氧及硫復(fù)習(xí)課件演講人：日期:目

錄CATALOGUE02氧元素核心知識01氧族元素概述03硫元素專題解析04重要化合物體系05化學(xué)反應(yīng)規(guī)律06綜合應(yīng)用與考點氧族元素概述01氧族元素通性物理性質(zhì)遞變規(guī)律氫化物穩(wěn)定性差異化學(xué)性質(zhì)共性從氧到釙，單質(zhì)狀態(tài)由氣態(tài)（氧）過渡到固態(tài)（硫、硒、碲、釙），熔沸點逐漸升高；氧和硫為典型非金屬，硒和碲呈半導(dǎo)體特性，釙和鉝為金屬。導(dǎo)電性隨原子序數(shù)增加而增強。易獲得2個電子形成-2價陰離子（如O2?、S2?），或與其他元素形成共價化合物（如H?O、H?S）。最高正價為+6（如SO?、SeO?），但氧因電負(fù)性極高通常僅顯-2價或0價（O?）。氫化物（H?O、H?S、H?Se等）熱穩(wěn)定性遞減，酸性遞增（H?O為中性，H?S弱酸，H?Se中強酸），還原性增強（H?Se易被氧化）。電子排布與價電子氧傾向于形成強極性鍵（如C=O、H-O），而硫可擴展價層容納更多電子（如SF?中的六配位），且易形成多硫鏈（S?環(huán)狀結(jié)構(gòu)）和硫代酸根（如S?O?2?）。成鍵特性差異同素異形體多樣性氧以O(shè)?（雙原子分子）和O?（臭氧）存在；硫的同素異形體包括斜方硫（S?環(huán)）、單斜硫和彈性硫，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性與p軌道空間伸展相關(guān)。氧（O）電子排布為1s22s22p?，硫（S）為[Ne]3s23p?，兩者最外層均為6電子（ns2np?），易形成雙鍵或接受電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。氧的2p軌道半徑更小，電負(fù)性（3.44）顯著高于硫（2.58）。氧與硫的原子結(jié)構(gòu)氧的分布與循環(huán)氧占地殼質(zhì)量的46.6%，主要以硅酸鹽、氧化物（如SiO?）和游離態(tài)（O?）存在，大氣中體積占比21%。生物圈通過光合作用和呼吸作用實現(xiàn)氧循環(huán)。元素存在形式與分布硫的自然存在硫以單質(zhì)（火山口）、硫化物（黃鐵礦FeS?）、硫酸鹽（石膏CaSO?·2H?O）形式分布，地殼豐度0.03%。工業(yè)上從天然氣（H?S）和石油中回收硫。硒與碲的伴生性硒常與硫化物礦共生（如銅礦），碲多存在于重金屬硫化物中（如AuTe?）。兩者為稀散元素，提取需復(fù)雜冶金工藝，用于半導(dǎo)體和合金制造。氧元素核心知識02反應(yīng)類型氧氣參與的反應(yīng)多為放熱反應(yīng)，如燃燒反應(yīng)、緩慢氧化（如金屬銹蝕）和生物體內(nèi)的有氧呼吸過程。物理性質(zhì)氧氣在常溫常壓下為無色無味氣體，密度略大于空氣，微溶于水，沸點和熔點較低，液態(tài)和固態(tài)氧呈淡藍(lán)色?；瘜W(xué)性質(zhì)氧氣具有強氧化性，能與大多數(shù)金屬（如鐵、鋁）和非金屬（如碳、硫）反應(yīng)生成氧化物，支持燃燒但不自燃，是生物呼吸和燃燒的必要條件。氧氣物理與化學(xué)性質(zhì)金屬氧化物（如氧化鈣、氧化鈉）溶于水生成堿，能與酸反應(yīng)生成鹽和水，廣泛用于建筑材料或化工原料。堿性氧化物如氧化鋁、氧化鋅，既能與酸又能與堿反應(yīng)，常用于催化劑或陶瓷制造。兩性氧化物01020304多數(shù)非金屬氧化物（如二氧化碳、二氧化硫）溶于水生成酸，能與堿反應(yīng)生成鹽和水，常見于大氣污染物和工業(yè)副產(chǎn)品。酸性氧化物如一氧化碳、一氧化氮，不與酸堿反應(yīng)生成鹽，但參與大氣化學(xué)循環(huán)或工業(yè)催化過程。不成鹽氧化物氧化物分類及特性過氧化氫結(jié)構(gòu)與用途過氧化氫（H?O?）分子呈非平面結(jié)構(gòu)，含不穩(wěn)定的過氧鍵（-O-O-），易分解為水和氧氣，需避光低溫保存。分子結(jié)構(gòu)其強氧化性可用于漂白紡織品、紙張，或作為消毒劑殺滅細(xì)菌和病毒，尤其在醫(yī)療和環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在化工生產(chǎn)中用于合成有機過氧化物、環(huán)氧樹脂等，也是廢水處理中降解有機污染物的關(guān)鍵試劑。