专题14主族非金属氧及其化合物解析版.docx

专题14主族非金属氧及其化合物解析版.docx

《专题14主族非金属氧及其化合物解析版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题14主族非金属氧及其化合物解析版.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

专题14主族非金属氧及其化合物解析版

系列一主族非金属

专题4氧及其化合物

一、臭氧

臭氧因其具有一种特殊的腥臭味（鱼腥味）而得名，但是稀薄的臭氧有一种清新的味道，如雷雨后的树林里。

液态臭氧具有很深的蓝紫色。

臭氧层的臭氧主要是因为紫外线辐射导致O2分子解离成氧原子，这些氧原子又与O2结合成O3，总反应为3O2

2O3

1．结构

在臭氧O3分子中，中心的氧原子以sp2杂化与两旁的配位氧原子键合生成两个σ键，使O3呈现折线形，在三个氧原子之间还存在着一个垂直于分子平面的大π键π34

2．不稳定性

O3在有催化剂或紫外线照射时会发生分解：

2O3（g）

3O2（g）　ΔH＝－284kJ·mol－1

3．强氧化性

（1）能迅速且定量地氧化I－生成I2，此反应常被用来测定O3的含量：

O3＋2I－＋H2O===I2＋O2＋2OH－。

生成的I2再用淀粉溶液作指示剂，用标准Na2S2O3溶液滴定：

I2＋2Na2S2O3===Na2S4O6＋2NaI。

（2）能氧化CN－，常被用来治理电镀工厂中的含氰废水：

O3＋CN－===OCN－＋O2，

2OCN－＋3O3＋H2O===N2＋2HCO

＋3O2，

总反应式为5O3＋2CN－＋H2O===N2＋2HCO

＋5O2。

（3）能杀灭细菌，可用作消毒杀菌剂。

4．臭氧层破坏

氟利昂是一类含氟的有机化合物，CCl2F2广泛用于制冷剂，进入大气层后受紫外线辐射而分解产生Cl原子，Cl原子则可引发破坏O3的循环反应，可以认为氯原子做为催化剂。

【习题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　（　　）

A．高压放电法,反应的原理为3O2

2O3

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．电解纯水时，电极b周围发生的电极反应有6OH--6e-=O3↑+3H2O和4OH--4e-=O2↑+2H2O

D．电解水时，H+由电极a经聚合电解质薄膜流向电极b

【答案】D

【解析】A、由高压放电法原理图可知，氧气在放电的条件下生成臭氧，高压放电法反应的原理为：

3O22O3，故A正确；B、空气中含有氮气与氧气，在高压放电条件下可以反应生成NO等，故B正确；C、由电解纯水法原理图可知，b电极发生氧化反应，生成氧气、臭氧，同时有氢离子生成，电极b周围发生的电极反应有：

3H2O-6e-=O3+6H+或6OH--6e-=O3↑+3H2O；2H2O-4e-=O2+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O，故C正确；D、a电极生成氢气，H+在a电极放电，H+由电极b经聚合固体电解质膜流向电极a，故D错误；综合以上分析，本题正确答案选D。

【习题2】1995年三位美国科学家因在氟利昂和臭氧层方面的工作获得诺贝尔化学奖，他们研究揭示了大气中臭氧层被破坏的机理，由图可知（）

A．日光在反应中作催化剂

B．过氧化氯是一种很稳定的物质

C．过氧化氯的结构式为O－Cl－Cl－O

D．臭氧分子最终转变成氧气分子

【答案】D

【解析】根据图示，①为Cl+O3=ClO+O2，②为2ClO→过氧化氯，③为过氧化氯

2Cl+O2，总反应为2O3

3O2。

A项，日光在反应中是反应的条件，不是催化剂，A项错误；B项，过氧化氯在日光照射下生成Cl和O2，说明过氧化氯不稳定，B项错误；C项，根据图示过氧化氯的结构式为Cl—O—O—Cl，C项错误；D项，最终总反应为2O3

