2020版高考一轮复习化学通用版学案：第四章第5课时　点点突破——氧、硫及其重要化合物

第5课时　点点突破——氧、硫及其重要化合物
知识点一　O3和H2O2的性质及应用
1．臭氧
(1)组成：臭氧的分子式为O3，与 O2互为同素异形体。
(2)化学性质
不稳定性
O3不稳定，容易分解，反应的化学方程式为2O3===3O2，在放电条件下空气中的O2可以转化为O3，反应的化学方程式为 3O22O3
强氧化性
O3容易使淀粉­KI溶液变蓝色，反应的化学方程式为 2KI＋O3＋H2O===I2＋2KOH＋O2
漂白性
O3因其强氧化性能使有色物质褪色，可用作杀菌消毒剂

(3)用途：①可用作脱色剂和消毒剂；②臭氧层可以吸收来自太阳的紫外线，是人类和其他生物的保护伞。
2．过氧化氢(双氧水)
(1)结构
电子式： ，结构式：H—O—O—H。
(2)化学性质
不稳定性
加热、光照或加催化剂都能加快其分解：
2H2O22H2O＋O2↑，因此H2O2应保存在棕色瓶中并放置在阴凉处
弱酸性
相当于二元弱酸
H2O2H＋＋HO，HOH＋＋O
强氧化性
①工业上用10%的H2O2作为漂白剂，在医疗上用3%的H2O2作为消毒杀菌剂；
②氧化Fe2＋、SO等还原性物质：
H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，
H2O2＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O；
③使湿润的淀粉­KI试纸变蓝：
H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O
弱还原性
H2O2中－1价的氧遇强氧化剂可失去电子转化成0价氧而被氧化。
2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O

[提醒]　①除MnO2外，Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Cr3＋等也均能催化H2O2的分解；H2O2在碱性环境中的分解远比在酸性环境中的快。
②H2O2作氧化剂时，其还原产物一般为水，不引入杂质且对环境无污染，因而又称为绿色氧化剂，常用于除去具有还原性的杂质离子。
3．氧族元素
(1)氧族元素概况
包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)五种元素。常温下，单质除氧为气体外，其余均为固体，氧、硫、硒为典型的非金属元素，碲为类金属，钋为金属。
(2)相似性和递变性
原子结构
最外层都有6个电子，在化学反应中可显－2、＋4、＋6价(氧无最高正价除外)
化学性质
氢化物
氧、硫、硒的单质可直接与氢气化合生成氢化物：2H2＋O22H2O、H2＋SH2S
碲不能直接与氢气化合，只能通过其他反应间接制取碲化氢
氧化物
硫、硒、碲均有二氧化物、三氧化物，且均是酸酐
能与大多数金属直接化合
如：Fe＋SFeS、2Cu＋SCu2S、
3Fe＋2O2Fe3O4、2Cu＋O22CuO

[提醒]　①除K＋、Na＋外，一般的金属硫化物难溶于水，如：FeS、ZnS、CuS等。
②金属硫化物在空气中灼烧，生成金属氧化物和SO2，如：2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。
[对点训练]
1．下列有关双氧水说法错误的是(　　)
A．H2O2、Na2O2都属于过氧化物，都存在共价键
B．双氧水是绿色氧化剂，可作医疗消毒剂
C．H2O2在过氧化氢酶的催化下，温度越高，分解速率越快
D．H2O2作漂白剂是利用其氧化性，漂白原理与HClO类似，与SO2不同
解析：选C　酶在过高的温度下会失去活性，故C项错误。
2．如图为大气平流层中臭氧层被破坏的一个流程图，下列说法不正确的是(　　)

A．O3转化为O2是物理变化
B．反应①中破坏的化学键为共价键
C．反应②可表示为O3＋Cl===ClO＋O2
D．少量的Cl能破坏大量的O3
解析：选A　O3转化为O2是同素异形体间的转化，属于化学变化，A错误；反应①是ClO＋O===O2＋Cl中破坏的化学键ClO为共价键，B正确；结合图示分析反应②是臭氧和氯原子反应生成ClO和氧气，C正确；由图分析可知氯原子会和臭氧反应破坏臭氧分子结构，氯原子在反应中做催化剂，少量的Cl能破坏大量的O3，D正确。
知识点二　硫及其氧化物的性质

