高考第一轮复习——氧族元素学案含答案

高考第一轮复习——氧族元素学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第一轮复习：氧族元素 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 氧族元素 二. 教学目标：‎ 了解氧气、臭氧和双氧水的性质及用途；‎ 了解关于硫在自然界中的转化，含硫元素的物质在自然界中的存在及含硫物质的主要来源及其在生产中的应用和对生态环境的影响；‎ 应用氧化还原知识，探究含硫元素的各物质之间的相互转化，认识硫的重要性质；‎ 理解酸雨的危害及防治措施 三. 教学重点、难点：‎ 硫元素的各物质之间的相互转化 四. 教学过程：‎ ‎（一）氧气和臭氧 ‎1、氧族元素位于元素周期表的ⅥA族，最外层电子数均为6，在化学反应中均易得到电子而使最外层变成8电子稳定结构，氧族元素的主要化合价均为－2、＋4、＋6（O只有负价），氢化物的通式为H2R，最高价氧化物对应的水化物的通式为H2RO4。但随着原子序数的递增：元素得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，与氢化合的难易程度逐渐增强，H2R稳定性逐渐减弱，H2RO4酸性逐渐增强。‎ ‎2、（1）氧气与臭氧性质的比较 物质 氧气 臭氧 ‎①气态时的颜色 无 淡蓝色 ‎②气味 无 有腥臭味 ‎③沸点比较 臭氧稍高 ‎④同条件时的密度比较 臭氧稍大 ‎⑤同条件时水中溶解性比较 臭氧稍大 ‎⑥相互关系 ‎2O3＝3O2‎ ‎（2）臭氧的化学性质和用途 ‎①不稳定性2O3（g）＝3O2（g）；△H＝－284kJ/mol]，说明氧气的稳定性比臭氧高。‎ ‎②极强的氧化性，能将Ag、Hg等不易被空气氧化的金属氧化，能将有机色质氧化，故可用作脱色（漂白）剂，也具有杀菌消毒作用，则又可用作消毒剂。在一定条件下臭氧和氧气可相互转化。‎ ‎3、过氧化氢 ‎①过氧化氢是一种强极性分子，为无色粘稠液体，它的水溶液俗称双氧水，医用双氧水的质量分数一般为3%。‎ ‎②化学性质：‎ a. 是一种二元弱酸，具有弱酸性，电离方程式为H2O2H＋＋HO2－和HO2－H＋＋O22－b．氧化性，如能把Fe2＋氧化成Fe3＋，酸性条件下的反应式为：‎ ‎2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O；‎ c. 还原性，如能发生H2O2＋Cl2＝＝O2＋2HCl，能使酸性高锰酸钾溶液褪色等。‎ d. 不稳定性（受热会分解，MnO2作催化剂时反应更快）。过氧化氢可用作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂，还可作为火箭的燃料。‎ ‎［说明］‎ ‎1、氧气和臭氧都属于氧的同素异形体。‎ ‎2、氟氯烃在光的作用下分解，产生Cl原子破坏臭氧层。‎ ‎3、H2O2遇强氧化剂则发生氧化反应，生成O2；遇还原剂则发生还原反应，生成H2O；在加热或有催化剂（如：MnO2、FeCl3、酶等）存在时可发生分解反应产生O2。‎ ‎4、H2O2在受热条件下易分解，工业上制得的H2O2浓度较小，要获得浓度较高的H2O2，则必须在低压条件下蒸馏浓缩才行。‎ 例1. 2019年诺贝尔化学奖授予致力研究臭氧层被破坏问题的三位化学家。大气中的臭氧层可滤除大量的紫外线，保护地球上的生物。氟利昂（如CCl2F2）可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用。