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第4课时 氧族元素
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：对铜、铁与硫、Cl2的反应产物分析，硫与Cl2的氧化性哪个更强？理由是什么？
氧族元素包括哪些元素？性质上有什么变化规律？
[例题1]地球外层的臭氧层中存在臭氧和氧原子，可滤除大量的紫外光，但不少大气污染物会破 坏臭氧层，如超音速飞机排放物中的NO与NO2，它们可发生如下反应：O3+NONO2+O2 O+NO2NO+O2，这两个反应反复循环，其总的反应方程式为 ，由此可见，氮氧化物在破坏臭氧层过程中起了 作用。
[答案]O3+O2O2 催化
[归纳总结]
1．氧族元素的递变规律
(1)氧族元素概况
包括 、 、 、碲(Te)、钋(Po)。常温下，单质除氧为气体外，其余均为固体。氧、硫、硒为典型的非金属元素，碲为类金属，钋为金属。
(2)相似性和递变性
元素名称和符号 氧(O) 硫(S) 硒(Se) 碲(Te)
原子 结构 原子序数 8 16 34 52
结构示意图
电子式 ·∶ ·∶ ·∶ ·∶
主要化合价 -2 -2，+4，+6 -2，+4，+6 -2，+4，+6
相同点 最外层电子数相同，都是6个电子
不同点 原子核外电子层数不同，依次增大
原子半径
物 理性 质 颜色和状态 无色无味气体 淡黄固体 灰色固体 银白色固体
密度、熔沸点、水、有机溶剂溶解度
化学反应 氢化物氧、硫、硒的单质可直接与氢气化合生成氢化物： 2H2＋O22H2O、H2＋SH2S，碲不能直接与氢气化合，只能通过其他反应间接制取碲化氢。单质和氢气化合的能力逐渐减弱；对应的气态氢化物的稳定性逐渐减弱氧化物硫、硒、碲均有二氧化物、三氧化物，且均是酸酐，其对应的水化物分别为H2RO3型和H2RO4型两种酸。但所对应最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱能与大多数金属直接化合　如：Fe＋S 、2Cu＋S 、 3Fe＋2O2Fe3O4、2Cu＋O22CuO
提醒　
①除K＋、Na＋外，一般的金属硫化物难溶于水，如：FeS、ZnS、CuS等。
②金属硫化物在空气中灼烧，生成金属氧化物和SO2，如：2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。
问题2： 同素异形体的概念。O3与O2的性质有何异同？
2．臭氧
(1)组成：臭氧的分子式为O3，与O2互为 。
(2)物理性质：常温常压下，臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，密度比氧气大，比氧气易溶于水。吸入少量臭氧对人体有益，吸入过量对人体健康有一定危害。
(3)化学性质
不稳定性 O3不稳定，容易分解，反应的化学方程式为2O3===3O2，在放电条件下空气中的O2可以转化为O3，反应的化学方程式为3O22O3
强氧化性 O3容易使淀粉 KI溶液变蓝色，反应的化学方程式为
漂白性 O3因其强氧化性能使有色物质褪色，可用作杀菌消毒剂
(4)用途
①可用作脱色剂和消毒剂；
②臭氧层可以吸收来自太阳的紫外线，是人类和其他生物的保护伞。
3．过氧化氢
(1)结构
电子式： ，结构式： 。
(2)化学性质
不稳定性 加热、光照或加催化剂都能加快其分解：2H2O22H2O＋O2↑， 因此H2O2应保存在棕色瓶中并放置在阴凉处
弱酸性 相当于二元弱酸：H2O2H＋＋HO， HOH＋＋O
强氧化性 ①工业上用10%的H2O2作为漂白剂，医疗上用3%的H2O2作为消毒杀菌剂； ②氧化Fe2＋、SO等还原性物质： ， H2O2＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O； ③使湿润的淀粉 KI试纸变蓝：H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O
弱还原性 H2O2中－1价的氧遇强氧化剂(KMnO4)可失去电子转化成0价氧而被氧化：
提醒　