1．自然界中的硫

(1)物理性质
俗称
颜色状态
溶解性
硫黄
色晶体
不溶于水
微溶于酒精
易溶于CS2

(2)化学性质
H2 O2
①与金属反应表现氧化性
②与非金属反应
③与强氧化剂反应(如浓硫酸)：S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O，表现还原性。
④与NaOH溶液反应：3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，表现氧化性和还原性。
[提醒]　①硫与变价金属反应时，生成低价态金属硫化物(如Cu2S、FeS)。
②汞蒸气有毒，实验室里不慎洒落一些汞，可撒上硫粉进行处理。
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

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：可使品红溶液等有机色质褪色，生成不稳定的化合物。
[提醒]　①工业上可利用SO2来漂白纸浆、毛、丝、草帽辫等，但不能用于食品的增白。SO2还用于杀菌、消毒等，可用作干果的防腐剂。
②SO2不能漂白紫色石蕊溶液，紫色石蕊溶液中通入SO2变红色。
(3)实验室制法
①固体Na2SO3与较浓H2SO4反应
Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O；
②铜与浓H2SO4混合加热
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。
(4)SO2对大气的污染与防治
来源
化石燃料的燃烧及含硫矿石的冶炼
危害
污染大气，危害人体健康，形成酸雨

防治
开发新能源、燃煤除硫、处理工业废气

(5)SO2和CO2的鉴别
试剂
现象及结论
原理(化学方程式)
品红溶液
使品红溶液褪色的是SO2；不能使品红溶液褪色的是CO2
——
KMnO4溶液
使紫色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2
2KMnO4＋5SO2＋2H2O===K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4
溴水
使橙色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液
产生白色沉淀的是SO2，无明显现象的是CO2
3SO2＋2HNO3＋2H2O===3H2SO4＋2NO↑
Ba(NO3)2＋H2SO4===BaSO4↓
＋2HNO3
FeCl3溶液
使棕黄色变为浅绿色的是SO2，无明显现象的是CO2
2FeCl3＋SO2＋2H2O===FeCl2＋FeSO4＋4HCl
澄清石灰水
不能用澄清石灰水鉴别SO2和CO2，原因是二者都能使澄清石灰水变浑浊
3．漂白性物质分类汇总
漂白
原理
漂白剂
有效
成分
漂白
原理
变化
类别
漂白
特点
适用范围
吸附
作用型
活性炭
活性炭
吸附
漂白
物理
变化
物理
漂白
一般用于溶
液中的漂白
强氧
化剂型
(不可
逆)
Cl2
HClO
利用
HClO
的强氧
化性进
行漂白
化学
变化
氧化还原漂白，不可逆
可以漂白所有有机色质
次氯
酸盐
HClO
Na2O2
H2O2
利用
H2O2
的氧化
性进行
漂白
化学
变化
氧化还原漂白，不可逆
可以漂白所有有机色质
H2O2
加合
反应型
(可逆)
SO2
SO2
SO2与有
色物质
化合生
成不稳
定的无
色物质
化学
变化
非氧化还原漂白，可逆
具有选择性，如品红、棉、麻、草等

4．三氧化硫(SO3)
(1)物理性质
熔点16.8 ℃，沸点44.8 ℃，在常温下为态，在标准状况下为态。
(2)化学性质
反应
化学方程式
与水反应
SO3＋H2O===H2SO4(放出大量的热)
与氧化钙反应
SO3＋CaO===CaSO4
与氢氧化钠反应
SO3＋2NaOH===Na2SO4＋H2O

