第一节 氧族元素

第一节 氧族元素

 一、考点：

1.以硫元素为代表，了解氧族元素的单质、氢化物及其氧化物的重要性质；理解氧族元素的性质递变规律；

2.了解硫的氧化物对环境的污染及环境保护的意义；

3.掌握工业上接触法制硫酸的反应原理及有关的多步反应的计算；

4.了解硫酸的性质、用途及硫酸根离子的检验；了解几种常见的硫酸盐。

5.掌握离子反应、离子反应发生的条件及离子方程式的书写。

 

二、知识结构：

1.氧族元素原子结构、单质性质

元素名称和符号

氧(O)

硫(S)

硒(Se)

碲(Te)

 

原子

结构

 

原子序数

8

16

34

52

结构示意图

电子式

· ∶

· ∶

· ∶

· ∶

主要化合价

-2

-2，+4，+6

-2，+4，+6

-2，+4，+6

相同点

最外层电子数相同，都是6个电子

不同点

原子核外电子层数不同，依次增大

原子半径

 

物

理性

质

颜色和状态

无色无味气体

淡黄固体

灰色固体

银白色固体

密度

熔点(℃)

沸点(℃)

水、有机溶济溶解度

 

化学反

与金属反应

易与金属反应

易与金属反应

反应较难

多数不反应

与非金属反应

易与H₂、C、P、S等反应

 

能与H₂、C、O₂反应

 

反应难

一般不反应

与化合物应

能与许多物质反应

能与氧化性酸、强碱反应

反应少

反应很少

 

一、硫

1、  游离态——自然界存在于火山喷口、地壳岩层。人类在远古时代发现并使用硫。

存在

     化合态——存在形式有：FeS₂（非盐）、CuFeS₂（复盐）、石膏、芒硝、煤和石油

               中含少量硫——污染大气物主要来源。

2、物理性质：硫有多种同素异开体。如单斜硫、斜方硫、弹性硫等。不同温度硫分子含硫原子数不同、常温是S₈、高温蒸气主要是S₂。常温为淡黄色晶体（淡黄色固体有：Na₂O₂、AgBr、黄铁矿、T、N、T等）。

注意：①在溶液中通过化学反应生成少量硫时，有时称乳白色。

  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试管壁上的硫，只能用CS₂作溶剂。

3、化学性质——硫原子最外层6个电子，较易得电子，表现较强的氧化性。

（1）与金属反应    Na+S——Na₂S （剧烈反应并发生爆炸）

                  （Na+S——Na₂S_x）

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

                   Fe+S    ^△   FeS（黑色）

思考：①21g铁粉跟8g硫粉混合加热，冷却后将所得固体溶于足量盐酸，在标准状况下可得气体多少升？

（据Fe～FeS～H₂S↑可知，不论谁过量，有1molFe，必须生成1mol气体，则所得气

     Fe～H₂↑

体体积为： ）

     ②若为21g硫粉和8g铁粉混合，在空气中加热，冷却后，所得固体质量为多少克？

 （解：Fe + S    ^△   FeS

   56g  32g

   8g   21g

    则硫过量，但由于在空气中加热，过量的硫与O₂反应生成了SO₂气体，因此，所得固体只能为FeS。其质量为： ）

2Cu + S  ^△   Cu₂S（黑色）

思考：①进行该实验时，将硫固体加热熔化至变成蒸气，再将光亮的铜丝放入硫蒸气中发生反应。实验时间较长，能否改成将铜丝加热后插入硫粉中？

（不能，若将铜丝在酒精灯上加热，Cu+O₂  ^△  CuO（黑色），铜转化为氧化铜，反应将不再发生）

②对铜，铁与硫的反应产物进行分析，硫与Cl₂的氧化性哪个更强？理由是什么？

（氯气更强，因为S只将铜，铁氧化到低价，而氯气则将它们氧化到高价）

（2）与非金属的反应   S+O₂  ^点燃  SO₂

思考：已知2SO₂+O₂     2SO₃+Q（Q>0）反应温度对SO₃的产率影响更大。硫在空气中和纯氧中燃烧，均能产生少量SO₃，问在空气中或纯氧中燃烧哪个产生更多的SO₃？为什么？

