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元素非金属性
臭氧和过氧化氢
臭氧和氧气是氧的同素异形体,大气中臭氧层是人类的保护伞
过氧化氢不稳定分解,可作氧化剂、漂白剂。
归纳知识体系。
与氧气有关的反应
(1)有氧气参加的反应方程式
①与绝大多数金属单质作用
4Na+O2=2Na2O
②与绝大多数非金属单质作用
③与非还原性化合物作用
2NO+O2=2NO2
4FeS2+11O2
2Fe2O2+8SO2
④与有机物作用
⑤在空气中易被氧化而变质的物质
a.氢硫酸或可溶性硫化物:
2H2S+O2=2S↓+2H2O
b.亚硫酸及其可溶性盐2H2SO3+O2=2H2SO4,2Na2SO3+O2=2Na2SO4
c.亚铁盐、氢氧化亚铁4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
d.苯酚
e.氢碘酸及其可溶性碘化物4HI+O2=2H2O+2I2
⑥吸氧腐蚀(如:
铁生锈)
负极:
2Fe—4e—=2Fe2+正极:
O2+4e—+2H2O=4OH—Fe2++2OH—=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
(2)生成氧气的反应方程式
氧气和臭氧的比较
物质名称
臭氧
氧 气
物理性质
通常状态
气 态
气 味
有刺激性臭味
无 味
熔点/℃
约—251
约—218
沸点/℃
约—112
约—183
颜 色
气态呈浅蓝色,液态呈深蓝色,固态呈紫黑色
气态无色,液态呈浅蓝色,固态仍呈浅蓝色
标况密度g/L
溶解度mL/L
494
主要化学性质
氧化性极强,可氧化Ag、Hg等
氧化性强,但难氧化Ag、Hg等
主要用途
漂白、消毒;
地球上生物的天然保护伞;
刺激中枢神经,加速血液循环
供给呼吸,支持燃烧
自然存在
90%存在于距地面15km—50km的大气平流层中
主要存在于空气中,空气中O2占的体积分数约为20%
相互转化
.硫及其化合物转化关系图
硫元素的化学反应
(1)硫单质的反应
④S+Hg=HgS
⑥S+2Ag=Ag2S
⑦3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O
⑩S+6HNO3(浓)=H2SO4+6NO2↑+2H2O
(2)H2S的反应
①H2SH2+S↓
②
③H2S+X2=2HX+S↓(X2是指卤素单质,即Cl2,Br2,I2)
④H2S+Pb(Ac)2=PbS↓+2HAc
⑤H2S+CuSO4=CuS↓+H2SO4
⑦FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑(H2S的实验室制法)
一、硫及其化合物的性质
(一)硫及其重要化合物间的相互转化关系(见上图)
注意:
1、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
2、根据氯气、硫等非金属单质性质的学习,掌握非金属单质性质的一般方法应从下列几个方面分析:
反应;
与金属的反应;
与氧气的反应;
与非金属的反应;
与水的反应;
与氧化物的反应;
与碱的反应;
与酸的反应;
与盐的反应;
(与有机物反应)等。
3、掌握化合物性质的一般方法应从下列几个方面分析:
稳定性;
可燃性;
酸碱性;
氧化性和还原性;
特殊性等。
二氧化硫的物理性质
无色、有刺激性气味的有毒气体;
密度比空气大;
易溶于水(1∶40);
(可用于进行喷泉实验,如SO2、HCl、NH3);
易液化(-10℃)
4、SO2的化学性质
1)、酸性氧化物
能和碱反应生成盐和水:
SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
与水反应生成相应的酸:
SO2+H2O===H2SO3(二氧化硫的水溶液使紫色石蕊试液变红)
二氧化硫溶于水形成的亚硫酸只能存在于溶液中,它很不稳定,容易分解成水和二氧化硫,故二氧化硫溶于水的反应是可逆反应。
SO2+H2O
2)、氧化性:
SO2气体通过氢硫酸,溶液变浑浊,有淡黄色不溶物出现。
SO2+2H2S===3S↓+2H2O
3)、还原性:
SO2使溴水和高锰酸钾溶液褪色
SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr
5SO2+2KMnO4+2H2O===K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
2SO2+O22SO3
(SO3+H2O===H2SO4,SO3是一种无色固体,熔点是,沸点也只有℃,易溶于水,溶于水时放出大量的热。
)
4)、漂白性:
SO2使品红溶液褪色:
由于二氧化硫可跟某些有色物质化合成无色物质,而化合成的无色物质却是不稳定的,易分解而恢复原来有色物质的颜色。
漂白性的比较
具有漂白性的物质
物质
HClO、O3、H2O2、Na2O2
木炭
原理
将有色物质氧化分解
与有色物质结合生成无色物质
将有色物质的分子吸附在其表面
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
范围
可漂白大多数有色物质,能使紫色石蕊褪色
可漂白某些有色物质,不能使石蕊试液褪色
可吸附某些有色物质的分子
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
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(检验SO2是否被除尽)。
制法
1).工业制法
a,硫磺燃烧法S+O2