[对点训练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)硫在空气中燃烧生成SO2，在纯氧中燃烧生成SO3(×)
(2)试管内壁上附着的硫黄可用热的碱液清洗(√)
(3)SO2可广泛应用于食品漂白(×)
(4)将SO2通入BaCl2溶液，能产生白色的BaSO3沉淀(×)
(5)SO2和Cl2等物质的量混合后通入装有湿润的有色布条的集气瓶中，漂白效果更好(×)
(6)SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2都能使红墨水褪色，其原理相同(×)
(7)因为SO2具有漂白性，所以它能使品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、石蕊溶液褪色(×)
2．将SO2和SO3两种气体的混合物通入BaCl2溶液，其结果是(　　)
A．两种气体都被吸收，有BaSO4沉淀生成
B．只有BaSO4沉淀，SO2从溶液中逸出
C．生成BaSO3和BaSO4两种沉淀
D．只生成BaSO3沉淀，SO3从溶液中逸出
解析：选B　将SO2和SO3两种气体的混合物通入BaCl2溶液，因BaSO4不溶于酸，则SO3与BaCl2和H2O反应生成BaSO4和盐酸；盐酸的酸性大于亚硫酸，则SO2不反应，从溶液中逸出。
3．(2017·海南高考)分别将足量下列气体通入稀Na2S溶液中，可以使溶液变浑浊的是(　　)
A．CO　　　　　　　　　 B．SO2
C．HCl D．CO2
解析：选B　CO不与Na2S发生反应，因此没有沉淀产生，故A错误；SO2具有弱氧化性，与Na2S发生氧化还原反应且有沉淀S单质生成，即SO2＋2S2－＋4H＋===3S↓＋2H2O，故B正确；利用强酸制弱酸原理，HCl与Na2S发生反应2H＋＋S2－===H2S，没有沉淀产生，故C错误；CO2通入稀Na2S溶液中，不产生沉淀，故D错误。
4.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在加热条件下与H2反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)写出E和A的氢化物反应生成A的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)将5 mL 0.10 mol·L－1的E溶液与10 mL 0.10 mol·L－1的NaOH溶液混合。
①写出反应的离子方程式：_____________________________________________；
②反应后溶液的pH________7(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是____________
________________________________________________________________________。
解析：能在空气中反应生成气体的单质，应该为非金属单质，常见的为C、S，结合B、C的相对分子质量之比为4∶5和D为重要的化工原料，可推知：A为S，B为SO2，C为SO3，D为H2SO4，E为H2SO3。(3)将5 mL 0.10 mol·L－1的E(H2SO3)溶液与10 mL 0.10 mol·L－1的NaOH溶液混合，两者恰好完全反应，所得溶液为Na2SO3溶液，由于SO＋H2OHSO＋OH－，所以溶液显碱性。
答案：(1)S＋H2H2S　(2)H2SO3＋2H2S===3S↓＋3H2O　(3)①H2SO3＋2OH－===SO＋2H2O　②大于　Na2SO3是强碱弱酸盐，水解后溶液显碱性
知识点三　硫酸　硫酸盐

1．硫酸的物理性质
(1)纯硫酸是一种无色油状液体，沸点，难挥发。
(2)溶解性：浓H2SO4与水以任意比互溶，溶解时可放出大量的热。
(3)浓硫酸的稀释方法：
将浓硫酸沿器壁慢慢注入中，并用玻璃棒不断搅拌。
2．稀H2SO4具有酸的通性
硫酸是强电解质，在水溶液中的电离方程式为H2SO4===2H＋＋SO ，能与指示剂、金属、碱性氧化物、碱、盐等物质发生反应。
3．浓H2SO4的特性
(1)填写下表
实验
实验现象
浓硫酸的特性
少量胆矾加入浓硫酸中
蓝色固体变成白色
吸水性
用玻璃棒蘸取浓硫酸点在滤纸上
沾有浓H2SO4的滤纸变
脱水性
将铜片加入盛有浓硫酸的试管中加热
铜片逐渐溶解，产生无色刺激性气味的气体
强氧化性

