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- 2021-07-09 发布
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第三节 硫及其重要化合物
最新考纲:1.掌握硫元素的单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解硫元素的单质及其重要化合物的制备方法。3.了解二氧化硫对环境质量的影响。
核心素养:1.宏观辨识与微观探析:能从不同层次认识硫单质及化合物的多样性,并对其进行分类。2.科学探究与创新意识:能根据硫单质及化合物的性质提出有探究价值的问题;从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。
知识点一 硫及其氧化物性质
1.自然界中硫元素的存在
2.硫的物理性质
3.硫的化学性质
H2 O2
(3)与强氧化剂反应(如浓硫酸):S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O,表现还原性。
(4)与碱溶液反应:3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O,表现氧化性和还原性。
4.二氧化硫
(1)物理性质
(2)化学性质
填写下列表格:
(3)SO2对大气的污染与防治
①酸雨的形成过程:
②SO2对大气的污染与防治:
5.三氧化硫
(1)物理性质:熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为液态,在标准状况下为固态。
(2)化学性质
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.Na、O、S三种元素形成的一种盐溶于水后加入稀盐酸,有黄色沉淀析出,同时产生有刺激性气味的气体( √ )
2.下列物质的转化在一定条件下能够实现:SSO3H2SO4( × )
提示:S燃烧只能生成SO2。
3.SO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4 ( × )
4.硫和氯气分别与铁反应后铁元素的价态相同( × )
提示:S与Fe反应生成FeS,Cl2与Fe反应生成FeCl3。
5.SO2通入品红溶液中褪色的原理与SO2通入溴水中褪色的原理相同( × )
提示:SO2通入品红溶液中体现漂白性,SO2通入溴水中体现其还原性。
6.洗涤附着在试管内壁上的硫用CS2或热的浓NaOH溶液( √ )
7.除去CO2中的SO2可将混合气体通过盛有酸性高锰酸钾溶液的洗气瓶( √ )
8.SO2使滴有酚酞的NaOH溶液褪色,体现了SO2的漂白性( × )
1.二氧化硫有毒,不能漂白食品,但能用作干果、葡萄酒等食品防腐剂。
2.汞蒸气有毒,实验室里不慎洒落一些汞,可撒上硫粉进行处理。
3.硫在过量、纯净的O2中燃烧的产物是SO2而不是SO3。
4.SO2不能漂白酸碱指示剂,只能使紫色的石蕊试液变红,但不能使之褪色。
5.SO2能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,体现了SO2的还原性,而不是漂白性。
6.SO2、Cl2都能使品红溶液褪色,但两者按物质的量1∶1混合后通入溶液中无漂白性,反应为:
Cl2+SO2+2H2O===2HCl+H2SO4。
1.下列说法错误的是( D )
A.残留在试管内壁上的硫可用CS2溶解除去,也可用热的NaOH溶液除去
B.硫单质与变价金属反应时一般生成低价态的金属硫化物
C.汞蒸气有毒,实验室里不慎洒落一些汞,可撒上硫粉进行处理
D.单质硫或含硫物质燃烧时,氧气少量时生成SO2,氧气足量时生成SO3
解析:硫能溶于CS2,且能与NaOH反应生成可溶性的Na2S和Na2SO3,A项正确;硫在氧气中燃烧只生成SO2,D项错误。
2.(2020·厦门模拟)有下列两种转化途径,某些反应条件和产物已省略,下列有关说法不正确的是( A )
途径①:SH2SO4
