第一節 氧族元素

第一節 氧族元素

 一、考點：

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

2.了解硫的氧化物對環境的污染及環境保護的意義；

3.掌握工業上接觸法制硫酸的反應原理及有關的多步反應的計算；

4.了解硫酸的性質、用途及硫酸根離子的檢驗；了解幾種常見的硫酸鹽。

5.掌握離子反應、離子反應發生的條件及離子方程式的書寫。

 

二、知識結構：

1.氧族元素原子結構、單質性質

元素名稱和符號

氧(O)

硫(S)

硒(Se)

碲(Te)

 

原子

結構

 

原子序數

8

16

34

52

結構示意圖

電子式

· ∶

· ∶

· ∶

· ∶

主要化合價

-2

-2，+4，+6

-2，+4，+6

-2，+4，+6

相同點

最外層電子數相同，都是6個電子

不同點

原子核外電子層數不同，依次增大

原子半徑

 

物

理性

質

顏色和狀態

無色無味氣體

淡黃固體

灰色固體

銀白色固體

密度

熔點(℃)

沸點(℃)

水、有機溶濟溶解度

 

化學反

與金屬反應

易與金屬反應

易與金屬反應

反應較難

多數不反應

與非金屬反應

易與H₂、C、P、S等反應

 

能與H₂、C、O₂反應

 

反應難

一般不反應

與化合物應

能與許多物質反應

能與氧化性酸、強堿反應

反應少

反應很少

 

一、硫

1、  游離態——自然界存在于火山噴口、地殼巖層。人類在遠古時代發現并使用硫。

存在

     化合態——存在形式有：FeS₂（非鹽）、CuFeS₂（復鹽）、石膏、芒硝、煤和石油

               中含少量硫——污染大氣物主要來源。

2、物理性質：硫有多種同素異開體。如單斜硫、斜方硫、彈性硫等。不同溫度硫分子含硫原子數不同、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在溶液中通過化學反應生成少量硫時，有時稱乳白色。

  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、化學性質——硫原子最外層6個電子，較易得電子，表現較強的氧化性。

（1）與金屬反應    Na+S——Na₂S （劇烈反應并發生爆炸）

                  （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，在標準狀況下可得氣體多少升？

（據Fe～FeS～H₂S↑可知，不論誰過量，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，所得固體質量為多少克？

 （解：Fe + S    ^△   FeS

   56g  32g

   8g   21g

    則硫過量，但由于在空氣中加熱，過量的硫與O₂反應生成了SO₂氣體，因此，所得固體只能為FeS。其質量為： ）

2Cu + S  ^△   Cu₂S（黑色）

思考：①進行該實驗時，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生反應。實驗時間較長，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），銅轉化為氧化銅，反應將不再發生）

②對銅，鐵與硫的反應產物進行分析，硫與Cl₂的氧化性哪個更強？理由是什么？

（氯氣更強，因為S只將銅，鐵氧化到低價，而氯氣則將它們氧化到高價）

（2）與非金屬的反應   S+O₂  ^點燃  SO₂

思考：已知2SO₂+O₂     2SO₃+Q（Q>0）反應溫度對SO₃的產率影響更大。硫在空氣中和純氧中燃燒，均能產生少量SO₃，問在空氣中或純氧中燃燒哪個產生更多的SO₃？為什么？

（空氣中。因為純氧中燃燒，盡管O₂濃度大，但產生的熱量更多，而在空氣中燃燒，速率較小，產生的熱量能及時分散到空氣中）

     S+H₂        H₂S（說明硫化氫不穩定）

    （3）與化合物的反應

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，實驗室為何常用熱Ca (OH)₂溶液而不用熱NaOH溶液除去試管內的硫？（因NaOH堿性強，腐蝕玻璃）

S + Na₂S = Na₂S_x

S + Na₂SO_3­   ^△   Na₂S₂O₃

例1、硫與熱強堿溶液可生成S^2-和SO₃^2-；生成物繼續與硫作用得S_z^2-和S₂O₃^2-。過濾后除去過量硫，向濾液中加入一定量的強堿后，再適入足量的SO₂，SO₂與S_z^2-也完全轉化為S₂O₃^2-。問：

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

（2）amolS最終轉化為Na₂S₂O₃，需SO₂、NaOH的物質的量分別為________

（3）若amolS最終轉化為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）問時，實質不必要這么繁的過程，因S_x^2-、SO₃^2-均為中間產物，只要抓住反應物為S和SO₂及OH^-，生成物為S₂O₃^2-和水即可得反應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，在反應過程中，先生成黃色沉淀，其量逐漸增多，然后又逐漸減少。當形成無色透明溶液時，反應完成：

（1）寫出用上述反應制備Na₂S₂O₃的化學方程式

 ①_________________________              ②____________________

 ③_________________________              ④Na₂SO₃+S    ^△  Na₂S₂O₃

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

（3）若SO₂過量，則又會有黃色沉淀出現，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是中強酸，其酸性比H₃PO₄還要強。則

    （1）①SO₂+H₂O+Na₂S= Na₂SO­₃+H₂S

     ②SO₂+Na₂CO₃= Na₂CO₃+CO₂

     ③SO₂+2H₂S= 3S↓+2H₂O

    （2）要求三種物質的最佳配比，必須牢牢抓住關鍵的反應式④，其反應物為S和

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

    （3）若SO₂過量，又生成3H₂SO₃，H₂SO₃+S₂O₃^2- H₂S₂O₃+SO₃^2-，H₂S₂O₃極不穩定，H₂S₂O₃→H_2­O+S+SO₂，SO₂與SO₃^2-又能繼續轉化為HSO₃^-，因此，該反應的離子方程式為：

  SO₂+H­₂O+S₂O₃^2-=S↓+2HSO₃^-

       ^{2e      10e}

   S + 3C +2KNO_3­   ^點燃    K­₂S+N₂↑+3CO₂（黑火藥爆炸）

橡膠的硫化（化學變化，將橡膠從線型結構轉化為體型網狀結構，增強橡膠的強度和彈性）

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