(2)分别写出浓硫酸与Cu、C反应的化学方程式：
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O、
C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。
(3)常温下，铁、铝遇浓H2SO4钝化,可用铝(或铁)槽车运输浓硫酸。
[提醒]　①H2SO4是高沸点、难挥发性的强酸，利用这一性质可以制取HCl和HF：H2SO4(浓)＋NaClNaHSO4＋HCl↑，CaF2＋H2SO4===CaSO4＋2HF↑。
②由“量变”引起的“质变”：金属(如Cu、Zn等)与浓H2SO4反应时，要注意H2SO4浓度对反应产物的影响。开始阶段产生SO2气体，随着反应的进行，H2SO4的浓度变小，最后变为稀H2SO4，Cu与稀H2SO4不反应，Zn与稀H2SO4反应生成H2而不是SO2。
4．硫酸的工业制备
(1)工艺流程

[提醒]　工业上用98%的硫酸吸收SO3，可以避免用水吸收SO3产生的酸雾腐蚀设备，并且可以提高吸收率。
(2)反应原理
①燃烧硫铁矿(FeS2)或硫制备SO2：
4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2或S＋O2SO2。
②SO2转化为SO3：2SO2＋O22SO3。
③SO3吸收生成H2SO4：SO3＋H2O===H2SO4。
5．SO、SO的检验
(1)SO的检验
①向溶液中加入盐酸，将产生的气体通入品红溶液中，红色褪去，发生的离子反应为SO＋2H＋===H2O＋SO2↑。
②加入氯化钡溶液生成白色沉淀，然后加入盐酸，沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体，发生反应的离子方程式为SO＋Ba2＋===BaSO3↓，BaSO3＋2H＋===Ba2＋＋SO2↑＋H2O。
(2)SO的检验
①检验方法
检验SO的正确操作方法：被检液加足量盐酸酸化,取清液有无白色沉淀产生(判断有无SO)
②检验误区
误区1
只加可溶性钡盐、而不先加盐酸酸化
将导致CO、PO、SO等干扰离子判断成SO。因上述离子会产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀
误区2
误将Ag＋判断成SO
如向待测液中滴加BaCl2溶液，再加稀盐酸有白色沉淀便断定含SO。其错误是未注意溶液中不含SO，而含Ag＋时也会产生同样的现象：Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色)
误区3
误将SO判断成SO
如先用稀硝酸酸化，再加入BaCl2溶液或向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀，便误以为有SO。该错误是未注意NO在酸性环境中具有强氧化性，将SO氧化成SO而产生干扰

6．重要的硫酸盐
化学式
俗名
颜色
主要性质
用途
2CaSO4·H2O
熟石膏
白色
2CaSO4·H2O＋3H2O===2(CaSO4·2H2O)
塑像、模型、粉笔、医疗绷带等
CaSO4·2H2O
生石膏
白色
2(CaSO4·2H2O) 3H2O＋2CaSO4·H2O
水泥添加剂
FeSO4·7H2O
绿矾
浅绿色
暴露在空气中被氧化为三价铁盐
用于配制蓝黑墨水，补血剂
CuSO4·5H2O
胆矾、蓝矾
蓝色
CuSO4·5H2OCuSO4(白)＋5H2O
配制波尔多液，镀铜液
Na2SO4·10H2O
芒硝
白色
—
造纸，制缓泻剂、合成洗涤剂
KAl(SO4)2·12H2O
明矾
白色
—
净水剂