b,煅烧硫铁矿法4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
2).实验室制法
Na2SO3(s)+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O
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。
6、二氧化硫的污染:
pH小于的雨水,称之为酸雨。
7.利用硫酸的强酸性制备多种物质:
(1)制气体:
制氢气Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑;
制H2S:
FeS+H2SO4H2S↑+FeSO4
(2)制较弱的酸:
制H3PO4;
Ca3(PO4)2+3H2SO4(浓)
2H3PO4+2CaSO4
制CH3COOH:
2CH3COONa+H2SO42CH3COOH+Na2SO4
(3)制化肥:
Ca3(PO4)2+2H2SO4(浓)Ca(H2PO4)2+2CaSO42NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
(4)制硫酸盐:
制胆矾:
CuO+H2SO4+4H2OCaSO4·
5H2O(晶体)
制绿矾:
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
8.利用H2SO4高沸点性制取易挥发性酸。
(1)制HF:
CaF2+H2SO4(浓)2HF↑+CaSO4(铅皿中)
(2)制HCl:
NaCl(固)+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑
NaHSO4+NaClNa2SO4+HCl↑
(3)制HNO3:
NaNO3+H2SO4(浓)HNO3↑+NaHSO4
9.利用硫酸的稳定性制不稳定性酸。
Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2↑
10.利用浓H2SO4的强氧化性制取SO2
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
11.利用浓H2SO4的脱水性:
(1)制C2H4:
CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O
(2)制CO:
HCOOHCO↑+H2O
12.利用浓H2SO4的吸水性做干燥剂。
干燥:
O2、H2、Cl2、N2、CO、CO2、SO2
不干燥:
碱性:
NH3还原性:
H2S、HI、HBr
13.用H2SO4作催化剂:
(1)乙烯水化:
CH2—CH2+H2OCH3CH2OH
13.浓硫酸
(1)物理性质:
无色油状液体,常见的浓硫酸质量分数为%,沸点为338℃,高沸点难挥发性。
(2)化学性质:
①吸水性(干燥剂)
三种形式:
<
1>
与水任意比例混溶,溶于水剧烈放热。
2>
吸收气体中水蒸气(作为干燥剂,不能干燥硫化氢、溴化氢、碘化氢、氨气)
3>
与结晶水合物反应。
实验:
浓硫酸与胆矾反应,由胆矾蓝色变为白色说明浓硫酸有吸水性。
②脱水性(炭化)
脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性。
脱水性是浓硫酸的化学特性,物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程。
反应时,浓硫酸按水分子中氢、氧原子数的比为2:
1夺取有机物中的氢原子和氧原子。
可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质被子脱水后生成了黑色的炭(炭化)。
③强氧化性
实验6—5:
浓硫酸与铜反应,请同学注意反应现象,分析反应产物存在的依据。
(浓)
强调:
硫酸所起的作用(氧化剂与酸的作用)。
叙述:
浓硫酸也与木炭反应,
分析上述反应中元素化合价的变化情况,指出氧化剂和还原剂。
思考:
请设计实验证明浓硫酸与炭反应的三种产物,画出实验装置图。
介绍:
钝化现象及有关应用(分别举Al、Fe,说明原因)。
(二)检验
①
现象(产生白色沉淀)
现象(沉淀不消失)
结论:
可能含有、、。
②
可能含、。
③
④
可能含、、、。
小结:
在中学化学里常常先用盐酸把溶液酸化,以排除、、等可能造成的干扰,再加入
溶液,根据是否有白色沉淀出现来阐明原溶液中是否有存在。
(三)硫酸盐
1.酸式盐
、
的水溶液显酸性,因为:
,所以,有强酸作用。
2.正盐
硫酸盐
结晶水合物的俗名
生石膏
熟石膏
制粉笔、模型、塑像等
芒硝
制玻璃、造纸工业
皓矾
收敛剂、防腐剂、颜料
——重晶石
医疗上用作“钡餐”
绿矾
补血剂、制蓝黑墨水
蓝矾、胆矾
制农药、镀铜液
明矾
净水剂
(四)、接触法制硫酸的原理、过程及典型设备
1.三种原料:
硫铁矿(FeS2)、空气、水。
2.三步骤、三反应:
(1)4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2(高温)
(2)2SO2+O2≒2SO3(催化剂,加热),(3)SO3+H2O===H2SO4
3.三设备:
(1)沸腾炉
(2)接触室(3)合成塔
4.三原理:
化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。
(1)增大反应物浓度、增大反应物间接触面积,能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动,以充分提高原料利用率。
(2)热交换原理:
