B6-氧族元素

氧族元素
【学习目标】
1.了解S、O3、H2O2的化学性质。

2.记住氧族元素的名称，特别是元素符号。

3.掌握氧族元素的原子结构与其单质、化合物性质的递变关系。

学会运用所学理论知识指导学习元素化合物知识的方法。

4.通过对臭氧性质及对臭氧层破坏和保护的有关知识的学习，增强分析、归纳问题的能力。

加强环保意识，增强环保责任感和使命感，做珍爱家园的主人。

5.掌握氧族元素与卤族元素相似性、差异性及其原因。

培养分析、总结、归纳知识的能力。

【诱学导入】
材料：硒的自我介绍：我是硒，氧族第三位主人，早在1817年就被发现了，我在常温下为固体，虽然脸色发灰，可用途不少。

其一，半导体材料少不了我，制造彩电、太阳能电池、光电管，甚至制造导弹也请我帮忙。

其二，人类更是缺我不成，你每天必须摄入0.05 mg硒，人缺硒时，易患大骨节病、胃癌等；但你可不要贪婪，过量摄取硒会使人中毒，导致头发脱落，双目失明，甚至死亡。

我愿做你的好朋友。

导入：氧族元素除了氧、硒外，还包括哪些元素？这些元素有怎样的性质？它们各有哪些用途？今天我们就来认识这个大家族中的各位成员，它们在结构以及性质上有什么相同和不同呢？
一、氧族元素
（1）氧族元素在周期表中的位置—ⅥA族
氧族元素包括氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、钋（Po）
要点提示：
①只有钋是金属元素，其余都是非金属元素；
②只有钋为放射性元素；
③只有Te和Po能导电；
④只有Se是半导体；
⑤只有Te和Po为银白色；
⑥只有Te、Po不能与H2直接化合；
⑦硒，读作ｘī，与锡同音同调；碲，读作ｄì，不读啼（ｔí）；钋，读作ｐō，不读ｂō。

（2）氧族元素的原子结构
原子结构示意图：
★原子结构的相同点：原子最外层都有6个电子，反应中易得2个电子，表现氧化性。

★原子结构不同点：①核电荷依次增大；②电子层数依次增多；③原子半径依次增大，得电子能力依次减弱，氧化性依次减弱。

（3）单质的物理性质
单质物理性质的变化规律。

单质：O2S Se Te
颜色：无色淡黄色灰色银白色
状态：由气→固
密度：由小→大
熔沸点：由弱→强
要点提示：随着相对分子质量的增加，单质的颜色由浅到深，密度、熔沸点都逐渐升高，从而体现了由量变到质变的变化规律。

（4）单质的化学性质
【相似性】
①与大多数金属反应。

②均能与氢气化合生成气态氢化物(H2R)。

③均能在氧气中燃烧。

④氧化物对应的水化物都为酸。

SO2−−→H2SO3SO3−−→H2SO4
SeO2−−→H2SeO3SeO3−−→H2SeO4
TeO2−−→H2TeO3TeO3−−→H2TeO4
RO2−−→H2RO3RO3−−→H2RO4
⑤都具有非金属性。

【递变性（从O→Te）】
①气态氢化物的稳定性逐渐减弱
要点提示：可通过反应条件和反应的难易程度来判断气态氢化物稳定性强弱，反应条件越容易，反应的程度越剧烈，生成的氢化物越稳定。

②气态氢化物的还原性逐渐增强要点提示：氢化物（H 2R ）中，-2价R 元素处于最低价态，只具有还原性，随着电子层数的增多，原子半径逐渐增大，失电子能力依次增强，因而氢化物的还原性逐渐增强。

③气态氢化物水溶液的酸性逐渐增强。

知识拓展：影响酸性大小的因素很多，但归根结底反映在与H 原子直接相连的原子对它的束缚力的强弱上，对H 原子的束缚力越弱，释放H+就越容易，因而酸性就越强。

氢化物中原子间结合方式可用下式表示：H ―R ，随着R 原子电子层数的增多，原子半径依次增大，得电子能力依次减小，对H 原子的束缚力逐渐减弱释放H +的能力逐渐增强，因而氢化物水溶液的酸性逐渐增强。

