专项培优4　臭氧、过氧化氢和多硫含氧酸盐 学案（含解析）2026届高三化学一轮总复习

专项培优4　臭氧、过氧化氢和多硫含氧酸盐
　　　　　　　　　　　　　　　　
一、 臭氧的性质与应用
【知识归纳】
1. 臭氧的组成与性质
2. 臭氧的用途与生成
(1)用途：可用作漂白剂、脱色剂和消毒剂；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。
(2)生成：在放电条件下，空气中的O2可以转化为O3，3O22O3。
【专项训练】
1. 臭氧(O3)具有杀灭细菌和病毒，刺激机体白细胞增殖等功能，氧气通过高压放电会生成臭氧，下列说法正确的是(　　)
A. 氧气和臭氧互为同素异形体
B. 氧气和臭氧的物理性质和化学性质均相同
C. 氧气转化为臭氧，有电子的得失
D. 氧气和臭氧均属于氧化物
2. 如图为大气平流层中臭氧层被破坏的一个流程图，下列说法不正确的是(　　)
A. O3与O2互为同位素
B. 反应①中破坏的化学键为共价键
C. 反应②可表示为O3＋Cl===ClO＋O2
D. 少量的Cl能破坏大量的O3
二、 过氧化氢的性质与应用
【知识归纳】
1. 过氧化氢的结构
电子式为HO, O, H，结构式为H—O—O—H，含有的共价键有极性键、非极性键，为共价化合物，为无色液体。
[注意]　H—O—O—H中氧原子为sp3杂化，不是直线分子，键角小于109°28′。
2. 过氧化氢化学性质及应用
不稳定性 加热、加催化剂都能使其分解速率加快。2H2O22H2O＋O2↑(实验室制O2，常见H2O2的催化剂有MnO2、Fe3＋和Cu2＋等)
弱酸性 相当于二元弱酸。H2O2??H＋＋HO，HO??H＋＋O
强氧化性 ①用10%的双氧水漂白羽毛及丝织品(漂白剂)。②氧化Fe2＋等还原性粒子，其离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。③使湿润的淀粉—KI试纸变蓝，其离子方程式为H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O。④杀菌、消毒
弱还原性 遇强氧化剂时作还原剂。2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O
【专项训练】
1. 过氧化氢是常用的氧化剂，其分子结构如图所示，两个氢原子犹如分布在半展开的书的两面上。下列关于H2O2的判断错误的是(　　)
A. 电子式为HO, O, H B. 属于非极性分子
C. 分子间存在氢键 D. 难溶于四氯化碳
2. (2025·石嘴山平罗中学期末)H2O2是一种重要的化学品，其合成方法不断发展。早期制备方法：
Ba(NO3)2BaOBaO2滤液H2O2
(1)Ⅰ为分解反应，产物除BaO、O2外，还有一种红棕色气体。该反应的化学方程式是______________________。
(2)Ⅱ的产物为过氧化钡，其电子式为____________________________________________________________。
(3)Ⅲ中生成H2O2，反应的化学方程式是___________________________________________________________。
(4)Ⅴ中减压蒸馏能够降低蒸馏温度，从H2O2的化学性质角度说明Ⅴ中采用减压蒸馏的原因______________________________________。
3. (1)H2O2中氧元素的化合价处于中间价，既有氧化性又有还原性。酸化的H2O2溶液中滴入KI—淀粉溶液，溶液变蓝，发生反应的离子方程式为___________________________________________________________。
向NaClO溶液中滴入H2O2，可产生O2，发生反应的离子方程式为____________________________________。
(2)Na2O2、CaO2以及BaO2都可与酸发生复分解反应生成过氧化氢。实验室通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤后即可制得较纯净的H2O2溶液，则应选择的过氧化物是________；发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________。
(3)为了除去酸性Fe2(SO4)3溶液中的Fe2＋，通常加入试剂为________，其反应的离子方程式为________________________________________。
三、 多硫含氧酸盐的性质与应用
【知识归纳】
1. 硫代硫酸钠(Na2S2O3)
(1)物理性质
Na2S2O3·5H2O俗名大苏打，它是无色透明的晶体，易溶于水。
(2)化学性质
①与酸反应生成单质硫、放出SO2气体：S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O。
②Na2S2O3是中等强度的还原剂，能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化。