3O2，D项正确；答案选D。

二、过氧化氢

过氧化氢是一种淡蓝色的黏稠液体，熔点－0.43℃，沸点150.2℃，可以与水任意比例混合，市售试剂是其30%的水溶液，医疗上消毒用的为3%的H2O2溶液，称为双氧水，有消毒杀菌的作用。

1．分子结构

每个氧原子采取不等性的sp3杂化，每个氧原子都有两个孤电子对。

2．化学性质

（1）不稳定性

H2O2在较低温度和高纯度时比较稳定，若加热到426K（153℃）以上或使用MnO2或重金属离子（如Fe3＋、Mn2＋、Cu2＋、Cr3＋等）作催化剂便猛烈分解：

2H2O2（l）===2H2O（l）＋O2（g）　ΔH＝－196.4kJ·mol－1。

因此保存时需要用棕色瓶阴凉处，有时候还需要加入稳定剂。

（2）强氧化性

①能氧化I－、H2SO3、Fe2＋、Mn（OH）2、NaCrO2等。

反应方程式分别为：

H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O

H2O2＋H2SO3===SO

＋2H＋＋H2O

H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

H2O2＋Mn（OH）2===MnO2＋2H2O

3H2O2＋2NaCrO2＋2NaOH===2Na2CrO4＋4H2O。

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利用H2O2的氧化性，可漂白毛、红织物和油画，双氧水也可作为消毒杀菌剂。

纯H2O2还可用作火箭燃料的氧化剂。

（3）还原性

H2O2遇强氧化剂（如KMnO4）时，H2O2表现出还原性，但其实H2O2还原性并不强。

5H2O2＋2MnO

＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O

3H2O2＋2MnO

===2MnO2↓＋3O2↑＋2OH－＋2H2O

工业上利用H2O2的还原性除氯，不会给反应体系中带入杂质：

H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。

（4）弱酸性

过氧化氢是一种极弱的酸：

H2O2

H＋＋HO

　Ka1＝2.4×10－12，HO

H＋＋O

Ka2＝1.0×10－24

其酸的强度比HCN更弱，不能使石蕊溶液变红，但可与碱反应：

H2O2+Ba（OH）2=BaO2+2H2O，因此过氧化钡BaO2可以看作H2O2的盐。

过氧化物不同于氧化物，可以看成一种特殊的盐。

过氧化氢的盐的特点在于含有过氧基。

2．过氧化氢的制备

（1）实验室制法

实验室中可以将过氧化钠加入到冷的稀硫酸或稀盐酸中制备H2O2：

Na2O2＋H2SO4＋10H2O

Na2SO4·10H2O＋H2O2。

（2）工业制法

方法一：

电解—水解法

以铂片作电极、通直流电于硫酸氢铵饱和溶液中得到过二硫酸铵：

2NH4HSO4

（NH4）2S2O8＋H2↑；

　　　　　　　（阳极）　　　（阴极）

然后加入适量硫酸以水解过二硫酸铵即得H2O2：

（NH4）2S2O8＋2H2O

2NH4HSO4＋H2O2；生成的硫酸氢铵可循环使用。

方法二：

乙基蒽醌法

以2乙基蒽醌和钯作催化剂，由氢和氧直接化合成过氧化氢：

H2＋O2

H2O2。

该方法是典型“零排放”的“绿色化学工艺”。

【习题3】已知过氧化氢（H2O2）中氧元素呈现－1价。

（1）若向酸性高锰酸钾溶液中加入过氧化氢，过氧化氢将转化为________，预计观察到的现象是________________。

（2）若向氢硫酸（H2S）中加入过氧化氢，过氧化氢将转化为________，预计观察到的现象是______________________。

【答案】

（1）O2　产生气泡，KMnO4溶液褪色

（2）水　有黄色沉淀生成

【解析】

（1）酸性KMnO4溶液具有强的氧化性，过氧化氢中氧呈现－1价，具有还原性，被KMnO4溶液氧化生成O2，MnO

被还原成Mn2＋，所以会看到有气泡产生，KMnO4溶液褪色。

（2）氢硫酸（H2S）具有强的还原性，过氧化氢中氧呈现－1价，具有氧化性，可以将H2S中的硫氧化成单质硫，本身被还原为水，生成的硫单质不溶于水，所以会看到有黄色沉淀产生。

