第一節(jié) 氧族元素

 一、考點(diǎn)：

1.以硫元素為代表，了解氧族元素的單質(zhì)、氫化物及其氧化物的重要性質(zhì)；理解氧族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律；

2.了解硫的氧化物對(duì)環(huán)境的污染及環(huán)境保護(hù)的意義；

3.掌握工業(yè)上接觸法制硫酸的反應(yīng)原理及有關(guān)的多步反應(yīng)的計(jì)算；

4.了解硫酸的性質(zhì)、用途及硫酸根離子的檢驗(yàn)；了解幾種常見(jiàn)的硫酸鹽。

5.掌握離子反應(yīng)、離子反應(yīng)發(fā)生的條件及離子方程式的書寫。

 

二、知識(shí)結(jié)構(gòu)：

1.氧族元素原子結(jié)構(gòu)、單質(zhì)性質(zhì)

元素名稱和符號(hào)

氧(O)

硫(S)

硒(Se)

碲(Te)

 

原子

結(jié)構(gòu)

 

原子序數(shù)

8

16

34

52

結(jié)構(gòu)示意圖

電子式

· ∶

· ∶

· ∶

· ∶

主要化合價(jià)

-2

-2，+4，+6

-2，+4，+6

-2，+4，+6

相同點(diǎn)

最外層電子數(shù)相同，都是6個(gè)電子

不同點(diǎn)

原子核外電子層數(shù)不同，依次增大

原子半徑

 

物

理性

質(zhì)

顏色和狀態(tài)

無(wú)色無(wú)味氣體

淡黃固體

灰色固體

銀白色固體

密度

熔點(diǎn)(℃)

沸點(diǎn)(℃)

水、有機(jī)溶濟(jì)溶解度

 

化學(xué)反

與金屬反應(yīng)

易與金屬反應(yīng)

易與金屬反應(yīng)

反應(yīng)較難

多數(shù)不反應(yīng)

與非金屬反應(yīng)

易與H₂、C、P、S等反應(yīng)

 

能與H₂、C、O₂反應(yīng)

 

反應(yīng)難

一般不反應(yīng)

與化合物應(yīng)

能與許多物質(zhì)反應(yīng)

能與氧化性酸、強(qiáng)堿反應(yīng)

反應(yīng)少

反應(yīng)很少

 

一、硫

1、  游離態(tài)——自然界存在于火山噴口、地殼巖層。人類在遠(yuǎn)古時(shí)代發(fā)現(xiàn)并使用硫。

存在

     化合態(tài)——存在形式有：FeS₂（非鹽）、CuFeS₂（復(fù)鹽）、石膏、芒硝、煤和石油

               中含少量硫——污染大氣物主要來(lái)源。

2、物理性質(zhì)：硫有多種同素異開(kāi)體。如單斜硫、斜方硫、彈性硫等。不同溫度硫分子含硫原子數(shù)不同、常溫是S₈、高溫蒸氣主要是S₂。常溫為淡黃色晶體（淡黃色固體有：Na₂O₂、AgBr、黃鐵礦、T、N、T等）。

注意：①在溶液中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成少量硫時(shí)，有時(shí)稱乳白色。

  ②硫的溶解性：不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS₂。因此用物理方法洗去試管壁上的硫，只能用CS₂作溶劑。

3、化學(xué)性質(zhì)——硫原子最外層6個(gè)電子，較易得電子，表現(xiàn)較強(qiáng)的氧化性。

（1）與金屬反應(yīng)    Na+S——Na₂S （劇烈反應(yīng)并發(fā)生爆炸）

                  （Na+S——Na₂S_x）

                   Al+S   ^△  Al_2­S₂（制取Al₂S₃的唯一途徑）

                   Fe+S    ^△   FeS（黑色）

思考：①21g鐵粉跟8g硫粉混合加熱，冷卻后將所得固體溶于足量鹽酸，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下可得氣體多少升？

（據(jù)Fe～FeS～H₂S↑可知，不論誰(shuí)過(guò)量，有1molFe，必須生成1mol氣體，則所得氣

     Fe～H₂↑

體體積為： ）

     ②若為21g硫粉和8g鐵粉混合，在空氣中加熱，冷卻后，所得固體質(zhì)量為多少克？

 （解：Fe + S    ^△   FeS

   56g  32g

   8g   21g

    則硫過(guò)量，但由于在空氣中加熱，過(guò)量的硫與O₂反應(yīng)生成了SO₂氣體，因此，所得固體只能為FeS。其質(zhì)量為： ）

2Cu + S  ^△   Cu₂S（黑色）

思考：①進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，將硫固體加熱熔化至變成蒸氣，再將光亮的銅絲放入硫蒸氣中發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，能否改成將銅絲加熱后插入硫粉中？

（不能，若將銅絲在酒精燈上加熱，Cu+O₂  ^△  CuO（黑色），銅轉(zhuǎn)化為氧化銅，反應(yīng)將不再發(fā)生）

②對(duì)銅，鐵與硫的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分析，硫與Cl₂的氧化性哪個(gè)更強(qiáng)？理由是什么？

（氯氣更強(qiáng)，因?yàn)镾只將銅，鐵氧化到低價(jià)，而氯氣則將它們氧化到高價(jià)）

（2）與非金屬的反應(yīng)   S+O₂  ^{點(diǎn)燃}  SO₂

思考：已知2SO₂+O₂     2SO₃+Q（Q>0）反應(yīng)溫度對(duì)SO₃的產(chǎn)率影響更大。硫在空氣中和純氧中燃燒，均能產(chǎn)生少量SO₃，問(wèn)在空氣中或純氧中燃燒哪個(gè)產(chǎn)生更多的SO₃？為什么？

