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高新一中高一化学竞赛元素化合物第五讲氧族


高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族元素
考点解读 1.了解硫及其重要化合物的主要性质及在生产中的应用。 2.认识硫及其重要化合物对生态环境的影响。 3.了解氧及其重要化合物的主要性质及在生产中的应用。 知识体系

1.掌握常见物质的俗名、组成、用途,防止张冠李戴。 本章中出现的物质俗名比较多,

有些名称之间又特别容易混淆,如冰晶石(六氟铝酸 钠 Na3AlF6)和重晶石、芒硝(十水合硫酸钠 Na2SO4· 10H2O)和硝石硝酸钾(KNO3) 、大 苏打(Na2S2O3· 5H2O)和苏打(Na2CO3)或小苏打(NaHCO3)等,还有名目繁多的矾盐,
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 红矾:K2Cr2O7· 5H2O;铵铁矾(NH4)2SO4· Fe2(SO4)3· 24H2O 或 NH4Fe(SO4)2· 12H2O。注意及 时归纳和比较。 2.二氧化硫和氯气的漂白性 SO2 和 Cl2 虽都有漂白性,但漂白原理和现象有不同特点。氯气的漂白原理是由于溶 于水生成次氯酸的具有强氧化性,将有色物质氧化成无色物质,褪色后不能恢复原来的颜 色。 而 SO2 是由于它溶于水生成的亚硫酸与有色物质直接结合, 形成不稳定的无色化合物, 褪色后在一定的条件下又能恢复原来的颜色。如:
通入 SO2

褪色 褪色

加热至沸

红色 紫色石蕊 不显红色

通入 SO2

很快变成红色 立即变红随即变为无色

品红溶液
通入 Cl2 加 热 至 沸

通入 Cl2

3.浓硫酸的吸水性和脱水性的区别 吸水性 浓硫酸所具有的吸收游离水的性能。游离 水包括空气中的水蒸气及物质中的湿存 水。浓硫酸之所以能吸收水,是因它能和 涵义 水 结 合 成 稳 定 的 水 合 物 : H2SO4+nH2O=H2SO4.nH2O(水合物在低温 时可析出晶体) 。 应用 在工厂和实验室是一种理想的干燥剂 注意 不能干燥 HI、HBr、H2S、NH3 等

脱水性 浓硫酸将许多有机物(特别是糖类) 中的 H、O 原子按照水分子中 H、O 原子个数比夺取出来的性质。 通常讲的浓硫酸腐蚀性即脱水性。

实验室制 CO、CH2=CH2 浓硫酸使有机物脱水,不一定都有 碳游离出来。

4.氧化性酸与酸的氧化性的区别 酸根部分易得电子——有氧化性——氧化性酸 酸的氧化性应包括 H+的氧化性(酸所共有的)与酸根的氧化性(氧化性酸的特点) 两种类型 基础过关

第 1 课时 硫及其化合物
一、硫及其重要化合物的主要性质及用途 1.硫 (1)物理性质:硫为淡黄色固体;不溶于水,微溶于酒精,易溶于 CS2(用于洗去试 管壁上的硫) ;硫有多种同素异形体:如斜方硫、单斜硫、弹性硫等。 同素异形体之间的转化一般属于化学变化, 如 O2 和 O3、 白磷与红磷、 金刚石与石墨之间的转化等均属于化学变化; 但斜方硫与单斜硫之间的转 化(S8 的组成及硫原子之间的化学键均未变化,只是 S8 分子在晶体里的 排列方式不同)却属于物理变化。 (2)化学性质:硫原子最外层 6 个电子,较易得电子,表现较强的氧化性。 ① 与金属反应(与变价金属反应,一般是金属氧化成低价态) 2Na+S Na2S (剧烈反应并发生爆炸) 3S+2Al Al2S3(制取 Al2S3 的唯一途径) S+Fe FeS(黑色) S+2Cu Cu2S(黑色) S+Zn ZnS 2Ag + S= Ag2S Hg + S = HgS(除去洒落在地的汞珠。朱砂,大红色) ② 与非金属反应
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 S+O2 SO2 S+H2 ③ 与化合物的反应 H2S(硫化氢不稳定) 2S+C CS2

2KNO 3 + S + 3C K2 S + N 2 ↑+ 3CO 2 ↑ S+6HNO3(浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O S+H2SO4(浓) 3SO2↑+2H2O 3S+6NaOH 2Na2S+Na2SO3+3H2O (用热碱溶液清洗硫) (3)用途:大量用于制造硫酸、硫化天然橡胶,也用于制药和黑火药。 2.硫的氢化物 (1)分子组成和结构: 硫化氢分子是由一个硫原子和两个氢原子,通过极性共价键结合成折线型的极性分 子;固态时为分子晶体。 (2)物理性质: 硫化氢是无色、带有腐蛋气味、剧毒的气体,密度比空气略大,可溶于水(常温下 1∶ 2.6) ,其水溶液叫氢硫酸。 (3)化学性质: ①热不稳定性:300℃以上易受热分解 ②H2S 的水溶液叫氢硫酸,是二元弱酸 NH3+H2S=NH4HS 2NH3+H2S==(NH4)2S NaOH+H2S(足)=NaHS+H2O OH–+H2S=HS–+H2O 2NaOH+H2S(少量)=Na2S+2H2O 2OH–+H2S=S2–+2H2O H2S+CuCl2=CuS↓+2HCl (弱酸制强酸的典型反应) H2S+Cu2+=CuS↓+2H+ + H2S+2AgNO3=Ag2S↓+2HNO3 H2S+2Ag =Ag2S↓+2H+ H2S+HgCl2=HgS↓+2HCl H2S+Hg2+=HgS↓+2H+ H2S+Pb(NO3)2=PbS↓+2HNO3 (铅试纸检验空气中 H2S) H2S+2Ag=Ag2S+H2↑(银器在空气中变黑的原因) 2H2S+O2(少量)=2S↓+2H2O ③强还原性:常见氧化剂 Cl2、Br2、Fe3+、HNO3、KMnO4 等,甚至 SO2 均可将 H2S 氧化。 可燃性:2H2S+3O2(足量) 2SO2+2H2O 当 nH2S / nO2 ≥2/1 时,2H2S+O2 当 nH2S / nO2 ≤2/3 时,2H2S+3O2 当 2H2S+O2(少量) 2S+2H2O 2S+2H2O(H2S 过量) 2SO2+2H2O(O2 过量)

2 nH 2S ? ? 2 时,两种反应物全部反应完,而产物既有硫又有 SO2 3 nO2

H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2↑+2H2O H2S+Cl2=S↓+2HCl 2H2S+SO2=3S↓+2H2O + – 3H2S+2HNO3(稀)=3S↓+2NO↑+4H2O 3H2S+2H +2NO3 =3S↓+2NO↑+4H2O 5H2S+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5S↓+8H2O 3H2S+K2Cr2O7+4H2SO4=Cr2(SO4)3+K2SO4+3S↓+7H2O H2S+4Na2O2+2H2O=Na2SO4+6NaOH 2FeCl3+H2S=2FeCl2+2HCl+S↓ (3)实验室制法 FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S↑(不能用浓 H2SO4 或硝酸,因为 H2S 具有强还原性) FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑ 硫化氢检验: ①硫化氢气体遇湿润的醋酸铅试纸,使之变为黑色,其原因是 Pb(Ac)2 ( 醋酸铅 ) + H2S=PbS↓+2HAc,有黑色 PbS 沉淀生成。
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 ②将硫化氢气体通入CuSO4溶液中或AgNO3溶液中,生成黑色沉淀物CuS或Ag2S,其 离子方程式为Cu +H2S=CuS↓+2H 、2Ag +H2S=Ag2S↓+2H 。 3.硫的氧化物 (1)二氧化硫: ① SO2 是无色而有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,容易液化,易溶于水(常 温下 1:40) 。折线型的极性分子。二氧化硫为大气的主要污染物之一。 ② SO2 是酸性氧化物 能跟水反应生成亚硫酸,亚硫酸是中强酸,很不稳定。SO2+H2O H2SO3(二氧化 硫的水溶液使紫色石蕊试液变红) 能和碱反应生成盐和水:2NaOH+SO2(少量)=Na2SO3+H2O OH–+SO2=SO32–+H2O NaOH+SO2(足)=NaHSO3 OH-+SO2(足)=HSO3– SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O (不能用澄清石灰水鉴别 SO2 和 CO2.可用品红鉴别) SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 SO2+NH3+H2O=NH4HSO3 与盐反应: SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3 Na2CO3+H2O+2SO2=2NaHSO3+CO2↑ Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 NaHCO3+SO2=NaHSO3+CO2 (CO2 中的 SO2 可能用 NaHCO3 洗气) 2NaHCO3+SO2=Na2SO3+2CO2+H2O SO2 与 CO2 的相互鉴别 鉴别 SO2 气体的常用方法是用品红溶液,看能否使其褪色,有时还需再加热看能否再 复原。 鉴别 CO2 气体的常用方法是用澄清石灰水,看能否使其变浑浊,足量时再变澄清。 当混有 CO2 时,不会影响 SO2 的鉴别; 当混有 SO2 时会干扰 CO2 的鉴别,应先除去 SO2 后再用澄清石灰水鉴别 CO2 气体。 除去 CO2 中的 SO2,常用方法是使混合气体先通过足量溴水或酸性 KMnO4 溶液或饱 和 NaHCO3 溶液(吸收 SO2),再通过品红溶液或高锰酸钾溶液(检验 SO2 是否被除尽)。 ③ SO2 有强还原性 常见氧化剂均可与 SO2 发生氧化一还原反应 SO2 使溴水和高锰酸钾溶液褪色 SO2+Br2+2H 2O= H2SO4+2HBr SO2 + Cl2 +2H2O = H2SO4 + 2HCl 5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 2SO2+O2 加热 2SO3 SO2+NO2=SO3+NO SO2+Na2O2=Na2SO4 2SO2+Ca(ClO)2=CaSO4+H2SO4 + 2HCl SO2+Ba(NO3)2→BaSO4↓ ④ SO2 也有一定的氧化性 2H2S+SO2=3S↓+2H2O,SO2 气体通过氢硫酸,溶液变浑浊, 有淡黄色不溶物出现。2Na2S+3SO2 =3S↓+2Na2SO3 ⑤ SO2 具有漂白性,能跟有色有机化合物生成无色物质(可逆、非氧化还原反应) 漂白性的比较 具有漂白性的物质 SO2 物质 HClO、O3、H2O2 、Na2O2 木炭 与 有 色 物 质 结 合 生 成 将有色物质的分子 原理 将有色物质氧化分解 无色物质 吸附在其表面 实质 氧化还原反应 非氧化还原反应 物理吸附 效果 永久性 暂时性 暂时性 范围 可漂白大多数有色物质,能 可漂白某些有色物质, 可吸附某些有色物
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催化剂
2+ + + +