在接触室中生成的热量经过热交换器,传递给进入接触室的需要预热的混合气体,为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。
(3)逆流原理:
液体由上向下流,气体由下向上升,两者在逆流过程中充分反应。
接触法制硫酸的原理、过程及典型设备
三原料
三阶段
三反应(均放热)
三设备
三净化
黄铁矿或S
造气
4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2(高温)或S+O2=SO2
沸腾炉
除尘
空气
接触氧化
2SO2+O2≒2SO3(催化剂)
接触室(含热交换器)
洗涤
%浓硫酸
三氧化硫吸收
SO3+H2O===H2SO4
吸收塔
干燥
接触法制硫酸示意图:
5.应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件
(1)二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应。
(2)适宜条件:
常压、较高温度(400~500℃)和催化剂
6.接触法制硫酸中应注意的几个问题
(1)依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理,送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒,增大矿石跟空气的接触面积,使之充分燃烧。
(2)依据增大廉价易得的反应物的浓度,使较贵重的原料得以充分利用的原理,采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧。
(3)通入接触室的混合气体必须预先净化,其原因是:
炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等。
砷、硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒;
水蒸气对生产和设备有不良影响。
因此,炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。
(4)在接触室里装有热交换器,其作用是在二氧化硫接触氧化时,用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气,充分利用热能,节约燃料。
(5)不能用水吸收三氧化硫而用%的浓硫酸,若用水或稀硫酸吸收,容易形成酸雾,且吸收速度慢。
7、硫酸生产中的“三废”处理
1)尾气吸收
1用氨水吸收,再用H2SO4处理:
SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
②用Na2SO3溶液吸收:
Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
硫酸厂废水中含硫酸,排放入江河会造成水体污染。
通常用消石灰处理:
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。
生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。
3)废热利用
硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应,应当充分利用放出的热量,减少能耗。
第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热,通常在沸腾炉处设废热锅炉,产生的过热蒸汽可用于发电,产生的电能再供应硫酸生产使用(如矿石粉碎、运输,气流、液流等动力用电)。
第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气,生产设备叫热交换器,原料气又将三氧化硫降温,再送入吸收塔。
4)废渣的利用
黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2,可作为制造水泥的原料或用于制砖。
含铁量高的矿渣可以炼铁。
(五)、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×
(3)产率(%)=实际产量÷
理论产量×
(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。
例题精讲
[例1]哪些实验事实说明氯元素的非金属性比硫元素强,并用原子结构知识加以解释。
解析:
可以说明氯元素非金属性比硫元素强的主要实验事实有:
①氯气与氢气反应时光照可发生爆炸,反应剧烈,硫单质加热变为蒸气才可与H2化合,且H2S不如HCl稳定;
②H2SO4的酸性不如HClO4强;
③H2S与Cl2反应可生成硫单质;
④铁与Cl2反应生成FeCl3,而硫与铁反应生成FeS。
S、Cl两原子电子层数相同,但Cl原子最外层电子数较多,且Cl原子半径比S原子小,最外层电子受原子核的引力较大,故氯元素非金属性应比硫元素强。
[例2]含有硒(Se)的保键品已进入市场,已知该元素与氧具有相同的最外层电子数。
则下列关于硒的叙述中不正确的是
A.最高价氧化物的化学式为SeO3
B.单质Se是一种半导体材料
C.原子半径比硫大,比溴小
D.单质的氧化性比氯气弱,比溴强,比O3弱
本题解题的关键在于搞清楚Se与O、S、Cl、Br等元素在元素周期表中的相对位置关系及Se单质和臭氧的特殊性质。
如Se可作为半导体材料,臭氧是很强的氧化剂等。
另外元素周期律的知识是判断选项正误的钥匙。
Se位于元素周期表的第ⅥA族,最外层为6个电子,故最高价为+6价,最低价为-2价,因此最高价氧化物的形式为SeO3。