有关反应： ‎ O2＋O，Cl＋O3→ClO＋O2，ClO＋O→Cl＋O2，总反应：2O3＝3O2‎ ‎（1）在上述臭氧变成氧气的反应过程中，Cl是：‎ A. 反应物 B. 生成物 C. 中间产物 D. 催化剂 ‎（2）O3和O2是：‎ A. 同分异构体 B. 同系物 C. 氧的同素异形体 D. 氧的同位素 解析：本题考查的是氟利昂（如CCl2F2）在光作用下分解破坏臭氧层的信息题。根据题给信息，在臭氧变成氧气的过程中，O、ClO属于中间产物，Cl在反应前后没有变化，属于催化剂。而氧气和臭氧都属于氧元素形成的不同单质，互为同素异形体。‎ 答案：（1）D （2）C 例2. 过氧化氢（H2O2）的水溶液俗名双氧水，医疗上可作外科消毒剂。‎ ‎（1）向含有酚酞的NaOH溶液中滴加双氧水，溶液由红色褪至无色，主要原因是双氧水的 性。‎ ‎（2）将双氧水加入经酸化的高锰酸钾溶液中，溶液的紫红色消褪了，此时双氧水表现出 性。‎ ‎（3）久置的油画，白色部位（PbSO4）常会变黑（PbS），用双氧水揩擦后又恢复原貌，有关反应的化学方程式为： 。‎ 解析：H2O2具有强氧化性和还原性。作为氧化剂时具有强氧化性，可使有色物质被氧化而褪色。‎ ‎（1）中利用H2O2的强氧化性，使酚酞的碱性溶液由红色变为无色；‎ ‎（2）中KMnO4酸性溶液具有强氧化性，H2O2具有还原性，发生氧化还原反应，使溶液褪色：2KMnO4＋3H2SO4＋5H2O2＝2MnSO4＋K2SO4＋5O2＋8H2O ‎（3）PbS转变为PbSO4，S元素的化合价升高，被氧化，因此H2O2在反应中作氧化剂：‎ PbS＋4H2O2＝PbSO4＋4H2O 答案：（1）氧化性；（2）还原性；（3）PbS＋4H2O2＝PbSO4＋4H2O ‎（二）硫及其化合物的性质：‎ 硫俗称硫磺，淡黄色晶体，不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2。能与H2、O2等非金属化合，也能与Fe、Cu等金属反应生成相应的硫化物，如汞不慎洒落地面，可用硫粉覆盖除去；硫还能被浓H2SO4、浓HNO3等强氧化剂所氧化，在加热条件下还能与NaOH溶液发生歧化反应。‎ 硫元素有多种常见化合价，－２价的硫对应的常见化合物有金属硫化物、H2S等，具有还原性．＋４价的硫对应的常见化合物SO2、亚硫酸、亚硫酸盐等，硫元素的化合价既可以升高，又可以降低，因此既有氧化性，又有还原性．＋6价的硫对应常见化合物硫酸、SO3、硫酸盐等，只具有氧化性。SO2和SO3分别为亚硫酸和硫酸的酸性氧化物。‎ ‎1、硫的氢化物（H2S）‎ H2S是一种无色，有臭鸡蛋气味的有毒气体，1体积水中可溶解2.6体积的H2‎ S气体，其水溶液显弱酸性，具有酸的通性。‎ H2S具有强还原性，能被许多氧化性物质所氧化，生成单质S或SO2。‎ 如：H2S能被X2、SO2、HNO3、Fe3＋、KMnO4、H2O2等强氧化剂所氧化。‎ ‎2、二氧化硫（SO2）‎ ‎（1）SO2是一种无色，有刺激性气味的有毒气体，易溶于水，1体积水中大约可溶解40体积SO2气体，其水溶液称为亚硫酸，是一种中强酸，具有酸的通性。‎ ‎（2）SO2是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。如：‎ ①SO2与水反应生成相应的酸：‎ ②SO2与少量和足量的NaOH溶液生成亚硫酸盐和水：‎ ③足量的SO2通入Na2CO3溶液中生成CO2气体：‎ ‎（3）SO2中硫元素的化合价为＋4价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性：‎ 当SO2遇强氧化剂时显还原性。