2024届高三化学一轮复习——过氧化氢、臭氧的性质和应用学案及训练

2024届高三化学一轮复习——过氧化氢、臭氧的性质和应用学案及训练

知识梳理

1.过氧化氢(其水溶液俗称双氧水)

(1)分子结构：过氧化氢分子中含有极性键和非极性键，其结构式为H—O—O—H，电子式为。

(2)化学性质

①氧化性：过氧化氢是绿色氧化剂，具有较强的氧化性。例如：H2O2＋2KI＋2HCl===2KCl＋I2＋2H2O、2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O等。

②还原性：过氧化氢遇到强氧化剂被氧化生成氧气。例如：2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋5O2↑＋8H2O。

③不稳定性：过氧化氢在常温下缓慢分解生成氧气和水，加热或加入催化剂(MnO2、Fe3＋等)时快速分解，化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑。

(3)用途：做消毒剂、杀菌剂，做漂白剂、脱氯剂，还可做火箭燃料的氧化剂等。

2.氧气的同素异形体——臭氧(O3)

(1)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，它的密度比氧气大，比氧气易溶于水。吸入少量臭氧对人体有益，吸入过量臭氧对人体健康有一定危害。

(2)化学性质

①不稳定性：2O33O2。

②强氧化性：Ag、Hg等金属在臭氧中可以被氧化，O3能使湿润的淀粉－KI试纸变蓝，其反应的化学方程式为O3＋2KI＋H2O===I2＋2KOH＋O2。

③漂白和消毒：许多染料受到臭氧的强烈氧化会褪色，臭氧还能杀死许多细菌。

(3)生产方式：3O22O3。

(4)臭氧层：能吸收来自太阳的大部分紫外线，是人类和其他生物的保护伞。氟氯烃是破坏臭氧层的“元凶”。

(5)臭氧的用途：脱色剂、消毒剂等。

强化训练

1.臭氧(O3)可应用于游泳池、生活用水、污水的杀菌和消毒，大气中的臭氧层能有效阻挡紫外线。长期吸入大量臭氧会引起口干燥、咳嗽等不适症状。臭氧发生器是在高压电极的作用下将空气中的氧气转化为臭氧的装置。下列说法正确的是(　　)

A.氧气转化为臭氧是物理变化

B.臭氧的相对分子质量为36

C.一个臭氧分子中含有3个氧原子

D.臭氧对人的身体健康不利，应该拒绝使用臭氧

答案　C

解析　氧气转化为臭氧的过程中，有新物质生成，应为化学变化，故A错误；臭氧的相对分子质量为16×3＝48，故B错误；根据分子式可知，一个臭氧分子中含有3个氧原子，故C正确；臭氧可应用于游泳池、生活用水、污水的杀菌和消毒，对人的身体健康也有有利的一面，故D错误。

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

答案　B

解析　“蓝色溶液变为红色浑浊(Cu2O)”说明铜元素被还原成＋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Cu2＋，H2O2表现了氧化性，故B错误、D正确；H2O2的电子式为，故C正确；由上述分析可知，Cu2＋在反应前后无变化，是H2O2分解反应的催化剂，故A正确。

3.H2O2是重要的化学试剂，在实验室和生产实际中应用广泛。

(1)写出H2O2的结构式：________，H2O2在MnO2催化下分解的化学方程式为_________________________________________________________

_________________________________________________________。

(2)①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溶液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还具有一定的还原性，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标准溶液测定溶液中H2O2的浓度，酸性KMnO4标准溶液应盛放在________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中，判断达到滴定终点的现象是____________。

(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____________________。

答案　(1)H—O—O—H　2H2O22H2O＋O2↑

(2)①Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O

②2I－＋H2O2＋2H＋===2H2O＋I2　③还原产物为水，对环境无污染

(3)①2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O　②酸式　滴入最后半滴酸性KMnO4标准溶液后，溶液变为粉红色，且30 s内不褪色

(4)H2O2H＋＋HO

H2O2＋Ba(OH)2===BaO2＋2H2O

4.(2022·北京高三模拟)为进一步研究过氧化钠与水的反应，某活动小组进行了如下探究。

(1)把一定量水滴入盛有少量过氧化钠固体的试管中，反应的化学方程式为______________。

(2)向反应后的溶液中滴入酚酞，一段时间后，发现溶液颜色逐渐变浅，最后颜色消失。为探究原因，进行实验1(环境温度为30 ℃)，结果如下：

结合表中数据，判断下列说法正确的是______(填字母)。

a．其他条件相同时，NaOH溶液浓度越大褪色越快

b．溶液褪色可能是NaOH溶液浓度过大导致的

c．当NaOH溶液浓度大于或等于1.0 mol·L－1时，对溶液颜色变化有明显影响

(3)中间产物H2O2也可能会对溶液颜色的变化产生影响。

①假设1：受H2O2自身氧化性的影响。

为验证假设，设计实验方案：________________________________________________。实验表明，随H2O2浓度的增大，溶液颜色变化更快。

②假设2：_____________________________________________________________________。

为验证假设，设计了实验2，请补全实验装置。

实验2结果如下：

对比实验1，表中数据说明_______________________________________________________。

(4)若准确称取Na2O2的质量为1.56 g，加入一定体积的水后得到20 mL溶液，则所得NaOH溶液的物质的量浓度为______________________。

(5)实验过程中，需待Na2O2固体完全溶解后再加入酚酞，原因是______________________。

综上所述，Na2O2与水反应过程复杂，滴入酚酞时溶液颜色变化受多因素影响。

答案　(1)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

(2)abc

(3)①取等体积的0.010 mol·L－1的NaOH溶液分别置于3个小烧杯中，分别滴加2滴酚酞溶液，然后同时加入3种不同浓度的H2O2溶液

②受H2O2分解产生的O2的影响　　中间产物H2O2分解产生的O2对滴入酚酞溶液时颜色变化几乎没有影响

(4)2 mol·L－1

(5)排除因Na2O2剩余时其氧化性对实验造成的干扰

解析　(2)从表中数据可以看出，c(NaOH)在1.0 mol·L－1～10.0 mol·L－1之间时，酚酞都能褪色，且NaOH溶液浓度越大褪色越快，a正确；从对c(NaOH)与褪色时间的对比中可以初步得出结论，溶液褪色可能是NaOH溶液浓度过大导致的，b正确；从表中数据可以看出，当c(NaOH)＜1.0 mol·L－1时，溶液不褪色，当c(NaOH)≥1.0 mol·L－1时，对溶液颜色变化有明显影响，c正确。(3)①假设1：受H2O2自身氧化性的影响。为验证假设，可设计三组不同的H2O2溶液，在温度、c(NaOH)都相同的情况下，改变c(H2O2)，对比分析c(H2O2)与褪色时间的关系，从而设计实验方案。②假设2：受H2O2分解产生的O2的影响。为验证假设，设计了实验2，FeCl3是H2O2分解的催化剂，可使H2O2分解产生O2，所以装置应为盛有H2O2溶液的广口瓶，实验装置为。对比实验1，将表中数据与上一表格中c(NaOH)对应相同的实验进行对比，看褪色时间有无改变，从而得出结论：中间产物H2O2分解产生的O2对滴入酚酞溶液时颜色变化几乎没有影响。(4)由关系式：Na2O2～2NaOH，可求出1.56 g Na2O2与水反应得到20 mL的溶液中，NaOH溶液的物质的量浓度为 ＝2 mol·L－1。(5)实验过程中，为保证只有一个变量的情况下分析影响因素，需待Na2O2固体完全溶解后再加入酚酞，为排除因Na2O2剩余时其氧化性对实验造成的干扰。