北京

由于氧族元素組成的化合物種類多，化學(xué)性質(zhì)活潑，應(yīng)用的范圍廣，因此一直受高考命題的青睞，尤其是O3、H2O2、H2S、Na2S2O3等物質(zhì)一直穿插在高考題中，因此氧族元素及其代表物應(yīng)引起教師足夠的重視。因?yàn)檫@些物質(zhì)能穿插在各個(gè)知識(shí)模塊中，充分體現(xiàn)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“變化觀點(diǎn)與平衡思想”以及“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。因此在教學(xué)中要注意知識(shí)的寬度和深度，這樣才能贏得新高考，符合教育改革的發(fā)展方向。

一、臭氧

臭氧因其具有一種特殊的腥臭味而得名，液態(tài)臭氧呈藍(lán)紫色。

1.不穩(wěn)定性

2.強(qiáng)氧化性

(3)能殺滅細(xì)菌，可用作消毒殺菌劑

由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于水處理系統(tǒng)，此應(yīng)用體現(xiàn)了“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。化學(xué)知識(shí)以“散”著稱，在教學(xué)中要靈活運(yùn)用生活實(shí)例來幫助學(xué)生復(fù)習(xí)化學(xué)知識(shí)。

【例1】臭氧是常見的強(qiáng)氧化劑，廣泛用于水處理系統(tǒng)。制取臭氧的方法很多，其中高壓放電法和電解純水法原理如圖所示，下列有關(guān)說法不正確的是

( )

B.高壓放電出來的空氣中，除含臭氧外還含有氮的氧化物

C.電解時(shí)，H+由電極a經(jīng)聚合固體電解質(zhì)膜流向電極b

【答案】C

二、過氧化氫

過氧化氫(H2O2)是一種淡藍(lán)色的黏稠液體，熔點(diǎn)為-0.43℃，沸點(diǎn)為150.2℃，可以與水任意比例混合，常用的H2O2水溶液有含H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，在醫(yī)藥上稱為雙氧水，具有消毒殺菌的作用。

1.化學(xué)性質(zhì)

(1)不穩(wěn)定性

(2)強(qiáng)氧化性

②油畫中鉛白(堿式碳酸鉛)會(huì)與空氣中的硫化氫反應(yīng)生成黑色硫化鉛，可用過氧化氫洗滌(需堿性介質(zhì))。

(3)還原性

(4)弱酸性

2.過氧化氫的制備

(1)實(shí)驗(yàn)室制法

(2)工業(yè)制法

由于過氧化氫性質(zhì)活潑，能與多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其是涉及氧化還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)更離不開雙氧水，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在當(dāng)前深化教育改革的大環(huán)境下，要帶領(lǐng)學(xué)生親自到實(shí)驗(yàn)室里去，讓學(xué)生親身感受“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，只有這樣身臨其境，在考試中遇到實(shí)驗(yàn)探究題才能做到以不變應(yīng)萬變。

【例2】某小組同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)，研究亞鐵鹽與H2O2溶液的反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)Ⅰ】試劑：酸化的0.5 mol·L-1FeSO4溶液(pH=0.2)，5% H2O2溶液(pH=5)。

操作現(xiàn)象取2 mL上述FeSO4溶液于試管中,加入5滴5% H2O2溶液溶液立即變?yōu)樽攸S色,稍后,產(chǎn)生氣泡,測(cè)得反應(yīng)后溶液pH=0.9向反應(yīng)后的溶液中加入KSCN溶液溶液變紅

(1)上述實(shí)驗(yàn)中H2O2溶液與FeSO4溶液反應(yīng)的離子方程式是____________________。

(2)產(chǎn)生氣泡的原因是____________________。

【實(shí)驗(yàn)Ⅱ】試劑：未酸化的0.5 mol·L-1FeSO4溶液(pH=3)，5% H2O2溶液(pH=5)。

操作現(xiàn)象取2 mL 5% H2O2溶液于試管中,加入5滴上述FeSO4溶液溶液立即變?yōu)樽攸S色,產(chǎn)生大量氣泡,并放熱,反應(yīng)混合物顏色加深且有渾濁,測(cè)得反應(yīng)后溶液pH=1.4

(4)對(duì)于生成紅褐色膠體的原因，提出兩種假設(shè)：

A.H2O2溶液氧化Fe2+消耗H+

B.Fe2+氧化的產(chǎn)物發(fā)生了水解

①根據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅱ記錄否定假設(shè)A，理由是。

②實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假B：取________，加熱，溶液變?yōu)榧t褐色，pH下降，證明假設(shè)B成立。

(5)將FeSO4溶液加入H2O2溶液后，產(chǎn)生紅褐色膠體，反應(yīng)的離子方程式是____________________。

【實(shí)驗(yàn)Ⅲ】若用FeCl2溶液替代FeSO4溶液，其余操作與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相同，除了產(chǎn)生與Ⅱ相同的現(xiàn)象外，還生成刺激性氣味氣體，該氣體能使?jié)駶?rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅但不褪色。

(6)產(chǎn)生刺激性氣味氣體的原因是。

(7)由實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，亞鐵鹽與H2O2反應(yīng)的現(xiàn)象與(至少寫兩點(diǎn))有關(guān)。

(2)在Fe3+催化下H2O2分解生成O2

(4)①反應(yīng)后溶液的pH降低 ②Fe2(SO4)3溶液

(6)H2O2分解反應(yīng)放熱，促進(jìn)Fe3+的水解平衡正向移動(dòng)，產(chǎn)生的HCl受熱揮發(fā)

(7)pH、陰離子種類、溫度、反應(yīng)物用量

三、硫化氫(H2S)

