第四章 非金属及化合物 二拓展点认识更多的氧族物质O3H2O2H2SNa2S2O3.docx
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第四章非金属及化合物二拓展点认识更多的氧族物质O3H2O2H2SNa2S2O3
二、拓展点——认识更多的氧族物质(O3、H2O2、H2S、Na2S2O3)
臭氧(O3)
臭氧因其具有一种特殊的腥臭味而得名,液态臭氧具有很深的蓝紫色。
1.不稳定性
O3在有催化剂或紫外线照射时会发生分解:
2O3(g)3O2(g) ΔH=-284kJ·mol-1
2.强氧化性
(1)能迅速且定量地氧化I-生成I2,此反应常被用来测定O3的含量:
O3+2I-+H2O===I2+O2+2OH-。
生成的I2再用淀粉溶液作指示剂,用标准Na2S2O3溶液滴定:
I2+2Na2S2O3===Na2S4O6+2NaI。
(2)能氧化CN-,常被用来治理电镀工厂中的含氰废水:
O3+CN-===OCN-+O2,
2OCN-+3O3+H2O===N2+2HCO+3O2,
总反应式为5O3+2CN-+H2O===N2+2HCO+5O2。
(3)能杀灭细菌,可用作消毒杀菌剂。
[示例1] 高压电机、复印机工作时会产生臭氧,该气体有强氧化性,下列叙述中不正确的是( )
A.臭氧和氧气是氧的同素异形体
B.臭氧可使湿润的KI淀粉试纸变蓝
C.臭氧的存在对人体有益无害
D.臭氧是很好的消毒剂和脱色剂
[分析] 臭氧的存在对人体有益有害,空气中存在少量的O3对人体有益,存在较多的O3对人体有害。
[答案] C
过氧化氢(H2O2)
过氧化氢是一种淡蓝色的黏稠液体,熔点-0.43℃,沸点150.2℃,可以与水任意比例混合,常用的H2O2水溶液有含H2O2质量分数为3%,在医药上称为双氧水,有消毒杀菌的作用。
1.化学性质
(1)不稳定性
H2O2在较低温度和高纯度时比较稳定,若加热到426K(153℃)以上或使用MnO2或重金属离子(如Fe3+、Mn2+、Cu2+、Cr3+等)作催化剂便猛烈分解:
2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g) ΔH=-196.4kJ·mol-1
(2)强氧化性
①能氧化I-、H2SO3、Fe2+、Mn(OH)2、NaCrO2等。
反应方程式分别为:
H2O2+2I-+2H+===I2+2H2O,
H2O2+H2SO3===SO+2H++H2O,
H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O,
H2O2+Mn(OH)2===MnO2+2H2O,
3H2O2+2NaCrO2+2NaOH===2Na2CrO4+4H2O。
②油画中铅白(碱式碳酸铅)会与空气中的硫化氢反应生成黑色硫化铅,可用过氧化氢洗涤(需碱性介质)。
(3)还原性
H2O2遇强氧化剂(如KMnO4)时,H2O2表现出还原性。
5H2O2+2MnO+6H+===2Mn2++5O2↑+8H2O
3H2O2+2MnO===2MnO2↓+3O2↑+2OH-+2H2O
工业上利用H2O2的还原性除氯,不会给反应体系中带入杂质:
H2O2+Cl2===2Cl-+O2+2H+。
(4)弱酸性
过氧化氢是一种极弱的酸:
H2O2H++HO Ka=2.4×10-12。
2.过氧化氢的制备
(1)实验室制法
实验室中可以将过氧化钠加入到冷的稀硫酸或稀盐酸中制备H2O2:
Na2O2+H2SO4+10H2O低温,Na2SO4·10H2O+H2O2。
(2)工业制法
方法一:
电解—水解法
以铂片作电极、通直流电于硫酸氢铵饱和溶液中得到过二硫酸铵:
2NH4HSO4(NH4)2S2O8+H2↑;
(阳极) (阴极)
然后加入适量硫酸以水解过二硫酸铵即得H2O2;
(NH4)2S2O8+2H2O2NH4HSO4+H2O2;
生成的硫酸氢铵可循环使用。
方法二:
乙基蒽醌法
以2乙基蒽醌和钯作催化剂,由氢和氧直接化合成过氧化氢:
H2+O2H2O2。
[示例2] 已知过氧化氢(H2O2)中氧元素呈现-1价。
(1)若向酸性高锰酸钾溶液中加入过氧化氢,过氧化氢将转化为________,预计观察到的现象是________________。
(2)若向氢硫酸(H2S)中加入过氧化氢,过氧化氢将转化为________,预计观察到的现象是______________________。
