高中化学-氧族元素及其化合物的特殊性
氧族元素及其化合物的特殊性
河北省宣化县第一中学栾春武
一、氧元素及其化合物的特殊性
1. 在氧族元素中，只有氧元素的单质（O2和O3）在常温常压下是气体。
2. 非金属元素的单质分子一般为非极性分子，但O3却是极性分子。
3. 氧元素只有在与氟元素形成的化合物中显正化合价，如在二氟化氧（OF2）中氧元素显其最高正化合价为+2价，其最高正化合价与其族序数不相等。
4. 氧元素只有在过氧化物（如H2O2、Na2O2、K2O2等）中显－1价。
5. 在氧族元素中，氧元素与氢元素能形成氧化物（H2O）和过氧化物（H2O2）。
6.在氧族元素中，氧元素与金属元素能形成氧化物（K2O）、过氧化物（K2O2）超氧化物（KO2）。
7. 在氧族元素中，氧元素的非金属性最强，其单质（O2和O3）的氧化性最强。
8. 在所有气体中，只有O2能够供人和动植物呼吸。
9. 在O3层中，O3的含量虽然很小，却可以吸收来自太阳的大部分紫外线。因此，臭氧层被称为人类和生物的保护伞。
10 在氧族元素的单质中，O3的化学性质最活泼（比O2还活泼）并且臭氧具有不稳定、强氧化和漂白能力这三大特性：
（1）不稳定性：臭氧不稳定，在常温下能缓慢分解生成氧气，在高温时可以迅速分解：
2O3 === 3O2
（2）强氧化性：O3具有极强的氧化性，凡能与空气或氧气反应的物质都能与O3反应；Ag、Hg 等在空气或氧气中不易被氧化的金属也能与O3反应：
2Ag + 2O3=== Ag2O2+ 2O2、Hg + O3 === HgO + O2
（3）漂白性：臭氧具有漂白性，实质是染料受到O3的强烈氧化作用而褪色。
11. 在氧族元素与氢元素形成的化合物中，只有H2O2是强氧化剂。H2O2在酸性或碱性溶液中都具有强氧化性，其还原产物为H2O（氧元素由－1价还原为－2价）。如：
H2O2 + 2I－+ 2H+=== I2 +2H2O、PbS + 4H2O2=== PbSO4 + 4H2O。并且使用H2O2作氧化剂不会引入新杂质，因此，H2O2被称为“绿色”氧化剂。
12. 在氧族元素中的氢化物（H2R）中，H2O的沸点最高，最稳定，且呈中性。
二、硫元素及其化合物的特殊性
1. 在氧族元素中，硫元素与氢元素能形成硫化物（H2S）和过硫化物（H2S2）。
2. 在氧族元素中，硫元素与金属能形成硫化物（Na2S）、过硫化物（Na2S2）和多硫化物（Na2S x，x为大于2的正整数）。
3. 硫元素只有在过硫化物（H2S2、Na2S2、FeS2）中显－1价。
4. 金属与非金属之间越活泼，一般越容易发生反应。常温下O2与Ag、Hg等金属不反应，但非金属活泼性比O2弱的S在常温下却能与Ag、Hg等金属反应。2Ag + S=== Ag2S、
Hg + S === HgS.