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 使紫色石蕊褪色 不能使石蕊试液褪色 把 Cl2 和 SO2 混合用于漂白,能否增强漂白效果?为什么? 〖答案〗不能,SO2+Cl2+2H2O= H2SO4+2HCl ⑥ 制法 工业制法:
点燃

质的分子

a,硫磺燃烧法 S+O2 SO2 b,煅烧硫铁矿法 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 实验室制法:Na2SO3(s)+ H2SO4(浓) = Na2SO3 + H2O +SO2↑ 实验中常使用溶质的质量分数为 60% 左右的硫 酸,也可用浓硫酸。 不能用很稀的硫酸,因为 SO2 在水中的溶解度较 大,常温常压下 1 体积水能溶解 40 体积的 SO2。 ⑦ 、二氧化硫的污染:pH 小于 5.6 的雨水,称之 为酸雨。 (2)三氧化硫:平面三角型的非极性分子;固态 时为分子晶体。SO3熔点是16.80C,沸点44.8℃ ,常温 下为无色液体,标准状况下为无色晶体,高温下为无 色气体。具有酸性氧化物的通性,易溶于水,遇水剧烈反应生成硫酸并放出大量的热,故 用 98 % H2SO4 来吸收 SO3 。 SO3+H2O=H2SO4 。 Na2O+SO3=Na2SO4 MgO+SO3=MgSO4 SO3+2KI K2SO3+I2 (3)比较 SO2 与 CO2、SO3 SO2 主要物性 无色、有刺激性气体、易液 化易溶于水(1:40) 与水反应 SO2+H2O H2SO3 中强酸 与碱反应 Ca(OH)2 CaSO3↓
2

高温

CO2 无色、无气味气体能溶于水 (1:1) CO2+H2O H2CO3 弱酸 Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 清液 CaCO3↓ 白↓ 清液

Ca(HSO3)

SO3 无色固体.熔点 (16.8℃ ) SO3+H2O= H2SO4(强酸) SO3+Ca(OH)2 =CaSO4(微溶)

紫色石蕊 品红 鉴定存在 氧化性

白↓ 清液 变红 褪色 能使品红褪色 又能使清石灰变浑浊 SO2+2H2S=2S↓+2H2O 清液

变红 不褪色 不能使品红褪色 但能使清石灰水变浑浊 CO2+2Mg
点燃

变红 不褪色

2MgO+C

CO2+C 2CO 还原性 有 无 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 2Na2O2+2SO3 与 Na2O2 Na2O2+SO2=Na2SO4 =2NaSO4+O2↑ 作用 (4)酸雨的形成和防治 硫酸型酸雨的形成过程为:气相反应:2SO2+O2=2SO3、SO3+H2O=H2SO4;液相反应: Mn2?、Fe3?、Cu 2?、V 5? SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4。总反应: 2SO +2H 2SO2 ? 2H O? O2 ???????? 2H 2 SO4 22 2O+O 2 2H2SO4。 硝酸型酸雨的形成过程为:2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO。
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高温

SO3+2KI K2SO3+I2

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 引起硫酸型酸雨的 SO2 人为排放主要是化石燃料的燃烧、工业尾气的排放、土法炼硫 等。引起硝酸型酸雨的 NOx 人为排放主要是机动车尾气排放。 酸雨危害: ① 直接引起人的呼吸系统疾病; ② 使土壤酸化, 损坏森林; ③ 腐蚀建筑结构、 工业装备,电信电缆等。 酸雨防治与各种脱硫技术:要防治酸雨的污染,最根本的途径是减少人为的污染物排 放。因此研究煤炭中硫资源的综合开发与利用、采取排烟脱硫技术回收二氧化硫、寻找替 代能源、城市煤气化、提高燃煤效率等都是防止和治理酸雨的有效途径。目前比较成熟的 方法是各种脱硫技术的应用。 在含硫矿物燃料中加生石灰, 及时吸收燃烧过程中产生的 SO2, 这种方法称为“钙基固 硫”,其反应方程式为:SO2+CaO=CaSO3,2CaSO3+O2=2CaSO4;也可采用烟气脱硫技术, 用石灰浆液或石灰石在烟气吸收塔内循环,吸收烟气中的 SO2 ,其反应方程式为: SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O , SO2+CaCO3=CaSO3+CO2, 2CaSO3+O2=2CaSO4。在冶金工业 的烟道废气中,常混有大量的 SO2 和 CO,它们都是大气的污染物,在 773K和催化剂(铝矾 土)的作用下, 使二者反应可收回大量的硫黄,其反应原理为:SO2+2CO== S+CO2 4.硫酸 ① 稀 H2SO4 具有酸的一般通性: 活泼金属与稀 H2SO4 反应,一般速率很快;但活泼金属 Ca、Ba 与稀 H2SO4 反应时, 由于生成 CaSO4、BaSO4 沉淀物附于金属表面,致使反应速率很慢。 浓 H2SO4 具有酸的通性外还具有三大特性:
S、△

C+H2O C2H4+H2O

糖等 脱水性 C2H5OH 1700 去结晶水 胆矾 吸水性

SO2+H2O SO2+CO2+H2O Br2(I2、S)+SO2+H2O

只表现强 氧化性

C、△

HBr(HI、H2S)

浓 H2SO4

氧化性

Al(或 Fe) 钝化→运装浓 H2SO4 冷 足量 Cu、△ 足量 Zn、△

无水 CuSO4

CuSO4+SO2+H2O

兼有

作干燥剂

ZnSO4+SO2(后有 H2)+H2O 酸性

中性气体 非碱性气体

Fe2+

可干燥

Fe3++SO2+H2O

无强还原性气体

2H2SO4(浓)+C CO2↑+2SO2↑+2H2O 2H2SO4(浓)+S 3SO2↑+2H2O 在常温下,浓硫酸能使 Fe、Al、Cr 等金属产生钝化现象 6H2SO4(浓)+2Fe Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 2H2SO4(浓)+Cu CuSO4+SO2↑+2H2O H2SO4(浓)+2HBr===SO2↑+Br2+2H2O (不能用浓硫酸与 NaBr 制取 HBr) H2SO4(浓)+2HI===SO2↑+I2+2H2O (不能用浓硫酸与 NaI 制取 HI) H2SO4(浓)+CaF2 CaSO4+2HF↑ (不挥发性酸制取挥发性酸) H2SO4(浓)+NaCl NaHSO4+HCl↑ (不挥发性酸制取挥发性酸) H2SO4(浓)+2NaCl Na2SO4+2HCl↑ (不挥发性酸制取挥发性酸) H2SO4(浓)+NaNO3 NaHSO4+HNO3↑ (不挥发性酸制取挥发性酸) 3H2SO4(浓)+Ca3(PO4)2 3CaSO4+2H3PO4 (强酸制弱酸酸) 2H2SO4(浓)+Ca3(PO4)2 2CaSO4+Ca(H2PO4)2 (工业制磷肥) + - 222② SO4 的鉴定(干扰离子可能有:CO3 、SO3 、SiO32-、Ag 、PO43 等) :
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 待测液 澄清液 白色沉淀(说明待测液中含有 SO42-离子)