如：SO2和O2、X2、HNO3、Fe3＋、KMnO4、H2O2等发生氧化反应，＋4价S被氧化成＋6价S；‎ 当SO2和H2S反应时，SO2显氧化性：SO2＋2H2S＝3S＋2H2O ‎（4）SO2具有漂白性：能够与有色物质结合生成一种不稳定的无色物质。利用二氧化硫的这种性质可以来漂白草帽等物质，但生成的无色物质不稳定，在光照或受热的条件下分解重新恢复原来的颜色。‎ SO2是大气主要污染物之一，它对人体的直接危害是引起呼吸道疾病，严重时会引起死亡。空气中的SO2在氧气和水的作用下能形成酸雨（酸雨是指pH＜5.6的雨水），对环境的破坏很大。而防治酸雨的措施主要有两点：消除污染源――研究开发新的能源；对含硫燃料进行脱硫处理或者对燃烧产生的SO2进行回收等。‎ ‎3、三氧化硫（SO3）‎ 通常情况下SO3是一种淡黄色的晶体，熔点16.8℃，沸点是44.8℃。‎ 具有酸性氧化物的通性；俗称硫酐，能强烈吸水，在空气中“发烟”。‎ ‎［说明］‎ ‎1、硫既具有氧化性，又具有还原性。硫与变价金属反应时，一般生成低价的金属硫化物，可利用硫元素的这一性质比较硫与X2的非金属性强弱。‎ ‎2、H2S是一种还原性酸性气体，其水溶液具有酸的通性。对于反应：‎ H2S＋CuSO4＝CuS↓＋H2SO4发生的主要原因是由于生成了难溶的CuS黑色沉淀，使反应正向进行，与强酸制弱酸无关。‎ ‎3、H2S气体的制取可用FeS与稀盐酸或稀硫酸反应得到，用浓磷酸或P2O5作为干燥剂，用湿润的PbAc2试纸检验H2S气体：PbAc2＋H2S＝PbS↓（黑色）＋2Hac ‎4、SO2作为还原剂参加反应时，一般被氧化成SO42－，而在作为氧化剂参与反应时，一般被还原为S。硫与热的强碱（NaOH）溶液反应生成Na2S、Na2SO3，而Na2S、Na2SO3在酸性条件下也可以生成单质S，但二者不属于可逆反应。‎ ‎5、SO2的漂白原理与新制氯水（次氯酸）、臭氧、H2O2、Na2O2等物质的漂白原理不同，它是与有色物质反应生成不稳定的无色物质，而不是将有色物质氧化褪色，时间久或加热后，用SO2漂白的物质能恢复原来的颜色，而用其余物质漂白的物质则不会恢复原来的颜色。‎ ‎6、煤、石油等含硫物质燃烧产生的SO2是形成酸雨的主要原因。为减少酸雨的形成，降低酸雨的危害，可将燃料进行脱硫处理，或在煤中加入生石灰、将烟气通过石灰乳等方法除去SO2，即用碱液吸收烟气中的SO2。‎ 例3. Cl2和SO2都有漂白作用，能使品红溶液褪色。若将等物质的量的Cl2和SO2混合后，再通入品红与BaCl2的混合溶液，能观察到的现象是：①溶液很快褪色；②溶液不褪色；‎ ③出现沉淀；④不出现沉淀 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ②④‎ 解析：尽管潮湿的Cl2和SO2都有漂白作用，但Cl2具有强的氧化性，而SO2具有还原性，若同时使用，会发生如下反应：Cl2＋SO2＋2H2O＝＝＝H2SO4＋2HCl，而生成的H2SO4和HCl都不具有漂白性，这样两者等物质的量混合会完全丧失漂白作用，溶液不会褪色而生成的H2SO4和BaCl2反应生成不溶于水和酸的白色沉淀BaSO4‎ 答案：C ‎ 例4. 下列溶液中能区别SO2和CO2气体的是：‎ ‎①石灰水；②H2S溶液；③KMnO4；④氯水；⑤品红溶液 A. ①②③ B. ②③④ C. 