备受高考命题青睐的氧族物质

北京

由于氧族元素组成的化合物种类多，化学性质活泼，应用的范围广，因此一直受高考命题的青睐，尤其是O3、H2O2、H2S、Na2S2O3等物质一直穿插在高考题中，因此氧族元素及其代表物应引起教师足够的重视。因为这些物质能穿插在各个知识模块中，充分体现学生运用知识解决实际问题的能力，同时还能培养学生的“科学探究与创新意识”“变化观点与平衡思想”以及“科学态度与社会责任”的学科核心素养。因此在教学中要注意知识的宽度和深度，这样才能赢得新高考，符合教育改革的发展方向。

一、臭氧

臭氧因其具有一种特殊的腥臭味而得名，液态臭氧呈蓝紫色。

1.不稳定性

2.强氧化性

(3)能杀灭细菌，可用作消毒杀菌剂

由于臭氧具有强氧化性，在工业生产中广泛应用于水处理系统，此应用体现了“科学态度与社会责任”的学科素养。化学知识以“散”著称，在教学中要灵活运用生活实例来帮助学生复习化学知识。

【例1】臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示，下列有关说法不正确的是

( )

B.高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物

C.电解时，H+由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b

【答案】C

二、过氧化氢

过氧化氢(H2O2)是一种淡蓝色的黏稠液体，熔点为-0.43℃，沸点为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，具有消毒杀菌的作用。

1.化学性质

(1)不稳定性

(2)强氧化性

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

(4)弱酸性

2.过氧化氢的制备

(1)实验室制法

(2)工业制法

由于过氧化氢性质活泼，能与多种物质发生化学反应，尤其是涉及氧化还原反应的实验更离不开双氧水，培养学生运用知识解决实际问题的能力，同时还能培养学生的“科学探究与创新意识”化学学科核心素养。在当前深化教育改革的大环境下，要带领学生亲自到实验室里去，让学生亲身感受“科学探究与创新意识”，只有这样身临其境，在考试中遇到实验探究题才能做到以不变应万变。

【例2】某小组同学设计如下实验，研究亚铁盐与H2O2溶液的反应。

【实验Ⅰ】试剂：酸化的0.5 mol·L-1FeSO4溶液(pH=0.2)，5% H2O2溶液(pH=5)。

操作现象取2 mL上述FeSO4溶液于试管中,加入5滴5% H2O2溶液溶液立即变为棕黄色,稍后,产生气泡,测得反应后溶液pH=0.9向反应后的溶液中加入KSCN溶液溶液变红

(1)上述实验中H2O2溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式是____________________。

(2)产生气泡的原因是____________________。

【实验Ⅱ】试剂：未酸化的0.5 mol·L-1FeSO4溶液(pH=3)，5% H2O2溶液(pH=5)。

操作现象取2 mL 5% H2O2溶液于试管中,加入5滴上述FeSO4溶液溶液立即变为棕黄色,产生大量气泡,并放热,反应混合物颜色加深且有浑浊,测得反应后溶液pH=1.4

(4)对于生成红褐色胶体的原因，提出两种假设：

A.H2O2溶液氧化Fe2+消耗H+

B.Fe2+氧化的产物发生了水解

①根据实验Ⅱ记录否定假设A，理由是。

②实验验证假B：取________，加热，溶液变为红褐色，pH下降，证明假设B成立。

(5)将FeSO4溶液加入H2O2溶液后，产生红褐色胶体，反应的离子方程式是____________________。

【实验Ⅲ】若用FeCl2溶液替代FeSO4溶液，其余操作与实验Ⅱ相同，除了产生与Ⅱ相同的现象外，还生成刺激性气味气体，该气体能使湿润的蓝色石蕊试纸变红但不褪色。

(6)产生刺激性气味气体的原因是。

(7)由实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，亚铁盐与H2O2反应的现象与(至少写两点)有关。

(2)在Fe3+催化下H2O2分解生成O2

(4)①反应后溶液的pH降低 ②Fe2(SO4)3溶液

(6)H2O2分解反应放热，促进Fe3+的水解平衡正向移动，产生的HCl受热挥发

(7)pH、阴离子种类、温度、反应物用量

三、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

(2)弱酸性

(3)可燃性

(4)还原性

(5)沉淀反应

2.制备方法

硫化氢的性质很活泼，能与很多物质发生化学反应，并且在工农业生产中有很广泛的用途。在很多知识模块中都能见到硫化氢这种物质，因此在教学中要注意知识的横向联系，望广大教师给予足够的重视。

