10氧族元素其化合物知识框架.docx
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10氧族元素其化合物知识框架
硫单质
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;
自然界中有硫的游离态存在,如火山口,温泉等;
硫有多种同素异形体:
如单斜硫、斜方硫、弹性硫等。
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、化学性质:
硫原子最外层6个电子。
a、与非金属单质
S+O2
SO2S+H2
H2S(说明硫化氢不稳定)
b、与金属单质
2Na+S===Na2S(剧烈反应并发生爆炸)2Al+3S
Al2S3(制取Al2S3的唯一途径)
Fe+S
FeS(黑色)2Cu+S
Cu2S(黑色)
【注】硫元素只有在过硫化物(H2S2、Na2S2、FeS2)中显-1价
c、与其他化合物
S+6HNO3(浓)
H2SO4+6NO2↑+2H2OS+2H2SO4(浓)
2SO2↑+2H2O
3S+6NaOH
2Na2S+Na2SO3+3H2O(用热碱溶液清洗硫)
【例1】
(1)将mg铁粉和ng硫粉均匀混合,在密闭容器中加热到红热,冷却后加入____Lbmol·L1
的盐酸就不再产生气体。
若把已放出的气体收集起来,在标准状况下的体积是______。
(2)若把0.1mol铁粉和1.6g硫粉均匀混合后,铺在石棉网上用酒精灯加热引燃,完全反应后,将残渣全部放入过量的稀H2SO4中充分反应,结果所产生的气体体积在标准状况下明显少于1.12L,其原因是__________________________________________________。
【答案】
(1)
0.4mL
(2)与硫反应的铁粉过量,过量的铁粉在加热的条件下被空气中的氧气氧化,生成了铁的氧化物,
与H2SO4反应不再放出H2,故放出气体的体积小于2.24L
硫的化合物
一、硫的氢化物
硫化氢的制取:
FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S↑(不能用浓H2SO4或硝酸,可以用盐酸,因为H2S具有强还原性)
物理性质:
H2S是无色、有臭鸡蛋气味的有毒气体;能溶于水,密度比空气略大。
硫化氢的化学性质
A.可燃性:
当
≥2/1时,2H2S+O2
2S+2H2O(H2S过量)
当
≤2/3时,2H2S+3O2
2SO2+2H2O(O2过量)
当
时,两种反应物全部反应完,而产物既有S又有SO2
B.强还原性:
常见氧化剂Cl2、Br2、Fe3+、HNO3、KMnO4等,甚至SO2均可将H2S氧化。
C.不稳定性:
300℃以上易受热分解
二、硫的氧化物
(1)二氧化硫:
①SO2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。
②SO2是酸性氧化物,能跟水反应生成亚硫酸,亚硫酸是中强酸。
③SO2有强还原性常见氧化剂(见上)均可与SO2发生氧化一还原反应
如:
SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl
④SO2也有一定的氧化性2H2S+SO2==3S↓+2H2O
⑤SO2具有漂白性,能跟有色有机化合物生成无色物质(非氧化还原反应)
⑥实验室制法:
Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO3+H2O+SO2↑
(2)三氧化硫:
是一种没有颜色易挥发的晶体;具有酸性氧化物的通性,遇水剧烈反应生成硫酸并放出大量的热。
(3)比较SO2与CO2、SO3
SO2
CO2
SO3
物理性质
无色、有刺激性气体、易液化易溶于水(1:
40)
无色、无气味气体能溶于水(1:
1)
无色固体.熔点(16.8℃)
与水
SO2+H2OH2SO3中强酸
CO2+H2O
H2CO3弱酸
SO3+H2O=H2SO4(强酸)
与碱
SO3+Ca(OH)2=CaSO4(微溶)
紫色石蕊
变红
变红
变红
品红
褪色
不褪色
不褪色
鉴定存在
能使品红褪色,加热后又恢复红色
不能使品红褪色
但能使清石灰水变浑浊
氧化性
SO2+2H2S=2S↓+2H2O
CO2+2Mg
2MgO+C
CO2+C
2CO
还原性
有
无
与Na2O2
Na2O2+SO2==Na2SO4
2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2
2Na2O2+2SO3==
2Na2SO4+O2↑
(4)酸雨的形成和防治:
硫酸型酸雨的形成过程为:
SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4。
三、硫酸
1.硫酸的物理性质
(1)物理性质:
纯硫酸是一种无色油状液体,沸点高,难挥发.98%的硫酸称为浓硫酸,其密度为1.84g/mL,物质的量浓度为18.4mol/L,浓硫酸溶于水时放出大量的热.