【习题4】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0.5mol·L-1FeSO4溶液（pH=0.2），5%H2O2溶液（pH=5）。

操作

现象

取2mL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0.5mol·L-1FeSO4溶液（pH=3），5%H2O2溶液（pH=5）

操作

现象

取2mL5%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

（3）将上述混合物分离，得到棕黄色沉淀和红褐色胶体。

取部分棕黄色沉淀洗净，加4mol·L-1盐酸，沉淀溶解得到黄色溶液。

初步判断该沉淀中含有Fe2O3，经检验还含有SO42-。

检验棕黄色沉淀中SO42-的方法是_______________。

（4）对于生成红褐色胶体的原因，提出两种假设：

ⅰ.H2O2溶液氧化Fe2+消耗H+

ii．Fe2+氧化的产物发生了水解

①根据实验Ⅱ记录否定假设ⅰ，理由是____________________。

②实验验证假设ⅱ:

取__________溶液，加热，溶液变为红褐色，pH下降，证明假设ii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。

【答案】

（1）2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

（2）Fe3+催化下H2O2分解产生O2（或用化学方程式表示）

（3）取加入盐酸后的黄色溶液少许于试管中，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明棕黄色沉淀中含有SO42-

（4）①反应后溶液的pH降低②Fe2（SO4）3

（5）2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe（OH）3（胶体）+4H+H2O2

（6）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

【解析】取2mL上述FeSO4溶液于试管中，加入5滴5%H2O2溶液，溶液变黄，向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液变红，说明有+3价铁离子生成，产生气泡，说明有氧气生成，Fe3+催化下H2O2分解产生，是放热反应O2。

（1）上述实验中H2O2溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。

（2）产生气泡的原因是Fe3+催化下H2O2分解产生O2。

（3）检验棕黄色沉淀中SO42-的方法是：

取加入盐酸后的黄色溶液少许于试管中，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明棕黄色沉淀中含有SO42-。

（4）①根据实验Ⅱ记录否定假设ⅰ，理由是反应后溶液的pH降低。

②实验验证假设ⅱ:

取Fe2（SO4）3溶液，测其pH，加热，溶液变为红褐色，冷却后测试发现pH下降了，证明假设ii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2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe（OH）3（胶体）+4H+。

（6）产生刺激性气味气体的原因是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）由实验I、Ⅱ、Ⅲ可知，亚铁盐与H2O2反应的现象与pH、阴离子种类、温度、反应物用量等等有关。

【习题5】过氧化尿素[CO（NH2）2·H2O2]是一种漂白、消毒、增氧剂，常温下为白色晶体，易于贮运，一般条件下不易分解，可用30%的双氧水和饱和尿素溶液在一定条件下来合成。

实验原理：

CO（NH2）2＋H2O2

CO（NH2）2·H2O2

实验装置：

实验室模拟制取装置如图1所示（部分仪器未画出）。

实验步骤：

步骤一：

在250mL的仪器a中加入100mL30%的过氧化氢溶液，再加1gNaH2PO4作稳定剂，开启搅拌器，通过仪器a右端瓶口缓慢加入50g尿素，全部溶解后，控制温度在30℃左右，搅拌反应30分钟。

步骤二：

将仪器a中的溶液用普通漏斗过滤，将滤液冷却到0℃，析出大量晶体，抽滤，烘干即得产品。

回答下列问题：

（1）仪器a的名称是____________，制取过程中需控制n（H2O2）:

n[CO（NH2）2]=1.2:

1左右，并控制合成温度在30℃左右，其主要原因是__________________________________，控制反应温度的加热方法是________________。