a. 2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，此反应用于定量测定碘。
b. Na2S2O3＋4Cl2＋5H2O===Na2SO4＋H2SO4＋8HCl，此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。
c. 5Na2S2O3＋8KMnO4＋7H2SO4===8MnSO4＋5Na2SO4＋4K2SO4＋7H2O。
(3)制备
①2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2；
②Na2SO3＋SNa2S2O3。
2. 过二硫酸钠(Na2S2O8)
(1)结构：Na＋[SOOOOOSOOO]2－Na＋
(2)氧化性：过二硫酸钠中S为＋6价，含有1个过氧键(—O—O—)，性质与过氧化氢相似。作氧化剂参与反应时，过氧键断裂，过氧键中的氧原子由－1价变为－2价，硫原子化合价不变，如S2O＋2I－2SO＋I2、5S2O＋2Mn2＋＋8H2O10SO＋2MnO＋16H＋。
(3)不稳定性：Na2S2O8受热分解2Na2S2O82Na2SO4＋2SO3↑＋O2↑。
3. 焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
(1)重要性质：成品为白色或微黄结晶粉末，溶于水、甘油，微溶于乙醇，露置空气中易氧化成硫酸钠，与强酸接触放出二氧化硫而生成相应的盐类，加热到150 ℃分解。
(2)制备方法：通常用NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得，其化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
4. 连二亚硫酸钠(Na2S2O4)
Na2S2O4俗称保险粉，能溶于冷水，在热水中分解，不溶于乙醇。S元素的化合价为＋3价，具有还原性。
(1)制备：在无氧条件下，用锌粉还原亚硫酸氢钠可制得连二亚硫酸钠。
(2)还原性：在空气分析中常用来吸收氧气：2Na2S2O4＋O2＋2H2O===4NaHSO3或Na2S2O4＋O2＋H2O===NaHSO3＋NaHSO4。
【专项训练】
1. (2024·南通海安十中学情检测)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的防腐剂和漂白剂。可利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5，其流程如下：
下列说法正确的是(　　)
A. 上述制备过程所涉及的物质中只有一种酸性氧化物
B. Na2S2O5作防腐剂和SO2作漂白剂时，均表现还原性
C. 上述流程中的Na2CO3饱和溶液和Na2CO3固体不可互换
D. 实验室模拟“结晶脱水”时用到的仪器只有蒸发皿、玻璃棒、烧杯、漏斗
2. (2024·前黄中学二模)化学还原法是处理含Cr2O的工业废水常用的方法，主要分为“还原”和“沉淀”两步：
Cr2OCr3＋Cr(OH)3
已知：①Na2S2O5＋H2O===2NaHSO3
②“COD”是指化学需氧量，反映了水样中较强还原性物质含量的多少。水中还原性物质越少，则COD越低，表明水质污染程度越小。
(1)取含Cr2O的工业废水，分别在不同pH条件下，向每个水样中分别加一定量的FeSO4、NaHSO3，搅拌，充分反应，然后滴加Ca(OH)2悬浊液，静置沉淀，测定＋6价Cr的去除率，实验结果如图1所示。
①在酸性条件下，请写出NaHSO3与Cr2O反应的离子方程式：_______________________________________。
②分析比较亚铁盐和亚硫酸盐去除＋6价Cr的效果。
Ⅰ. 亚铁盐在中性和碱性条件下，对＋6价Cr的去除效果优于酸性条件下的去除效果，亚硫酸盐则相反；
Ⅱ.__________________________________________________________________________________________。
(2)用焦亚硫酸钠(Na2S2O5)处理废水后，可能会使废水中的COD增大。在焦亚硫酸钠与废水中铬元素不同质量比的情况下，加H2SO4与未加H2SO4处理含铬废水后其COD对比变化如图2所示。
①未加H2SO4时，随着Na2S2O5质量增大，废水COD增大的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②在焦亚硫酸钠与废水质量比相同的情况下，加H2SO4时，与未加H2SO4相比，废水COD均有所下降，原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)三价铬[Cr(Ⅲ)]在水溶液中的存在形态随pH的变化如图3所示，为尽可能除去铬元素实现达标排放，沉淀过程中pH要控制在________；若pH过高，溶液中残留铬量增大，其原因为________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