(2)稀释浓硫酸的方法:
把浓硫酸沿器壁慢慢地注入水中,并不断搅拌,使产生的热量迅速地扩散出去.切不可把水倒入浓硫酸里,以防飞溅.
2.浓硫酸的特性
(1)吸水性:
浓H2SO4能吸附物质中湿存的水分;
利用此性质可用浓H2SO4作干燥剂,干燥一些不与浓H2SO4反应的气体.
可用浓H2SO4干燥的气体:
O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2等.
【拓展】浓H2SO4不能干燥碱性气体(如NH3)和具有较强还原性的气体(如H2S、HI).
(2)脱水性:
浓硫酸将有机物里的氢、氧元素按原子数2:
1的比例脱去的性质.
【拓展】吸水性和脱水性的比较
硫酸规格
浓硫酸
浓硫酸
作用类型
吸水作用
脱水作用
作用对象
由H2O分子组成的水,结晶水合物中的水
一般为含氢、氧元素的有机物,H、O原子按2:
1的物质的量之比脱去
变化类型
物理变化
化学变化
能量变化
放热
放热
(3)强氧化性:
①浓硫酸与金属反应:
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
②浓硫酸与非金属反应:
C+2H2SO4(浓)
CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(浓)
3SO2↑+2H2O
③浓硫酸氧化还原性化合物:
H2S+H2SO4(浓)==S↓+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(浓)==I2+SO2↑+2H2O
④常温下可以使Fe、Al钝化,但加热时,Fe、Al可与浓H2SO4反应.
【拓展】浓硫酸的氧化性:
①在高浓度下硫酸主要以分子的形式存在,硫酸中含有非金属性较强且又呈最高价态(+6价)的硫元素,所以能表现出强氧化性.
②浓硫酸在作氧化剂时,主要是+6价的硫原子得电子,被还原为低价的硫元素,一般不会有+1价的氢被还原为氢气.
③浓硫酸有强氧化性,所以不能用来干燥还原性气体,CO、H2除外.
(4)难挥发性:
根据此性质可制挥发性酸.
H2SO4(浓)+2NaCl
Na2SO4+2HCl↑
3.硫酸工业
(1)硫酸的工业制法(三个阶段、三个原理、三种设备)
阶段
化学方程式
设备
①
SO2的制取和净化
4FeS2+11O2煅烧2Fe2O3+8SO2
沸腾炉
②
SO2的接触氧化
2SO2+O2
2SO3
接触室
③
SO3的吸收和H2SO4的生成
SO3+H2O=H2SO4
吸收塔
(2)关于硫酸工业综合经济效益的讨论
1)环境保护与综合利用原料
①尾气吸收:
SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3;(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
这样得到的SO2气体含量较高,可返回车间作生产硫酸的原料或作他用,同时得到的(NH4)2SO4可作肥料.
②污水处理(用石灰乳中和处理):
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O
③废渣的利用:
黄铁矿矿渣一般可作为制造水泥的原料或制砖.含铁量高的矿渣,经处理后可用于炼铁.
2)能量的充分利用:
余热可以预热反应物(使用热交换器)或发电.