①除MnO2外，Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Cr3＋等也均能催化H2O2的分解；H2O2在碱性环境中的分解远比在酸性环境中的快。
②H2O2作氧化剂时，其还原产物一般为水，不引入杂质且对环境无污染，因而又称为绿色氧化剂，常用于除去具有还原性的杂质离子。
(3)水、双氧水比较
相同点
(1)都由氢、氧两种元素组成；
(2)常温下都是无色液体；
(3)都是极性分子；
(4)都既有氧化性又有还原性
不同点
(1)H2O2中含有非极性键；
(2)H2O2中氧呈-1价，而H2O中氧呈-2价；
(3)H2O2很不稳定，而H2O很稳定；
(4)H2O2具有较强的氧化性（杀菌、漂白性），而H2O的氧化性却很弱，只有遇到强还原剂方显示；
(5)一般地，H2O2的氧化产物为O2，还原产物为H2O；而H2O的氧化产物为O2，还原产物为H2。
[练习1] 摄影工艺中的废定影液的pH值小于7，其中含有银的复杂化合物，为了回收银，进行如下 操作：向盛有定影液的烧杯中，加入少量稀NaOH溶液，再加入硫化钠溶液，生成黑色沉淀。过滤，将固体移入坩埚中加碳酸钠和硼砂(催化剂)混合加热，放出二氧化碳和氧气。将残留的固体用水洗涤，即得到固体银，而洗涤液中主要含有硫化钠。
试回答下列问题：
(1)开始时为何要向废液中加入少量氢氧化钠溶液
(2)过程中的黑色沉淀物质是什么
(3)写出加热时坩埚内发生的反应的化学方程式。
（练习1出处：高三调研试题。推荐理由：这是一道信息题，用学习过的化学知识解释实际问题，培养学生解决实际问题的能力。）
[答案] (1)中和酸，防止加Na2S时产生H2S气体 (2)Ag2S
(3)2Ag2S+2Na2CO34Ag+2Na2S+2CO2↑+O2↑
活动二：重难点突破
问题3：日常生活中哪些物质会破坏臭氧层？
典例简析
[典型题例] 1．保罗·克拉兹等三位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，他们的研究揭示了大气中臭氧层被破坏的机理，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．氯原子在反应中作催化剂
B．过氧化氯的结构式为O—Cl—Cl—O
C．臭氧分子最终转变成氧气分子
D．过程②中一氧化氯断键形成过氧化氯
（典型题例出处：高三调研试题。推荐理由：本题考查氯原子破坏臭氧层的机理，设计新颖培养了学生接受新知识的能力）
[简析]图中反应历程为①Cl＋O3―→ClO＋O2，②ClO＋ClO―→ClOOCl，③ClOOCl＋日光―→2Cl＋O2；该过程的总反应为2O3―→3O2，所以氯原子在反应中作催化剂，A正确；氯原子半径大于氧原子半径，所以图中原子半径较大的是氯原子，较小的是氧原子，所以过氧化氯的结构式为Cl—O—O—Cl，B错误；由该过程的总反应知臭氧分子最终转变成氧气分子，C正确；过程②中ClO＋ClO―→ClOOCl，一氧化氯断键形成过氧化氯，D正确。
[答案] 　B。
[小结] 机理分析是通过对系统内部原因(机理)的分析研究，从而找出其发展变化规律的一种科学研究方法。这种方法常常与科学研究的演绎法配合使用，相辅相成，在科学发展的历史上起了巨大的作用，在近来的考试中出现的频率加大。
[练习2]向CuSO4溶液中加入H2O2溶液，很快有大量气体逸出，同时放热，一段时间后，蓝色溶液变为红色浑浊(Cu2O)，继续加入H2O2溶液，红色浑浊又变为蓝色溶液，这个反应可以反复多次。下列关于上述过程的说法不正确的是(　　)
A．Cu2＋是H2O2分解反应的催化剂
B．H2O2只表现了氧化性
C．H2O2的电子式为
D．发生了反应Cu2O＋H2O2＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O
（练习2出处：高三调研试题。推荐理由：以实验为载体考查学生的分析推理能力和规范答题能力，认真审题思维严密是解答该题的关键。）