5. 单质硫与变价金属一般生成低价金属硫化物，如硫与变价金属Fe、Cu反应分别生成FeS、Cu2S；但S与变价金属Hg反应却生成HgS。
6. 非金属氧化物之间一般不发生反应，但SO2却能与NO2反应：
SO2 + NO2 === SO3 + NO。
7. SO2和Cl2都具有漂白性，但等物质的量的SO2和Cl2混合却使二者失去漂白性，这是因为二者发生反应生成无漂白性的物质。SO2 + Cl2 + 2H2O=== H2SO4 + 2HCl。
8. SO2和Cl2都具有漂白性，Cl2能使石蕊试液褪色，但SO2却不能。
9. 浓H2SO4具有强氧化性，SO2、CO和H2都具有还原性，但浓H2SO4不能将SO2、CO和H2氧化，这是因为+6价的硫与+4价硫之间没有中间价态，CO和H2只有在高温时才表现出还原性。因此可用浓H2SO4干燥SO2、CO和H2。
10. 浓H2SO4是一种酸性干燥剂，一般可用于干燥中性和酸性气体，但不能干燥H2S、HBr、HI 等具有还原性的酸性气体。这是因为浓H2SO4能将其氧化。
H2SO4（浓）+ H2S ===S↓ +SO2 + 2H2O、
H2SO4（浓）+ 2HBr ===Br2 +SO2↑+ 2H2O、
H2SO4（浓）+ 2HI ===I2 +SO2↑+ 2H2O
11. 酸与酸之间一般不反应，但浓H2SO4和亚硫酸能分别和氢硫酸反应。
H2SO4（浓）+ H2S ===S↓ +SO2↑+ 2H2O、H2SO3 + 2H2S ===3S↓ +3H2O。
12. 酸性氧化物与酸一般不反应，但SO2与氢硫酸能够反应。SO2 + 2H2S ===3S↓ +2H2O
13. 强酸与弱酸盐反应可以制弱酸，弱酸一般不能与强酸盐反应制强酸。但有氢硫酸与CuSO4溶液反应可制的强酸。CuSO4+ H2S ===H2SO4 + CuS↓。
14. 在实验室用浓H2SO4与NaCl反应制取HCl，可以在强热的条件下进行反应生成Na2SO4；但用浓H2SO4与NaNO3反应制取HNO3时，却不能强热，只能微热生成NaHSO4。
H2SO4（浓）+ 2NaCl Na2SO4 + 2HCl↑
H2SO4（浓）+ NaNO3 NaHSO4 + HNO3↑。
钡盐一般有毒，但BaSO4却无毒，可做“钡餐”。
15.
16. 同素异形体之间的转化一般属于化学变化，如O2和O3、白磷与红磷、金刚石与石墨之间的转
化等均属于化学变化；但斜方硫与单斜硫之间的转化（S8的组成及硫原子之间的化学键均未变化，只是S8分子大晶体里的排列方式不同）却属于物理变化。、
17. 活泼金属与稀H2SO4反应，一般速率很快；但活泼金属Ca、Ba与稀H2SO4反应时，由于生成CaSO4、BaSO4沉淀物附于金属表面，致使反应速率很慢。
18.在金属活动顺序表中，位于氢后面的金属与非氧化性酸一般不反应，但Cu与氢硫酸可以反应。
Cu + H2S ===H2↑+ CuS↓
19. 非金属元素的单质与其最高价含氧酸一般不反应，但硫元素的单质与其最高价含氧酸浓硫酸可以反应。2H2SO4（浓）+ S === 3SO2↑+ 2H2O
20. 在非金属元素的含氧酸中，只有浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性这三大特性。
①.吸水性：是指浓硫酸中的硫酸分子吸收游离态的水，跟水分子结合，生成一系列硫酸水合物。因为浓硫酸中存在大量未电离的硫酸分子，能强烈地和水分子结合，生成稳定的水合分子：H2SO4·xH2O （x ＝1、2、3、4），故浓硫酸是一种良好的液态干燥剂，常用来干燥中性和酸性气体，如H2、O2 、CO2、SO2、Cl2、HCl等，若将其敞口久置就会因吸水而稀释。
②.脱水性：是指浓硫酸能将有机化合物（特别是糖类）中的氢、氧原子按2 : 1的数目脱去（相当于水的组成），使某些有机物发生炭化而变黑如：
C12H22O1112C + 11H2O、C2H5OH C2H4↑+ H2O
③.强氧化性：是指浓硫酸分子中+6价的硫容易得到电子的性质，即浓硫酸有很强的氧化性，这是由于硫酸分子中处于最高价态的+6价的硫元素引起的。在加热的条件下，它能氧化许多金属、少数非金属及某些具有强还原性的化合物，浓硫酸的还原产物一般为SO2。
Cu ＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2O
C ＋2H2SO4（浓）2H2O＋2SO2↑＋CO2↑
2HI + H2SO4(浓) === I2 ＋SO2↑＋2H2O
21. 在常温下，浓硫酸能使Fe、Al、Cr等金属产生钝化现象。
22. 给稀硫酸加热蒸发水分，不能制的纯硫酸，只能得到98.3％的浓硫酸。
23. NaHSO4、KHSO4等硫酸氢盐，虽然属于盐，但具有酸的一些通性，如：
