2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：第4章第三节　氧、硫及其化合物


第三节　氧、硫及其化合物
[高考备考指南]
考纲定位
1.掌握O3和H2O2的主要性质及其应用。
2.掌握硫元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

3.了解硫元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

4.了解硫、氧及其重要化合物的制备方法。

核心素养
1.变化观念——分析氧、硫及其化合物的化学反应，预测在一定条件下氧、硫及其化合物可能发生的化学变化。
2.证据推理——收集各种证据对氧、硫及其化合物的性质及其变化提出可能假设，基于证据进行分析推理、证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需的证据和寻找证据的途径。

3.实验探究——发现或提出对氧、硫及其化合物有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。

4.创新意识——能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想，敢于具有质疑和批判的创新精神。

5.社会责任——关注氧、硫的有关热点问题(如漂白剂)，认识环保的重要性(如SO2的污染，酸雨等)，具有可持续发展的意识(如绿色化学)。

　臭氧和过氧化氢

(对应复习讲义第44页)

1．过氧化氢(其水溶液俗称双氧水)
(1)过氧化氢的分子结构：过氧化氢分子中含有极性键和非极性键，其结构式为H—O—O—H，电子式为H∶O,∶O,∶H。
(2)过氧化氢的化学性质
①氧化性：过氧化氢是绿色氧化剂，具有较强的氧化性。
a．用10%的双氧水漂白羽毛及丝织品(漂白剂)。
b．氧化Fe2＋等还原性粒子，其离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。
c．使湿润的淀粉­KI试纸变蓝，其离子方程式为H2O2＋
2I－＋2H＋===I2＋2H2O。
d．杀菌、消毒。
②还原性：过氧化氢遇到强氧化剂被氧化生成氧气。
例如：2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋5O2↑＋8H2O
③不稳定性：过氧化氢在常温下缓慢分解生成氧气和水，加热或者加入催化剂(MnO2、Cu2＋、Fe3＋等)快速分解。例如：2H2O22H2O＋O2↑(实验室制O2)。
(3)过氧化氢的用途：作消毒剂、杀菌剂，作漂白剂、脱氯剂，纯H2O2还可作火箭燃料的氧化剂等。
2．氧气的同素异形体臭氧(O3)
(1)物理性质
常温常压下，臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，它的密度比氧气大，比氧气易溶于水。吸入少量臭氧对人体有益，吸入过量对人体健康有一定危害。
(2)化学性质
①不稳定性：2O33O2。
②强氧化性：Ag、Hg等金属在臭氧中可以被氧化，O3能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝，其反应的化学方程式：O3＋2KI＋H2O===I2＋2KOH＋O2。
③漂白和消毒
许多染料受到臭氧的强烈氧化会褪色，臭氧还能杀死许多细菌。
(3)产生方式：3O22O3。
(4)臭氧层
能吸收来自太阳的大部分紫外线，是人类和其他生物的保护伞。氟氯烃是破坏臭氧层的“元凶”。
(5)臭氧的用途：脱色剂、消毒剂等。

1．(2019·张家界模拟)某商品的广告词是“臭氧，世界上最强大的消毒剂”。下列有关叙述正确的是(　　)
A．臭氧与氧气是同分异构体，二者的转化属于化学变化
B．大气平流层中的臭氧吸收紫外线，保护地球上的生物
C．臭氧有毒，所以不能用于水的净化
D．因为臭氧分解生成氧气，所以空气中臭氧的含量越高越好
B　[A项，O3与O2是同素异形体，不是同分异构体；C项，O3可用于水的杀菌净化；D项，O3的含量很高时，对生物是有害的。]
2．过氧化氢又称双氧水，它是一种二元弱酸，比碳酸的酸性弱，它在受热或碱性条件下极不稳定，易分解生成H2O和O2。随着社会需求的增长，尤其是生态环境保护的需要，双氧水近年来更受到人们的青睐，并称其为绿色氧化剂。
根据上述材料，完成下列问题：
(1)双氧水能使酸性高锰酸钾溶液褪色，体现了双氧水的________性(填“氧化”“还原”“酸”或“碱”，下同)；双氧水能使含酚酞的NaOH溶液褪色，体现了双氧水的________性；SO2通入双氧水中，溶液酸性增强，体现了双氧水的________性，反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)H2O2电离的方程式为________________________________________________________________________。
(3)鉴于H2O2显弱酸性，写出它与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式：________________________________________________________________________。
[解析]　(1)KMnO4被H2O2还原，说明H2O2具有还原性；含酚酞的NaOH溶液红色褪去，说明H2O2与NaOH发生中和反应，因此H2O2具有酸性；H2O2能将SO2氧化成H2SO4，体现其氧化性。(2)H2O2为二元弱酸，应分步电离，以第一步电离为主。(3)H2O2作为二元弱酸，能与Ba(OH)2发生中和反应：H2O2＋Ba(OH)2===BaO2＋2H2O。
[答案]　(1)还原　酸　氧化　SO2＋H2O2===2H＋＋SO
(2)H2O2H＋＋HO，HOH＋＋O
(3)H2O2＋Ba(OH)2===BaO2＋2H2O
　硫及其氧化物

