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第5課時　點點突破——氧、硫及其重要化合物 知識點一　O3和H2O2的性質及應用 1．臭氧 (1)組成：臭氧的分子式為O3，與 O2互為同素異形體。 (2)化學性質 不穩(wěn)定性 O3不穩(wěn)定，容易分解，反應的化學方程式為2O3===3O2，在放電條件下空氣中的O2可以轉化為O3，反應的化學方程式為 3O22O3 強氧化性 O3容易使淀粉KI溶液變藍色，反應的化學方程式為 2KI＋O3＋H2O===I2＋2KOH＋O2 漂白性 O3因其強氧化性能使有色物質褪色，可用作殺菌消毒劑 (3)用途：①可用作脫色劑和消毒劑；②臭氧層可以吸收來自太陽的紫外線，是人類和其他生物的保護傘。 2．過氧化氫(雙氧水) (1)結構 電子式： ，結構式：H—O—O—H。 (2)化學性質 不穩(wěn)定性 加熱、光照或加催化劑都能加快其分解： 2H2O22H2O＋O2↑，因此H2O2應保存在棕色瓶中并放置在陰涼處 弱酸性 相當于二元弱酸 H2O2H＋＋HO，HOH＋＋O 強氧化性 ①工業(yè)上用10%的H2O2作為漂白劑，在醫(yī)療上用3%的H2O2作為消毒殺菌劑； ②氧化Fe2＋、SO等還原性物質： H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O， H2O2＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O； ③使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍： H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O 弱還原性 H2O2中－1價的氧遇強氧化劑可失去電子轉化成0價氧而被氧化。 2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O [提醒]?、俪齅nO2外，Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Cr3＋等也均能催化H2O2的分解；H2O2在堿性環(huán)境中的分解遠比在酸性環(huán)境中的快。 ②H2O2作氧化劑時，其還原產物一般為水，不引入雜質且對環(huán)境無污染，因而又稱為綠色氧化劑，常用于除去具有還原性的雜質離子。 3．氧族元素 (1)氧族元素概況 包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)五種元素。常溫下，單質除氧為氣體外，其余均為固體，氧、硫、硒為典型的非金屬元素，碲為類金屬，釙為金屬。 (2)相似性和遞變性 原子結構 最外層都有6個電子，在化學反應中可顯－2、＋4、＋6價(氧無最高正價除外) 化學性質 氫化物 氧、硫、硒的單質可直接與氫氣化合生成氫化物：2H2＋O22H2O、H2＋SH2S 碲不能直接與氫氣化合，只能通過其他反應間接制取碲化氫 氧化物 硫、硒、碲均有二氧化物、三氧化物，且均是酸酐 能與大多數金屬直接化合 如：Fe＋SFeS、2Cu＋SCu2S、 3Fe＋2O2Fe3O4、2Cu＋O22CuO [提醒]?、俪齂＋、Na＋外，一般的金屬硫化物難溶于水，如：FeS、ZnS、CuS等。 ②金屬硫化物在空氣中灼燒，生成金屬氧化物和SO2，如：2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。 [對點訓練] 1．下列有關雙氧水說法錯誤的是(　　) A．H2O2、Na2O2都屬于過氧化物，都存在共價鍵 B．雙氧水是綠色氧化劑，可作醫(yī)療消毒劑 C．H2O2在過氧化氫酶的催化下，溫度越高，分解速率越快 D．H2O2作漂白劑是利用其氧化性，漂白原理與HClO類似，與SO2不同 解析：選C　酶在過高的溫度下會失去活性，故C項錯誤。 2．如圖為大氣平流層中臭氧層被破壞的一個流程圖，下列說法不正確的是(　　) A．O3轉化為O2是物理變化 B．反應①中破壞的化學鍵為共價鍵 C．反應②可表示為O3＋Cl===ClO＋O2 D．少量的Cl能破壞大量的O3 解析：選A　O3轉化為O2是同素異形體間的轉化，屬于化學變化，A錯誤；反應①是ClO＋O===O2＋Cl中破壞的化學鍵ClO為共價鍵，B正確；結合圖示分析反應②是臭氧和氯原子反應生成ClO和氧氣，C正確；由圖分析可知氯原子會和臭氧反應破壞臭氧分子結構，氯原子在反應中做催化劑，少量的Cl能破壞大量的O3，D正確。 