途径②:SSO2SO3H2SO4
A.途径①反应中体现了浓硝酸的强氧化性和酸性
B.途径②的第二步反应在实际生产中可以通过增大O2浓度来提高产率
C.由途径①和②分别制取1 mol H2SO4,理论上各消耗1 mol S,各转移6 mol电子
D.途径②与途径①相比更能体现“绿色化学”理念,是因为途径②比途径①污染相对小且原子利用率高
解析:S与浓硝酸反应生成硫酸、二氧化氮和水,该反应中只体现了浓硝酸的强氧化性,不体现其酸性,A项错误;增大一种反应物的浓度,可以提高另一种反应物的转化率,所以途径②的第二步反应在实际生产中可以通过增大O2浓度来提高SO2
的转化率,从而降低成本,B项正确;途径①和②都是由硫单质来制备H2SO4,硫元素的化合价从0升高到+6,制取1 mol H2SO4,理论上各消耗1 mol S,各转移6 mol e-,C项正确;途径①中S与浓硝酸反应生成硫酸、二氧化氮和水,有副产物二氧化氮,二氧化氮会污染大气,并且途径②中的反应都是化合反应,原子利用率高,所以途径②与途径①相比更能体现“绿色化学”的理念且原子利用率高,D项正确。
3.下图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是( A )
A.向B溶液中滴加KSCN溶液,溶液可能变为红色
B.溶液B转化为溶液C发生反应的离子方程式为4H++2Fe2++O2===2Fe3++2H2O
C.溶液酸性A>B>C
D.加氧化亚铁可以使溶液C转化为溶液A
解析:SO2与Fe3+发生氧化还原反应生成Fe2+,若二氧化硫足量,则溶液中无Fe3+,加入KSCN溶液,溶液不变红色;若二氧化硫不足,则溶液中有Fe3+,加入KSCN溶液,溶液显红色,A正确;电荷不守恒,B错误;溶液A转化为溶液B后溶液酸性增强,C错误;FeO与H+反应生成Fe2+,故溶液C不能转化为溶液A,D错误。
4.如图,利用培养皿探究SO2的性质。实验时向Na2SO3固体上滴几滴浓硫酸,立即用另一表面皿扣在上面。
下表中对实验现象的描述或所做的解释不正确的是( A )
选项
实验现象
解释
A
BaCl2溶液变浑浊
SO2与BaCl2溶液反应产生了BaSO3沉淀
B
Na2S溶液变浑浊
SO2与Na2S溶液反应产生了S单质
C
酸性KMnO4溶液褪色
SO2具有还原性
D
品红溶液褪色
SO2具有漂白性
解析:SO2与水反应生成H2SO3,H2SO3为中强酸,不与BaCl2溶液反应。
5.用如图所示实验装置进行物质性质的探究实验。下列说法不合理的是( C )
A.若品红溶液①褪色,则说明产物中含有SO2
B.若溴水褪色,则说明SO2具有还原性
C.若烧瓶中产生黄色浑浊和无色气泡,则说明Na2S2O3只作氧化剂
D.若品红溶液②不褪色、Na2SiO3溶液中出现白色浑浊,则说明亚硫酸比碳酸的酸性强
解析:SO2能使品红溶液褪色,A正确;二氧化硫使溴水褪色表现还原性,B正确;此反应中Na2S2O3既作氧化剂又作还原剂,C错误;品红溶液②不褪色说明无二氧化硫,Na2SiO3溶液中出现白色浑浊说明通入了二氧化碳,依据强酸制弱酸的原理说明亚硫酸比碳酸的酸性强,D正确。
6.葡萄酒中常加入亚硫酸盐作为食品添加剂,为检测某葡萄酒样品中亚硫酸盐的含量(通常以酒样中SO2的量计),某研究小组设计了如下实验(已知还原性:SO>I->Cl-)。
下列说法不正确的是( A )
A.若试剂A选择氯水,则试剂B可选择NaOH标准液
B.通入N2和煮沸的目的是为了将产生的气体从溶液中全部赶出
C.葡萄酒中加亚硫酸盐的主要目的是防止氧化,利用了亚硫酸盐的还原性
D.若试剂A选择碱液,调节吸收后溶液为中性,则试剂B可选择I2标准液
解析:二氧化硫具有还原性,可以被氯水氧化为硫酸,但是氯水也可以和氢氧化钠反应,所以此时不能选择NaOH标准液,A错误;根据上述分析知道:通氮气是为了将生成的二氧化硫从溶液中全部赶出,B正确;SO易被空气中的氧气氧化为SO,葡萄酒中加亚硫酸盐的主要目的是防止葡萄酒被氧化,利用了亚硫酸盐的还原性,C正确;若试剂A选择碱液,可以和二氧化硫反应得到亚硫酸盐或是亚硫酸氢盐,该盐可以被碘单质氧化为硫酸盐,试剂B可选择I2标准液,D正确。