(对应复习讲义第45页)

1．硫的存在和性质
(1)自然界中硫元素的存在


硫酸盐：石膏(CaSO4·2H2O)、
芒硝(Na2SO4·10H2O)
(2)硫单质的物理性质
硫单质俗称硫黄，是一种黄色晶体；不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2；有多种同素异形体，如单斜硫、斜方硫等。
(3)从化合价的角度认识硫单质的化学性质
①S的氧化性
S与Fe、Cu、Hg反应的化学方程式依次为S＋FeFeS，S＋2CuCu2S，S＋Hg===HgS(此反应适用于除去室内洒落的Hg)。
②S的还原性
a．S与O2反应的化学方程式为S＋O2SO2，空气中燃烧火焰为淡蓝色。
b．与强氧化剂反应(如浓硫酸)：S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O。
③S与NaOH溶液反应的化学方程式为3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，此反应可用于除去试管内黏附的S。
2．二氧化硫(SO2)
(1)物理性质
二氧化硫是无色、有刺激性气味的有毒气体，是大气污染物之一；易溶于水，通常状况下，1体积水溶解约40体积SO2。
(2)化学性质
H2O3、OO3、O
按要求完成下列方程式：
①
②氧化性(如与H2S溶液反应)：
SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O
③
④漂白性：使品红溶液褪色(原理：SO2＋有色物质无色物质有色物质＋SO2)。
3．三氧化硫(SO3)
SO3在标准状况下为无色、针状晶体，能与水反应：SO3＋H2O===H2SO4，放出大量的热，SO3是酸性氧化物，它跟碱性氧化物或碱都能反应生成硫酸盐。
4．硫化氢(H2S)
H2S是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体，有剧毒，是一种大气污染物。与足量NaOH溶液，CuSO4溶液反应的离子方程式为H2S＋2OH－===S2－＋2H2O，H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。
5．硫的氧化物的污染与治理
(1)来源：含硫化石燃料的燃烧及金属矿物的冶炼等。
(2)危害：危害人体健康，形成酸雨(pH小于5.6)。
(3)治理：燃煤脱硫，改进燃烧技术。
(4)硫酸型酸雨的形成途径有两个：
途径1：空气中飘尘的催化作用，使2SO2＋O22SO3、SO3＋H2O===H2SO4。
途径2：SO2＋H2OH2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。

1．三类不同的漂白剂

类型
原理
举例
备注
氧化型
将有机色质内部“生色团”破坏掉
NaClO、Ca(ClO)2、

Na2O2、H2O2、O3等
不可逆


加合型
与有机色质内部“生色团”“化合”成无色物质
SO2
可逆
吸附型
将有色物质吸附而褪色
活性炭
物理
变化



2.SO2与CO2的比较
(1)共性：均为酸性氧化物，通入澄清石灰水中均出现浑浊。
(2)异性：①SO2有漂白性(品红褪色)，而CO2没有。
②SO2具有还原性(被溴水、酸性KMnO4氧化褪色)，而CO2没有。
3．检验SO2和CO2同时存在的一般流程