知識點二　硫及其氧化物的性質 1．自然界中的硫 (1)物理性質 俗稱 顏色狀態(tài) 溶解性 硫黃 色晶體 不溶于水 微溶于酒精 易溶于CS2 (2)化學性質 H2 O2 ①與金屬反應表現氧化性 ②與非金屬反應 ③與強氧化劑反應(如濃硫酸)：S＋2H2SO4(濃)3SO2↑＋2H2O，表現還原性。 ④與NaOH溶液反應：3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，表現氧化性和還原性。 [提醒]?、倭蚺c變價金屬反應時，生成低價態(tài)金屬硫化物(如Cu2S、FeS)。 ②汞蒸氣有毒，實驗室里不慎灑落一些汞，可撒上硫粉進行處理。 2．二氧化硫(SO2) (1)物理性質 二氧化硫是無色、有刺激性氣味的有毒氣體，是大氣污染物之一；易溶于水，通常狀況下，1體積水溶解約40體積SO2。 (2)化學性質 按要求完成下列方程式： ① ②氧化性(如與H2S溶液反應)： SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O ③ ④漂白性：可使品紅溶液等有機色質褪色，生成不穩(wěn)定的化合物。 [提醒]?、俟I(yè)上可利用SO2來漂白紙漿、毛、絲、草帽辮等，但不能用于食品的增白。SO2還用于殺菌、消毒等，可用作干果的防腐劑。 ②SO2不能漂白紫色石蕊溶液，紫色石蕊溶液中通入SO2變紅色。 (3)實驗室制法 ①固體Na2SO3與較濃H2SO4反應 Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O； ②銅與濃H2SO4混合加熱 Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 (4)SO2對大氣的污染與防治 來源 化石燃料的燃燒及含硫礦石的冶煉 危害 污染大氣，危害人體健康，形成酸雨 防治 開發(fā)新能源、燃煤除硫、處理工業(yè)廢氣 (5)SO2和CO2的鑒別 試劑 現象及結論 原理(化學方程式) 品紅溶液 使品紅溶液褪色的是SO2；不能使品紅溶液褪色的是CO2 —— KMnO4溶液 使紫色褪去的是SO2，無明顯現象的是CO2 2KMnO4＋5SO2＋2H2O===K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4 溴水 使橙色褪去的是SO2，無明顯現象的是CO2 Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液 產生白色沉淀的是SO2，無明顯現象的是CO2 3SO2＋2HNO3＋2H2O===3H2SO4＋2NO↑ Ba(NO3)2＋H2SO4===BaSO4↓ ＋2HNO3 FeCl3溶液 使棕黃色變?yōu)闇\綠色的是SO2，無明顯現象的是CO2 2FeCl3＋SO2＋2H2O===FeCl2＋FeSO4＋4HCl 澄清石灰水 不能用澄清石灰水鑒別SO2和CO2，原因是二者都能使澄清石灰水變渾濁 3．漂白性物質分類匯總 漂白 原理 漂白劑 有效 成分 漂白 原理 變化 類別 漂白 特點 適用范圍 吸附 作用型 活性炭 活性炭 吸附 漂白 物理 變化 物理 漂白 一般用于溶 液中的漂白 強氧 化劑型 (不可 逆) Cl2 HClO 利用 HClO 的強氧 化性進 行漂白 化學 變化 氧化還原漂白，不可逆 可以漂白所有有機色質 次氯 酸鹽 HClO Na2O2 H2O2 利用 H2O2 的氧化 性進行 漂白 化學 變化 氧化還原漂白，不可逆 可以漂白所有有機色質 H2O2 加合 反應型 (可逆) SO2 SO2 SO2與有 色物質 化合生 成不穩(wěn) 定的無 色物質 化學 變化 非氧化還原漂白，可逆 具有選擇性，如品紅、棉、麻、草等 4．三氧化硫(SO3) (1)物理性質 熔點16.8 ℃，沸點44.8 ℃，在常溫下為態(tài)，在標準狀況下為態(tài)。 (2)化學性質 反應 化學方程式 與水反應 SO3＋H2O===H2SO4(放出大量的熱) 與氧化鈣反應 SO3＋CaO===CaSO4 與氫氧化鈉反應 SO3＋2NaOH===Na2SO4＋H2O [對點訓練] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)硫在空氣中燃燒生成SO2，在純氧中燃燒生成SO3() (2)試管內壁上附著的硫黃可用熱的堿液清洗(√) (3)SO2可廣泛應用于食品漂白() (4)將SO2通入BaCl2溶液，能產生白色的BaSO3沉淀() (5)SO2和Cl2等物質的量混合后通入裝有濕潤的有色布條的集氣瓶中，漂白效果更好() (6)SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2都能使紅墨水褪色，其原理相同() (7)因為SO2具有漂白性，所以它能使品紅溶液、酸性高錳酸鉀溶液、石蕊溶液褪色() 2．