除①以外 D. 全部 解析：SO2和CO2气体都属于酸性氧化物，它们都能与石灰水反应生成不溶性的CaSO3和CaCO3物质，即都可以生成沉淀，故不能用它来鉴别SO2和CO2气体；SO2具有氧化性，能将H2S氧化成单质S，SO2也具有还原性，能被KMnO4和氯水所氧化，使溶液褪色；SO2还具有漂白性，可使品红溶液褪色。而CO2不具有这些性质，所以可以用②③④⑤来区别SO2和CO2‎ 答案：C 例5. 某学生课外活动小组利用下图所示装置分别做如下实验：‎ ‎（1）在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色，则原溶液可能是_______溶液：加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是：__________________。‎ ‎（2）在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液变为红色，冷却后恢复无色，则此溶液可能是________溶液；加热时溶液由无色变为红色的原因是：________________________。‎ 解析：题设情境有三大特点：①反应装置由常见的“开放型”到了“封闭型”；②溶液颜色由常见的“静态稳定型”到了“动态变化型”；③溶液成分由常见的“单一溶质型”到了“多种溶质型”。根据这些情境特点，进行思维发散：‎ 解题的关键是要认真观察实验装置的特点：试管口上套有气球，说明加热时会有气体逸出，一下就使“红色溶液”的范围缩小：溶有酸性气体的石蕊溶液或溶有碱性气体的酚酞溶液。而前者中加热后，红色变为紫色，不符合“溶液颜色逐渐变浅”的条件，结论只有稀氨水和酚酞。‎ 由无色溶液气体＋溶液变红气体＋溶液无色。联想无色溶液虽多，但加热后放出气体且溶液变红不多，又冷却后该气体可使红色溶液褪色——显然该气体有漂白作用，并是一可逆过程，符合条件的无色溶液只能是SO2漂白过的品红溶液。‎ 答案：（1）稀氨水和酚酞 稀氨水中的NH3气逸出，所以溶液的颜色变浅；‎ ‎（2）溶有SO2的品红 SO2气体逸出，品红溶液恢复红色 例6. 实验室中根据2SO2＋O22SO3；△H＝－196.6kJ/mol，设计如下图所示实验装置来制备SO3固体。请回答下列问题。‎ ‎（1）实验前，必须进行的操作是（填操作名称，不必写具体过程） 。‎ ‎（2）在A装置中加入Na2SO3固体的同时，还需加几滴水，然后再滴加浓硫酸。加几滴水的作用是 。‎ ‎（3）小试管C的作用是 。‎ ‎（4）广口瓶D内盛的试剂是 。装置D的三个作用是 ① 、‎ ‎（5）实验中当Cr2O3表面红热时，应将酒精灯移开一会儿再加热，以防温度过高，这样做的原因是 。‎ ‎（6）装置F中U型管内收集到的物质的颜色、状态是 。‎ ‎（7）装置G的作用是 。‎ ‎（8）从G装置导出的尾气处理方法是 。‎ 解析：本题考查的是有关SO2催化氧化生成SO3的实验题。‎ 实验中通过装置A制备SO2，装置B制取O2，装置D中干燥、混合两种气体，并通过调节气泡的逸出速率调整两者的比例，混合气体在装置E中催化氧化生成SO3，由于温度较高，SO3以气体形式存在，经过F装置冷却后凝结成晶体。‎ 实验时，制气装置必须检查气密性，而在制取SO2气体时，加入几滴水，主要是浓硫酸溶于水放出大量的热量，有利于SO2气体的逸出，小试管C所起的作用是防止D中液体回流到装置B中，起缓冲、防倒吸的作用。