流程




设计
检验SO2⇨除去SO2⇨⇨检验CO2



实验




装置




所选




试剂
品红溶液
酸性KMnO4溶液
品红溶液
澄清石灰水
预期




现象
褪色
褪色
不褪色
变浑浊

角度1　硫及其氧化物的性质及应用
1．下列说法正确的是________(填序号)。
①附有硫的试管可用CS2或热的强碱液洗涤
②黑火药由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合而成
③硫在空气中的燃烧产物是SO2，在纯氧中的燃烧产物是SO3
④类比Fe与Cl2反应生成FeCl3，推测Fe与S反应生成Fe2S3
⑤SO2使溴水褪色，体现了SO2的漂白性
⑥使澄清石灰水变浑浊的气体一定是SO2
⑦在标准状况下，0.5 mol SO3的体积为11.2 L
⑧SO2通入氢硫酸溶液中有淡黄色沉淀生成
[答案]　①②⑧
2．下列溶液能够区分SO2和CO2的是(　　)
①澄清石灰水　②H2S溶液　③酸性KMnO4溶液　④氯水　⑤品红溶液
A．①②③　　　　　　　　B．②③④
C．除①以外 D．全部
C　[SO2和CO2都属于酸性氧化物，它们与澄清石灰水反应的现象相同，若通入的气体过量，均先生成沉淀后溶解，所以不能利用这一性质来区别SO2和CO2。SO2具有氧化性，能将H2S溶液氧化，生成单质硫(淡黄色沉淀)，SO2也具有还原性，能被酸性KMnO4溶液和氯水氧化(溶液褪色)，SO2还具有漂白性，能使品红溶液褪色，CO2没有这些性质，所以可以用②③④⑤来区别SO2和CO2。]
3．下列能使品红溶液褪色，且褪色原理基本相同的是(　　)
①活性炭　②氯水　③二氧化硫　④臭氧　⑤过氧化钠　⑥双氧水
A．①②④
B．②③⑤
C．②④⑤⑥
D．①②③④⑤⑥
C　[物质的漂白性主要有三种原理：一是该物质具有强氧化性，如氯水、臭氧、过氧化钠、过氧化氢等；二是该物质与有机色素化合生成不稳定的无色化合物，如SO2；三是该物质具有很大的比表面积，具有很强的吸附色素的能力，如活性炭。]
4．(2019·贵阳模拟)将一定量的生铁(假设仅含Fe和C)与浓硫酸加热时，观察到固体完全溶解，并产生大量气体，某化学兴趣小组用如图装置(夹持仪器省略)对反应产生的气体成分进行探究。