氧化性與漂白作用高濃度過氧化氫可作為單組元推進(jìn)劑，分解產(chǎn)生高溫高壓氣體推動火箭，具有無污染、易控制的優(yōu)點。火箭推進(jìn)劑01020403工業(yè)合成硫元素專題解析03單質(zhì)硫的同素異形體由S8環(huán)狀分子組成，在95.6℃以下穩(wěn)定，呈黃色晶體，密度2.07g/cm3，是自然界中最常見的硫單質(zhì)形態(tài)，難溶于水但易溶于二硫化碳等有機溶劑。斜方硫（α-硫）單斜硫（β-硫）彈性硫（γ-硫）同樣由S8分子構(gòu)成，在95.6℃至119℃穩(wěn)定存在，呈淺黃色針狀晶體，密度1.96g/cm3，可通過熔融硫緩慢冷卻制得，具有可塑性且導(dǎo)電性優(yōu)于斜方硫。由長鏈狀Sn分子組成，通過熔融硫急速冷卻獲得，呈深棕色無定形固體，具有橡膠狀彈性，在室溫下會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的斜方硫結(jié)構(gòu)。具有強還原性，能被氧氣氧化為單質(zhì)硫或二氧化硫；水溶液呈弱酸性（氫硫酸），與重金屬離子反應(yīng)生成難溶硫化物沉淀，常用于金屬離子的分離鑒定。硫化氫與金屬硫化物硫化氫的化學(xué)性質(zhì)包括酸性硫化物（如MoS2）、堿性硫化物（如Na2S）和兩性硫化物（如As2S3），其溶解性差異顯著——堿金屬硫化物易溶，而過渡金屬硫化物（如CuS、PbS）多難溶于水但溶于稀酸。金屬硫化物的分類硫化氫用于制備硫化物顏料（如鎘黃）；金屬硫化物是重要礦物資源（如閃鋅礦ZnS）；生物體內(nèi)鐵硫蛋白參與電子傳遞鏈的氧化還原過程。工業(yè)應(yīng)用與生物作用二氧化硫與三氧化硫03環(huán)境效應(yīng)與防護二氧化硫是大氣主要污染物，可形成硫酸型酸雨；三氧化硫煙霧對呼吸道有強烈刺激作用，儲存運輸需使用耐腐蝕密封容器并配備吸收裝置。02三氧化硫的特性通過二氧化硫催化氧化制得，常溫下為無色液體（熔點16.8℃），具有強吸濕性和氧化性，遇水劇烈反應(yīng)生成硫酸，工業(yè)上用于接觸法制硫酸的核心中間體。01二氧化硫的制備與性質(zhì)通過硫燃燒或黃鐵礦焙燒獲得，是無色刺激性氣體，易液化（沸點-10℃）；兼具氧化性和還原性，可被催化氧化為三氧化硫，也是食品工業(yè)常用的漂白劑和防腐劑。重要化合物體系04硫酸的工業(yè)制備以硫鐵礦（FeS?）或硫磺為原料，經(jīng)焙燒生成SO?，再通過催化氧化（V?O?催化劑）轉(zhuǎn)化為SO?，最后用濃硫酸吸收SO?生成發(fā)煙硫酸，稀釋后得到不同濃度的硫酸。此法制備的硫酸純度高，適用于精細(xì)化工。接觸法制硫酸以硫磺或黃鐵礦為原料，燃燒生成SO?后，在鉛室或填料塔中與氮氧化物（NO?）催化氧化，形成硫酸霧并冷凝為稀硫酸（濃度約75%）。該方法成本低但產(chǎn)品雜質(zhì)較多，適用于肥料生產(chǎn)等工業(yè)用途。塔式法制硫酸通過硫化氫（H?S）燃燒生成SO?，再經(jīng)催化氧化和吸收制得硫酸。此工藝常用于處理石油煉制或天然氣脫硫過程中的副產(chǎn)物，兼具環(huán)保與資源化利用價值。濕法制硫酸溶解性與熱穩(wěn)定性多數(shù)硫酸鹽易溶于水（如Na?SO?、MgSO?），但BaSO?、PbSO?難溶；高溫下硫酸鹽可分解，如CaSO?在1200℃分解為CaO和SO?，而K?SO?等堿金屬硫酸鹽穩(wěn)定性極強。結(jié)晶水與復(fù)鹽形成硫酸鹽常含結(jié)晶水（如CuSO?·5H?O），加熱易脫水；易形成復(fù)鹽如明礬（KAl(SO?)?·12H?O），用于凈水或媒染劑。檢驗方法通過鋇離子（Ba2?）沉淀反應(yīng)檢驗硫酸根（SO?2?），生成白色BaSO?沉淀且不溶于稀鹽酸；還可利用硫酸鹽的焰色反應(yīng)（如CuSO?呈綠色）輔助鑒別。硫酸鹽的性質(zhì)與檢驗硫代硫酸鹽的結(jié)構(gòu)硫代硫酸根（S?O?2?）的鍵合特點中心硫原子（+6價）與三個氧原子形成三角錐結(jié)構(gòu)，另一個硫原子（-2價）通過單鍵與之連接，整體呈四面體構(gòu)型，體現(xiàn)硫的變價特性。