2 ? ?? 现象(产生白色沉淀) ?????? 现象(沉淀不消失) a、 X ???? + 结论:可能含有 SO42-、Ag 、Hg22+。

? BaCl 溶液

?HCl溶液

? Ba ( NO3 )2 溶液 ? HNO3溶液 ?? ? ? ? ?? 现象 b、 X ?? ? ? ? ??? 现象 (产生白色沉淀) (沉淀不消失) 22结论:可能含 SO4 、SO3 。

? Ba ( NO3 )2 溶液 HCl ?? ? ?溶液 ??? 现象(沉淀不消失) c、 X ?? ? ? ? ??? 现象(产生白色沉淀) 22结论:可能含 SO4 、SO3 。 ? HNO3溶液 ? BaCl2溶液 ?? ? ? ? ?? 现象(沉淀不消失) ? ?? 现象(产生白色沉淀) d、 X ???? + 结论:可能含 SO42-、SO32-、Ag 、Hg22+。 + 小结:在中学化学里常常先用盐酸把溶液酸化,以排除 CO32-、SO32-、Ag 等可能造 成的干扰, 再加入 BaCl2 溶液, 根据是否有白色沉淀出现来阐明原溶液中是否有 SO42-存在。 ③ 硫酸的用途:制过磷酸钙、硫酸铵、硫酸铜、硫酸亚铁、医药、炸药,用于铅蓄电 池,作干燥剂、制挥发性酸、作脱水剂和催化剂等。 5、硫酸盐 (1)酸式盐: NaHSO4、KHSO4 的水溶液显酸性,因为:NaHSO4=Na++H++SO42-,所 以,有强酸作用。2NaHSO4 + Fe == Na2SO4 + FeSO4 + H2↑、 2NaHSO4 + Na2CO3 === 2Na2SO4 + CO2↑+ H2O (2) 正盐 硫酸盐 结晶水合物的俗名 主要用途
CaSO4 CaSO4· 2H2O 生石膏 2CaSO4· H2O 熟石膏 制粉笔、模型、塑像等

Na2SO4 Na2SO4· 10H2O 芒硝 制玻璃、造纸工业 ZnSO4 ZnSO4· 7H2O 皓矾 收敛剂、防腐剂、颜料 BaSO4 ——重晶石 医疗上用作“钡餐” FeSO4 FeSO4· 7H2O 绿矾 补血剂、制蓝黑墨水 CuSO4 CuSO4· 5H2O 蓝矾、胆矾 制农药、镀铜液 KAl(SO4)2 KAl(SO4)2· 12H2O 明矾 净水剂 二、硫酸的工业制法──接触法 1.生产过程: 三阶段 SO2 制取和净化 SO2 转化为 SO3 SO3 吸收和 H2SO4 的生成 三方程 4FeS2(s)+11O2(g) = 2SO2(g)+O2(g) SO3(g)+H2O(l)= 2Fe2O3(s)+8SO2(g); 2SO3(g); H2SO4(l); △ H=-3412 kJ/mol △ H=-130.3 kJ/mol △ H=-196.6 kJ/mol 三设备 沸腾炉 接触室 吸收塔 有关 矿石粉碎,以增大矿石 逆流原理(热交换器)目 逆流原理(98.3%的浓硫酸 原理 与空气的接触面,加快 的: 冷热气体流向相 从塔顶淋下,气体由下往 反应速率 反,冷的 SO2、O2、N2 上,流向相反,充分接触, 被预热,而热的 SO3、 吸收更完全) SO2、O2、N2 被冷却
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 炉气 :SO2 、 N2 、 O2 、矿 设备中 尘 ( 除尘 ) 、砷硒化合物 排出的 (洗涤); H2O 气(干燥) 气 体 净化气:SO2、N2、O2 矿尘、杂质:易使催化 剂“中毒” 说 明 H2O 气:腐蚀设备、影 响生产 接触法制硫酸示意图: SO2、O2、N2、SO3 尾气:SO2 及 N2、O2 不能直接排入大气中

反应条件—— 理论需要: 低温、 高压、 催化剂;实际应用 : 400℃~ 500℃、常压、 催化剂

实际用 98.3%的浓硫酸吸 收 SO3,以免形成酸雾不 利于气体三氧化硫被进一 步吸收

2 4 2 2 2 2.尾气处理: 氨水?? ? ? (NH4)2SO4+ SO2↑ ?? ? ?? (NH4)2SO3 ?? NH4HSO3 三、其它 Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O S2O32-+2H+=S↓+SO2↑+H2O Al2S3+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑ 3Na2S+Al2(SO4)3+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑ (物质之间的双水解反应) 3Na2S+8HNO3(稀)=6NaNO3+2NO↑+3S+4H2O 3Na2SO3+2HNO3(稀)=3Na2SO4+2NO↑+H2O 2Na2SO3+O2=2Na2SO4 (Na2SO3 在空气中易变质) Na2SO3+S Na2S2O3 Na2S+Cl2=2NaCl+S↓(在水溶液中) S2-+Cl2=2Cl-+S↓ H2SO3 H2O+SO2↑ (在加热或酸性条件下分解) 2H2SO3+O2==2H2SO4 H2S2O3 H2O+S↓+SO2↑(在加热或酸性条件下分解) H2SO3+X2+H2O=H2SO4+2HX (X 表示 Cl2,Br2,I2) H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O 5H2SO3+2KMnO4=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4+3H2O H2SO3+2FeCl3+H2O=H2SO4+2FeCl2+2HCl 四、有关计算 1.物质纯度、转化率、产率的计算 (1)物质纯度(%)=不纯物质中含纯物质的质量÷ 不纯物质的总质量× 100% (2)原料利用率(%)=实际参加反应的原料量÷ 投入原料总量× 100% (3)产率(%)=实际产量÷ 理论产量× 100%

SO ( 含N ,O 等)

H SO

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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 (4)化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率 2.多步反应计算 (1)关系式法:先写出多步反应的化学方程式,然后找出反应物和生成物之间物质 的量(或质量)之比,列出关系式,即可一步计算。 (2)元素守衡法:找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系 的简便方法,就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系,如:FeS2~2H2SO4, S~H2SO4。 若已知(欲求)FeS2 含量,用前面的关系式,若已知(欲求)S 的含量,用后一关系 式,且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物 FeS2(或 S)进行计算。 典型例题 【例 1】 (2010 全国卷 1)下列叙述正确的是 A.Li 在氧气中燃烧主要生成 Li2O2 B.将 SO2 通入 BaCl2 溶液可生成 BaSO3 沉淀 C.将 CO2 通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸 D.将 NH3 通入热的 CuSO4 溶液中能使 Cu2+还原成 Cu 【解析】A 错误,因为 Li 在空气中燃烧只能生成 Li2O,直接取材于第一册课本第二章 第 三 节 ; B 错 误 , 酸 性 : HCl > H2SO3 > H2CO3 所 以 通 入 后 无 BaSO3 沉 淀 , 因 为 B aSO3+2HCl=BaCl2+H2O+SO2↑ ; D 错 误 , 溶 液 中 该 反 应 难 以 发 生 , 先 是 : 2NH3+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+(NH4)2SO4,接着 Cu(OH)2 △ CuO+H20,溶液中 NH3 不能还 原 CuO 为 Cu,要还原必须是干燥的固态!C 正确,强酸制弱酸,酸性:H2CO3>HClO,反 应为:CO2+H2O+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO。 【答案】C 【例 2】 (2010 上海卷,13)下列实验过程中,始终无明显现象的是 A.NO2 通入 FeSO4 溶液中 B.CO2 通入 CaCl2 溶液中 C.NH3 通入 AlCl3 溶液中 D.SO2 通入已酸化的 Ba(NO3)2 溶液中 答案:B 解析:此题考查了常见元素化合物知识。NO2 通入后和水反应生成具有强氧化性的硝 酸,其将亚铁盐氧化为铁盐,溶液颜色由浅绿色变为黄色,排除 A;CO2 和 CaCl2 不反应, 无明显现象,符合,选 B;NH3 通入后转化为氨水,其和 AlCl3 反应生成氢氧化铝沉淀, 排除 C;SO2 通入酸化的硝酸钡中,其被氧化为硫酸,生成硫酸钡沉淀,排除 D。 易错警示:解答此题的易错点是:不能正确理解 CO2 和 CaCl2 能否反应,由于盐酸是 强酸,碳酸是弱酸,故将 CO2 通入 CaCl2 溶液中时 ,两者不能发生反应生成溶于盐酸的碳 酸钙沉淀。 【例 3】 (2010 重庆卷,8)下列叙述正确的是 A.铝制容器可盛装热的 H2SO4 B.Agl 胶体在电场中自由运 动 C.K 与水反应比 Li 与水反应剧烈 D.红磷在过量 Cl2 中燃烧生成 PCl3 【解析】本题考察物质的性质。A 项,铝与热的浓硫酸反应,错误。B 项,AgL 胶体吸附 电荷而带电,故在电场作用下做定 向移动,错误。C 项,K 比 L i 活泼,故与水反应剧烈, 正确。D 项,P 与过量的 Cl2 反应,应生成 PCl5,D 错误。答案 C 【误区警示】铝在冷、热 H 2SO4 中发生钝化,但是加热则可以发生反应,胶体自身不带 电,但是它可以吸附电荷而带电。由此警示我们,化学学习的平时学生一定要严谨,对细 小知识点要经常记忆,并且要找出关键字、词。 【例 4】 (2010 广东理综卷,33)
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 某科研小组用 MnO2 和浓盐酸制备 Cl2 时, 利用刚吸收过少量 SO2 的 NaOH 溶液对其 尾气进行吸收处理。 (1) 请完成 SO2 与过量 NaOH 溶液反应的化学方程式: SO2+2NaOH = ________________. (2)反应 Cl2+Na2SO3+2 NaOH=2NaCl+Na2SO4+H2O 中的还原剂为________________.
? (3)吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性)中肯定存在 Cl 、OH 和 SO 2 .请设计实 4
? ?