素养 二氧化硫性质探究及污染防治
1.二氧化硫的实验室制备与探究流程
发生装置(原理)
性质探究
尾气处理
Na2SO3固体与70%的浓硫酸反应:Na2SO3+H2SO4===
①酸性KMnO4溶液褪色,说明SO2具有还原性,离子方程式为2MnO+5SO2
用NaOH溶液吸收尾气
Na2SO4+SO2↑+H2O
+2H2O===2Mn2++5SO+4H+;
②Na2S溶液中产生淡黄色浑浊,证明SO2具有氧化性,反应方程式为3SO2+2Na2S===2Na2SO3+3S↓;
③品红溶液褪色,证明SO2具有漂白性,但褪色后的液体加热后又会恢复红色
2.SO2和CO2的鉴别
3.漂白性物质分类汇总
4.四种常见的SO2尾气处理方法
方法一:钙基固硫法
为防治酸雨,工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应原理为CaO+SO2CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4,总反应方程式为2CaO+2SO2+O22CaSO4。
方法二:氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3,2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。(或生成NH4HSO3,然后进一步氧化)
方法三:钠、碱脱硫法
钠、碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2,得到Na2SO3和NaHSO3,发生反应的化学方程式为2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2,Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。
方法四:双碱脱硫法
先利用烧碱吸收SO2,再利用熟石灰浆液进行再生,再生后的NaOH碱液可循环使用,化学反应原理为
①吸收反应:2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,2Na2SO3+O2===2Na2SO4。
②再生反应:Na2SO3+Ca(OH)2===CaSO3↓+2NaOH,Na2SO4+Ca(OH)2===CaSO4↓+2NaOH。
1.(2017·北京卷)根据SO2通入不同溶液中的实验现象,所得结论不正确的是( C )
实验
现象
结论
A
含HCl、BaCl2的FeCl3溶液
产生白色沉淀
SO2有还原性
B
H2S溶液
产生黄色沉淀
SO2有氧化性
C
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
SO2有漂白性
D
Na2SiO3溶液
产生胶状沉淀
酸性:H2SO3>H2SiO3
解析:A对:SO2通入含HCl、BaCl2的FeCl3溶液中,发生反应:SO2+2Fe3++Ba2++2H2O===BaSO4↓+2Fe2++4H+,产生白色沉淀,该反应中SO2作还原剂,表现出还原性。B对:SO2通入H2S溶液中,发生反应:SO2+2H2S===3S↓+2H2O,产生黄色沉淀,该反应中SO2作氧化剂,表现出氧化性。C错:SO2通入酸性KMnO4溶液中,发生反应:5SO2+2MnO+2H2O===5SO+2Mn2++4H+,该反应中,SO2作还原剂,表现出还原性而不是漂白性。D对:SO2 通入Na2SiO3溶液中,发生反应:Na2SiO3+SO2+H2O===H2SiO3↓+Na2SO3,该反应符合“强酸制弱酸”的反应规律,则酸性:H2SO3>H2SiO3。
2.(2020·河南开封一模)某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按如图所示装置进行实验。下列说法错误的是( B )
A.②的作用是安全瓶
B.③中试剂更换为Ba(NO3)2后,无明显现象发生
C.④中的现象说明SO2具有氧化性
D.⑤用于检验SO2的漂白性
解析:SO2易溶于水,且③中为酸性KMnO4溶液,能与SO2