配位化學(xué)性質(zhì)硫代硫酸根可作為雙齒配體，通過硫原子和氧原子與金屬離子（如Ag?、Au?）形成穩(wěn)定絡(luò)合物，廣泛應(yīng)用于攝影定影和貴金屬提取。氧化還原特性在酸性條件下易歧化為S和SO?，與碘單質(zhì)反應(yīng)時作為還原劑（2S?O?2?+I?→S?O?2?+2I?），此反應(yīng)是碘量法的理論基礎(chǔ)。化學(xué)反應(yīng)規(guī)律05氧族元素氧化還原性氧的強氧化性氧元素在化學(xué)反應(yīng)中常表現(xiàn)為強氧化性，尤其是單質(zhì)氧（O?）和臭氧（O?），能夠與大多數(shù)金屬和非金屬反應(yīng)生成氧化物，例如鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵（Fe?O?）。硫的氧化還原雙重性硒和碲的弱氧化性硫元素在不同反應(yīng)中既可表現(xiàn)出氧化性（如與金屬反應(yīng)生成硫化物），也可表現(xiàn)出還原性（如與強氧化劑反應(yīng)生成硫酸鹽），其化學(xué)性質(zhì)受反應(yīng)條件和化合價影響顯著。硒和碲的氧化性較氧和硫更弱，但在特定條件下仍可參與氧化還原反應(yīng)，例如硒與氫氣反應(yīng)生成硒化氫（H?Se）。123含氧酸酸性強弱比較含氧酸結(jié)構(gòu)影響含氧酸的酸性還受分子中非羥基氧原子數(shù)量影響，非羥基氧越多，酸性越強，例如硝酸（HNO?）的酸性強于亞硝酸（HNO?）。同種元素不同價態(tài)含氧酸對于同一元素的含氧酸，其酸性隨中心原子氧化態(tài)升高而增強，例如硫酸（H?SO?）的酸性強于亞硫酸（H?SO?），因硫在硫酸中為+6價，而在亞硫酸中為+4價。不同元素同類型含氧酸同主族元素含氧酸的酸性從上至下依次減弱，例如高氯酸（HClO?）的酸性強于高溴酸（HBrO?），而高碘酸（HIO?）的酸性最弱。硫的價態(tài)轉(zhuǎn)化路徑硫在低價態(tài)（如-2價）可通過逐步氧化轉(zhuǎn)化為高價態(tài)（如+6價），例如硫化氫（H?S）被氧氣氧化為單質(zhì)硫（S），進(jìn)一步氧化為二氧化硫（SO?），最終生成三氧化硫（SO?）。高價硫化合物（如硫酸鹽）在還原條件下可逐步轉(zhuǎn)化為低價硫，例如硫酸根（SO?2?）在厭氧環(huán)境中被還原為硫化氫（H?S），這一過程常見于微生物參與的硫循環(huán)。硫的中間價態(tài)化合物（如亞硫酸鹽）在特定條件下可發(fā)生歧化反應(yīng)，同時生成高價和低價硫化合物，例如硫代硫酸鈉（Na?S?O?）在酸性條件下分解為硫單質(zhì)和二氧化硫。低價硫的氧化路徑高價硫的還原路徑中間價態(tài)的歧化反應(yīng)綜合應(yīng)用與考點06通過濕法脫硫（石灰石-石膏法）、干法脫硫（活性炭吸附）等技術(shù)降低工業(yè)廢氣中硫含量，減少酸雨形成。需結(jié)合化學(xué)反應(yīng)方程式分析脫硫效率及副產(chǎn)物處理。硫氧化物（SOx）控制技術(shù)在催化還原（SCR）或選擇性非催化還原（SNCR）工藝中，硫與氮污染物的相互作用需重點研究，避免催化劑中毒或二次污染。氮氧化物（NOx）協(xié)同處理利用硫離子（S2?）與重金屬離子（如Pb2?、Cd2?）生成難溶硫化物的特性，處理工業(yè)廢水，需注意pH調(diào)節(jié)及沉淀物穩(wěn)定性。重金屬硫化物沉淀法環(huán)境污染治理關(guān)聯(lián)工業(yè)流程分析硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程從硫鐵礦或硫磺燃燒生成SO?，經(jīng)催化氧化轉(zhuǎn)化為SO?，再吸收成濃硫酸。關(guān)鍵點包括轉(zhuǎn)化率優(yōu)化、熱交換效率及尾氣回收。硫化氫資源化利用以黃鐵礦（FeS?）為例，解析焙燒過程中硫的氧化行為及鐵氧化物生成，涉及能量平衡與廢氣處理工藝。通過克勞斯法將H?S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，需分析反應(yīng)階段（高溫?zé)峤?、催化轉(zhuǎn)化）