[分析]
(1)酸性KMnO4溶液具有强的氧化性,过氧化氢中氧呈现-1价,具有还原性,被KMnO4溶液氧化生成O2,MnO被还原成Mn2+,所以会看到有气泡产生,KMnO4溶液褪色。
(2)氢硫酸(H2S)具有强的还原性,过氧化氢中氧呈现-1价,具有氧化性,可以将H2S中的硫氧化成单质硫,本身被还原为水,生成的硫单质不溶于水,所以会看到有黄色沉淀产生。
[答案]
(1)O2 产生气泡,KMnO4溶液褪色
(2)水 有黄色沉淀生成
硫化氢(H2S)
硫化氢通常是一种无色、易燃、有臭鸡蛋气味的气体,有毒,空气中含有体积分数为0.1%的H2S会引起头痛晕眩等症状,吸入大量H2S会造成昏迷或死亡。
1.化学性质
(1)不稳定性
H2SH2+S
(2)弱酸性
H2S的水溶液叫氢硫酸,是一种二元弱酸。
H2SH++HS-、HS-H++S2-。
(3)可燃性
在空气中点燃,O2过量时生成SO2和H2O,
2H2S+3O22SO2+2H2O;
O2不足或温度较低时生成单质硫和水,
2H2S+O2===2S↓+2H2O。
(4)还原性
H2S具有强还原性,能被卤素单质、O2、SO2、FeCl3、KMnO4(H+)等氧化:
H2S+I2===2HI+S↓,
2H2S+SO2===3S↓+2H2O,
2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+,
2MnO+5H2S+6H+===2Mn2++5S↓+8H2O。
(5)沉淀反应
H2S气体通入CuSO4溶液中产生不溶于H2SO4的黑色沉淀CuS:
H2S+CuSO4===CuS↓+H2SO4。
此方法用于实验室里除去H2S气体。
2.制备方法
实验室里用FeS与稀H2SO4或稀盐酸反应制备H2S,
FeS+2H+===Fe2++H2S↑。
[示例3] 在氢硫酸中通入或加入下列物质:
①O2、②Cl2、③SO2、④CuSO4溶液,能使溶液pH降低的是( )
A.①③ B.②④
C.②③④D.①
[分析] 向氢硫酸中通入或加入四种物质,发生的反应分别为:
①2H2S+O2===2S↓+2H2O 溶液pH升高
②Cl2+H2S===S↓+2HCl 溶液pH降低
③SO2+2H2S===3S↓+2H2O 溶液pH升高
④H2S+CuSO4===CuS↓+H2SO4 溶液pH降低
[答案] B
硫代硫酸钠(Na2S2O3)
Na2S2O3·5H2O俗名大苏打,它是无色透明的晶体,易溶于水,溶于水后呈碱性。
1.化学性质
(1)与酸反应生成单质硫,放出SO2气体:
S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O。
(2)Na2S2O3是中等强度的还原剂,能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化:
①2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI,此反应用于定量测定碘。
②Na2S2O3+4Cl2+5H2O===Na2SO4+H2SO4+8HCl,此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。
③5Na2S2O3+8KMnO4+7H2SO4===8MnSO4+5Na2SO4+4K2SO4+7H2O。
2.Na2S2O3的制备
将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量比配成溶液,
然后通入SO2,反应大致可分三步进行:
(1)Na2CO3和SO2反应生成Na2SO3:
Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2。
(2)Na2S与SO2反应生成Na2SO3和H2S:
Na2S+SO2+H2O===Na2SO3+H2S,
H2S是强还原剂,遇到SO2时析出硫:
2H2S+SO2===3S↓+2H2O。
(3)Na2SO3和S作用生成Na2S2O3:
Na2SO3+S===Na2S2O3。
将上面三个反应合并得到总反应:
2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2S2O3+CO2。
