版高考化学一轮复习培优计划第四章非金属及化合物二拓展点认识更多的氧族物质O3H2O2H2SNa2S2O3练习.docx

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版高考化学一轮复习培优计划第四章非金属及化合物二拓展点认识更多的氧族物质O3H2O2H2SNa2S2O3练习

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＋2H2O

2NH4HSO4＋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＋O2

H2O2。

[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

H2S

H2＋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＋3O2

2SO2＋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＋S

Na2S2O3。

[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浑浊；

ⅱ.一段时间后，C中产生大量黄色沉淀

用湿润的淀粉碘化钾试纸检验C中雾

C中浊液过滤后，取少量滤液用盐酸酸化，滴加氯化钡溶液

淀粉碘化钾试纸变蓝

有白色沉淀生成

（1）A中发生反应的离子方程式是________________________________________。

（2）B中饱和NaCl溶液的作用是________________________________________。

（3）C中生成黄色沉淀的离子方程式是___________________________________。

（4）将C中雾通入品红溶液检验是否有SO2，该操作不合理的理由是________________________________________________________________________。

（5）C中滤液与氯化钡溶液反应生成白色沉淀，甲同学认为利用该现象可证明Na2S2O3被Cl2氧化，反应的离子方程式是________________________________。

乙同学认为，C中滤液用硝酸酸化后滴加硝酸银溶液，若有白色沉淀，也能证明Na2S2O3被Cl2氧化，丙同学认为不能证明，理由是________________________________________________。

解析：

（1）A中制备氯气。

（2）根据信息，酸性条件下S2O

迅速分解为S和SO2知，B中饱和NaCl溶液的作用是除去Cl2中混有的HCl，防止HCl对Cl2与Na2S2O3的反应产生干扰。

（3）C中生成的黄色沉淀是S。

（4）C中雾有Cl2，不能通入品红溶液检验是否有SO2。

（5）S2O

有较强的还原性，C中滤液与BaCl2溶液反应生成的白色沉淀是BaSO4，故S2O

被Cl2氧化生成SO

，反应的离子方程式是S2O

＋4Cl2＋5H2O===8Cl－＋2SO

＋10H＋。

答案：

（1）MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（2）除去Cl2中混有的HCl，防止HCl对Cl2与Na2S2O3的反应产生干扰

（3）S2O

＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O

（4）C中雾有Cl2

（5）S2O

＋4Cl2＋5H2O===8Cl－＋2SO

＋10H＋　氯气与水反应生成Cl－，检验出溶液中有Cl－也不能证明是Cl2氧化了Na2S2O3（或其他合理答案）

2．（2018·江西五校统考）过氧化氢（H2O2）俗名双氧水，医疗上可作外科消毒剂，是一种二元弱酸且具有氧化性。

（1）H2O2的结构式为______________________________。

（2）①在一定条件下异丙醇[CH3CH（OH）CH3]用O2经多步氧化可制得H2O2，同时生成CH3COCH3，写出制备H2O2的化学方程式：

____________________________________。

②过氧化铬（CrO5，分子结构为

），CrO5中Cr的化合价为________；过氧化铬可通过酸性K2Cr2O7溶液与过氧化氢反应制得，写出该反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）N2H4（l）＋2H2O2（l）===N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－640kJ·mol－1

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1

64g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时，放出的热量是________kJ。

（4）油画的染料含Pb，长时间与空气中的H2S作用生成PbS（黑色）而发暗，可用H2O2使其变白，写出变白过程的化学方程式：

_______________________________________。

（5）已知常温下，H2O2的K1≈1.67×10－12，则该温度下5.39mol·L－1的H2O2中c（H＋）约为________，写出H2O2与Ca（OH）2作用形成正盐的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）在碘化钾和硫酸的混合溶液中加入过氧化氢水溶液，迅速发生反应放出大量气体，反应过程可表示如下：

①H2O2＋2KI＋H2SO4===I2＋K2SO4＋2H2O

②H2O2＋I2===2HIO

③H2O2＋2HIO===I2＋O2↑＋2H2O

有人认为上述反应说明了碘单质是过氧化氢分解的催化剂，理由是________________________________________________________________________。

解析：

（1）H2O2中原子间以共价键结合，其结构式为H—O—O—H。

（2）①由信息可写出化学方程式CH3CH（OH）CH3＋O2―→H2O2＋CH3COCH3；②根据CrO5分子结构CrOOOOO可知，其中有4个氧原子的化合价为－1,1个为－2，则该化合物中Cr元素的化合价是＋6；由于溶液显酸性，因此反应中还有氢离子参加，根据原子守恒可知，生成物中有水，因此反应的离子方程式为Cr2O

＋4H2O2＋2H＋===2CrO5＋5H2O。

（3）H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1　①；N2H4（l）＋2H2O2（l）===N2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－640kJ·mol－1　②，根据盖斯定律求得N2H4（l）＋2H2O2（l）===N2（g）＋4H2O（l）　ΔH＝②－4×①＝－816kJ·mol－1，64g液态肼的物质的量为2mol，与足量的液态H2O2反应放出的热量为1632kJ。

（4）由题给信息以及得失电子守恒可写出化学方程式：

PbS＋4H2O2===PbSO4＋4H2O。

（5）K1＝

，c（H＋）＝

mol·L－1≈3×10－6mol·L－1，过氧化氢可看成二元弱酸，所以和氢氧化钙反应形成正盐的化学方程式为Ca（OH）2＋H2O2===2H2O＋CaO2。

（6）从反应②、③可看出碘单质在反应中没有被消耗（质量和化学性质均不变），在碘单质的存在下过氧化氢分解放出氧气的速率加快。

答案：

（1）H—O—O—H

（2）①CH3CH（OH）CH3＋O2―→H2O2＋CH3COCH3

②＋6　Cr2O

＋4H2O2＋2H＋===2CrO5＋5H2O

（3）1632

（4）PbS＋4H2O2===PbSO4＋4H2O

（5）3×10－6mol·L－1

Ca（OH）2＋H2O2===2H2O＋CaO2

（6）从反应②、③可看出碘单质在反应中没有被消耗（质量和化学性质均不变），在碘单质的存在下过氧化氢分解放出氧气的速率加快

3．（2018·泉州模拟）硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）俗名“大苏打”，又称为“海波”。

它易溶于水，难溶于乙醇，加热、遇酸均易分解。

某实验室模拟工业硫化碱法制取硫代硫酸钠，其反应装置及所需试剂如下图：

实验具体操作步骤为

①开启分液漏斗，使硫酸慢慢滴下，适当调节滴速，使反应产生的SO2气体较均匀地通入Na2S和Na2CO3的混合溶液中，同时开启电动搅拌器搅动，水浴加热，微沸。

②直至析出的浑浊不再消失，并控制溶液的pH接近7时，停止通入SO2气体。

……

（1）写出仪器A的名称________。

（2）为了保证硫代硫酸钠的产量，实验中不能让溶液pH<7，请用离子方程式解释原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）写出三颈烧瓶B中制取Na2S2O3反应的总化学反应方程式：

________________________________________________________________________。

（4）从上述生成物混合液中获得较高产率Na2S2O3·5H2O的步骤为

为减少产品的损失，操作①为趁热过滤，“趁热”的原因是____________________；操作②是________；操作③是抽滤、洗涤、干燥。

（5）测定产品纯度

取6.00g产品，配制成100mL溶液。

取10.00mL溶液，以淀粉溶液为指示剂，用浓度为0.0500mol·L－1I2的标准溶液进行滴定，反应原理为2S2O

＋I2===S4O

＋2I－。