而SO2催化氧化生成SO3是个放热反应，温度过高不利于SO3的生成，故实验时要将酒精灯移开一会儿，同时SO3极易溶于水，因此，在整个实验中不能有水，故G装置可防止空气中的水蒸气进入。而SO2属于有毒气体，环境污染物，不能随便排放，要用碱液吸收。‎ 答案：（1）检查装置的气密性；（2）浓硫酸溶于水，放出大量的热量，有利于SO2的挥发；‎ ‎（3）缓冲或防倒吸作用；⑷浓硫酸，所起的作用有：混合SO2和O2，干燥气体，调节气泡逸出速率，控制两者的量的比例；⑸该反应为放热反应，温度过高，不利于SO3的生成；⑹淡黄色晶体；⑺干燥，防止空气中的水蒸气进入；⑻用碱液吸收 ‎ ‎（三）硫酸的性质：‎ 浓硫酸无色粘稠状的液体，密度比水大，熔沸点高，难挥发，能与水以任意比互溶，同时放出大量的热，故稀释浓硫酸时应将浓硫酸沿玻璃棒慢慢加入水中，边加边搅拌。发烟硫酸是将SO3溶于浓硫酸而制得。稀硫酸，粘性小于浓硫酸。‎ ‎1、稀硫酸具有酸的通性。‎ ‎2、浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性等特性，故可用浓硫酸作为干燥剂，氧化剂。‎ 强氧化性：在浓硫酸中S处于＋6价，易结合电子，通常被还原为SO2，能和大多数金属（如：Cu等不活泼金属也可以反应）和部分非金属（如C、S等）、某些化合物（如：H2S、HI等还原性物质）发生反应。‎ ‎［说明］‎ ‎1、吸水性是指吸收原物质中存在的水，而脱水性是将原物质中氢、氧元素按2：1的形式脱去，原物质中不存在水。浓硫酸用作干燥剂，可用来干燥酸性气体和中性气体，不可用来干燥碱性气体和还原性气体。‎ ‎2、在不同的反应中浓硫酸所起的作用不完全相同。如 在工业上可用铁槽车或铝槽车运输浓硫酸是由于常温下，浓硫酸可以使铁和铝钝化；‎ 浓硫酸与甲酸共热可制取一氧化碳，利用浓硫酸的脱水性；‎ 实验室用锌粒和稀硫酸反应制备氢气，利用硫酸的酸性；‎ 浓硫酸露置在空气中质量增加是浓硫酸的吸水性作用的结果；‎ 浓硫酸和NaNO3反应可制取硝酸是利用浓硫酸的高沸点性，由高沸点酸制挥发性酸；‎ 浓硫酸和磷酸钙反应制取磷酸利用的是硫酸的强酸性，由强酸制弱酸；‎ 浓硫酸与乙醇和乙酸混合制取乙酸乙酯利用浓硫酸的吸水性和催化性能；‎ 浓硫酸与铜反应制SO2利用的是浓硫酸的强氧化性的酸性。‎ ‎3、浓硫酸与金属反应时，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐降低，反应随之发生改变。若与活泼性较强的金属反应，则当浓度变稀后产生H2，若与活泼性较弱的金属反应，则当硫酸浓度变稀后，反应停止。‎ ‎4、浓硫酸有很强的腐蚀性，皮肤上不慎洒上浓硫酸，应立即用布擦拭，再用大量水冲洗，并涂上小苏打溶液，送医院治疗。‎ ‎5、浓硫酸在一定条件下还可以与某些有机物发生取代反应。‎ ‎6、SO42－的检验：先加稀HCl，无沉淀产生（排除SO32－、CO32－、Ag＋等离子的干扰），再加BaCl2溶液，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀。‎ ‎（四）硫及其化合物之间的转化关系：‎ 例7. 向50mL18mol/LH2SO4溶液中加入足量的铜片并加热。充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量 ‎ A. 小于0.45mol B. 等于0.45mol ‎ C. 在0.45mol和0.90mol之间 D. 大于0.90mol 解析：本题考查了氧化还原反应的条件的重要性。