④最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱知识拓展：最高价氧化物对应的水化物可表示为H 2RO 4，原子间的结合方式可用下式表示：H ―O ―R ，可见含氧酸的强弱应主要取决于O 原子对H 原子束缚力的强弱。

随着R 原子半径依次增大，R 对O 原子的束缚力依次减弱使得O 原子对H 原子的束缚力依次增强，释放H +程度由易到难，因而H 2RO 4的酸性依次减弱。

所以同族中，同种类型的含氧酸的酸性随着原子序数的增加而减弱。

如：
242424H SO H SeO H TeO >>232323H SO H SeO H TeO >>
⑤非金属性逐渐减弱。

（5）氧族元素与相应的卤族元素的比较 【原子结构的相同点】 ①电子层数相同。

②最外层电子较多，均易得电子表现氧化性。

【原子结构的不同点】 ①核电荷数：氧族＜卤族。

②原子半径：氧族＞卤族。

③最外层电子数：氧族＜卤族。

④得电子能力：氧族＜卤族。

⑤氧化性：氧族＜卤族。

【化学性质的相似性】 ①都与绝大多数金属化合。

②都能形成气态氢化物。

③最高价氧化物对应水化物均为酸。

④均具有非金属性。

【化学性质的差异性】
①气态氢化物的稳定性：氧族(H 2R)＜卤族(HR)。

②最高价氧化物对应水化物的酸性：氧族(H 2RO 4)＜卤族(HRO 4)。

③非金属性：氧族＜卤族。

二、硫
（1）硫的存在
自然界中有游离态的硫，也有化合态的硫存在。

游离态的硫多数存在于地壳深处及火山口附近。

依照分子组成的不同，硫单质有S 4、S 6、S 8等。

化合态的硫主要以硫化物和硫酸盐的形式存在。

如硫铁矿(FeS 2)、黄铜矿(CuFeS 2)、石膏(CaSO 4・2H 2O)等。

硫还存在于石油、天然气、煤等化石燃料中。

（2）硫的物理性质
硫单质俗称硫磺。

通常状况下，它是一种黄色或淡黄色的固体；很脆，易研成粉末；不溶于
水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳(CS 2)；熔点和沸点都不高；密度是2.07g ・cm －
3。

根据硫单质的溶解性，常用CS 2把硫单质与其他物质分离开来，也可以用CS 2洗去沾在试管内部的硫单质。

（3）硫的化学性质
【Cl(或O)、S 非金属性的理论比较】
S 的非金属性不如Cl 、O 强。

理论上，S 、Cl 两元素位于元素周期表的同一周期，Cl 排在S 的后面，最外层电子数Cl 比S 多，原子半径Cl 比S 小，束缚电子的能力Cl 比S 强，故非金属性Cl 比S 强；O 、S 两元素位于元素周期表的同一主族，O 在S 的上面，电子层数O 比S 少，原子半径O 比S 小，束缚电子的能力O 比S 强，故非金属性O 比S 强。

【Cl(或O)、S 非金属性的事实比较】
①与H 2反应的难易：Cl 2＞O 2＞S ；氢化物的稳定性：H 2O ＞HCl ＞H 2S 。

H 2和Cl 2的混合物光照或点燃都会发生爆炸；H 2和O 2的混合物光照不爆炸，而点燃爆炸；S 受热变成蒸气时才可与H 2化合：
222H Cl HCl +−−−−→光照或点燃
22222H O H O +−−−→点燃 22H S H S ∆+−−→
H 2O 、HCl 受热都不发生分解反应，H 2S 受热到300 ℃即发生分解反应：
30022H S H S −−−→+℃
②与Fe 反应的价态：Cl 2、O 2能使Fe 显+3价，而S 只能使Fe 显+2价。

223432Fe O Fe O −−−→+点燃23432Fe O Fe O −−−→+点燃
23232Fe Cl FeCl −−−→+点燃 Fe S FeS ∆+−−→（黑色固体）
例：在空气中加热S 粉和Fe 粉的混合物，可观察到下列现象： ①有淡蓝色火焰，且生成刺激性气味的气体。