验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑 空气的 CO2 的影响) . ... ① 提出合理假设 。 假设 1: 只存在 SO32-; 假设 2: 既不存在 SO32-也不存在 ClO ; 假设 3: _____________. ② 设计实验方案,进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选 实 .. 验试剂:3moL ? L-1H2SO4、1moL ? L-1NaOH、0.01mol ? L-1KMnO4、淀粉-KI 溶液、紫色 石蕊试液. 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1 :取少量吸收液于试管中,滴加 3 moL ? L-1 H2SO4 至溶液呈酸性,然后将所得 溶液分置于 A、B 试管中. 步骤 2: 步骤 3: 解析:(1) NaOH 过量,故生成的是正盐:SO2+2NaOH =Na2SO3+H2O。 (2)S 元素的价态从+4→+6,失去电子做表现还原性,故还原剂为 Na2SO3。 (3)① 很明显,假设 3 两种离子都存在。 ② 加入硫酸的试管,若存在 SO32-、ClO-,分别生成了 H2SO3 和 HClO;在 A 试管中滴加紫 色石蕊试液, 若先变红后退色, 证明有 ClO-, 否则无; 在 B 试管中滴加 0.01mol ? L-1KMnO4 2溶液,若紫红色退去,证明有 SO3 ,否则无。 答案:(1) Na2SO3+H2O (2) Na2SO3 (3) ① SO32-、ClO-都存在 ② 实验步骤 预期现象和结论 步骤 1:取少量吸收液于试管中,滴加 3 moL ? L-1 H2SO4 至溶液呈酸性, 然后将所得溶液分置于 A、 B 试管中 步骤 2:在 A 试管中滴加紫色石蕊试液 步骤 3: 在 B 试管中滴加 0.01mol ? L-1KMnO4 溶液 若先变红后退色,证明有 ClO-,否则无 若紫红色退去,证明有 SO32-,否则无
?

【例 5】 (2010 山东卷,30) 聚合硫酸铁又称聚铁,化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-0.5n]m,广泛用于污水处理。实验室利用硫 酸厂烧渣 (主要成分为铁的氧化物及少量 FeS、 SiO2 等) 制备聚铁和绿矾 (FeSO4· 7H2O ) 过程如下:

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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族

(1)验证固体 W 焙烧后产生的气体含有 SO2 的方法是_____。 (2)实验室制 备、收集干燥的 SO2 ,所需仪器如下。装置 A 产生 SO2 ,按气流方向 连接各仪器接口,顺序为 a ? ? ? ? ?f。装置 D 的作用是_____, 装置 E 中 NaOH 溶液的作用是______。

(3)制备绿矾时,向溶液 X 中加入过量_____,充分反应后,经_______操作得到溶 液 Y,再经浓缩,结晶等步骤得到绿矾。 (4)溶液 Z 的 pH 影响聚铁中铁的质量分数,用 pH 试纸测定溶液 pH 的操作方法为 ______。若溶液 Z 的 pH 偏小,将导致聚铁中铁的质量分数偏_______。 解析:(1)检验 SO2 的方法一般是:将气体通入品红溶 液中,如品红褪色,加热后又变红。 (2) 收集干燥的 SO2,应先干燥,再收集(SO2 密度比空气的大,要从 b 口进气),最后进行 尾气处理;因为 SO2 易与 NaOH 反应,故D的作用是安全瓶,防止倒吸。 (3)因为在烧渣中加入了硫酸和足量氧气,故溶液 Y 中含有 Fe3+,故应先加入过量的铁粉, 然后过滤除去剩余的铁粉。 (4)用 pH 试纸测定溶液 pH 的操作为:将试纸放到表面皿上,用玻璃棒蘸取溶液,点到试 纸的中央,然后跟标准比色卡对比。 Fe(OH)3 的含铁量比 Fe2(SO4)3 高,若溶液 Z 的 pH 偏小,则生成的聚铁中 OH-的含量减少, SO42-的含量增多,使铁的含量减少。 答案:(1)将气体通入品红溶液中,如品红褪色,加热后又变红,证明有 SO2。 (2)d e b c;安全瓶,防止倒吸;尾气处理,防止污染 (3)铁粉 过滤 (4)将试纸放到表面皿上,用玻璃棒蘸取溶液,点到试纸的中央,然后跟标准比色 卡对比。 低 【例 6】 (2010 四川理综卷,26)短周期元素形成的常见非金属固体单质 A 与常见金属单 质 B,在加热条件下反应生成化合物 C,C 与水反应生成白色沉淀 D 和气体 E,D 既能溶 于强酸,也能溶于强碱。E 在足量空气中燃烧产生刺激性气体 G,G 在大气中能导致酸雨 的形成。E 被足量氢氧化钠溶液吸收得到无色溶液 F。溶液 F 在空气中长期放置发生反应, 生成物之一为 H。H 与过氧化钠的结构和化学性质相似,其溶液显黄色。 请回答下列问题:
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 (1)组成单质 A 的元素位于周期表中第 周期,第 族。 (2)B 与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为: 。 (3)G 与氯酸钠在酸性条件下反应可生成消毒杀菌剂二氧化氯。该反应的氧化产物 为 ,当生成 2 mol 二氧化氯时,转移电子 mol。 溶液 F 在空气中长期放置生成 H 的化学反应方程式为: 。 H 的溶液与稀硫酸反应产生的现象为 。 26. 答案: (1)三 Ⅵ A (2) 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2 ? 3H2 ? 2 ) Na2 S ? S ? Na 2S 2 (3)硫酸钠( Na2 SO4 )

(4) 4Na2 S ? O2 ? 2H2O ? 4 NaOH ? 2 Na2 S2 (或 2Na2 S ? O2 ? 2H 2O ? 4NaOH ? 2S (5)溶液由黄色变为无色,产生浅黄色沉淀和(臭鸡蛋气味的)气体 解析:本题考查的知识点有元素及其化合物的性质、物质结构、氧化还原反应相关计算。 由生成白色沉淀 D,D 既能溶于强酸,也能溶于强碱,推测 D 是 Al(OH)3,再逆推可知, B 为 Al。G 在大气中能导致酸雨的形成,可猜测 G 可能为 SO2 逆推可知:A 为 S,综合可 知 C 为 Al2S3 D 为 Al(OH)3,E 为 H2S,G 为 SO2,F 为 Na2S。 (3)SO2 与氯酸钠在酸性 2条件下反应,SO2 为还原剂,被氧化为 SO4 ,根据电子得失可以判断生成 2 mol 二氧化氯 时, 转移电子 2 mol 。 由 H 与过氧化钠的结构和化学性质相似, 其溶液显黄色。 H 为 Na2S2。 基础过关