反应,所以①③之间需要一个安全瓶,用于防止倒吸,A项正确;③中的酸性KMnO4溶液更换为Ba(NO3)2溶液后,将生成BaSO4白色沉淀,B项错误;④中反应为SO2+2H2S===3S↓+2H2O,说明SO2具有氧化性,C项正确;SO2使品红溶液褪色,证明SO2具有漂白性,品红溶液褪色后再用酒精灯加热,溶液又恢复为红色,证明这种漂白作用不稳定,D项正确。
3.(2019·北京卷)化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应:
(1)实验一:用如下装置(夹持、加热仪器略)制备SO2,将足量SO2通入AgNO3溶液中,迅速反应,得到无色溶液A和白色沉淀B。
①浓H2SO4与Cu反应化学方程式是Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
②试剂a是饱和NaHSO3溶液。
(2)对体系中有关物质性质分析得出:沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。
(资料:Ag2SO4微溶于水;Ag2SO3难溶于水)
实验二:验证B的成分
①写出Ag2SO3溶于氨水的离子方程式:
Ag2SO3+4NH3·H2O===2Ag(NH3)+SO+4H2O。
②加入盐酸后沉淀D大部分溶解,剩余少量沉淀F。推断D中主要是BaSO3,进而推断B中含有Ag2SO3。向滤液E中加入一种试剂,可进一步证实B中含有Ag2SO3。所用试剂及现象是H2O2溶液,产生白色沉淀。
(3)根据沉淀F的存在,推测SO的产生有两个途径:
途径1:实验一中,SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4
,随沉淀B进入D。
途径2:实验二中,SO被氧化为SO进入D。
实验三:探究SO的产生途径
①向溶液A中滴入过量盐酸,产生白色沉淀,证明溶液中含有Ag+;取上层清液继续滴加BaCl2溶液,未出现白色沉淀,可判断B中不含Ag2SO4。做出判断的理由:Ag2SO4溶解度大于BaSO4,没有BaSO4沉淀时,必定没有Ag2SO4。
②实验三的结论:途径1不产生SO,途径2产生SO。
(4)实验一中SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式是
2Ag++SO2+H2O===Ag2SO3↓+2H+。
(5)根据物质性质分析,SO2与AgNO3溶液应该可以发生氧化还原反应。将实验一所得混合物放置一段时间,有Ag和SO生成。
(6)根据上述实验所得结论:实验条件下:SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO的速率;碱性溶液中SO更易被氧化为SO。
解析:(1)①Cu与浓H2SO4在加热条件下发生反应生成CuSO4、SO2、H2O,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。②试剂a为饱和NaHSO3溶液,用于吸收SO2中其他杂质气体,防止对后续实验产生干扰。(2)①难溶于水的Ag2SO3与NH3·H2O反应生成可溶性的[Ag(NH3)2]2SO3、H2O,反应的离子方程式为Ag2SO3+4NH3·H2O===2[Ag(NH3)2]++SO+4H2O。②加入盐酸后沉淀D大部分溶解,溶解的物质为BaSO3,没有溶解的物质为BaSO4,BaSO3与盐酸反应生成BaCl2、SO2,只要证明滤液E中含有Ba2+和SO即可证明B中含有Ag2SO3,所以选用的试剂为H2O2溶液。(3)①向溶液A中滴入过量盐酸,只有Ag+能与Cl-反应生成白色沉淀AgCl,所以溶液A中含有Ag+;取上层清液继续加入BaCl2溶液,没有白色沉淀出现,说明A中没有SO,因为Ag2SO4微溶于水,若B中含有Ag2SO4,溶液A中则含有少许SO,加入BaCl2溶液能生成更难溶的BaSO4沉淀。②SO具有还原性,在实验二中,SO被空气中的O2氧化为SO