②混合粉末变红，放出热量，最后变成黑色固体。

③不时有火星从混合物中射出。

请分别写出以上三种情况发生反应的化学方程式。

解析：之所以产生①的现象，是由于S 粉与空气中的O 2发生了反应：22S+O SO −−−
→点燃
②现象表明有FeS 生成，这是本实验的主反应：Fe+S FeS −−→
③现象是Fe 粉与空气中O 2反应的结果：2343Fe+2O Fe O −−−
→点燃
③置换反应：O 2和Cl 2都能把S 从它的硫化物溶液中置换出来：
222H S Cl HCl S −−→++↓ 222222H S O H O S −−+→+↓
④此外，最高价氧化物对应水化物的酸性：HClO 4＞H 2SO 4，也能说明Cl 的非金属性比S 强。

【S 的特殊性质：S 与Hg 、Cu 、Ag 的反应】
汞蒸气能使人中毒，若不慎将汞撒在地面上（如打碎了水银温度计），可向水银球上撒入适量的硫粉，使液汞转化为HgS 固体：
Hg S HgS +−−→
一般说来，S 是不能使具有可变化合价的金属显高价的，且S 与大多数金属的反应须加热才
能完成。

但是S 与Hg 、Ag 等不活泼金属的反应在常温下就能进行，且能使Hg 显高价。

S 、Ag 在常温下的反应为：
22Ag S Ag S +−−→
S 与铜反应则只能得到硫化亚铜：22Cu S Cu S +−−
→
例：不能说明氧元素比硫元素非金属性强的事实是（） A.热稳定性H 2O 比H 2S 强 B.H 2S 水溶液在空气中变浑浊 C.H 2O 比H 2S 沸点高
D.在一定条件下，O 2与Cu 反应生成CuO ，S 与Cu 反应生成Cu 2S
解析：元素的非金属性强弱，其实质是元素原子得电子能力的强弱。

原子得电子的能力强，元素的非金属性强；原子得电子的能力弱，元素的非金属性弱。

硫通常情况下是一种淡黄色的固体，俗名硫黄，不溶于水，易溶于CS 2（常用此性质用CS 2来洗涤附有硫的试管）。

【深化升华】判断元素非金属性强弱的主要依据是： ①单质与氢气化合的难易或氢化物的热稳定性。

单质与氢气化合越容易，氢化物的热稳定性越强，元素的非金属性越强；单质与氢气化合越难，氢化物的热稳定性越弱，元素的非金属性越弱。

氮是这当中的特殊情况。

②元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。

酸性越强，相应元素的非金属性越强；酸性越弱，相应元素的非金属性越弱。

硒是这当中的特殊情况。

③不同非金属之间是否发生置换反应。

例如：
()2222====22H S aq O S H O +↓+⇒元素的非金属性：O ＞S 。

222224H O F HF O +====+⇒元素的非金属性：F ＞O ，F ＞O ＞S 。

练习：钋是原子序数最大的氧族元素，推测钋及钋的化合物最不可能具有的性质是（） A.钋是能导电的固体 B.钋与氢气通常情况下不能直接化合 C.钋的氧化物的水化物至少有两种 D.钋的氢化物很稳定 提示：同主族元素具有相似性和递变性。

推测未知或不常见物质的性质通常采用类比法和类推法。

解析：氧族元素的单质从上到下熔点逐渐升高，硫是固体，则钋必为固体，没有不导电的金属，A 正确；非金属性渐弱，Te 已不能与H2直接化合，Po 更不能，B 正确；氢化物的稳定性渐差，H 2S 受热已能分解，H 2Te 、H 2Po 不能稳定存在，D 不正确。

S 的氧化物有两种：SO 2和SO 3，Po 比S 更易与O 2结合，其氧化物也应有两种：PoO 2和PoO 3。

【硫的还原性】
由硫所处的化合价可知，硫既有氧化性又有还原性。

硫能够与氧气、浓硫酸浓硝酸等反应：
在氧气中燃烧：22S O SO +−−−
→点燃
（只能生成二氧化硫，硫在空气中燃烧为淡蓝色火焰，在纯氧中为蓝紫色火焰。

）
与浓硫酸反应：2422232S H SO SO H O +−−→↑+（浓）
与浓硝酸反应：32422662S HNO H SO NO H O +−−→+↑+（浓）
点燃黑火药：3222233S KNO C K S N CO ++−−
→+↑+↑
【硫既体现氧化性又体现还原性】 硫与强碱如氢氧化钠等发生歧化反应，生成对应的硫化物与亚硫酸盐，因此试管壁上粘有硫可用CS 2清洗或热NaOH 清洗：
22323623S NaOH Na S Na SO H O +−−→++
三、臭氧
（1）同素异形体
由一种元素形成的几种性质不同的单质叫做这种元素的同素异形体。