第 2 课时 氧族元素
1.氧族元素性质的相似性和递变性 (1)相似性: ① 氧族元素原子结构最外层都为 6 个电子,均为典型非金属元素(钋 Po 除外) ② 最高正价为+6,负价为 -2 ③ 均可形成气态氢化物 H2R ④ 最高价氧化物(RO3)对应水化物均为 H2RO4,其水溶液呈酸性(氧 O 除外) (2)递变性 ① 周期表中从上到下 O→S→Se→Te,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氧化 性逐渐减弱(O2>S>Se>Te) ②O→S→Se→Te, 与 H2 化合能力逐渐减弱, 氢化物稳定性: H2O>H2S>H2Se>H2Te, 还原性增强。 ★氢化物水溶液酸性 H2S<H2Se<H2Te;沸点随相对分子质量增大而升高,但水特殊, 其沸点高于其它氢化物,原因是 H2O 分子间形成氢键。 ③ 最高价氧化物对应水化物的水溶液酸性逐渐减弱。即最高价含氧酸酸性:H2SeSO4 >H2SO4>H2TeO4 ④ 单质颜色 无色 淡黄色 灰色 银白色 单质状态 气体 固体 固体 固体 (3) 硒、碲、钋元素及其化合物的特殊性 ① 在氧族元素的单质中,硒是半导体。碲能够导电。 ② 硒元素是人体必需的一种微量元素。并且,硒元素被人们称为“抗癌大王”。 ③ 元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性一般也强;而硒的非金 属性比硫弱,但硒酸(H2SeO4)的酸性比硫酸(H2SO4)强。 ④ 在氧族元素中,只有钋为金属元素。并且,钋的原子序数最大、原子半径最大。
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 在氧族元素的单质中,钋的熔沸点最高,密度最大。 2.O2 和 O3 比较 O2 O3 颜色 无色 气态—淡蓝色 气味 无 刺激性特殊臭味 水溶性 臭氧密度比氧气的大 密度 臭氧比氧气易溶于水 氧化性 强 极强(O 3+2KI+H2O==2KOH+I2+O2) (不易氧化 Ag、Hg 等) (易氧化 Ag、Hg 等不活泼金属) 漂白性 无 有(极强氧化性—作消毒剂和脱色剂) 稳定性 > 3O2 高压放电 2O3 2O3=3O2 常温:缓慢 加热:迅速 相互关系 臭氧和氧气是氧的同素异形体 用途 液氧为高能燃料,制炸 强氧化剂、脱色剂和消毒剂。臭氧层对 药、制氧炔焰焊接或切割 人类和生物的保护 金属,医疗等 O2化学性质:具有强的氧化性 (1)与金属发生反应:2Mg+O2 2MgO 2O2(纯)+3Fe Fe3O4 2Fe+O2 2FeO (炼钢过程) 4Al+3O2===2Al2O3 (常温生成致密氧化膜保护铝,在氧气中燃烧) 4Na+O2==2Na2O (2)与非金属发生反应: C+O2(足量) 2H2+O2 CO2 2H2O 2Na+O2 2C+O2(少量) N2+O2 S+O2 2NO Na2O2 2CO 4P+5O2 P4O10(常写成 P2O5,白烟) O2+K KO2

Si(粉)+O2 SiO2 (3)与化合物反应

SO2(空气中淡蓝色火焰,氧气中明亮的蓝紫色)
催化剂

2CO+O2 2CO2 2NO+O2=2NO2 2SO2+O2 加热 2SO3 2SO2+O2+2H2O===2H2SO4 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Na2O+O2 4NH3+5O2 (4)制法: 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 2KClO3 2KCl+3O2↑ 2H2O2 2H2O+O2↑ 工业制法:从液化空气中分离出O2(蒸馏原理) 3.比较 H2O 和 H2O2 H2O H2O2(无色粘稠液体,水溶液俗称双氧水) 电子式 化学键 分子极性 稳定性
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2Na2O2
催化剂 △

2H2SO3+O2==2H2SO4

4FeS2+11O2

高温

2Fe2O3+8SO2

4NO+6H2O

2H2S+O2=2S+2H2O

2H2S+3O2=2SO2+2H2O

极性键 有 稳定 2H2O 2H2↑+O2↑

极性键和非极性键 有 不稳定 2H2O2
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2H2O+O2↑

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 氧化性 还原性 作用 典型例题 【例 1】硫酸铜在加热条件下发生分解反应,生成氧化铜、二氧化硫、三氧化硫和氧 气。请用给出的仪器、药品(如图所示)设计一个实验,测定硫酸铜在加热分解时产生的 氧气、二氧化硫、三氧化硫与参加反应的硫酸铜的物质的量的关系,并确定在该条件下硫 酸铜分解反应的化学方程式。 较弱(遇强还原剂反应) 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 较弱(遇极强氧化剂反应) 2F2+2H2O=4HF+O2 饮用、溶剂等 较强(遇还原剂反应) SO2+H2O2=H2SO4 较强(遇较强氧化剂反应) 2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2↑+8H2O 氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂等

实验测得数据和有关结果如下: ① 准确弥补量 4.80g 无水硫酸铜; ② 测出量筒中水的体 积(折算成标准状况下气体的体积)为 224mL;③ 干燥管在实验后质量增加 2.56g;④ 实验 结束时装置 F 中的溶液变为 Na2SO4 溶液(不含其它杂质) 。请回答: (1)硫酸铜加热分解产生的混合气体首先通过_____________(填序号) ,发生反应的 化学方程式为___________________________。 (2)若气流方向从左向右,分解后混合气体依次通过装置的顺序为 ____________(填 进出口序号) 。 (3)装置 D 的作用是_______________________;装置 C 的作用是_____________。 (4) 根据测得的数据, 确定该条件下硫酸铜分解反应的化学方程式: _______________。 【解析】由于 CuSO4 加热分解产生 3 种气体,为了确定分解反应方程式,必须知道 3 种气体各自的物质的量。由于 SO3、SO2 是极易或易溶于水的气体,故最终制用气排水 量气的只能是 O2。干燥管实验质量增加是吸收的 SO2(水已被浓 H2SO4 吸收) ,但需注意 SO3 与 NaHSO3 溶液反应时又产生了 SO2。 n(CuSO4)=

2.56g 4.80g =0.03mol; n(总 SO2)= = 0.04mol 64g / m ol 160g / m ol

(0.04-0.03)mol=0.01mol SO3 + 2NaHSO3==Na2SO4+2SO2+H2O △ n(g) 1mol 2mol 1mol 0.1mol 0.02mol 0.01mol n(原 SO2) =n(总 SO2)-n(生 SO2) =0.04mol-0.02mol==0.02mo l n(O2)=

0.224 L =0.01mol 22 .4 L / mol

故 n(SO3) ︰n(SO2) ︰n(O2) ︰n(CuSO4)=0.01 ︰0.02 ︰0.01 ︰0.03=1 ︰2 ︰1 ︰3 答案: (1)F;SO3+2NaHSO4=Na2SO4+2SO2+H2O (2)1―10―9―6―5―3―4―8―7―2 (3)干燥 SO2 和 O2,保证后面碱石灰吸收的是 SO2;
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 (4)3CuSO4 3CuO+2SO2↑+SO3↑+O2↑ 【例 2】室温时,H2S 和 O2 的混合气体 100mL,点燃后充分反应,剩余 25mL,求 H2S 和 O2 的体积比。 【解析】剩余的 25mL 气体可能是什么?① H2S ② O2 和 SO2 ③ SO2 ① 若 H2S 过量,余 25mL H2S 则参加反应的 VH 2 S =75mL× =50mL

2 3

1 VO2 =75mL× =25mL 3

VH2S VO2 =(50+25)︰25=3︰1

② 若为 O2 和 SO2 则 O2 过量,据:2H2S+3O2 = 2SO2+2H2O △ V 2 3 2 3 2LH2S 完全反应,体积减少 3L,现减少 100mL-25mL=75mL 则需 H2S 的体积为

2 × 75mL=50mL,O2 的体积为 75mL,75mL+50mL >100mL,不可能。 3 3 a a-b)S+(b- )SO2+aH2O 2 2
b=50mL

③ 两种反应物完全反应,产物为 S、SO2 和 H2O 设 H2S 的体积为 aO2 的体积为 b 则 aH2S+bO2=( a+b=100 b-

?a=50mL

?体积比为 1:1。

a =25 2

【例 3】 已知硫酸溶液的质量分数越大时,其溶液的密度越大,将质量分数为 3 x % 与 x %的两种硫酸溶液等体积混合后,溶液的质量分数( ) A. 大于 2 x % B. 小于 2 x % C. 等于 2 x % D. 无法确定 精析:解法一:估算法。假设两种硫酸溶液等质量混合,则混合后溶液里溶质的质量 分数等于 2 x %。 因为质量分数为 3 x %的溶液的密度大, 所以等体积混合后其质量大于 x % 的溶液质量,因而混合后溶液里溶质的质量分数大于 2 x %。 解法二:设质量分数为 3x%的硫酸溶液密度为 ?1 ,质量分数为 x%的硫酸溶液的密度 为 ? 2 ,两者体积均匀 VmL 。则混合后溶液的质量分数为: V ? ? 1 ? 3 x % ? V ? ? 2 ? x % 3 ?1 ? ? 2 w( H 2 SO4 ) ? ? ? x% V ? ?1 ? V ? ? 2 ?1 ? ? 2 ∵ ?1 ? ? 2 ∴ ?1 ? ? 2 ? 2? 2

即 3?1 ? ? 2 ? 2( ?1 ? ? 2 ) 答案:A

∴ 2 ?1 ? ?1 ? ? 2 ? 2 ? 2 ? 2 ?1 2( ?1 ? ? 2 ) w( H 2 SO4 ) ? ? x% ? 2 x% ?1 ? ? 2 ∴