(1)仪器b的名称为________。
(2)甲同学认为该气体中含有SO2、CO2、H2，将以上装置进行连接以完成验证(填接口字母代号)：c→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)→(　　)。
(3)实验中可以证明产生的气体中含有H2的实验现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若取6.0 g生铁加入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到336 mL(标准状况下)气体通入足量溴水中，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得到干燥固体2.33 g。由此推知气体中SO2的体积分数为________。若在反应所得的溶液中滴加KSCN溶液，溶液变红；继续滴加双氧水至过量，溶液红色褪去，同时有气泡产生。产生的气泡有多种可能，气泡可能是SCN－的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2；还可能是________，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
[解析]　 (2)由题给装置及试剂可知，检验CO2的试剂为氢氧化钡溶液，但SO2会对CO2的检验产生干扰，所以应先检验SO2并将SO2除去后再检验CO2，最后用装置J、F、G检验产生的气体中是否有H2，其中干燥后的H2在J装置中与CuO反应生成Cu和水，用F装置可以检验生成的水，G装置用于防止空气中的水蒸气进入F装置产生干扰，因此装置接口的连接顺序为c→f→g→d→e→m→n→o→p(或p→o)→h→i→j→k(或k→j)。
(3)氢气还原装置J中的氧化铜生成的水蒸气能使F装置中的白色的无水硫酸铜变蓝色，同时装置J中有红色的铜单质生成。(4)SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生反应：SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，生成的硫酸和氯化钡反应产生白色沉淀，设混合气体中二氧化硫的物质的量为n mol，则有：
　　　　SO2　　～　　BaSO4
1 mol 233 g
n mol 2.33 g
解得n＝0.01，n(混合气体)＝＝0.015 mol，所以二氧化硫的体积分数为×100%≈66.7%。
H2O2在Fe3＋的催化下会发生分解反应，生成O2和H2O。
[答案]　(1)分液漏斗
(2)f　g　d　e　m　n　o　p(或p　o)　h　i　j　k(或k　j)
(3)装置J中固体由黑变红，且装置F中固体由白变蓝
(4)66.7%　O2　2H2O22H2O＋O2↑
角度2　SO2对环境的污染
5．下列有关说法不正确的是(　　)
A．改燃煤为燃气，可以减少废气中SO2等有害物质的排放量，是治理“雾霾”等灾害天气的一种措施
B．向煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO3，可减少对大气的污染
C．大量燃烧化石燃料排放的废气中含SO2，从而使雨水的pH<5.6，形成酸雨
D．硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质
B　[煤中加入CaCO3，使产生的SO2先生成CaSO3，CaSO3又被氧化为CaSO4。]
6．(2019·无锡模拟)下列有关硫元素及其化合物的说法或描述正确的是(　　)
A．硫黄制备硫酸经历两步：S→SO3→H2SO4
B．酸雨与土壤中的金属氧化物反应后，硫元素以单质的形式进入土壤中
C．在燃煤中加入石灰石可减少SO2排放，发生的反应为2CaCO3＋2SO2＋O2===2CO2＋2CaSO4
D．土壤中的闪锌矿(主要成分为ZnS)遇到硫酸铜溶液转化为铜蓝(CuS)，说明CuS很稳定，不具有还原性
C　[A项，S与O2反应一步生成SO2；B项，硫元素以化合物的形式进入土壤中；D项，CuS有还原性。]
　硫酸与硫及其化合物的转化

(对应复习讲义第47页)

1．硫酸的物理性质
(1)纯硫酸是一种无色、油状液体，密度比水大，沸点高，难挥发。
(2)溶解性：H2SO4与水以任意比互溶，溶解时可放出大量热，浓H2SO4稀释的方法是：将浓H2SO4沿器壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌。
2．硫酸的化学性质
(1)稀硫酸具有酸的通性：硫酸是一种二元强酸，在水溶液中的电离方程式为H2SO4===2H＋＋SO，能与酸碱指示剂、金属、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。
(2)浓硫酸的三大特性
常用作干燥剂，但不能干燥还原性物质如H2S、HBr、HI和NH3等碱性气体；使蓝矾(CuSO4·5H2O)变为白色粉末与Cu：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋
SO2↑＋2H2O与C：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋
2SO2↑＋2H2O
3．SO、SO的检验
(1)SO的一般检验思路
待测液取清液观察有(无)白色沉淀―→判断有(无)SO
(2)SO的检验
待测液沉淀气体品红溶液褪色，说明含SO。
4．硫及其化合物的转化
(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现的，如：
SO2H2SO3Na2SO3NaHSO3
写出②、③、④反应的化学方程式：
②H2SO3＋2NaOH===Na2SO3＋2H2O；
③Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O；
④Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3。
(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的，如：

①H2SO3与O2反应转化为H2SO4的化学方程式为2H2SO3＋O2===2H2SO4，②Na2SO3与O2反应转化为Na2SO4的化学方程式为2Na2SO3＋O2===2Na2SO4。

1．含硫物质的连续氧化
硫元素
2．从氧化还原反应的角度定位硫及其化合物间的转化
(1)相邻价态的同种元素的微粒间不发生氧化还原反应，如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。
(2)当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降。可用如图表示：


角度1　硫酸的性质与SO、SO的检验
1．某同学设想用如图装置来验证浓硫酸的某些性质，其中不能达到目的的是(　　)