要点提示：①同素异形体是指单质，不是指同位素和核素，也不是指化合物。

如：金刚石、石墨、足球烯（C 60）、S 2、S 4、白磷、红磷等。

②被称为同素异形体的不同单质物理性质不同，化学性质几乎完全相同。

③被称为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的，构成它们的原子的核电荷数相同，中子数可以相同，也可以不相同。

【辨析比较：同素异形体与同位素】
（2）臭氧的物理性质
有刺激性臭味的淡蓝色气体(液态深蓝色、固态紫黑色)，密度比O 2大，溶解度也比O 2大。

（3）臭氧的化学性质
①O 3不稳定，常温缓慢分解、高温迅速分解：3223O O ====； ②O 3氧化性极强，可以氧化不易被O 2氧化的Ag 、Hg ：
3263Ag O Ag O +====3263Hg O Hg O +====
臭氧还可以使淀粉碘化钾试纸变蓝，放出氧气：322222KI O H O O KOH I ++−−→++ ③可用于漂白：将有色物质氧化为无色物质。

HClO 、Na 2O 2、O 3、H 2O 2都具有类似的漂白作用。

④可用于消毒：将细菌氧化致死。

（4）臭氧的生成：2332O O −−−
→放电
（5）臭氧的用途
①大气平流层中的臭氧层，吸收紫外线，使地球生物免受紫外线的伤害。

②脱色剂和消毒剂。

③微量O 3能刺激中枢神经，加速血液循环，令人产生爽快和振奋的感觉，空气中O 3含量稍多，也会对人体、动植物等造成危害。

知识拓展：氟利昂对大气臭氧层的破坏作用氟氯烃（商品名为氟利昂）的化学性质很稳定，它进入大气后，在低层大气中基本不分解，最终上升到平流层，在紫外线的照射下生成一种对臭氧有破坏作用的氯原子，这种氯原子使臭氧分解为氧气。

氯原子破坏臭氧层的反应为： ①32====Cl O ClO O ++②2ClO O Cl O +====+总反应为：322O O O +==== 反应的结果是臭氧分子变成了氧气分子。

Cl 原子在其中起了催化作用，每个Cl 原子能参与大量的破坏臭氧分子的反应。

例：1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家，大气中的臭氧层可滤除大量的紫外线，保护地球上的生物，氟利昂（如CCl 2F 2）可在光的作用下分解，产生Cl 原子，Cl 原子会对臭氧层产生长久的破坏作用，有关反应为：
32O O O −−→←−−
光
光
＋32Cl O ClO O ====＋＋2ClO O Cl O ====＋＋
总反应：3223O O ====
①在上述臭氧变成氧气的反应过程中，Cl 是（） A.反应物 B.生成物 C.中间产物 D.催化剂 ②O 2和O 3之间的关系是。

解析：回答第1题时，要注意观察总反应，此反应的反应物是O 3，生成物是O 2，显然选项A 、B 都可以立即排除，又由于反应物中不含氯元素，氯原子显然也不会是中间产物，因而选项C 当然也不是本题答案。

这样可判断，氯原子只能是催化剂。

从给出的反应历程看，第二、三两步反应很明确地显示了氯原子在反应前后组成与质量都不变的这一特征。

因此，第1题的答案是选项D 。

O 3和O 2都是单质，而且都是由氧元素构成的单质，只是它们的分子组成不相同，由此可见，O 3和O 2属于“由同种元素构成的不同单质”这一基本特征，它们应属于氧的两种同素异形体。

练习：臭氧是一种有点腥气味的淡蓝色气体，它具有比氧气更强的氧化性。

臭氧能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，反应中有氧气产生，这个反应的化学方程式是：，这个反应的氧化产物是，还原产物是。