2NaHSO4 + Fe ===Na2SO4 + FeSO4 + H2↑、
2NaHSO4 + Na2CO3=== 2Na2SO4 + CO2↑+ H2O
三、硒、碲、钋元素及其化合物的特殊性
1. 在氧族元素的单质中，只有硒是半导体。
2. 在氧族元素中，硒元素是人体必需的一种微量元素。并且，硒元素被人们称为“抗癌大王”。
3. 元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性一般也强；而硒的非金属性比硫弱，但硒酸（H2SeO4）的酸性比硫酸（H2SO4）强。
4. 在氧族元素的单质中，非金属单质碲能够导电。
5. 在氧族元素的单质中，碲通常不能与氢气直接化合，只能通过其他反应间接制取碲化氢。
6. 在氧族元素的氢化物中，碲化氢最不稳定，碲化氢的还原性最强。
7. 在氧族元素中，只有钋为金属元素。并且，钋的原子序数最大、原子半径最大。
8. 在氧族元素的单质中，钋的熔沸点最高，密度最大。
四、例题分析
【例题1】（09福建高考） 能实现下列物质间直接转化的元素是
A. 硅
B. 硫
C. 铜
D. 铁
解析：A 项，SiO 2不与水反应，错；B 项，S 与O 2生成SO 2，再与H 2O 生成H 2SO 3，可以与NaOH 生成Na 2SO 3，B 项正确。C 项中CuO ，D 项中Fe 3O 4均不与H 2O 反应，故错。
答案：B
【例题2】（09年广东高考）常温下，往H 2O 2溶液中滴加少量FeSO 4溶液，可发生如下两个反应：
2Fe 2+ + H 2O 2 +2H + === 2Fe 3+ + 2H 2O ，2Fe 3+ + H 2O 2 === 2Fe 2+ + O 2↑+ 2H + 下列说法正确的是
A ．H 2O 2的氧化氢比Fe 3+ 强，其还原性比Fe 2+ 弱
B ．在H 2O 2分解过程中，溶液的pH 逐渐下降
C ．在H 2O 2分解过程中， Fe 2+ 和Fe 3+ 的总量保持不变
D ．H 2O 2生产过程要严格避免混入Fe 2+
解析：结合题给两个方程式，由氧化还原反应的强弱比较规律可知，氧化性：是氧化剂大于氧化产物，还原性：是还原剂大于还原产物，因此氧化剂H 2O 2的氧化性比氧化产物Fe 3+强，还原剂H 2O 2的还原性比还原产物为Fe 2+ 强，所以A 错误；两个方程式相叠加，即H 2O 2分解生成H 2O 和O 2，由于H 2O 2呈弱酸性，所以随着反应进行，pH 升高，故B 错误；H 2O 2分解Fe 3+ 或Fe 2+ 作催化剂，所以总量不变，因此C 正确；因为Fe 2+ 可导致H 2O 2分解，所以H 2O 2生产过程要避免混入Fe 2+，故D 也正确。
答案：C 、D
【例题3】（08年海南高考）下图表示某固态单质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与A的氢化物反应生成A的化学方程式____；
（3）写出一个由D生成B的化学方程式______________；
（4）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________；
③加热反应后的溶液，其pH________(填“增大”、“不变”或“减小”)，理由是_____。
解析：由题意知：B和C分别是SO2和SO3。D是H2SO4，A为固体S。E为H2SO3。
（1）H2+S H2S（写成可逆反应也正确）（2）H2SO3 + 2H2S ＝3S↓+ 3H2O
（3）C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O
或Cu+ 2H2SO4（浓）CuSO4 +SO2↑+ 2H2O等
（4）①H2SO3 +2 OH－＝SO32－+ 2 H2O
②大于；Na2SO3溶液中SO32－发生水解使溶液显碱性。
③增大；升高温度促进Na2SO3溶液的水解。
五、练习
【练习1】（08年江苏高考）将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，550℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2 2SO3（正反应放热）。反
应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L（以上气体体积均为标准状况下的体积）。（计算结果保留一位小数）
请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是。（填字母）
a．SO2和SO3浓度相等b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是。（填字母）