[简析] 根据“蓝色溶液变为红色浑浊(Cu2O)”，说明铜离子被还原成＋1价，H2O2表现了还原性；继续加入H2O2溶液，红色浑浊又变为蓝色溶液，说明发生了反应Cu2O＋H2O2＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O，Cu2O中＋1价Cu被氧化成＋2价Cu，H2O2又表现了氧化性，故B错误、D正确；H2O2的电子式为HH，故C正确。
[答案]　B
[例题2] 为防止废弃的硒单质(Se)造成环境污染，通常用浓硫酸将其转化成二氧化硒(SeO2)，再用KI溶液处理后回收Se。发生的反应为
①Se＋2H2SO4(浓)===2SO2↑＋SeO2＋2H2O；
②SeO2＋4KI＋4HNO3===4KNO3＋Se＋2I2＋2H2O，下列说法错误的是(　　)
A．①中SO2是还原产物，SeO2是氧化产物
B．②中KI是还原剂，SeO2是氧化剂
C．每生成0.4molI2共转移1.2mol电子
D．氧化性由强到弱的顺序是H2SO4(浓)>SeO2>HNO3
（例题2出处：高三调研试题。推荐理由：熟练掌握氧化还原反应相关概念的理解及各概念间的关系；由具体反应判断物质氧化性、还原性的相对强弱）
[简析]　反应①中，硒元素化合价升高被氧化，硒作还原剂，二氧化硒为氧化产物，硫元素化合价降低被还原，浓硫酸作氧化剂，二氧化硫是还原产物，故A正确；反应②中，硒元素化合价降低被还原，二氧化硒为氧化剂，碘元素化合价升高被氧化，碘化钾是还原剂，故B正确；反应②中，生成2mol碘单质，转移4mol电子，则每生成0.4molI2共转移0.8mol电子，故C错误；在同一反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，反应①中浓硫酸为氧化剂，二氧化硒为氧化产物，氧化性：H2SO4(浓)>SeO2，反应②中SeO2为氧化剂，硝酸既不是氧化剂也不是还原剂，说明氧化性：SeO2>HNO3，则氧化性由强到弱的顺序是H2SO4(浓)>SeO2>HNO3，故D正确。
[答案]　C
活动三：巩固提升
1.下列氢化物的还原性按由强到弱的顺序排列的是( )
A.H2Se>H2S>HI>HBr>HCl B.H2S>H2Se>HI>HBr>HCl
C.HI>HBr>HCl>H2S>H2Se D.H2Se>H2S>HCl>HBr>HI
2.钋是原子序数最大的氧族元素，推测钋及其化合物最不可能具有的性质是( )
A.钋是能导电的固体 B.钋的氧化物的水化物至少有两种
C.钋与氢气不能直接化合 D.钋的氢化物很稳定
3．碲(Te)广泛用于彩色玻璃和陶瓷。工业上用精炼铜的阳极泥(含有质量分数为8%的TeO2、少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如下(已知TeO2微溶于水，易溶于强酸和强碱)，下列有关说法不正确的是(　　)
A．将阳极泥研磨、反应适当加热都有利于提高“碱浸”的速率和效率
B．“碱浸”时发生主要反应的离子方程式为TeO2＋2OH－===TeO＋H2O
C．“沉碲”时为使碲元素沉淀充分，应加入过量的硫酸
D．若提取过程碲元素的回收率为90%，则处理1kg这种阳极泥最少需通入标准状况下SO220.16L
4．H2O2是重要的化学试剂，在实验室和实际生产中应用广泛。
(1)写出H2O2的结构式：________，H2O2在MnO2催化下分解的化学方程式：____________。
(2)①我们知道，稀硫酸不与铜反应，但在稀硫酸中加入H2O2后，则可使铜顺利溶解，写出该反应的离子方程式：__________________________________________。
②在“海带提碘”的实验中，利用酸性H2O2得到碘单质的离子方程式是________________。
③你认为H2O2被称为绿色氧化剂的主要原因是____________________________。
(3)H2O2还有一定的还原性，能使酸性KMnO4溶液褪色。
①写出反应的离子方程式：_____________________________________________。
②实验室常用酸性KMnO4标准液测定溶液中H2O2的浓度，酸性KMnO4溶液应盛放在________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中，判断到达滴定终点的现象是____________________________________________________________________。