（2）实验室一般用玻璃而非铁质搅拌器的原因是____________________________________。

而实际生产中搅拌器选用的是铁质材料，但需将搅拌装置放在__________________（填试剂名称）中浸泡一段时间，使其表面钝化。

（3）①步骤二中“抽滤”按图2安装好装置，在布氏漏斗中放入滤纸，接下来的操作顺序是____________________→确认抽干（填标号）

a.转移固液混合物b.开大水龙头c.微开水龙头d.加入少量蒸馏水润湿滤纸

②与用普通漏斗过滤相比，抽滤的主要优点是______________________________。

（4）过氧化尿素鉴定反应：

在重铬酸钾酸性溶液中加入乙醚和少许过氧化尿素，振荡。

上层乙醚呈蓝色，这是由于在酸性溶液中过氧化尿素中的过氧化氢与重铬酸钾反应生成较稳定的蓝色过氧化铬（CrO5：

），重铬酸钾与H2O2反应的离子方程式为_______________。

（5）过氧化尿素的合格产品中H2O2的质量分数应不低于34%。

为了确定某次实验产品合格与否，称取了该次样品12.0000g，溶于水配制成250mL溶液。

移取25.00mL溶液于锥形瓶中，加入1mL6mol／L的硫酸，然后用0.2000mol／LKMnO4标准溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO4溶液20.00mL（KMnO4溶液与尿素不反应）。

终点颜色变化为_____________。

根据滴定结果通过计算判断该次实验产品质量为___________（填“合格”或“不合格”）。

【答案】

（1）三颈烧瓶H2O2在实验过程中会有部分分解，增大H2O2的量可提高产品的纯度水浴加热

（2）H2O2的水溶液与铁反应生成Fe3＋，可催化加快H2O2分解浓硫酸（或浓硝酸）

（3）①d→c→a→b②过滤速度更快，过滤后的产物更干爽

（4）4H2O2＋Cr2O

＋2H＋===2CrO5＋5H2O

（5）无色变浅红色不合格

【解析】

双氧水、尿素、稳定剂在反应器中混合发生反应得到过氧化尿素粗产品，然后通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到晶体和母液，将晶体洗涤、干燥得到产品；

（1）仪器a的名称是三颈烧瓶；制取过程中需控制n（H2O2）:

n[CO（NH2）2]=1.2：

1左右，原因是H2O2在实验过程中会有部分分解，增大H2O2的量可提高产品的纯度；利用水浴加热可以控制反应温度；

（2）双氧水和铁反应生成铁离子，铁离子能作双氧水分解的催化剂，为防止双氧水分解，所以不能用Fe制容器；铁遇浓硫酸或浓硝酸钝化，故需将搅拌装置放在浓硫酸或浓硝酸中浸泡一段时间；

（3）①根据抽滤的操作步骤可知，在布氏漏斗中放入滤纸后，加入少量蒸馏水润湿滤纸，微开水龙头，转移固液混合物后，开大水龙头，确认抽干，所以操作排序：

d→c→a→b；

②与用普通漏斗过滤相比，抽滤的主要优点是过滤速度更快，过滤后的产物更干爽；

（4）在酸性溶液中过氧化尿素中的过氧化氢与重铬酸钾反应生成较稳定的蓝色过氧化铬CrO5，离子方程式为：

4H2O2＋Cr2O72-＋2H＋=2CrO5＋5H2O；

（5）称取干燥样品12.000g，溶解，在250mL容量瓶中定容,准确量取25.00mL于锥形瓶中，加入1mL6mol/L的硫酸，然后用0.2000mol/LKMnO4标准溶液滴定，高锰酸根离子被还原为无色的锰离子，当高锰酸钾溶液滴入最后一滴时，溶液无色变浅红色且半分钟内不褪色，达到滴定终点；三次滴定平均消耗KMnO4溶液20.00mL；依据反应2MnO4−＋5H2O2＋6H＋＝2Mn2＋＋8H2O＋5O2；

250mL容量瓶中含过氧化氢0.1mol；过氧化氢质量分数＝

×100%＝28.3%<34%，故该次实验产品质量不合格。