氧族元素单元测试(一)
一、选择题(只有一个合理答案) 1. 某学生课外活动小组利用图 4-9 装置做如下实验: 在试管中注入某无色溶液, 加热试管, 溶液颜色变为红色,冷却后恢复无色,则原溶液可能是( )
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 A.溶有 SO 2 的品红溶液 B.溶有 NH3 的酚酞溶液 C.溶有 SO 2 的酚酞溶液 D.溶有 Cl 2 的品红溶液 2.工业上从含硒的废料中提取硒的方法之一是用 H2SO4 和 NaNO3 处理废料,获得亚硒酸 和少量硒酸,加入盐酸共热,硒酸被转化为亚硒酸,2HCl + H2SeO4 == H2SeO3 + Cl2↑ + H2O,再将 SO2 通入亚硒酸的溶液中,单质硒即析出。据此下列叙述正确的是( ) A.H2SeO4 氧化性弱于 Cl2 B.二氧化硫的还原性强于 Se C.亚硒酸的氧化性强于 硫酸 D. 析出 1molSe 需 H2SeO3、 SO2、 H2O 各 1mol -1 3.一定量的锌与 100 mL 18.5 mol· L 的浓 H2SO4 充分反应后,锌完全溶解,同时生成标 - 准状况下的气体 33.6 L。将反应后的溶液稀释至 1 L,测得溶液中 c(H+)=0.1 mol· L 1。 则生成的气体中 SO2 和 H2 的体积比为( ) A.1:2 B.2:1 C.1:4 D.4:1 4.下列叙述符合氧族元素随着核 电荷数的增加性质递变规律的是( ) A、氢化物稳定性逐渐增强 B、最高价氧化物的水化物的酸 性逐渐减弱 C、单质溶、沸点逐渐升高 D、单质的密度逐渐变大 5.右图 是一套检验气体性质的实验装置,向装置中缓慢地通 入气体 X 若关闭活塞,则品红溶液无变化而澄清石灰水浑浊; 若打开活塞,则品红溶液褪色,据此判断气体 X 和洗气瓶内 溶液 Y 分别可能是( ) A B C D X SO2 H2S CO2 Cl2 Y 饱和 NaHCO3 浓硫酸 Na2SO3 溶液 Na2CO3 溶液 6.在 4mol/L 的硫酸和 2mol/L 的硝酸混合溶液 10mL 中,加入 0.96g 铜粉,充分反应后, 最多可收集到标况下的气体的体积为 ( ) A.89.6mL B.112mL C.168mL D.224Ml 二、选择题(有 1~2 个合理答案) 7. 高氯酸是最强的酸。60%的高氯酸溶液加热不分解,但浓度再高就不稳定,受热易分 解。热浓的高氯酸遇有机物易爆炸。纯高氯酸的沸点是 130℃ 。现在 70%的商品高氯 酸,为使其进一步浓缩,所采取的正确措施是( ) A.加入浓 H2SO4 后,再小心常压蒸馏 B.加入浓 H2SO4,再进行减压蒸馏 C.含仪器连接处的橡皮塞应塞紧,防止漏气 D.各仪器 连接处必须用磨口玻璃装置 8.把二氧化硫通入硝酸铁溶液中,溶液由棕黄色 变为浅绿色,但立即又变为棕黄色,这 时若滴加氯化钡溶液,则产生白色沉淀。在上述一 系列变化过程中,氧化剂是 A.SO2 B.Fe3+ C.H2SO4 D.HNO3 9.将含 a mol Na2SO3 的溶液与含 b mol Na2S 的溶液混合后,无明显现象;若再加稀硫酸, 则立即出现黄色沉淀并有能使品红褪色的气体产生,则 a 与 b 的比值为( ) A.大于 2 B.小于 2 C.等于 2 D.大于 1/2 10.已知① 2H2S + SO2 = 3S↓+ 2H2O ②S + 2H2SO4(浓)= 3SO2↑+ 2H2O ③3S + 6KOH =2K2S + K2SO3 + 3 H2O 则下列说法正确的是( ) A.反应① 说明能与酸反应,具有碱性氧化物的通性 B.反应② 改用稀硫酸,则放出 H2 C.反应② 和③ 说明硫具有两性元素的性质 D.上述反应说明硫既有氧化性又有还原性
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 11.将过量的 SO2 气体通入下列溶液中,最终没有沉淀的是( ) A.Na[Al(OH) 4] B.BaCl2 C.Ba(NO3)2 D.Na2SiO3 12.下列反应的离子方程式中,错误的是( ) A.将 SO2 通入 Ca(ClO)2 溶液:Ca2++2ClO-+SO2+H2O=CaSO3↓+2HClO B.用氨水吸收少量的二氧化硫气体:2NH3· H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O C.Cl2 通入 Na2SO3 溶液中:Cl2+SO32-+H2O=2H++SO42-+2ClD.硫酸氢钠溶液与氢氧化钡溶液以等物质的量混合: SO42-+2H++Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O 13.若发现 114 号新元素 R,下列有关 R 可能具有的性质不合理的是( ) A.R 是金属元素 B.R 的单质可作半导体 C.R 不存在稳定的气态氢化物 D.R 的最高价氧化物对应水化物为酸且酸性较强 三、实验题 14.右图是检验某物质某项性质的实验装置,打开分液 漏斗的旋钮,往双叉试管中慢慢滴入液体 b 时,a、c 两处 即有气体 M、N 产生。已知:M、N 分别是 R 元素的气态 氢化物和氧化物,两物质分子中原子个数相等,且每个分 子均含有 1 个 R 原子,二者的摩尔质量之比为 17∶ 32。 (1)M___________,N____________(填化学式) 。 (2)a、c 两处分别盛有黑色物质和白色物质,它们可能是_ ________、__________。B 可能是___________试剂。 (3) 从双叉试管上部内壁, 观察到的现象是___________, 原因是________________ (用 化学方程式表示) 。 (4)装置乙的作用是___________,离子方程式是_______________。 15.根据下图装置进行实验,并按要求填空。

B:品红溶液 C:碘淀粉溶液 D:Ba(OH)2 溶液 F:酚酞烧碱溶液 (1)通入空气,加热 A 处,打开① 开关,关闭② 开关,写出 A 处高温下的化学反应方程 式,并指出电子转移方向和数目:________________________,将生成物通入 C 的现象是 ________________,D 中的现象是__________________,离子方程式为_______________。 (2)继续通入空气加热 A 处,同时关闭① 开关,打开② 开关,并加热 E 处,并写出 E 处 的 化 学 方 程 式 ________________________ , 将 E 处 产 物 通 入 F 中 的 现 象 是 _______________。 16. 某校学生活动小组设计如图所示装置探究工业制硫酸接触室中反应产物,并测定此条 件下二氧化硫的转化率。实验时,装置 D 锥形瓶中溶液产生白色沉淀,装置 E 中溶液 褪色。

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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族
浓硫酸
V2O5