【例2】下列物质和氢硫酸反应不能产生沉淀的是
A.Pb(NO3)2溶液B.Na2S溶液C.CuSO4溶液D.H2SO3溶液
【解析】A生成PbS沉淀;B中Na2S与H2S不反应;C生成CuS沉淀;D生成单质S沉淀。
【答案】B
【例3】根据硫化氢气体的实验室制法和性质完成下列填空。
(1)若用启普发生器制取硫化氢气体,则制取气体的原料可选用________。
a.稀硫酸与硫化亚铁b.稀硝酸与硫化亚铁
c.稀硫酸与硫化钠d.稀盐酸与硫化亚铁
(2)现要组装一套可以控制硫化氢气体产生速率的装置,请在下图中选择合适的仪器;
______________(填编号)。
(3)如右图,在一个充满氧气的集气瓶中加入少量品红稀溶液,点燃硫化氢气体。
在火焰自动熄灭后,停止通入气体,瓶内可观察到的现象是____________________________________。
(4)在上述集气瓶中继续通入硫化氢气体,振荡,发生反应的化学方程式为:
_________________反应过程中,溶液的pH______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(5)点燃不纯的硫化氢气体可能会发生爆炸,为了防止意外,可连接一个安全装置。
下图的装置能起到此作用的是___________。
(6)已知硫化氢气体在空气中的体积分数为4.3%~45.5%时会发生爆炸。
当硫化氢气体在空气中的体积分数为30%时,其爆炸产物是______________________。
【来源】2009年上海卷
【答案】
(1)ad
(2)②③④
(3)品红溶液褪色:
瓶壁有淡黄色粉末和无色的小液滴
(4)SO2+2H2S==3S↓+2H2O变大(5)b(6)SH2O
【例4】利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业上生产硫酸的关键步骤。
(1)某温度下,SO2(g)+O2(g)
SO3(g);△H=-98kJ·mol-1。
开始时在100L的密闭容器中加入4.0molSO2(g)和10.0molO2(g),当反应达到平衡时共放出热量196kJ,该温度下平衡常数K=。
(2)一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1molO2,发生下列反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),达到平衡后改变下述条件,SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大的是(填字母)。
A.保持温度和容器体积不变,充入2molSO3B.保持温度和容器体积不变,充入2molN2
C.保持温度和容器体积不变,充入0.5molSO2和0.25molO2
D.保持温度和容器内压强不变,充入1molSO3
E.升高温度F.移动活塞压缩气体
(3)某人设想以右图所示装置用电化学原理生产硫酸,写出通入SO2的电极的电极反应式:
。
(4)若通入SO2的速率为2.24L•min-1(标准状况),为稳定持续生产,硫酸溶液的浓度应维持不变,则左侧水的流入速率应为mL•min-1。
【来源】2010年江苏镇江
【答案】
(1)10/3或3.33
(2)A、C、F
(3)SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+(4)13.4mL•min—1
【例5】聚合硫酸铁又称聚铁,化学式
,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
等)制备聚铁和绿矾(FeSO4•7H2O),过程如下:
(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有
的方法是
(2)实验室制备,收集干燥的
,所需仪器如下。
装置A产生
,按气流方向链接各仪器口,顺序为a
f。
装置D的作用是,装置E中
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 操作得当溶液Y,再经浓缩,结晶等步骤得到绿矾。
(4)溶液Z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 。
【来源】2010年山东
【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
。
(2)decb;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
氧族元素
1、氧族元素比较:
原子半径O<S<Se<Te单质氧化性O2>S>Se>Te
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
氢化物稳定性H2O>H2S>H2Se>H2Te
最高价含氧酸酸性H2SO4>H2SeO4>H2TeO4
3、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
(不易氧化Ag、Hg等)
极强(O3+2KI+H2O==2KOH+I2+O2)
(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
O2>O3
3O2
2O32O3===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
3、比较H2O和H2O2
H2O
H2O2
稳定性
稳定:
2H2O
2H2↑+O2↑