A
B
C
D
实验




目的
吸水性
脱水性
溶解放热
强氧化性
实验




装置




D　[A项中由于分子是在不断运动着的，故玻璃罩内空气中的水蒸气不断地被浓硫酸吸收，导致左侧烧杯中的水不断挥发，最后左侧烧杯内的液体量明显少于右侧烧杯内的液体量；B项中滤纸沾上浓硫酸后，很快会因脱水而变黑；C项中浓硫酸滴到小试管内的水中，放出的热量会使锥形瓶内压强增大，U形管内液面出现左低右高的现象；D项中因常温下铜片与浓硫酸不反应，故无法判断浓硫酸是否表现出强氧化性。]
2．(2018·全国卷Ⅲ，T28节选)已知：Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaS2O3)＝4.1×10－5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质，选用下列试剂设计实验方案进行检验：
试剂：稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
实验步骤
现象
①取少量样品，加入除氧蒸馏水
②固体完全溶解得无色澄清溶液
③____________
④__________，有刺激性气体产生
⑤静置，________
⑥________________
[解析]　欲检验市售Na2S2O3中是否含有SO，应先取少量样品，加入除氧蒸馏水，固体完全溶解得澄清溶液，向其中加入过量稀盐酸，使S2O完全反应(S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O)，以避免生成BaS2O3沉淀，对检验产生干扰，产生的现象是出现乳黄色浑浊，并有刺激性气味的气体产生，静置后，取上层清液，向其中滴入BaCl2溶液，产生白色沉淀即可说明市售Na2S2O3中含有SO。
[答案]　③加入过量稀盐酸　④出现乳黄色浑浊　⑤取上层清液，滴入BaCl2溶液　⑥产生白色沉淀
3．下列说法正确的是________(填序号)
①(2016·全国卷Ⅲ)配制稀硫酸的操作是先将浓硫酸加入烧杯中，后倒入蒸馏水
②常温下，将铁片浸入足量浓硫酸中，铁片不溶解，说明常温下铁与浓硫酸一定没有发生化学反应
③NaCl与浓H2SO4加热可制HCl，推测NaBr与浓H2SO4加热可制HBr
④浓H2SO4溅到皮肤上时立即用稀NaOH溶液冲洗

⑤(2014·全国卷Ⅰ)浓H2SO4滴入蔗糖固体中，将产生的气体通入溴水，溴水褪色，说明浓硫酸具有脱水性、氧化性
[答案]　⑤

浓H2SO4与金属反应应注意以下问题
(1)浓H2SO4与足量Cu反应时，H2SO4不能反应完全。
(2)浓H2SO4与足量活泼金属[Fe(△)、Zn、Mg]反应时，反应后期，浓H2SO4变为稀H2SO4，发生置换反应生成H2。
角度2　硫及其化合物的转化与应用
4．(2018·全国卷Ⅰ，T27节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：
　　　　 SO2　　Na2CO3固体　SO2


　　　　　↓　　　　↓　　　　↓


―→Na2S2O5
①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是
________________________________________________________________________。
[解析]　(1)NaHSO3结晶脱水生成Na2S2O5。(2)①向Na2CO3饱和溶液中通入SO2，可能生成Na2SO3、NaHSO3，因Na2SO3溶液呈碱性，Ⅰ中溶液呈弱酸性，所以生成的是NaHSO3。②审题时抓住“生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得”，则工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是得到NaHSO3的过饱和溶液。
[答案]　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O
(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3的过饱和溶液
5．如图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系(某些产物和反应条件已略去)。化合物B在常温常压下为气体，B和C的相对分子质量之比为4∶5，化合物D是重要的工业原料。

(1)写出A、B、C、D、E的化学式
A________、B________、C________、D________、
E________。
(2)写出下列转化的化学方程式
①D与Cu反应生成B：________________________________________________________________________。
②E溶液中通入H2S气体：________________________________________________________________________。
③E溶液中加入FeCl3溶液：________________________________________________________________________。
[解析]　根据题意可知A、B、C、D、E分别为S、SO2、SO3、H2SO4、H2SO3
[答案]　(1)S　SO2　SO3　H2SO4　H2SO3
(2)①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
②H2SO3＋2H2S===3S↓＋3H2O
③H2SO3＋2FeCl3＋H2O===2FeCl2＋H2SO4＋2HCl

中学阶段常见的符合ABCD转化关系的元素

(1)硫元素：H2SSO2SO3H2SO4、
SSO2SO3H2SO4。
(2)碳元素：CCOCO2H2CO3。
(3)氮元素：N2NONO2HNO3、
NH3NONO2HNO3。
(4)钠元素：NaNa2ONa2O2NaOH。