(2018浙江4月選考)下列反應中能產生二氧化硫的是(　　) A．氧化銅和稀硫酸反應　　　 B．亞硫酸鈉和氧氣反應 C．三氧化硫和水反應 D．銅和熱的濃硫酸反應 解析：選D　A項中發(fā)生反應：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，不符合題意；B項中發(fā)生反應：2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，不符合題意；C項中發(fā)生反應：SO3＋H2O===H2SO4，不符合題意；D項中發(fā)生反應：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，有SO2產生，符合題意。 3．(2017海南高考)分別將足量下列氣體通入稀Na2S溶液中，可以使溶液變渾濁的是(　　) A．CO　　　　　　　　　 B．SO2 C．HCl D．CO2 解析：選B　CO不與Na2S發(fā)生反應，因此沒有沉淀產生，故A錯誤；SO2具有弱氧化性，與Na2S發(fā)生氧化還原反應且有沉淀S單質生成，即SO2＋2S2－＋4H＋===3S↓＋2H2O，故B正確；利用強酸制弱酸原理，HCl與Na2S發(fā)生反應2H＋＋S2－===H2S，沒有沉淀產生，故C錯誤；CO2通入稀Na2S溶液中，不產生沉淀，故D錯誤。 4.如圖表示某固態(tài)單質A及其化合物之間的轉化關系(某些產物和反應條件已略去)。化合物B在常溫常壓下為氣體，B和C的相對分子質量之比為4∶5，化合物D是重要的工業(yè)原料。 (1)寫出A在加熱條件下與H2反應的化學方程式： ________________________________________________________________________。 (2)寫出E和A的氫化物反應生成A的化學方程式： ________________________________________________________________________。 (3)將5 mL 0.10 molL－1的E溶液與10 mL 0.10 molL－1的NaOH溶液混合。 ①寫出反應的離子方程式：_____________________________________________； ②反應后溶液的pH________7(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是____________ ________________________________________________________________________。 解析：能在空氣中反應生成氣體的單質，應該為非金屬單質，常見的為C、S，結合B、C的相對分子質量之比為4∶5和D為重要的化工原料，可推知：A為S，B為SO2，C為SO3，D為H2SO4，E為H2SO3。(3)將5 mL 0.10 molL－1的E(H2SO3)溶液與10 mL 0.10 molL－1的NaOH溶液混合，兩者恰好完全反應，所得溶液為Na2SO3溶液，由于SO＋H2OHSO＋OH－，所以溶液顯堿性。 答案：(1)S＋H2H2S　(2)H2SO3＋2H2S===3S↓＋3H2O　(3)①H2SO3＋2OH－===SO＋2H2O?、诖笥凇a2SO3是強堿弱酸鹽，水解后溶液顯堿性 知識點三　硫酸　硫酸鹽 1．硫酸的物理性質 (1)純硫酸是一種無色油狀液體，沸點，難揮發(fā)。 (2)溶解性：濃H2SO4與水以任意比互溶，溶解時可放出大量的熱。 (3)濃硫酸的稀釋方法： 將濃硫酸沿器壁慢慢注入中，并用玻璃棒不斷攪拌。 2．稀H2SO4具有酸的通性 硫酸是強電解質，在水溶液中的電離方程式為H2SO4===2H＋＋SO ，能與指示劑、金屬、堿性氧化物、堿、鹽等物質發(fā)生反應。 3．濃H2SO4的特性 (1)填寫下表 實驗 實驗現象 濃硫酸的特性 少量膽礬加入濃硫酸中 藍色固體變成白色 吸水性 用玻璃棒蘸取濃硫酸點在濾紙上 沾有濃H2SO4的濾紙變 脫水性 將銅片加入盛有濃硫酸的試管中加熱 銅片逐漸溶解，產生無色刺激性氣味的氣體 強氧化性 (2)分別寫出濃硫酸與Cu、C反應的化學方程式： Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O、 C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 (3)常溫下，鐵、鋁遇濃H2SO4鈍化,可用鋁(或鐵)槽車運輸濃硫酸。 [提醒]　①H2SO4是高沸點、難揮發(fā)性的強酸，利用這一性質可以制取HCl和HF：H2SO4(濃)＋NaClNaHSO4＋HCl↑，CaF2＋H2SO4===CaSO4＋2HF↑。 ②由“量變”引起的“質變”：金屬(如Cu、Zn等)與濃H2SO4反應時，要注意H2SO4濃度對反應產物的影響。開始階段產生SO2氣體，隨著反應的進行，H2SO4的濃度變小，最后變?yōu)橄2SO4，Cu與稀H2SO4不反應，Zn與稀H2SO4反應生成H2而不是SO2。 4．硫酸的工業(yè)制備 (1)工藝流程 [提醒]　工業(yè)上用98%的硫酸吸收SO3，可以避免用水吸收SO3產生的酸霧腐蝕設備，并且可以提高吸收率。 (2)反應原理 ①燃燒硫鐵礦(FeS2)或硫制備SO2： 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2或S＋O2SO2。 ②SO2轉化為SO3：2SO2＋O22SO3。 ③SO3吸收生成H2SO4：SO3＋H2O===H2SO4。 5．SO、SO的檢驗 (1)SO的檢驗 ①向溶液中加入鹽酸，將產生的氣體通入品紅溶液中，紅色褪去，發(fā)生的離子反應為SO＋2H＋===H2O＋SO2↑。 ②加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，然后加入鹽酸，沉淀溶解并產生具有刺激性氣味的氣體，發(fā)生反應的離子方程式為SO＋Ba2＋===BaSO3↓，BaSO3＋2H＋===Ba2＋＋SO2↑＋H2O。 (2)SO的檢驗 ①檢驗方法 檢驗SO的正確操作方法：被檢液加足量鹽酸酸化,取清液有無白色沉淀產生(判斷有無SO) ②檢驗誤區(qū) 誤區(qū)1 只加可溶性鋇鹽、而不先加鹽酸酸化 將導致CO、PO、SO等干擾離子判斷成SO。因上述離子會產生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀 誤區(qū)2 誤將Ag＋判斷成SO 如向待測液中滴加BaCl2溶液，再加稀鹽酸有白色沉淀便斷定含SO。其錯誤是未注意溶液中不含SO，而含Ag＋時也會產生同樣的現象：Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色) 誤區(qū)3 誤將SO判斷成SO 如先用稀硝酸酸化，再加入BaCl2溶液或向待測液中滴加用稀鹽酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀，便誤以為有SO。該錯誤是未注意NO在酸性環(huán)境中具有強氧化性，將SO氧化成SO而產生干擾 6．重要的硫酸鹽 化學式 俗名 顏色 主要性質 用途 2CaSO4H2O 熟石膏 白色 2CaSO4H2O＋3H2O===2(CaSO42H2O) 塑像、模型、粉筆、醫(yī)療繃帶等 CaSO42H2O 生石膏 白色 2(CaSO42H2O) 3H2O＋2CaSO4H2O 水泥添加劑 FeSO47H2O 綠礬 淺綠色 暴露在空氣中被氧化為三價鐵鹽 用于配制藍黑墨水，補血劑 CuSO45H2O 膽礬、藍礬 藍色 CuSO45H2OCuSO4(白)＋5H2O 配制波爾多液，鍍銅液 Na2SO410H2O 芒硝 白色 — 造紙，制緩瀉劑、合成洗滌劑 KAl(SO4)212H2O 明礬 白色 — 凈水劑 [對點訓練] 1．(2019鄆城一中月考)宋代《圖經本草》中有記載：“取此一物，置于鐵板上，聚炭封之。囊袋吹令火熾，其礬即沸流出，色赤如融金汁者，是其也?？捶卸ㄖM，去火待冷，取出按為末，色似黃丹?！蔽闹小暗\”的化學式是(　　) A．ZnSO47H2O　　　　　 B．FeSO47H2O C．KAl(SO4)212H2O D．CaSO42H2O 解析：選B　由題給信息知，文中的“礬”為FeSO47H2O，B正確。 2．下列關于硫酸的敘述中，正確的是(　　) A．濃硫酸具有脫水性，因而能使蔗糖炭化 B．濃硫酸有強氧化性，不可貯存在鋁、鐵容器中 C．濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氨氣、氫氣等氣體 D．