体;使蓝矾(CuSO4·5H2O)变为白色粉末与Cu:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+ SO2↑+2H2O与C:C+2H2SO4(浓)CO2↑+ 2SO2↑+2H2O 3.SO、SO的检验 (1)SO的一般检验思路 待测液取清液观察有(无)白色沉淀―→判断有(无)SO (2)SO的检验 待测液沉淀气体品红溶液褪色,说明含SO。 4.硫及其化合物的转化 (1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现的,如: SO2H2SO3Na2SO3NaHSO3 写出②、③、④反应的化学方程式: ②H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O; ③Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O; ④Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。 (2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的,如: ①H2SO3与O2反应转化为H2SO4的化学方程式为2H2SO3+O2===2H2SO4,②Na2SO3与O2反应转化为Na2SO4的化学方程式为2Na2SO3+O2===2Na2SO4。 1.含硫物质的连续氧化 硫元素 2.从氧化还原反应的角度定位硫及其化合物间的转化 (1)相邻价态的同种元素的微粒间不发生氧化还原反应,如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。 (2)当硫元素的化合价升高或降低时,一般升高或降低到其相邻的价态, 即台阶式升降。可用如图表示: 角度1 硫酸的性质与SO、SO的检验 1.某同学设想用如图装置来验证浓硫酸的某些性质,其中不能达到目的的是( ) A B C D 实验 目的 吸水性 脱水性 溶解放热 强氧化性 实验 装置 D [A项中由于分子是在不断运动着的,故玻璃罩内空气中的水蒸气不断地被浓硫酸吸收,导致左侧烧杯中的水不断挥发,最后左侧烧杯内的液体量明显少于右侧烧杯内的液体量;B项中滤纸沾上浓硫酸后,很快会因脱水而变黑;C项中浓硫酸滴到小试管内的水中,放出的热量会使锥形瓶内压强增大,U形管内液面出现左低右高的现象;D项中因常温下铜片与浓硫酸不反应,故无法判断浓硫酸是否表现出强氧化性。] 2.(2018·全国卷Ⅲ,T28节选)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验: 试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液 实验步骤 现象 ①取少量样品,加入除氧蒸馏水 ②固体完全溶解得无色澄清溶液 ③____________ ④__________,有刺激性气体产生 ⑤静置,________ ⑥________________ [解析] 欲检验市售Na2S2O3中是否含有SO,应先取少量样品,加入除氧蒸馏水,固体完全溶解得澄清溶液,向其中加入过量稀盐酸,使S2O完全反应(S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O),以避免生成BaS2O3沉淀,对检验产生干扰,产生的现象是出现乳黄色浑浊,并有刺激性气味的气体产生,静置后,取上层清液,向其中滴入BaCl2溶液,产生白色沉淀即可说明市售Na2S2O3中含有SO。 [答案] ③加入过量稀盐酸 ④出现乳黄色浑浊 ⑤取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀 3.下列说法正确的是________(填序号) ①(2016·全国卷Ⅲ)配制稀硫酸的操作是先将浓硫酸加入烧杯中,后倒入蒸馏水 ②常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下铁与浓硫酸一定没有发生化学反应 ③NaCl与浓H2SO4加热可制HCl,推测NaBr与浓H2SO4加热可制HBr ④浓H2SO4溅到皮肤上时立即用稀NaOH溶液冲洗 ⑤(2014·全国卷Ⅰ)浓H2SO4滴入蔗糖固体中,将产生的气体通入溴水,溴水褪色,说明浓硫酸具有脱水性、氧化性 [答案] ⑤ 浓H2SO4与金属反应应注意以下问题 (1)浓H2SO4与足量Cu反应时,H2SO4不能反应完全。 (2)浓H2SO4与足量活泼金属[Fe(△)、Zn、Mg]反应时,反应后期,浓H2SO4变为稀H2SO4,发生置换反应生成H2。 角度2 硫及其化合物的转化与应用 4.(2018·全国卷Ⅰ,T27节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题: (1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为: SO2 Na2CO3固体 SO2 ↓ ↓ ↓ ―→Na2S2O5 ①pH=4.1时,Ⅰ中为________溶液(写化学式)。 ②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 ________________________________________________________________________。 [解析] (1)NaHSO3结晶脱水生成Na2S2O5。(2)①向Na2CO3饱和溶液中通入SO2,可能生成Na2SO3、NaHSO3,因Na2SO3溶液呈碱性,Ⅰ中溶液呈弱酸性,所以生成的是NaHSO3。②审题时抓住“生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得”,则工艺中加入Na2CO3固体,并再次充入SO2的目的是得到NaHSO3的过饱和溶液。 [答案] (1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O (2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3的过饱和溶液 5.如图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系(某些产物和反应条件已略去)。化合物B在常温常压下为气体,B和C的相对分子质量之比为4∶5,化合物D是重要的工业原料。 (1)写出A、B、C、D、E的化学式 A________、B________、C________、D________、E________。 (2)写出下列转化的化学方程式 ①D与Cu反应生成B:__________________________________________________________。 ②E溶液中通入H2S气体:____________________________________________。 ③E溶液中加入FeCl3溶液:____________________________________________________。 [解析] 根据题意可知A、B、C、D、E分别为S、SO2、SO3、H2SO4、H2SO3 [答案] (1)S SO2 SO3 H2SO4 H2SO3 (2)①Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O ②H2SO3+2H2S===3S↓+3H2O ③H2SO3+2FeCl3+H2O===2FeCl2+H2SO4+2HCl 中学阶段常见的符合ABCD转化关系的元素 (1)硫元素:H2SSO2SO3H2SO4、 SSO2SO3H2SO4。 (2)碳元素:CCOCO2H2CO3。 (3)氮元素:N2NONO2HNO3、 NH3NONO2HNO3。 (4)钠元素:NaNa2ONa2O2NaOH。查看更多