（空气中。因为纯氧中燃烧，尽管O₂浓度大，但产生的热量更多，而在空气中燃烧，速率较小，产生的热量能及时分散到空气中）

     S+H₂        H₂S（说明硫化氢不稳定）

    （3）与化合物的反应

S+6HNO₃（浓）  ^△     H₂SO₄+6NO₂↑+2H₂O

S+2H₂SO₄（浓）  ^△   2SO₂↑+2H₂O

S+NaOH   ^△  Na₂S+Na₂SO₃+H₂O

思考：由硫能溶于热碱溶液可知，用热碱溶液可洗去试管壁上的硫，实验室为何常用热Ca (OH)₂溶液而不用热NaOH溶液除去试管内的硫？（因NaOH碱性强，腐蚀玻璃）

S + Na₂S = Na₂S_x

S + Na₂SO_3­   ^△   Na₂S₂O₃

例1、硫与热强碱溶液可生成S^2-和SO₃^2-；生成物继续与硫作用得S_z^2-和S₂O₃^2-。过滤后除去过量硫，向滤液中加入一定量的强碱后，再适入足量的SO₂，SO₂与S_z^2-也完全转化为S₂O₃^2-。问：

（1）S+SO₂+OH^-完全转化为S₂O₃^2-的离子方程式____________________

（2）amolS最终转化为Na₂S₂O₃，需SO₂、NaOH的物质的量分别为________

（3）若amolS最终转化为Na₂S_z耗原热碱溶液6molNaOH，则Na₂S_x中x值为

_________。

   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）问时，实质不必要这么繁的过程，因S_x^2-、SO₃^2-均为中间产物，只要抓住反应物为S和SO₂及OH^-，生成物为S₂O₃^2-和水即可得反应⑥。

由⑥式可知每有1mol硫需1molSO₂和2molOH^-，则SO₂和OH^-分别为a、2amol。

（2）由④式可知      x=

例2、工业上将硫黄混入Na₂SO₃溶液中共热至沸可制取Na₂S₂O₃。制备Na₂S₂O₃的另一种方法是把SO₂通入Na₂S和Na₂CO₃的混合液中，在反应过程中，先生成黄色沉淀，其量逐渐增多，然后又逐渐减少。当形成无色透明溶液时，反应完成：

（1）写出用上述反应制备Na₂S₂O₃的化学方程式

 ①_________________________              ②____________________

 ③_________________________              ④Na₂SO₃+S    ^△  Na₂S₂O₃

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

（3）若SO₂过量，则又会有黄色沉淀出现，其原因是（用离子方程式表示）______________。

解析：由于SO₂溶于水生成H­­₂SO₃，而H­­₂SO₃是中强酸，其酸性比H₃PO₄还要强。则

    （1）①SO₂+H₂O+Na₂S= Na₂SO­₃+H₂S

     ②SO₂+Na₂CO₃= Na₂CO₃+CO₂

     ③SO₂+2H₂S= 3S↓+2H₂O

    （2）要求三种物质的最佳配比，必须牢牢抓住关键的反应式④，其反应物为S和

Na₂SO₃，S由反应③生成，Na₂SO₃由反应①②形成，由反应③可知每生成3molS需2molH₂S和1molSO₂，则反应④可改为3Na₂SO­₃+3S=3Na₂S₂O₃，而生成2molH₂S则需2molNa₂S和2molSO₂，同时生成2mol Na₂SO₃，现还差1mol Na₂SO₃，由反应②提供。则Na₂CO₃、Na₂S、SO₂的最佳物质的量比为1:2:4。

    （3）若SO₂过量，又生成3H₂SO₃，H₂SO₃+S₂O₃^2- H₂S₂O₃+SO₃^2-，H₂S₂O₃极不稳定，H₂S₂O₃→H_2­O+S+SO₂，SO₂与SO₃^2-又能继续转化为HSO₃^-，因此，该反应的离子方程式为：

  SO₂+H­₂O+S₂O₃^2-=S↓+2HSO₃^-

       ^{2e      10e}

   S + 3C +2KNO_3­   ^点燃    K­₂S+N₂↑+3CO₂（黑火药爆炸）

橡胶的硫化（化学变化，将橡胶从线型结构转化为体型网状结构，增强橡胶的强度和弹性）

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