溶液蒸发浓缩后,冷却至293~303K时即析出Na2S2O3·5H2O,用上述方法制得的Na2S2O3中常含有Na2SO4和Na2SO3等杂质。
制取硫代硫酸钠的另一种方法是在沸腾的状况下,使Na2SO3溶液同硫粉反应:
Na2SO3+SNa2S2O3。
[示例4] (2018·豫北名校质评)硫代硫酸钠(Na2S2O3)又名大苏打、海波,为白色结晶粉末,易溶于水,不溶于醇,可用作分析试剂等,工业上可用反应:
2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2S2O3+CO2制得Na2S2O3。
某化学兴趣小组用如图所示装置制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O),请回答有关问题。
(1)仪器B、D的作用是________________。
A中反应的化学方程式为______________________________________。
(2)当Na2S和Na2CO3完全消耗后,结束反应;过滤C中混合物,滤液经过蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥,得到产品。
下列操作不规范或错误的是________(填字母)。
a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁
b.玻璃棒用作引流
c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁
d.滤纸边缘高出漏斗
e.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度
(3)洗涤晶体的液体最好选用________(填字母)。
a.蒸馏水 b.乙醇 c.稀硫酸 d.饱和亚硫酸钠溶液
(4)实验中要控制SO2的生成速率,可以采取的措施有____________________(任写一条)。
(5)该法制得的晶体中常混有少量Na2SO3和Na2SO4杂质,其中含有Na2SO4的原因是________________________。
利用硫代硫酸钠与I2反应的性质可定量测定硫代硫酸钠样品的纯度。
现取Wg硫代硫酸钠样品配制成VmL的溶液,加入指示剂,用含I2为amol·L-1的碘水进行滴定,耗用碘水bmL。
(已知:
2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI)
①滴定过程中指示剂应选用________溶液。
②样品中硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O)的纯度是____________________。
[分析]
(1)A中发生反应生成SO2。
仪器B和D都是防倒吸装置,作安全瓶。
(3)硫代硫酸钠晶体不溶于乙醇,用乙醇洗涤晶体,可减少晶体的溶解,且易于干燥。
(4)反应温度、酸的浓度、滴加酸的速度等都会影响化学反应速率。
(5)实验过程中,装置内空气中的氧气会将Na2S2O3或Na2SO3氧化为Na2SO4。
n(Na2S2O3)=2n(I2)=2ab×10-3mol,样品中硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O)的纯度为(2ab×10-3mol×248g·mol-1/Wg)×100%=×100%。
[答案]
(1)作安全瓶,防止液体倒吸
Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)ade
(3)b
(4)调节浓H2SO4的浓度或调节酸的滴加速度(合理即可)
(5)装置内空气中的O2氧化Na2S2O3或Na2SO3
①淀粉 ②×100%
[专项增分集训]
1.(2018·太原模拟)Na2S2O3是一种重要的化学试剂,在酸性条件下S2O迅速分解为S和SO2,在医疗上运用其还原性和硫的杀菌作用治疗疾病。
某小组用下图所示装置对Cl2与Na2S2O3的反应进行探究(气密性已检验)。
实验操作和现象:
操作
现象
打开分液漏斗活塞,滴加一定量浓盐酸,加热
ⅰ.A中有黄绿色气体生成,C中液面上方有雾,溶液中开始出现少量
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