。(4)SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式为2Ag++SO2+H2O===Ag2SO3↓+2H+。(6)由题给信息可知,实验条件下,SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO的速率;碱性溶液中SO更易被氧化为SO。
4.已知:2H2SO4(浓)+CCO2↑+2SO2↑+2H2O,下图虚线框中的装置可用来检验浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应产生的所有气体产物,填写下列空白:
(1)如果将装置中①②③三部分仪器的连接顺序变为②①③,则可以检出的物质是SO2、CO2;不能检出的物质是H2O。
(2)如果将仪器的连接顺序变为①③②,则可以检出的物质是H2O、SO2;不能检出的物质是CO2。
(3)如果将仪器的连接顺序变为②③①,则可以检出的物质是SO2、CO2;不能检出的物质是H2O。
解析:装置①用于检验产物H2O,只能放在装置②③之前,因为若放在装置②③之后或装置②③之间,则气流通过装置②或③溶液后会带出水蒸气,则无法验证使无水CuSO4变蓝的水蒸气是否是反应生成物。装置③和装置②位置也不得变更,因为SO2、CO2均能使澄清石灰水变浑浊。故在用澄清石灰水来验证CO2前一定要排除SO2的干扰。
知识点二 浓H2SO4性质及SO检验
1.硫酸的物理性质
(1)纯硫酸是一种无色油状液体,沸点高,难挥发。
(2)溶解性:浓H2SO4与水以任意比互溶,溶解时可放出大量热,浓H2SO4稀释的方法是将浓H2SO4沿器壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
2.稀硫酸具有酸的通性
3.浓硫酸的特性
4.SO、SO的检验
(1)SO的检验
①向溶液中加入盐酸,将产生的气体通入品红溶液中,红色褪去,发生的离子反应为SO+2H+===H2O+SO2↑。
②加入氯化钡溶液生成白色沉淀,然后加入盐酸,沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体,发生反应的离子方程式为SO+Ba2+===BaSO3↓,BaSO3+2H+===Ba2++SO2↑+H2O。
(2)SO的检验
①检验方法
检验SO的正确操作方法:被检液取清液有无白色沉淀产生(判断有无SO)
②检验误区
误区1
只加可溶性钡盐、而不先加盐酸酸化
将导致CO、PO、SO等干扰离子判断成SO。因上述离子会产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3白色沉淀
误区2
误将Ag+判断成SO
如向待测液中滴加BaCl2溶液,再加稀盐酸有白色沉淀便断定含SO。其错误是未注意溶液中不含SO,而含Ag+时也会产生同样的现象:Ag++Cl-===AgCl↓(白色)
(续表)
误区3
误将SO判断成SO
如先用稀硝酸酸化,再加入BaCl2溶液或向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀,便误以为有SO。该错误是未注意NO在酸性环境中具有强氧化性,将SO氧化成SO而产生干扰
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.配制稀硫酸:先将浓硫酸加入烧杯中,后倒入蒸馏水( × )
提示:配制稀硫酸时,应将浓硫酸沿着烧杯内壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
2.常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,则常温下,铁与浓硫酸一定没有发生化学反应( × )
提示:铁在常温下与浓硫酸发生钝化生成致密的氧化膜,发生了化学反应。
3.浓硫酸使蓝矾(CuSO4·5H2O)变成白色粉末,体现了浓硫酸的强氧化性( × )
提示:浓硫酸使蓝矾(CuSO4·5H2O)变成白色粉末,主要体现了浓硫酸的吸水性。
4.用BaCl2溶液鉴别SO和SO( × )