硫化氫通常是一種無色、易燃、有臭雞蛋氣味的氣體，有毒，空氣中含有體積分?jǐn)?shù)為0.1%的H2S會(huì)引起頭痛暈眩等癥狀，吸入大量H2S會(huì)造成昏迷或死亡。

1.化學(xué)性質(zhì)

(1)不穩(wěn)定性

(2)弱酸性

(3)可燃性

(4)還原性

(5)沉淀反應(yīng)

2.制備方法

硫化氫的性質(zhì)很活潑，能與很多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有很廣泛的用途。在很多知識(shí)模塊中都能見到硫化氫這種物質(zhì)，因此在教學(xué)中要注意知識(shí)的橫向聯(lián)系，望廣大教師給予足夠的重視。

【例3】H2S存在于多種燃?xì)庵?，脫除燃?xì)庵蠬2S的方法很多。

(1)2019年3月sciencedirect介紹的化學(xué)鏈技術(shù)脫除H2S的原理如圖所示。

①“H2S氧化”反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________。

②“HI分解”時(shí)，每1 mol HI分解生成碘蒸氣和氫氣時(shí)，吸收13 kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：____________________。

③“Bunsen反應(yīng)”的離子方程式為____________________。

(2)電化學(xué)干法氧化法脫除H2S的原理如圖所示。陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為________；陰極上COS發(fā)生的電極反應(yīng)為________。

(3)用Fe2(SO4)3吸收液脫除H2S法包含的反應(yīng)如下：

一定條件下測(cè)得脫硫率與Fe3+濃度的關(guān)系如圖所示。

①吸收液經(jīng)過濾出S后，濾液需進(jìn)行再生，較經(jīng)濟(jì)的再生方法是____________________。

②圖中當(dāng)Fe3+的濃度大于10 g·L-1時(shí)，濃度越大，脫硫率越低，這是由于____________________。

(3)①通入足量O2(或空氣) ②Fe3+濃度增大，pH減小，使反應(yīng)(Ⅰ)、(Ⅱ)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)且pH減小因素超過反應(yīng)(Ⅲ)Fe3+濃度增大因素

四、硫代硫酸鈉(Na2S2O3)

Na2S2O3·5H2O俗名大蘇打，它是無色透明的晶體，易溶于水，溶于水后呈堿性。

1.化學(xué)性質(zhì)

(2)Na2S2O3是中等強(qiáng)度的還原劑，能被I2、Cl2、KMnO4等氧化劑氧化。

2.Na2S2O3的制備

將Na2S和Na2CO3以2∶1的物質(zhì)的量比配成溶液，然后通入SO2，反應(yīng)大致可分三步進(jìn)行：

溶液蒸發(fā)濃縮后，冷卻至293～303 K時(shí)即析出Na2S2O3·5H2O，用上述方法制得的Na2S2O3中常含有Na2SO4和Na2SO3等雜質(zhì)。

硫代硫酸鈉在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有很重要的作用，經(jīng)常以實(shí)驗(yàn)題的形式考查硫代硫酸鈉的性質(zhì)，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。硫代硫酸鈉的考題比較多，在教學(xué)中我們可以選擇一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)作為案例，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室親身感受“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的理念和化學(xué)的魅力所在。

【例4】硫代硫酸鈉的部分性質(zhì)和數(shù)據(jù)如下表：

熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃性質(zhì)48100①強(qiáng)還原性;②水溶液中,H2S2O3分解生成S和SO2

如圖是制備硫代硫酸鈉的裝置，回答下列問題：

(1)儀器a中的80%的硫酸不能用濃硫酸代替，原因是____________________。

(2)儀器b的名稱是__________，裝置乙中在實(shí)驗(yàn)中的作用是________________。裝置乙的三頸燒瓶中盛裝的液體可以是________(填序號(hào))。

A.濃硫酸 B.蒸餾水 C.CCl4D.NaOH溶液

(3)裝置丙的三頸燒瓶中盛有Na2S和Na2SO3溶液(后者稍微過量)。

①裝置丙中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是____________________。

②制備過程中，裝置丙中的液體要保持堿性環(huán)境，結(jié)合離子方程式解釋其原因____________________。

③測(cè)得該制備方法制備的目標(biāo)產(chǎn)品中含有Na2SO4，可能的原因是____________________。

(4)指出該實(shí)驗(yàn)裝置存在的缺點(diǎn)及改正方法：____________________。

【答案】(1)濃硫酸不能電離出氫離子，無法與亞硫酸鈉反應(yīng)

(2)長(zhǎng)頸漏斗 保持裝置恒壓、觀察產(chǎn)生二氧化硫的速率 AC

(4)無尾氣處理裝置，裝置丙中的尾氣通入堿液中

總之，由于氧族元素組成的物質(zhì)性質(zhì)活潑，很多物質(zhì)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有很重要的用途，因此也是考試命題的熱點(diǎn)之一，幾乎每年高考都能見到氧族元素的身影，如2019年全國(guó)卷Ⅰ第27題考查硫化物及雙氧水、全國(guó)卷Ⅱ第10題C選項(xiàng)考查硫代硫酸鈉、26題(3)考查硫代硫酸鈉滴定、北京卷第26題考查處理廢水中的苯酚含量也是用硫代硫酸鈉做滴定液、第28題考查SO2的性質(zhì)；2018年全國(guó)卷Ⅰ第27題考查的焦亞硫酸鈉，全國(guó)卷Ⅲ第26題考查硫代硫酸鈉晶體，北京卷第27題考查硫的循環(huán)等等，因此對(duì)氧族元素及其物質(zhì)復(fù)習(xí)時(shí)，要注意知識(shí)的深度、寬度，并且還要把知識(shí)橫向聯(lián)系起來，形成知識(shí)網(wǎng)，以局部帶動(dòng)整體的復(fù)習(xí)策略，提高學(xué)生的運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。