（空氣中。因?yàn)榧冄踔腥紵�，盡管O₂濃度大，但產(chǎn)生的熱量更多，而在空氣中燃燒，速率較小，產(chǎn)生的熱量能及時(shí)分散到空氣中）

     S+H₂        H₂S（說(shuō)明硫化氫不穩(wěn)定）

    （3）與化合物的反應(yīng)

S+6HNO₃（濃）  ^△     H₂SO₄+6NO₂↑+2H₂O

S+2H₂SO₄（濃）  ^△   2SO₂↑+2H₂O

S+NaOH   ^△  Na₂S+Na₂SO₃+H₂O

思考：由硫能溶于熱堿溶液可知，用熱堿溶液可洗去試管壁上的硫，實(shí)驗(yàn)室為何常用熱Ca (OH)₂溶液而不用熱NaOH溶液除去試管內(nèi)的硫？（因NaOH堿性強(qiáng)，腐蝕玻璃）

S + Na₂S = Na₂S_x

S + Na₂SO_3­   ^△   Na₂S₂O₃

例1、硫與熱強(qiáng)堿溶液可生成S^2-和SO₃^2-；生成物繼續(xù)與硫作用得S_z^2-和S₂O₃^2-。過(guò)濾后除去過(guò)量硫，向?yàn)V液中加入一定量的強(qiáng)堿后，再適入足量的SO₂，SO₂與S_z^2-也完全轉(zhuǎn)化為S₂O₃^2-。問(wèn)：

（1）S+SO₂+OH^-完全轉(zhuǎn)化為S₂O₃^2-的離子方程式____________________

（2）amolS最終轉(zhuǎn)化為Na₂S₂O₃，需SO₂、NaOH的物質(zhì)的量分別為_(kāi)_______

（3）若amolS最終轉(zhuǎn)化為Na₂S_z耗原熱堿溶液6molNaOH，則Na₂S_x中x值為

_________。

   解析：3S+6OH^{‑    △}  2S^2-+SO₃^2-+3H₂O  …………①

         S^2-+（x+1）S       S_x^2-        ………………②

         SO₃^2-+S   ^△      S₂O₃^2-    ……………………③

由①②③迭加得：（2x+2）S+6OH^- = 2S_x^2-+S₂O₃^2-+3H₂O …………④

                SO₂+S_x^2-+OH^-——S₂O₃^2-+H₂O   ………………⑤

由④⑤迭加得：S+SO₂+2OH^-=S₂O₃^2-+H₂O …………………………⑥

答：第（1）問(wèn)時(shí)，實(shí)質(zhì)不必要這么繁的過(guò)程，因S_x^2-、SO₃^2-均為中間產(chǎn)物，只要抓住反應(yīng)物為S和SO₂及OH^-，生成物為S₂O₃^2-和水即可得反應(yīng)⑥。

由⑥式可知每有1mol硫需1molSO₂和2molOH^-，則SO₂和OH^-分別為a、2amol。

（2）由④式可知      x=

例2、工業(yè)上將硫黃混入Na₂SO₃溶液中共熱至沸可制取Na₂S₂O₃。制備Na₂S₂O₃的另一種方法是把SO₂通入Na₂S和Na₂CO₃的混合液中，在反應(yīng)過(guò)程中，先生成黃色沉淀，其量逐漸增多，然后又逐漸減少。當(dāng)形成無(wú)色透明溶液時(shí)，反應(yīng)完成：

（1）寫出用上述反應(yīng)制備Na₂S₂O₃的化學(xué)方程式

 ①_________________________              ②____________________

 ③_________________________              ④Na₂SO₃+S    ^△  Na₂S₂O₃

（2）原料中Na₂CO₃、Na₂S、SO₂的物質(zhì)的量比最佳是___________________。

（3）若SO₂過(guò)量，則又會(huì)有黃色沉淀出現(xiàn)，其原因是（用離子方程式表示）______________。

解析：由于SO₂溶于水生成H­­₂SO₃，而H­­₂SO₃是中強(qiáng)酸，其酸性比H₃PO₄還要強(qiáng)。則

    （1）①SO₂+H₂O+Na₂S= Na₂SO­₃+H₂S

     ②SO₂+Na₂CO₃= Na₂CO₃+CO₂

     ③SO₂+2H₂S= 3S↓+2H₂O

    （2）要求三種物質(zhì)的最佳配比，必須牢牢抓住關(guān)鍵的反應(yīng)式④，其反應(yīng)物為S和

Na₂SO₃，S由反應(yīng)③生成，Na₂SO₃由反應(yīng)①②形成，由反應(yīng)③可知每生成3molS需2molH₂S和1molSO₂，則反應(yīng)④可改為3Na₂SO­₃+3S=3Na₂S₂O₃，而生成2molH₂S則需2molNa₂S和2molSO₂，同時(shí)生成2mol Na₂SO₃，現(xiàn)還差1mol Na₂SO₃，由反應(yīng)②提供。則Na₂CO₃、Na₂S、SO₂的最佳物質(zhì)的量比為1:2:4。

    （3）若SO₂過(guò)量，又生成3H₂SO₃，H₂SO₃+S₂O₃^2- H₂S₂O₃+SO₃^2-，H₂S₂O₃極不穩(wěn)定，H₂S₂O₃→H_2­O+S+SO₂，SO₂與SO₃^2-又能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為HSO₃^-，因此，該反應(yīng)的離子方程式為：

  SO₂+H­₂O+S₂O₃^2-=S↓+2HSO₃^-

       ^{2e      10e}

   S + 3C +2KNO_3­   ^{點(diǎn)燃}    K­₂S+N₂↑+3CO₂（黑火藥爆炸）

橡膠的硫化（化學(xué)變化，將橡膠從線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)橡膠的強(qiáng)度和彈性）

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