a．向装置中再充入N2b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂d．升高温度
（3）求该反应达到平衡时SO2的转化率（用百分数表示）。
（4）若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？
解析：（1）b、c （2）b
（3）消耗的O2物质的量：0.7 mol －5.6 L/22.4 L·mol－1＝0.45 mol
生成的SO3物质的量：0.45 mol×2 ＝0.9 mol
SO2和SO3的物质的量和：21.28 L/22.4 L·mol－1＝0.95 mol
反应前的SO2物质的量：0.95 mol
SO2的转化率：0.9 mol /0.95 mol ×100％＝94.7％
（4）在给定的条件下，溶液呈强酸性，BaSO3不会沉淀。因此BaSO4的质量：
0.9 mol×233 g/mol ×0.05 ＝10.485 g
答案：略
【练习2】（09年四川高考）过氧化氢是重要的氧化剂、还原剂，它的水溶液又称为双氧水，常用作消毒、杀菌、漂白等。某化学兴趣小组取一定量的过氧化氢溶液，准确测定了过氧化氢的含量，并探究了过氧化氢的性质。
Ⅰ.测定过氧化氢的含量
请填写下列空白：
（1）移取10.00 mL密度为ρ g/mL的过氧化氢溶液至250 mL ___________(填仪器名称)中，加水稀释至刻度，摇匀。移取稀释后的过氧化氢溶液25.00 mL至锥形瓶中，加入稀硫酸酸化，用蒸馏水稀释，作被测试样。
（2）用高锰酸钾标准溶液滴定被测试样，其反应的离子方程式如下，请将相关物质的化学计量数及化学式填写在方框里。
□MnO4－+ □H2O2 + □H+===□Mn2+ + □H2O + □_______
（3）滴定时，将高锰酸钾标准溶液注入____________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中。滴定到达终点的现象是__________________________________*。
（4）重复滴定三次，平均耗用c mol/L KMnO4标准溶液VmL，则原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为______________________________________。
（5）若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，则测定结果______（填“偏高”或“偏低”或“不变”）。
Ⅱ.探究过氧化氢的性质
该化学小组根据所提供的实验条件设计了两个实验，分别证明了过氧化氢的氧化性和不稳定性。（实验条件：试剂只有过氧化氢溶液、氯水、碘化钾淀粉溶液、饱和硫化氢溶液，实验仪器及用品可自选。）
请将他们的实验方法和实验现象填入下表：
实验内容实验方法实验现象
验证氧化性
验证不稳定性
【解析】Ⅰ.（1）根据题意应该选用的仪器是容量瓶。(2)残缺方程式配平首先确定缺什么，分析可知缺的是O2，根据电子转移守恒，配平化学方程式。(3)由于高锰酸钾标准溶液具有强氧化性，所以只能使用酸式滴定管。滴定到达终点的现象是：滴入一滴高锰酸钾溶液，溶液呈浅红色，且30秒内不褪色。（4）根据配平的化学方程式计算出过氧化氢的量，最后计算出原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为17cV/200ρ。（5）若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，有一部分溶液占据了气泡的体积，并没有滴入锥形瓶，则测定结果偏高。
Ⅱ.（1）验证氧化性，选用具有还原性的饱和硫化氢溶液，产生淡黄色沉淀硫或溶液变浑浊；或者选用有还原性的碘化钾淀粉溶液，有碘单质生成，溶液变蓝色。（2）验证不稳定性，取适量过氧化氢溶液于试管中，加热，用带火星的木条检验有氧气生成；或者取适量过氧化氢溶液于试管中，加热，用导气管将得到的气体通入到装有饱和硫化氢溶液的试管中，溶液变浑浊或有浅黄色沉淀产生。
答案Ⅰ．（1）容量瓶（2）2 5 6 2 8 5 O2（3）酸式滴入一滴高锰酸钾溶液，溶液呈浅红色，且30秒内不褪色（4）17cV/200ρ（5）偏高
答案Ⅱ．
实验内容实验方法实验现象
验证氧化
性取适量饱和硫化氢溶液于试管中，
滴入过氧化氢溶液。
（取适量碘化钾淀粉溶液于试管中，
加入过氧化氢溶液。）
产生淡黄色沉淀或溶液变浑浊。
（溶液变蓝色。）
验证不稳
定性取适量过氧化氢溶液于试管中，加
热，用带火星的木条检验。
（取适量过氧化氢溶液于试管中，
加热，用导气管将得到的气体通入
到装有饱和硫化氢溶液的试管中。）
产生气泡，木条复燃。
（溶液变浑浊或有浅黄色沉淀产生）