(4)H2O2是一种二元弱酸，写出其第一步电离的方程式：_________________________，它与过量的Ba(OH)2反应的化学方程式为__________________________________。
5．硒(Se)、碲(Te)为ⅥA族元素，是当今高新技术新材料的主要成分之一，电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Te、Ag2Se和少量金属单质及其他化合物，工业上从其中回收碲、硒的一种工艺流程如下：
已知：
Ⅰ.Se单质难溶于水。TeO2微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱；
Ⅱ.元素碲在溶液中主要以Te4＋、TeO、HTeO等形式存在；
Ⅲ.25℃时，亚碲酸(H2TeO3)的Ka1＝1×10－3，Ka2＝2×10－8。
(1)Se的氢化物的电子式是____________________________。0.1mol·L－1的H2TeO3电离度(当弱电解质在溶液里达到电离平衡时，溶液中已经电离的电解质分子数占原来总分子数的百分数叫做电离度) 约为____________________________。
(2) 加入浓硫酸焙烧前常将阳极泥中大块颗粒先粉碎，其目的是_________________
(3)SeO2与SO2在冷却后通入水中发生反应的化学方程式：_____________________________________________。反应后分离出Se单质的操作①为___________________________________(填操作名称)。
(4)焙砂中碲以TeO2形式存在，与足量NaOH溶液反应后得到的溶液①，其溶质的主要成分为____________________________________________(填化学式，过量的NaOH除外)。
工业上也可以通过电解溶液①得到单质碲。已知电解时的电极均为石墨，则阴极的电极反应式为_______________________________________________________。
(5)向溶液①中加入硫酸时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀，如果H2SO4过量，将导致碲的回收率________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(6)将纯净的TeO2先溶于盐酸得到四氯化碲，再将SO2通入溶液中得到Te单质，请写出由四氯化碲得到Te单质的离子方程式：_________________________________。
(7)上述流程中可循环利用的物质是________________________________(填化学式)。
6. （2022江苏高考）硫铁化合物（、等）应用广泛。
(1)纳米可去除水中微量六价铬。在的水溶液中，纳米颗粒表面带正电荷，主要以、、形式存在，纳米去除水中主要经过“吸附→反应→沉淀”的过程。
己知：，；
电离常数分别为、。
①在弱碱性溶液中，与反应生成、和单质S，其离子方程式为____________。
②在弱酸性溶液中，反应的平衡常数K的数值为____________。
③在溶液中，越大，去除水中的速率越慢，原因是____________。
(2)具有良好半导体性能。的一种晶体与晶体的结构相似，该晶体的一个晶胞中的数目为____________；在晶体中，每个S原子与三个紧邻，且间距相等，如图-1给出了晶胞中的和位于晶胞体心的（中的键位于晶胞体对角线上，晶胞中的其他已省略）。在答题卡的题14图-1中用“—”将其中一个S原子与紧邻的连接起来。
(3)、在空气中易被氧化。将在空气中氧化，测得氧化过程中剩余固体的质量与起始的质量的比值随温度变化的曲线如图-2所示。时，氧化成含有两种元素的固体产物为____________（填化学式，写出计算过程）。
[参考答案]