稀釋濃硫酸時，應將水沿著器壁慢慢加入到濃硫酸中，并用玻璃棒不斷攪拌 解析：選A　使蔗糖炭化，表現濃硫酸的脫水性，A正確；濃硫酸雖具有強氧化性，但可與鋁、鐵在常溫下發(fā)生鈍化反應，在表面生成一層致密的氧化膜，故可貯存在鋁、鐵容器中，B錯誤；濃硫酸與氨氣反應，不能用于干燥氨氣，C錯誤；濃硫酸密度比水大，稀釋濃硫酸時，應防止酸液飛濺，應將濃硫酸沿著器壁慢慢加入到水中，并用玻璃棒不斷攪拌，D錯誤。 3．在某溶液中加入BaCl2溶液，生成白色沉淀，加入稀硝酸，沉淀不溶解，則下列關于該溶液所含離子的推斷中正確的是(　　) A．一定含有SO B．含有SO和Ag＋ C．可能含有SO、Ag＋、SO中的一種或兩種 D．可能含有SO或CO 解析：選C　A項錯誤，C項正確，不能排除Ag＋、SO的干擾；B項錯誤，因為溶液中SO與Ag＋反應不能大量共存；D項錯誤，由“加入稀硝酸，沉淀不溶解”可以判斷不可能含有CO。 4．用硫及其化合物制硫酸有下列三種反應途徑，某些反應條件和產物已省略。下列有關說法不正確的是(　　) 途徑①：SH2SO4 途徑②：SSO2SO3H2SO4 途徑③：FeS2SO2SO3H2SO4 A．途徑①的反應中體現了濃HNO3的強氧化性 B．途徑②、③的第二步反應在實際生產中可以通過增大O2的濃度來降低成本 C．由途徑①、②、③分別制取1 mol H2SO4，理論上各消耗1 mol S，各轉移6 mol e－ D．途徑②、③比途徑①污染相對小且原子利用率高，更能體現“綠色化學”的理論 解析：選C　途徑①屬于濃硝酸和非金屬單質的反應，表現了濃硝酸的強氧化性，A項正確；途徑②、③的第二步反應為可逆反應，通過增大O2的濃度來提高SO2的轉化率，降低成本，B項正確；由途徑①、②分別制取1 mol H2SO4，理論上各消耗1 mol S，各轉移6 mol e－，而途徑③轉移7 mol e－，C項錯誤。 5．(1)用過量的鋅與濃H2SO4反應，某同學認為除了生成SO2外，還有H2產生，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)用過量銅片與含0.2 mol H2SO4的濃H2SO4共熱足夠長時間(只考慮銅與濃H2SO4反應，忽略其他副反應)，甲認為產生的SO2少于0.1 mol，理由是______________________ ________________________________________________________________________； 而乙同學認為產生的SO2為0.1 mol，理由是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)實驗證明在低溫下銅不能與O2反應，也不能與稀H2SO4共熱發(fā)生反應，但工業(yè)上卻是將廢銅屑倒入熱的稀H2SO4中并通入空氣來制備CuSO4溶液的。銅屑在此狀態(tài)下被溶解的化學方程式為______________________________________________________________。 利用銅制備CuSO4的另一種方法為_____________________________________ (用化學方程式表示)。以上兩種方法____________________________________(填“前”或“后”)者較好，原因是______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：濃H2SO4與金屬反應時，隨著反應的進行，H2SO4的量不斷減少，硫酸由濃變稀，稀H2SO4可與鋅反應產生氫氣，但稀H2SO4不與銅反應。在稀H2SO4存在的條件下，Cu與O2在加熱條件下反應生成堿性氧化物CuO，并迅速溶解在熱的稀H2SO4中生成CuSO4。 答案：(1)Zn過量，隨著反應的進行，濃H2SO4變稀，稀H2SO4可與Zn反應產生H2 (2)由反應Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，若0.2 mol H2SO4全部反應可生成0.1 mol SO2，但隨著反應的進行，濃H2SO4變稀，而稀H2SO4與銅不反應　加熱時間足夠長，水比硫酸易揮發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，直至與銅完全反應 (3)2Cu＋2H2SO4(稀)＋O22CuSO4＋2H2O Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　前 若制得1 mol CuSO4，第一種方法只需1 mol H2SO4，而第二種方法則要用2 mol H2SO4，而且生成的SO2會造成大氣污染