【例3】H2S存在于多种燃气中，脱除燃气中H2S的方法很多。

(1)2019年3月sciencedirect介绍的化学链技术脱除H2S的原理如图所示。

①“H2S氧化”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

②“HI分解”时，每1 mol HI分解生成碘蒸气和氢气时，吸收13 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：____________________。

③“Bunsen反应”的离子方程式为____________________。

(2)电化学干法氧化法脱除H2S的原理如图所示。阳极发生的电极反应为________；阴极上COS发生的电极反应为________。

(3)用Fe2(SO4)3吸收液脱除H2S法包含的反应如下：

一定条件下测得脱硫率与Fe3+浓度的关系如图所示。

①吸收液经过滤出S后，滤液需进行再生，较经济的再生方法是____________________。

②图中当Fe3+的浓度大于10 g·L-1时，浓度越大，脱硫率越低，这是由于____________________。

(3)①通入足量O2(或空气) ②Fe3+浓度增大，pH减小，使反应(Ⅰ)、(Ⅱ)向逆反应方向移动且pH减小因素超过反应(Ⅲ)Fe3+浓度增大因素

四、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

(2)Na2S2O3是中等强度的还原剂，能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化。

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：

溶液蒸发浓缩后，冷却至293～303 K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。

硫代硫酸钠在工农业生产上具有很重要的作用，经常以实验题的形式考查硫代硫酸钠的性质，以培养学生运用知识解决实际问题的能力，同时还能培养学生的“科学探究与创新意识”化学学科核心素养。硫代硫酸钠的考题比较多，在教学中我们可以选择一些经典的实验作为案例，让学生走进实验室亲身感受“科学探究与创新意识”的理念和化学的魅力所在。

【例4】硫代硫酸钠的部分性质和数据如下表：

熔点/℃沸点/℃性质48100①强还原性;②水溶液中,H2S2O3分解生成S和SO2

如图是制备硫代硫酸钠的装置，回答下列问题：

(1)仪器a中的80%的硫酸不能用浓硫酸代替，原因是____________________。

(2)仪器b的名称是__________，装置乙中在实验中的作用是________________。装置乙的三颈烧瓶中盛装的液体可以是________(填序号)。

A.浓硫酸 B.蒸馏水 C.CCl4D.NaOH溶液

(3)装置丙的三颈烧瓶中盛有Na2S和Na2SO3溶液(后者稍微过量)。

①装置丙中发生反应的离子方程式是____________________。

②制备过程中，装置丙中的液体要保持碱性环境，结合离子方程式解释其原因____________________。

③测得该制备方法制备的目标产品中含有Na2SO4，可能的原因是____________________。

(4)指出该实验装置存在的缺点及改正方法：____________________。

【答案】(1)浓硫酸不能电离出氢离子，无法与亚硫酸钠反应

(2)长颈漏斗 保持装置恒压、观察产生二氧化硫的速率 AC

(4)无尾气处理装置，装置丙中的尾气通入碱液中

总之，由于氧族元素组成的物质性质活泼，很多物质在工农业生产中具有很重要的用途，因此也是考试命题的热点之一，几乎每年高考都能见到氧族元素的身影，如2019年全国卷Ⅰ第27题考查硫化物及双氧水、全国卷Ⅱ第10题C选项考查硫代硫酸钠、26题(3)考查硫代硫酸钠滴定、北京卷第26题考查处理废水中的苯酚含量也是用硫代硫酸钠做滴定液、第28题考查SO2的性质；2018年全国卷Ⅰ第27题考查的焦亚硫酸钠，全国卷Ⅲ第26题考查硫代硫酸钠晶体，北京卷第27题考查硫的循环等等，因此对氧族元素及其物质复习时，要注意知识的深度、宽度，并且还要把知识横向联系起来，形成知识网，以局部带动整体的复习策略，提高学生的运用知识解决实际问题的能力。