O2
亚硫酸钠 固体 浓硫酸 冰水 品红溶液 烧碱溶液

A

B

C

D

E

F

(1)装置 B 的三个作用是① ;② ;③ 。 (2)实验过程中,当 V2O5 表面红热后,应将酒精灯移开一会儿后再继续加热,其原因 是 。 (3)D 中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填序号) 。 ① 少量澄清石灰水 ② 少量小苏打溶液 ③ 少量氯化钡溶液 ④ 少量硝酸钡溶液 反应停止后,要通过装置 D 锥形瓶中产生的白色沉淀的量,测定已被氧化的二氧化硫的量 时,在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是(简述过程) 。 (4)若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为 m g,要测定该条件下二氧化硫的转化率,实 验时还需要测定的数据是 (选填序号) , 二氧化硫的转化率是 (用 含有 m、a、b、c、d 中的一种或几种字母的代数式表示) 。 ① 装置 F 增加的质量 a g ② 装置 A 中亚硫酸钠减少的质量 b g ③ 装置 B 增加的质量 c g ④ 装置 E 增加的质量 d g 四、填空题 17.归纳整理是科学学习的重要方法之一。在学习了氧族元素的各种性质后,可归纳整理 出如下表所示的表格(部分)。 性质\元素 8O 16S 34Se 52Te -218.4 113 450 单质熔点(℃ ) -183 444.6 685 1390 单质沸点(℃ ) -2 -2,+4,+6 -2,+4,+6 主要化合价 原子半径 逐渐增大 单质与 H2 反应情况 点燃时易化合 加热化合 加热难化合 不能直接化合 请根据表 2 回答下列问题: (1)硒的熔点范围可能是 (2)碲的化合价可能有 (3)硫、硒,碲的氢化物水溶液的酸性由强至弱酌顺序是 (填化学式)。 (4)氢硒酸有较强的_________(填“氧化性”或“还原性”) ,因此放在空气中长期保存易变 质,其可能发生的化学方程式为_______________________。 (5)工业上 Al2Te3 可用来制备 H2Te,完成下列化学方程式: ____A12Te3 + ( ) —A1(OH)3↓ +H2Te↑ (6)右图所示为氧族元素单质与 H2 反应过程中的能量变化示 意图,其中 a、b、c、d 分别表示氧族中某一元素的单质,△ E 为相同物质的量的单质与 H2 反应过程中的能量变化 (反应的 热效应) 。则:b 代表 ,d 代表 (均写单质 名称)。 18.固体 A 和 B 都是由两种相同元素组成,在 A、B 中两元素的原子个数比分别为 1:1, 和 1:2。A、B 在高温下煅烧时,产物都是固体 C 和气体 D,由 D 最终可制得酸 E,E 的稀
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 溶液跟 A 反应时生成气体 G 和溶液 F。G 和 D 在常温下混合有浅黄色固体生成。在 F 中 滴入溴水后,再加入氢氧化钾溶液,有红褐色沉淀生成,该沉淀加热时又转变成 C。根据 上述事实回答: (1)A 的化学式_________B 的化学式________ (2)B 燃烧生成 C 和 D 的 化学方程式___________ (3)C 和 D 混合发生的反应的化学方程式_________ (4)在 F 中滴入溴水的化学方程式_________ (5)A 与 E 反应的离子方程式_________ __ 五、计算题 19. 将 8.8 g FeS 固体置于 200 ml 2.0 mol/L 的盐酸中,以制备 H2S 气体。反应完全后,若 溶液中 H2S 的浓度为 0.10 mol/L,假定溶液体积不变,试计算: (1)收集到的 H2S 气体的体积(标准状况)。 (2)溶液中 Fe2+和 H+的物质量浓度。 20.一包重 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 13.44 L。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? 参考答案 一.1A、2B、3C、4A、5AD、6D、 二.7BD、8BD、9D、10D、11B、12AD、13BD 三. 14. (1)M :H2S N:SO2 (2)FeS , Na2SO3 盐酸或稀 H2SO4 (3)有淡黄色固体和水滴生成 2H2S+SO2==3S↓+2H2O (4)吸收过量的 H2S 或 SO2,防止污染环境 H2S+2OH-==S2-+H2O,或 SO2+2OH—==SO32—+H2O 15. 29. (1) ,溶液由蓝色逐渐变浅或变无色, SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI,溶液褪色,先有沉淀生成,而后消失。B a2++2OH-+SO2= BaSO3↓+H2O;BaSO3+SO2+H2O=Ba2++2HSO3 (2)2SO2+O2 2SO3,溶液由红色变为无色。 16.(1)① 干燥氧气和二氧化硫 ② 使氧气和二氧化硫混合均匀 ③ 便于通过观察气泡的速率,控制氧气和二氧化硫的比例。 (2)该反应的正反应放热,温度过高平衡逆向移动,不利于三氧 化硫的生成;且影 响催化剂的活性。 (3)③ 向锥形瓶中滴加氯化钡溶液,直至沉淀量不再增加。 (或“静置后向上层清 液中滴入氯化钡溶液,若产生沉淀,继续加入氯化钡溶液,重复上述过程至清液中不再产 生沉淀。 (4)①④ (漏选 1 个给 1 分,错选给 0 分)
m 233 m a?d ? 233 64

× 100%

四.填空题 17. (1)113 ~ 450℃ ; (2)-2、+4、+6; (3)H2Te>H2Se>H2S; (4)还原性 + O2 == 2H2O + 2Se; (5)A12Te3 + (6H2O=2A1(OH)3↓ +3H2Te↑ (6)硫 碲 18. (1)为 FeS,B 为 FeS2。 (2) 4FeS 2 ? 11O2 高温 2Fe2 O3 ? 8SO2
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2H2Se

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 (3)2H2S+SO2══3S+2H2O (4)6FeSO4+3Br2══2Fe2(SO4)3+2FeBr3 (5)FeS+2H+══Fe2++H2S↑ 五.计算题 19. 思路分析:根据方程式 FeS+2H+=Fe2++H2S?可判断盐酸过量,计算以 FeS 的物质 的量为基准。n(FeS)=8.8 g÷ 88 mol/L=0.10mol。 (1)共生成 H2S 0.10mol,在溶液中溶解的物质的量为 0.10L× 0.20mol/L=0.02mol,所以 收集到 H2S 气体的物质的量=0.10mol-0.02mol=0.08mol,换算成体积 =22.4L/mol× 0.08mol=1.8L。 (2)生成 Fe2+0.10mol,其浓度为 0.10mol/0.2L=0.5mol/L,消耗掉 H+的物质的量为 0.20mol。反应前 n(H+)=2.0mol/L× 0.2L=0.4mol,故 H+最后的浓度为 (0.4 mol-0.2 mol)÷ 0.2L=1.0 mol/L。 答案:1.8 L;0.5 mol/L、1.0 mol/L。 方法要领:H2S 可溶于水(在酸中也溶,但溶解量小) ,如按常规题海中的习题(一般 不考虑气体在水或酸中的溶解)将导致错误,因题中已明确给出的 H2S 在反应后溶液中的 浓度,这说明有一部分 H2S 气体并未放出,而溶解在溶液中。由于氢硫酸的电离度极小, 在计算 H+的物质量浓度时,不必考虑 H2S 的电离。 20.解析: (1)n(SO2)= 13 .44 L ?1 =0.6 mol,41.6 g 样品中含铁的质量为 m(Fe)=41.6 22 .4 L ? mol g-0.6 mol× 32 g· mol-1=22.4 g,n(Fe)=0.4 mol,n(S)∶ n(Fe)=0.6 mol∶ 0.4 mol=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

? x ? y ? 0.4m ol ? x ? 0.2m ol 解得 ? ? ? x ? 2 y ? 0.6m ol ? y ? 0.2m ol
答案:(1)3∶2 (2)FeS 和 FeS2 (3)FeS 为 0.2 mol,FeS2 为 0.2 mol


氧族元素单元测试(二)
1.在 100mL 含等物质的量 HBr 和 H2SO3 的溶液中通入 0.01molCl2,有一半 Br 变为 Br2 (已知 Br2 能氧化 H2SO3),原溶液中 HBr 和 H2SO3 的浓度等于 - - - - A.0.075mol· L 1 B.0.008mol· L 1 C.0.75mol· L 1 D.0.08mol· L 1 2. 将 SO2 通入 CuSO4 和 NaCl 的浓溶液中, 溶液颜色变浅, 析出白色沉淀, 取该沉淀分析, 知其中含 Cl:35.7%、 Cu:64.3%,在上述反应中 SO2 的作用是 A.作为酸 B.作为漂白剂 C.作为还原剂 D.作为氧化剂 3.常温下,向 20 L 真空容器中通入 a mol 硫化氢和 b mol 氯气(a 和 b 都是正整数,且均 小于 6) ,反应完全后,容器内气体可能达到的最大密度是 A.19.45 g/L B.18.25 g/L C.17.85 g/L D.35.5 g/L 4.常温下,H2S 与 O2 两气体混合,充分燃烧后 H2S 无剩余,恢复到原状态时,所得 SO2 的气体体积是原 H2S 气体体积的 1/3。则原 H2S 与 O2 的体积比是 A.1:3 B.6:5 C.5:6 D.4:3 5.为方便某些化学计算,有人将 98%的浓 H2SO4 表示成下列形式,其中合理的是 A.H2SO4?(1/9)H2O B.H2SO4?H2O C.H2SO4?SO3 D.SO3?(10/9)H2O 6.在硫酸溶液中,NaClO3 和 Na2SO3 能按物质的量之比 l∶2 完全反应,生成一种棕黄色 气体 x,同时 Na2SO3 被氧化为 Na2SO4,则 X 为 A.Cl2 B.Cl2O C.ClO2 D.Cl2O7 选择题参考答案:1.D 2.C 3.B 4.B 5.AD 6.B
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 7.某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体 M 的成分,设计了 如右图装置。倾斜 A 使稀硫酸(足量)与固体 M 充分反应,待反应停止后,B 装置增重, C 装置中溶液无变化,反应后进入量气管气体的体积为 VmL(已折算成标准状况)