再由于Se原子半径较S原子的大,故体现部分金属性质。
硒可作为半导体材料。
因此选项A、B都正确。
根据O、S、Cl、Br与Se在元素周期表中的相对位置关系,运用元素周期律的知识不难判断出原子半径大小关系为:
Se>S、Se>Br;
单质的氧化性的关系为O3>O2>S>Se、Cl2>Br2>Se,因此可判断C、D两选项中的部分判断存在错误。
答案:
CD
[例3](1994年全国)下列反应适用于实验室制备氧气的是
①高锰酸钾热分解
2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑
②硝酸铵热分解
2NH4NO3
4H2O+2N2↑+O2↑
③过氧化氢催化分解2H2O2
2H2O+O2↑
④二氧化氮热分解2NO2
2NO+O2
A.只有①B.①和②C.①和③D.①③④
在本题所给出的4个反应中,除了高锰酸钾热分解反应是众所周知的实验室里氧气的制法之外,过氧化氢催化分解也可以方便地用于实验室制备氧气。
为此,可将二氧化锰置于一只烧瓶内,从分液漏斗中滴入过氧化氢立即有氧气产生,并可用控制滴速的方法来调节产生氧气的气流量。
硝酸铵的热分解不能用于实验室制氧气。
一方面因为温度不同硝酸铵分解的产物不同,即使发生了题目所指出的反应,生成的是氮气和氧气的混合气体,难以分离;
同时,硝酸铵受热易发生爆炸,因而缺乏可靠的安全性。
NO2的热分解也显然不能用于实验室制备氧气。
气体作为反应物不易控制,即使反应实现了,两种气体也不易分离,而且它们在常温下还可能化合起来再生成NO2。
C
[例6]臭氧(O3)是一种有点腥气味的淡蓝色气体,它具有比氧气更强的氧化性。
臭氧能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,反应中有氧气产生,这个反应的化学方程式是:
,这个反应的氧化产物是,还原产物是。
由题干信息可知这是一个牵涉由臭氧(O3)与KI发生的氧化还原反应。
淀粉碘化钾试纸变蓝,说明有单质(I2)产生,产物中还同时产生氧气(O2)。
由化合价分析,生成氧气的O元素价态不变,即实际并没有参加氧化反应,因此可推知起氧化作用的实际上是臭氧中的部分氧原子。
被还原的氧原子在有水存在的情况下一般产物为OH-,与K+组成产物中的KOH,因此反应中还须有H2O参加反应,从而解决问题。
方程式:
O3+2KI+H2O====I2+O2+2KOH;
氧化产物:
碘单质(I2);
还原产物:
氢氧化钾(KOH)。
[例7](1999年广东,25)针对以下A~D四个涉及H2O2的反应(未配平),填写空白
+HCl——H2O2+NaCl
+H2O2——Ag+O2+H2O
C.H2O2
H2O+O2
+Cr2(SO4)3+KOH——K2CrO4+K2SO4+H2O
(1)H2O2仅体现氧化性的反应是(填代号)。
(2)H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是(填代号)。
(3)H2O2体现弱酸性的反应是(填代号),其理由为。
反应A是一个非氧化还原反应。
盐酸是为人熟知的强酸,它与Na2O2反应除了生成盐以外还得到H2O2,按照“强酸可置换弱酸”的规律,在此反应中H2O2表现出弱酸的性质。
反应B中Ag2O变成单质银,可见H2O2当是一种还原剂,其中的氧元素应合理地认为转化成为氧气。
至于生成物中的水,其氧元素可认为从氧化银而来。
过氧化氢的分解反应C,是一个自身氧化还原反应,H2O2既表现了氧化性,又表现了还原性。
(1)D
(2)C
(3)A这一反应可看作是强酸制取弱酸的反应
例3、(2002·
苏豫·
22)高温下硫酸亚铁发生如下反应:
2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑,若将生成的气体通入氯化钡溶液中,得到的沉淀物是
和BaSO4
3、解析SO2通入BaCl2溶液不会生成沉淀,而SO3通入BaCl2中会有BaSO4沉淀产生。
D
例4、(2000·
全国·
23)某学生课外活动小组利用右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。
解析本题考查学生由实验现象判断实验原理的直觉和逆向思维能力。
首先要审清实验的装置为一封闭体系,受热时,有气体从溶液中逸出进入气球,导致溶液的颜色的变化;
冷却后,逸出的气体又溶解在溶液中,得到原来溶液,恢复到原来溶液的颜色。
在中学阶段,因为气体的溶入和逸出而导致溶液颜色互变的最常见的是SO2与品红溶液之间以及NH3与酚酞溶液之间,然后根据题中现象进行分析、验证并解答即可。
(1)稀氨水和酚酞稀氨水中的NH3气体逸出,所以溶液的颜色变浅
(2)溶有SO2气体的品红SO2气体逸出,品红溶液恢复红色
[例1]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%与
%的两种硫酸溶液等体积混合后,溶液的质量分数()
A.大于%B.小于%C.等于%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%。
因为质量分数为%的溶液的密度大,所以等体积混合后其质量大于
%的溶液质量,因而混合后溶液里溶质的质量分数大于%。
解法二:
设质量分数为3x%的硫酸溶液密度为,质量分数为x%的硫酸溶液的密度为,两者体积均匀。
则混合后溶液的质量分数为:
∵
∴
即
A
[例2]现有
和
五瓶无色溶液,不能根据闻气味鉴别气体,如何把它们一一鉴别出来
精析:
使
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