专项培优4　臭氧、过氧化氢和多硫含氧酸盐
一、 1. A　解析：氧气和臭氧是由同一元素氧元素形成的两种不同单质，故互为同素异形体，A正确；氧气和臭氧是由同一元素氧元素形成的两种不同单质，故它们的物理性质和化学性质均不相同，B错误；氧气转化为臭氧过程中氧元素的化合价均为0价，化合价没有发生变化，没有电子的得失，C错误；氧气和臭氧均是只要氧元素组成的纯净物，故属于单质而不是氧化物，D错误。故选A。
2. A　解析：O3与O2是同素异形体，A错误；反应①是ClO＋O===O2＋Cl中破坏的化学键Cl—O为共价键，B正确；结合图示分析反应②是臭氧和氯原子反应生成ClO和氧气，C正确；过程分析可知氯原子会和臭氧反应破坏臭氧分子结构，氯原子在反应中做催化剂，少量的Cl能破坏大量的O3，D正确。
二、 1. B　解析：H2O2为共价化合物，各原子达到稳定结构，其电子式为HO, O, H，A正确；H2O2是由极性键和非极性键构成的，由分子结构知其正负电荷重心不重叠，是极性分子，B错误；H2O2中O原子电负性较大，能和另一个H2O2分子中H原子形成氢键，C正确；过氧化氢为极性分子，四氯化碳为非极性溶剂，根据相似相溶原理，H2O2难溶于四氯化碳，D正确。故选B。
2. (1)2Ba(NO3)22BaO＋O2↑＋4NO2↑Ba2＋[O, O, ]2－
(3)BaO2＋2HCl===BaCl2＋H2O2
(4)H2O2受热易分解
解析：(1)Ⅰ为分解反应，产物除BaO、O2外，还有一种红棕色气体，该气体为NO2，根据氧化还原反应电子得失守恒配平该反应的化学方程式为2Ba(NO3)22BaO＋O2↑＋4NO2↑；
(2)过氧化钡化学式为BaO2，其所含O中两个O原子间形成1对共用电子，电子式为Ba2＋[O, O, ]2－；
(3)Ⅲ中过氧化钡与盐酸反应生成氯化钡和双氧水，反应的化学方程式是BaO2＋2HCl===BaCl2＋H2O2；
(4)H2O2受热易分解，采用减压蒸馏能够降低蒸馏温度，防止双氧水分解导致产率降低。
3. (1)H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2　H2O2＋ClO－===Cl－＋H2O＋O2↑
(2)BaO2　BaO2＋H2SO4===BaSO4＋H2O2
(3)H2O2　H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
三、 1. C　解析：饱和碳酸钠溶液中通入二氧化硫，使溶液pH变为4.1，说明反应产生了NaHSO3，同时放出二氧化碳，Ⅰ中的溶液应为NaHSO3溶液；再加入Na2CO3固体，将NaHSO3转化为Na2SO3，再次通入SO2，将Na2SO3转化为NaHSO3，得到过饱和的NaHSO3溶液，NaHSO3过饱和溶液结晶脱水制得Na2S2O5，发生2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。A.上述制备过程所涉及的物质中有2种酸性氧化物，二氧化硫和二氧化碳，A错误；SO2作漂白剂时，未发生氧化还原反应，没有表现还原性，B错误；根据上述分析，上述流程中的Na2CO3饱和溶液和Na2CO3固体不可互换，否则得不到过饱和的NaHSO3溶液，C正确；“结晶脱水”是加热固体分解，应该在坩埚中进行，D错误。
2. (1)①3HSO＋Cr2O＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O　②中性和碱性条件下，亚铁盐对＋6价Cr的去除效果明显优于亚硫酸盐的去除效果，在酸性条件下则相反
(2)①Na2S2O5质量增大，反应后废水中剩余的HSO(或S2O)的量就越多，HSO(或S2O)具有较强的还原性，所以废水的COD增大　②废水酸性增强，促进HSO(或S2O)与Cr2O充分反应，还原性的HSO(或S2O)转化更完全，含量减少(或废水酸性增强，HSO转化为SO2气体逸出)
(3)7～11　Cr(OH)3转化为可溶性的Cr(OH)
解析：(1)①Cr2O具有较强氧化性，酸性环境下可将HSO氧化成SO，根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为3HSO＋Cr2O＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O；②Ⅱ.据图可知中性和碱性条件下，亚铁盐对＋6价Cr的去除效果明显优于亚硫酸盐的去除效果，在酸性条件下则相反；
(2)①未加H2SO4时，Na2S2O5质量增大，反应后废水中剩余的HSO(或S2O)的量就越多，HSO(或S2O)具有较强的还原性，消耗的氧气增多，所以废水的COD增大；②加H2SO4后，废水酸性增强，促进HSO(或S2O)与Cr2O充分反应，还原性的HSO(或S2O)转化更完全，含量减少，(或废水酸性增强，HSO转化为SO2气体逸出)，所以废水COD均有所下降；
(3)据图可知pH为7～11时，以Cr(OH)3沉淀形式存在的Cr元素含量最高；pH过高Cr(OH)3转化为可溶性的Cr(OH)，溶液中残留铬量增大。