1． A
2． D
3． C
研磨增大接触面积，加热均能提高“碱浸”的速率和效率，故A正确；由已知信息可知，TeO2微溶于水，易溶于强酸和强碱，是两性氧化物，与氢氧化钠发生类似氧化铝与氢氧化钠的反应，生成TeO，离子方程式为TeO2＋2OH－===TeO＋H2O，故B正确；由已知信息可知，TeO2易溶于强酸和强碱，在沉碲的过程中，硫酸若过量，可能导致TeO2的溶解，造成产品的损失，故C错误；1kg阳极泥中含有TeO2的质量为1000g×8%＝80g，碲元素的回收率为90%，则有80g×90%＝72g的TeO2被还原。1molTeO2得4mol电子，1molSO2失去2mol电子，则有关系式：TeO2～2SO2，V(SO2)＝×2×22.4L·mol－1＝20.16L，故D正确。
4． (1)H—O—O—H　2H2O22H2O＋O2↑
(2)①H2O2＋Cu＋2H＋===Cu2＋＋2H2O　
②H2O2＋2I－＋2H＋===2H2O＋I2　
③还原产物为水，对环境无污染
(3)①5H2O2＋2MnO＋6H＋===5O2↑＋2Mn2＋＋8H2O
②酸式　 滴入最后一滴酸性KMnO4标准液后，溶液变浅紫色，且30s内不褪色
(4)H2O2H＋＋HO　H2O2＋Ba(OH)2===BaO2＋2H2O
5． (1)　10%
(2)增大接触面积，加快反应速率
(3)SeO2＋2SO2＋2H2O===2H2SO4＋Se↓　过滤
(4)Na2TeO3　TeO＋3H2O＋4e－===Te＋6OH－　(5)偏低　
(6)Te4＋＋2SO2＋4H2O===Te↓＋8H＋＋2SO　(7)H2SO4、HCl
6.答案(1)①. ②. 5 ③. c(OH-)越大，表面吸附的的量越少，溶出量越少，中物质的量分数越大
(2) ①. 4 ②.
(3)Fe2O3；设氧化成含有两种元素的固体产物化学式为FeOx，，则，则56+16x=80.04，x= ，即固体产物为Fe2O3
二、教学建议
注重对非金属元素单质及其化合物性质及转化关系考查的同时，将会更加突出对物质组成、性质和反应原理的探究，考查学生分析解决问题的能力和对知识的应用能力，并同时强化化学知识与生活、社会实际问题的联系，特别要重视以SO2尾气的处理与吸收为背景的试题，此类题设问新颖，与生活、社会实际问题结合紧密，且赋分值较高，应引起重视。
三、情境素材
1.臭氧层对人类和生物的保护作用
自然界中的臭氧有90％集中在距地面15km—50km的大气气流层中，也就是人们常说的臭氧层，它可以吸收来自太阳的大部分紫外线，因此，臭氧层可称是人类和其它生物的保护伞。因此，我们务必保护好臭氧层，保护生态环境。
近年来，臭氧已逐渐进入人们的日常生活，例如：将其通入水中，有很强的杀菌、洗涤效果，还有很强的漂白性，对清除蔬菜，瓜果上的残留农药，效果极佳。房间里装上一台臭氧发生器，可使室内空气清新，令人振奋精神。
2.过氧化氢的用途
①用3％稀双氧水作为消毒杀菌剂。
②工业上用10％的双氧水作漂白剂。
③H2O2可作火箭的燃料。
④H2O2无论作氧化剂还是作还原剂，都不会给溶液增加杂质粒子。
3.Se、Te及其化合物
(1)硒及其化合物的性质
①单质硒及其氢化物在空气中燃烧可得到SeO2。
② SeO2的氧化性比SO2强，属于中等强度的氧化剂，可氧化H2S、NH3等：
SeO2＋2H2S===Se＋2S＋2H2O；3SeO2＋4NH3===3Se＋2N2＋6H2O。
③亚硒酸可作氧化剂，能氧化SO2：H2SeO3＋2SO2＋H2O===2H2SO4＋Se，但遇到强氧化剂时表现还原性，可被氧化成硒酸：H2SeO3＋Cl2＋H2O===H2SeO4＋2HCl。
(2)碲及其化合物的性质
①碲在空气或纯氧中燃烧生成TeO2。
②TeO2是不挥发的白色固体，微溶于水，易溶于强酸、强碱，
如TeO2＋2NaOH===Na2TeO3＋H2O。
③TeO2(H2TeO3)具有氧化性和还原性
H2TeO3＋2SO2＋H2O===2H2SO4＋Te
H2TeO3＋Cl2＋H2O===H2TeO4＋2HCl
(3)硒和碲的化合物均有毒。
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