由上述实验事实可知: (1)① 固体 M 中一定有的物质是______________(填化学式理由是 _____________________________________________________________________。 ② 其中一种物质的质量可以确定为___________g(用代数式表示)。 (2)B 装置的名称是_______。写出 B 装置中反应的离子方程式__________________。 (3)C 装置的作用是_________________________,如果实验中没有 B 装置,则 C 装置 中产生的现象是_______________________________________________________。 (4)稀硫酸和固体 M 反应后溶液中还残留淡黄色固体,该固体是_____________,要 分离出该固体,在实验操作中,除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是_____________。 (5)通过进一步实验,测得固体 M 中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质 量之和,产生这种现象的原因可能是_____________ A、M 中有未反应的铁和硫 B、测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面 C、A 中留有反应生成的气体 D、气体进入 D 装置前未用浓硫酸干燥 7.(1)① FeS、Fe B 装置增重、量气管有气体。② V/11200 - - (2)洗气瓶 2OH +H2S→2H2O+S2 (3)证明 H2S 已被完全吸收 黑色沉淀(4)硫 漏 斗、玻璃棒(5)B、C 8.(06 江苏)下图是部分短周期元素的单质及其化合物的转化关系图(有关反应的条件及 生成的 H2O 已略去),已知:(a)A、B、C、D 是非金属单质,其中 B、C、D 在常温常 压下是气体。(b)反应① 、② 是化工生产中的重要反应。(c)化合物 E 是形成酸雨的污 染物之一,化合物 K 是常用的氮肥。(d)化合物 L 具有漂白性,可由 Cl2 与 NaOH 溶液 反应而制得。(e)化合物 J 由两种元素组成,其相对分子质量为 32。

请按要求填空: (1)反应③ 的化学方程式 。 (2)C 的结构式 ;H 的化学式 (3)L 的溶液与化合物 E 反应的离子方程式
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。 。

高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 (4)化合物 J 的化学式 。 8.(1)2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 (2)N≡N (NH4)2SO3 或 NH4HSO3 - - + 2- (3)ClO +SO2+2OH =Cl +SO4 +H2O (4)N2H4 9.二氯化二硫(S2Cl2)在工业上用于橡胶的硫化。为在实验室合成 S2Cl2,某化学研究性 学习小组查阅了有关资料,得到如下信息:① 将干燥的氯气在 110℃ ~140℃ 与硫反应,即 可得 S2Cl2 粗品。② 有关物质的部分性质如下表: 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 化学性质 S 112.8 444.6 略 S2Cl2 -77 137 遇水生成 HCl、SO2、S;300℃ 以上完全分解;S2Cl2+Cl2 2SCl2 设计实验装置图如下:

(1)上图中气体发生和尾气处理装置不够完善,请你提出改进意见 。 利用改进后的正确装置进行实验,请回答下列问题: (2)B 中反应的离子方程式: ; E 中反应的化学方程式: 。 (3)C、D 中的试剂分别是 、 。 (4)仪器 A、B 的名称分别是 、 ,F 的作用是 。 (5)如果在加热 E 时温度过高,对实验结果的影响是 ,在 F 中可能出 现的现象是 。 (6)S2Cl2 粗品中可能混有的杂质是(填写两种) 、 ,为了提高 S2Cl2 的 纯度,关键的操作是控制好温度和 。 9.(1)用导管将 A 的上口和 B 相连(或将 A 换成恒压滴液漏斗);在 G 和 H 之间增加 干燥装置 (2)MnO2+4H +2Cl =Mn2 +Cl2↑+2H2O;2S+Cl2 S2Cl2 (3)饱和食盐水(或水);浓硫酸 (4)分液漏斗;蒸馏烧瓶;导气、冷凝 (5)产率降低;有固体产生(或其他正确描述) (6)SCl2、Cl2、S(任写其中两种即可);控制浓盐酸的滴速不要过快 10.取 1g 含 SiO2 和 FeS2 的矿石试样,在氧气中充分灼烧,残余固体质量是 0.84g,若取 这种矿石 1000t,生产过程中有 2%硫损耗,这样可以制得 98%硫酸多少吨? 10.分析:首先要求出不纯的硫铁矿石的纯度。考虑到矿石中含的 SiO2 在灼烧过程中不会 有什么变化(无造渣材料的情况下),这样,矿石经在氧气中充分灼烧后,其中含的 FeS2 完全转化为 Fe2O3。根据转化过程中物质的量关系 2FeS2~ Fe2O3,可知前后固体物质的质 量变化为每 240g 变为 160g,即减少 80g。根据题意 1g 试样,灼烧后固体质量为 0.84g, 即减少 0.16g,这样不难求出矿石中含 FeS2 的纯度。 接着由硫铁矿石制硫酸的三个反应,找出起始反应物(FeS2)与最终生成物(H2SO4)间 的物质的量关系(即 FeS2~2H2SO4),利用这个关系式,即可方便而简捷地计算出相应的
+ - +

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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族 答案。为防止差错,应注意硫损失 2%,实际上可以看作原料(FeS2)损失 2%,即原料利 用率为 98%,然后一律折算为实际参加反应的纯净物质的量代入关系量进行计算。 解:(1)设 1g 矿石试样含 FeS2 质量为 x

(2)设 1000t 这种矿石可以制得 98%硫酸的质量为 y 由反应 得关系式:

解题规律:依据多步反应的化学方程式或元素的守恒原则,推导出起始原料与最终产物之 间的定量关系式,一步求解。 解题注意: ①如所给反应物或生成物是不纯量,应先折算为纯量再进行计算。 ②给出某元素或某物的损失率,应先换算成转化率再进行计算。转化率=1-损失率。 ③某一化合物中元素的损失率=该化合物的损失率;中间产物的损失率=原料的损失率。 累积原则:累积原则即是工业生产中间过程中各步的转化率、产率等可累积到原料或产物 上,计算结果不受影响。累积时,习惯上尽量用乘不用除。 例:利用黄铁矿(含 FeS284%)生产硫酸。黄铁矿的利用率为 96%,SO2 转化为 SO3 的转 化率为 95%,SO3 的吸收率为 98.5%,求 1t 黄铁矿可生产 98%的浓硫酸多少吨? [分析] SO2 的转化率、SO3 的吸收率(即利用率)均可累积到 FeS2 上。故设可生产浓 硫酸的质量为 xt,则有:FeS2~2H2SO4 120∶ 196=(1t× 84%× 96%× 95%× 98.5%)∶ (x× 98%) 故 x=1.26t 转化原则:原料或中间产物中某元素的损失率可转化为原料的损失率;原料损失率、中间 产物的利用率、产率、转化率、损失率、吸收率等也可按一定方式转化为原料的利用率。 例: 利用含 FeS280%的黄铁矿 6000t 生产硫酸。 生产过程中, FeS2 焙烧时硫元素损失率 2%, SO2 转化为 SO3 时损失率为 4%,SO3 的吸收率为 97%。求最多可生产 98%的浓硫酸多少 吨? [分析] FeS2 中硫元素损失率 2%即为 FeS2 的损失率,则 FeS2 的利用率为 98%,SO2 的损失率、SO3 的吸收率也可转化为 FeS2 的利用率。则有:FeS2~2H2SO4 120∶196=(6000t×80%×98%×96%×97%)∶(x×98%) 故 x=7300.6t 11. (07 四川)下图是无机物 A~M 在一定条件下的转化关系(部分产物及反应条件未列 出) 。其中,I 是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属,K 是一种红棕色气体。
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高一化学竞赛元素化合物第五讲 氧族

请填写下列空白: (1)在周期表中,组成单质 G 的元素位于第__________周期_________族。 (2)在反应⑦中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________________。 (3) 在反应②、 ③、 ⑥、 ⑨中, 既属于化合反应又属于非氧化还原反应的是_________ (填写序号) 。 (4)反应④ 的离子方程式是:_______________________________________ (5)将化合物 D 与 KNO3、KOH 共融,可制得一种“绿色”环保高效净水剂 K2FeO4 (高铁酸钾) ,同时还生成 KNO2 和 H2O。该反应的化学方程式是:________________。 11. ( l )四(或 4 ) VIII ( 2 ) l∶2 ( 3 )③ - ( 4 ) 3Fe2+ + NO3 + 4H+=3Fe3+ + NO↑+2H2O ( 5 ) Fe2O3+3KNO3+4KOH
高温

2K2FeO4+3KNO2+2H2O

28. (2002 上海,31)硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫,4FeS2+11O2===8SO2+2Fe2O3 设空气中 N2、O2 的含量分别为 0.800 和 0.200(体积分数,以下气体含量均用体积分数表 示) ,试完成下列各题: (1)1.00 mol FeS2 完全氧化,需要空气的体积(标准状况)为 L。 (2)55 L 空气和足量 FeS2 完全反应后,气体体积(同温同压)变为 L。 (3)用空气氧化 FeS2 产生的气体混合物中,O2 的含量为 0.0800,计算 SO2 的含量。 (4)设 FeS2 氧化产生的气体混合物为 100 L,其中 O2 为 a L,SO2 为 b L。 ①写出 a 和 b 的关系式 ②在下图中画出 a 和 b 的关系曲线(FeS2 氧化时,空 气过量 20%) 说明:为方便作图,纵坐标用 13b 表示。 根据方程式的计算、绘制化学图象的能力;应用。 28.答案: (1)308 (2)52 (3)设 SO2 为 X(体积分数) ,则有 4×( ×11+0.0800)=1-0.0800-X X=0.0932 (4)①13b=200-10a ②

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