[对点训练]
1．(2019·蚌埠月考)宋代《图经本草》中有记载：“取此一物，置于铁板上，聚炭封之。囊袋吹令火炽，其矾即沸流出，色赤如融金汁者，是其也。看沸定汁尽，去火待冷，取出按为末，色似黄丹。”文中“矾”的化学式是(　　)
A．ZnSO4·7H2O　　　　　 B．FeSO4·7H2O
C．KAl(SO4)2·12H2O D．CaSO4·2H2O
解析：选B　由题给信息知，文中的“矾”为FeSO4·7H2O，B正确。
2．下列关于硫酸的叙述中，正确的是(　　)
A．浓硫酸具有脱水性，因而能使蔗糖炭化
B．浓硫酸有强氧化性，不可贮存在铝、铁容器中
C．浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体
D．稀释浓硫酸时，应将水沿着器壁慢慢加入到浓硫酸中，并用玻璃棒不断搅拌
解析：选A　使蔗糖炭化，表现浓硫酸的脱水性，A正确；浓硫酸虽具有强氧化性，但可与铝、铁在常温下发生钝化反应，在表面生成一层致密的氧化膜，故可贮存在铝、铁容器中，B错误；浓硫酸与氨气反应，不能用于干燥氨气，C错误；浓硫酸密度比水大，稀释浓硫酸时，应防止酸液飞溅，应将浓硫酸沿着器壁慢慢加入到水中，并用玻璃棒不断搅拌，D错误。
3．在某溶液中加入BaCl2溶液，生成白色沉淀，加入稀硝酸，沉淀不溶解，则下列关于该溶液所含离子的推断中正确的是(　　)
A．一定含有SO
B．含有SO和Ag＋
C．可能含有SO、Ag＋、SO中的一种或两种
D．可能含有SO或CO
解析：选C　A项错误，C项正确，不能排除Ag＋、SO的干扰；B项错误，因为溶液中SO与Ag＋反应不能大量共存；D项错误，由“加入稀硝酸，沉淀不溶解”可以判断不可能含有CO。
4．用硫及其化合物制硫酸有下列三种反应途径，某些反应条件和产物已省略。下列有关说法不正确的是(　　)
途径①：SH2SO4
途径②：SSO2SO3H2SO4
途径③：FeS2SO2SO3H2SO4
A．途径①的反应中体现了浓HNO3的强氧化性
B．途径②、③的第二步反应在实际生产中可以通过增大O2的浓度来降低成本
C．由途径①、②、③分别制取1 mol H2SO4，理论上各消耗1 mol S，各转移6 mol e－
D．途径②、③比途径①污染相对小且原子利用率高，更能体现“绿色化学”的理论
解析：选C　途径①属于浓硝酸和非金属单质的反应，表现了浓硝酸的强氧化性，A项正确；途径②、③的第二步反应为可逆反应，通过增大O2的浓度来提高SO2的转化率，降低成本，B项正确；由途径①、②分别制取1 mol H2SO4，理论上各消耗1 mol S，各转移6 mol e－，而途径③转移7 mol e－，C项错误。
5．(1)用过量的锌与浓H2SO4反应，某同学认为除了生成SO2外，还有H2产生，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用过量铜片与含0.2 mol H2SO4的浓H2SO4共热足够长时间(只考虑铜与浓H2SO4反应，忽略其他副反应)，甲认为产生的SO2少于0.1 mol，理由是_____________________________
________________________________________________________________________；
而乙同学认为产生的SO2为0.1 mol，理由是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验证明在低温下铜不能与O2反应，也不能与稀H2SO4共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀H2SO4中并通入空气来制备CuSO4溶液的。铜屑在此状态下被溶解的化学方程式为______________________________________________________________。
利用铜制备CuSO4的另一种方法为_____________________________________
(用化学方程式表示)。以上两种方法____________________________________(填“前”或“后”)者较好，原因是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：浓H2SO4与金属反应时，随着反应的进行，H2SO4的量不断减少，硫酸由浓变稀，稀H2SO4可与锌反应产生氢气，但稀H2SO4不与铜反应。在稀H2SO4存在的条件下，Cu与O2在加热条件下反应生成碱性氧化物CuO，并迅速溶解在热的稀H2SO4中生成CuSO4。
答案：(1)Zn过量，随着反应的进行，浓H2SO4变稀，稀H2SO4可与Zn反应产生H2
(2)由反应Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，若0.2 mol H2SO4全部反应可生成0.1 mol SO2，但随着反应的进行，浓H2SO4变稀，而稀H2SO4与铜不反应　加热时间足够长，水比硫酸易挥发，硫酸始终保持较高浓度，直至与铜完全反应
(3)2Cu＋2H2SO4(稀)＋O22CuSO4＋2H2O
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　前
若制得1 mol CuSO4，第一种方法只需1 mol H2SO4，而第二种方法则要用2 mol H2SO4，而且生成的SO2会造成大气污染