不稳定2H2O2
2H2O+O2↑
氧化性
较弱(遇强还原剂反应)
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
较强(遇还原剂反应)
SO2+H2O2===H2SO4
还原性
较弱(遇极强氧化剂反应)
2F2+2H2O===4HF+O2
较强(遇较强氧化剂反应)
2MnO4—+5H2O2+6H+==2Mn2++5O2↑+8H2O
作用
饮用、溶剂等
氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂等
【例6】已知硫和氧同族,性质相似,请用化学方程式解释下列实验现象:
(1)CS2和Na2S水溶液一起振荡,水溶液由无色变有色。
(2)P2S5溶于K2S水溶液中。
(3)Na2S2溶液中加稀HCl产生浅黄色沉淀。
【答案】
(1)CS2+Na2S===Na2CS3
(2)P2S5+K2S===2KPS3
(3)Na2S2+2HCl===2NaCl+S↓+H2S↑
【例7】
过氧化氢是重要的氧化剂、还原剂,它的水溶液又称为双氧水,常用作消毒、杀菌、漂白等。
某化学兴趣小组取一定量的过氧化氢溶液,准确测定了过氧化氢的含量,并探究了过氧化氢的性质。
Ⅰ.测定过氧化氢的含量,请填写下列空白:
(1)移取10.00mL密度为ρg/mL的过氧化氢溶液至250mL___________(填仪器名称)中,加水稀释至刻度,摇匀。
移取稀释后的过氧化氢溶液25.00mL至锥形瓶中,加入稀硫酸酸化,用蒸馏水稀释,作被测试样。
(2)用高锰酸钾标准溶液滴定被测试样,其反应的离子方程式如下,请将相关物质的化学计量数及化学式填写在方框里。
MnO4- +H2O2+H+===Mn2++H2O+_______
(3)滴定时,将高锰酸钾标准溶液注入________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。
滴定到达终点的现象是__________________________________
。
(4)重复滴定三次,平均耗用cmol/LKMnO4标准溶液VmL,则原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为______________________________________。
(5)若滴定前滴定管尖嘴中有气泡,滴定后气泡消失,则测定结果______(填“偏高”或“偏低”或“不变”)。
Ⅱ.探究过氧化氢的性质
该化学小组根据所提供的实验条件设计了两个实验,分别证明了过氧化氢的氧化性和不稳定性。
(实验条件:
试剂只有过氧化氢溶液、氯水、碘化钾淀粉溶液、饱和硫化氢溶液,实验仪器及用品可自选。
)
请将他们的实验方法和实验现象填入下表:
实验内容
实验方法
实验现象
验证氧化性
验证不稳定性
【来源】2009年四川
【
答案】Ⅰ.
(1)容量瓶
(2)2 5 6 2 8 5O2
(3)酸式
滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液呈浅红色,且30秒内不褪色
(4)17cV/200ρ
(5)偏高
实验内容
实验方法
实验现象
验证氧化性
取适量饱和硫化氢溶液于试管中,滴入
过氧化氢溶液。
(取适量碘化钾淀粉溶液于试管中,加入过氧化氢溶液。
)
产生淡黄色沉淀或溶液变浑浊。
(溶液变蓝色。
)
验证不稳定性
取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,
用带火星的木条检验。
(取适量过氧化氢溶液于试管中,加热,用导气管将得到的气体通入到装有饱和硫化氢溶液的试管中。
)
产生气泡,木条复燃。
(溶液变浑浊或有浅黄色沉淀产生)
【例8】臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是___________和_________.(填分子式)
(2)O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。
已知:
O3的起始浓度为0.0216mol/L。
3.0
4.0
5.0
6.0
20
301
231
169
58
30
158
108
48
15
50
31
26
15
7
①pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是___________.
②在30°C、pH=4.0条件下,O3的分解速率为__________mol/(L·min)。
③据表中的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为____.(填字母代号)
a.40°C、pH=3.0b.10°C、pH=4.0c.30°C、pH=7.0
(3)O3可由臭氧发生器(原理如题29图)电解稀硫酸制得。
①图中阴极为_____(填“A”或“B”),其电极反应式为_____.
②若C处通入O2,则A极的电极反应式为_____.
③若C处不通入O2,D、E处分别收集到xL和有yL气体(标准情况),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为_____.(忽略O3的分解)。
【来源】杨云晓老师推荐
【答案】
(1)O2,I2
(2)①溶液的OH-浓度;②0.0001;③b (3)①A,2H++2e-=H2②O2+4e-+4H+=2H2O③
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