提示：本题属信息挖掘题，要善于挖掘分析题给信息，抓住“淀粉KI 试纸变蓝”这一特征（暗示有I 2单质生成），充分利用氧化还原的规律来解决问题。

解析：由题干信息可知这是一个牵涉由臭氧(O 3)与KI 发生的氧化还原反应。

淀粉碘化钾试纸变蓝，说明有单质(I 2)产生，产物中还同时产生氧气(O 2)。

由化合价分析，生成氧气的O 元素价态不变，即实际并没有参加氧化反应，因此可推知起氧化作用的实际上是臭氧中的部
分氧原子。

被还原的氧原子在有水存在的情况下一般产物为OH －，与K ＋
组成产物中的KOH ，因此反应中还须有H 2O 参加反应，从而解决问题。

答案：方程式：322222O KI H O I O KOH ====＋＋＋＋；氧化产物：碘单质(I 2）；还原产物：氢氧化钾(KOH)。

四、教学效果检测
练习：含有硒(Se)的保键品已进入市场，已知该元素与氧具有相同的最外层电子数。

则下列关于硒的叙述中不正确的是（）
A.最高价氧化物的化学式为SeO 3
B.单质Se 是一种半导体材料
C.原子半径比硫大，比溴小
D.单质的氧化性比氯气弱，比溴强，比O 3弱
解析：本题解题的关键在于搞清楚Se 与O 、S 、Cl 、Br 等元素在元素周期表中的相对位置关系及Se 单质和臭氧的特殊性质。

如Se 可作为半导体材料，臭氧是很强的氧化剂等。

另外元素周期律的知识是判断选项正误的钥匙。

Se 位于元素周期表的第ⅥA 族，最外层为6个电子，故最高价为+6价，最低价为－2价，因此最高价氧化物的形式为SeO 3。

再由于Se 原子半径较S 原子的大，故体现部分金属性质。

硒可作为半导体材料。

因此选项A 、B 都正确。

根据O 、S 、Cl 、Br 与Se 在元素周期表中的相对位置关系，运用元素周期律的知识不难判断出原子半径大小关系为：Se ＞S 、Se ＞Br ；单质的氧化性的关系为O 3＞O 2＞S ＞Se 、Cl 2＞Br 2＞Se ，因此可判断C 、D 两选项中的部分判断存在错误。

答案：CD
练习：0.1 mol 某单质跟足量的硫充分反应后，质量增加1.6 g ，则组成这种单质的元素是（） A.铁 B.铜 C.铝 D.钾
解析：充分反应后，质量增加的1.6 g 必为参加反应的硫的质量，则n(S)＝0.05 mol ，说明：
n(单质)：n(S)＝0.1 mol∶0.05 mol=2∶1。

分析四个选项，符合该反应物质的量之比(2∶1)的，只有Cu和K，2Cu+S====Cu2S，2K＋S===K2S。

答案：BD
点评：本题涉及到S单质的氧化性，是基础知识，但由于其氧化性相对较弱，遇到一些变价金属时，许多同学往往把握不准。

通过此题，可以帮助学生掌握该知识点，同时也可培养学生思维的敏捷性和严密性。

有助于同学们分析和定量处理所学化学反应能力的培养。

练习：含有硒的保健品已开始进入市场，已知硒元素与钾元素同周期，则下列关于硒的叙述不正确的是（）
A.原子序数为24
B.气态氢化物为H2Se
C.非金属性比溴弱
D.最高价含氧酸为H2SeO4
练习：关于O3的说法中错误的是（）
①O3具有刺激性臭味，因此被称为“臭氧”
②O2与O3是氧元素的同素异形体
③O3比O2密度大，也比O2易溶于水
④O3比O2稳定，高温下不易分解
⑤臭氧有漂白和消毒作用
⑥空气中微量O3可以刺激中枢神经，加快血液循环，因此空气中O3含量越高越好
⑦空气中高压放电、高压电机和复印机工作都会有O3生成
A．①②③ B.④⑤⑥ C.④⑥D.⑤⑦
练习：吸进人体内的O2，有2%转化为氧化性极强的活性氧副产物，如等，这些活性氧能加速人体衰老，被称为“生命杀手”。

中国科学家尝试用含硒化合物Na2SeO3清除人体内的活性氧。

在消除活性氧时，Na2SeO3的作用是（）
A.还原剂
B.氧化剂
C.既是氧化剂，又是还原剂
D.以上均不是
练习：能说明元素R一定为氧族元素的是（）
A.R为非金属元素，其氧化物对应水化物分子式为H2RO3
B.R的单质与H2化合成H2R
C.R的单质与铝化合成Al2R3
D.R的氢化物的水溶液呈酸性。