Cu和H2SO4反应的前提条件是浓H2SO4，开始18mol/L为浓的，但随着Cu参加反应，H2SO4被消耗变稀，此时反应已终止。其次，考查了氧化性酸在与金属发生反应时，其作用分两部分：一部分充当氧化剂，使其得电子数与金属失电子数相同，另一部分是生成的金属阳离子与酸根结合生成盐。‎ 由Cu＋2H2SO4＝CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知如果H2SO4完全反应，也只有一半充当氧化剂被还原，故被还原18mol/LH2SO4的最大量为（18mol/L×0.05L）÷2＝0.45mol。‎ 答案：A 例8. A、B、C是在中学化学中常见的三种化合物，它们各由两种元素组成，甲、乙是两种单质。这些化合物和单质之间存在如下的关系： ‎ 据此判断：‎ ‎（1）在A、B、C这三种化合物中，必定含有乙元素的是 。（用A、B、C字母填写）‎ ‎（2）单质乙必定是 （填“金属”或“非金属”），其理由是 ‎ ‎（3）单质乙的分子式可能是 ，则化合物B的分子式是 。‎ 解析：本题考查的是元素及其化合物的知识。甲与乙反应生成A，说明A肯定含有甲和乙两种元素；甲与B反应生成A与C，说明化合物B中也肯定含有元素乙；而化合物A与化合物B中均含有乙，且相互作用可生成单质乙，说明A与B发生的属于归中反应，乙元素的化合价可以是正价，也可以是负价，则乙是非金属元素；根据所学的元素及其化合物的知识，可知：单质甲是O2，乙为S（或N2）则化合物A为SO2（NO），化合物B为H2S（或为NH3），化合物C为H2O 答案：（1）A、B ‎（2）单质乙必定是：非金属；A与B发生反应生成单质乙，说明A、B中乙元素的化合价有正有负，发生了归中反应，因此乙元素属于非金属元素；‎ ‎（3）乙为S（或N2），B为H2S（或为NH3）。‎ 例9. 有一瓶Na2SO3溶液，由于它可能部分被氧化，某同学进行如下实验：取少量溶液，滴入Ba（NO3）2溶液，产生白色沉淀，再加入足量稀硝酸，充分振荡后，仍有白色沉淀。对此实验下列结论正确的是 ‎ A. Na2SO3已部分被空气中的氧气氧化 B. 加入Ba（NO3）2溶液后，生成的沉淀中一定含有BaSO4‎ C. 加硝酸后的不溶沉淀一定是BaSO4‎ D. 此实验不能确定Na2SO3是否部分被氧化 解析：本题考查的是SO42－的检验。欲证明Na2SO3溶液部分被氧化，必须证明有SO42－存在。‎ 题示实验方法中由于在酸性条件下NO3－具有强氧化性，可以将产生的BaSO3沉淀氧化成BaSO4‎ 沉淀，沉淀不消失，故不论有没有被氧化，沉淀始终是BaSO4，故无法证明Na2SO3溶液是否 被氧化。答案为D 答案：D 例10. 一包重41.6 g的固体样品，其成分是硫和铁的化合物，将它充分煅烧后，硫和铁分别被氧化成SO2和Fe2O3，其中SO2在标准状况下为13.44L。试求：‎ ‎（1）样品中硫元素与铁元素的物质的量之比。‎ ‎（2）样品化合物的成分是什么？‎ ‎（3）样品中化合物的物质的量为多少？‎ 解析：（1）n（SO2）＝＝0.6mol，41.6 g样品中含铁的质量为 m（Fe）＝‎41.6g－0.6mol×‎32g·mol－1＝‎22.4g，n（Fe）＝＝0.4mol，‎ n（S）∶n（Fe）＝0.6mol∶0.4mol＝3∶2。‎ ‎（2）因1∶1＜3∶2＜2∶1，故该样品为FeS和FeS2的混合物。‎ ‎（3）设FeS、FeS2的物质的量分别为x、y，则有 答案：（1）3∶2 （2）FeS和FeS2 （3）FeS为0.2 mol，FeS2为0.2 mol