提示:BaCl2溶液与SO、SO都可生成白色沉淀,现象相同。
5.SO2具有还原性,浓H2SO4具有强氧化性,因此不能用浓H2SO4干燥SO2( × )
提示:硫元素的+4价与+6价之间无其他价态,相互之间不会发生氧化还原反应。
6.向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀,说明溶液中一定有SO( × )
提示:未排除SO的干扰。
7.少量铜加入浓硫酸中加热,很快能观察到溶液变为蓝色( × )
提示:生成的硫酸铜以固体形式存在于浓硫酸的底部,得不到蓝色溶液。
8.由矿盐(主要成分是NaCl,还有SO等其他可溶性杂质的离子)生产食盐,除去SO最合适的试剂是Ba(NO3)2( × )
提示:用BaCl2溶液最合适。
1.浓硫酸不仅能够吸收游离的水分子,还能吸收结晶水。
CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
2.浓硫酸具有脱水性,能将有机物中的氢、氧元素按照水的组成比脱去,而不是游离的水分子。
3.检验SO时注意HNO3的隐蔽性
如向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀,便误以为有SO。该错误是未注意NO具有强氧化性,在酸性环境中发生反应:Ba2++SO===BaSO3↓(白色),3BaSO3+2H++2NO===3BaSO4↓(白色)+2NO↑+H2O。
4.浓硫酸与金属反应时表现强氧化性和酸性,其中起氧化剂和酸的作用的H2SO4各占1/2。
5.浓硫酸与非金属反应时表现强氧化性,可考虑先生成最高价含氧酸,若含氧酸稳定,则为最终产物;若含氧酸易分解,则最终生成高价氧化物。
1.
下列事实与浓硫酸表现出的性质(括号中)对应关系正确的是( B )
A.在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大(难挥发性)
B.在加热条件下铜与浓硫酸反应(强氧化性、酸性)
C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(吸水性)
D.浓硫酸可用来干燥某些气体(脱水性)
解析:A项,浓硫酸质量增大,是因为吸收了空气中的水分,体现了浓硫酸的吸水性;B项,Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,浓硫酸既表现酸性,又表现强氧化性;C项,浓硫酸使蔗糖脱水炭化,表现了脱水性;D项,浓硫酸干燥气体,体现了浓硫酸的吸水性。
2.浓硫酸分别和三种钠盐反应,现象如图。下列分析正确的是( A )
A.对比①和②可以说明还原性Br->Cl-
B.①和③相比可说明氧化性Br2>SO2
C. ②中试管口白雾是HCl遇水蒸气所致,说明酸性H2SO4>HCl
D.③中浓H2SO4被还原成SO2
解析:反应①生成红棕色气体是溴蒸气,反应②白雾是氯化氢,说明浓硫酸能将溴离子氧化成溴单质,而不能将氯离子氧化成氯气,与同一种氧化剂在相同条件下反应,溴离子被氧化成溴单质,而氯离子不能被氧化,说明还原性Br->Cl-,A正确;反应③生成的是二氧化硫气体,非氧化还原反应,而是强酸制弱酸,且亚硫酸钠与溴化钠不是同一类型,所以不能比较Br2、SO2的氧化性,B、D错误;白雾说明氯化氢易挥发,说明挥发性H2SO4S
D
Na2SO3
品红
溶液
验证SO2
的漂白性
解析:氯气没有漂白性,但氯气可以与水反应生成具有漂白作用的HClO,故不能用紫色石蕊溶液验证Cl2的漂白性,A达不到;该反应产生的气体中含二氧化碳和二氧化硫,二者都能使澄清石灰水变浑浊,B达不到;浓硫酸有强氧化性,故该反应不能用于制备硫化氢,也无法通过硫化氢与溴水反应验证硫和溴非金属性强弱,C达不到;该反应可以制备二氧化硫,产生的气体可以使品红溶液褪色,故可达到验证SO2有漂白性的目的,D正确。
6.(1)用过量的锌与浓H2SO4反应,某同学认为除了生成SO2外,还有H2产生,理由是Zn过量,随着反应的进行,浓H2SO4变稀,稀H2SO4可与Zn反应产生H2。
(2)用过量铜片与含0.2 mol H2SO4的浓H2SO4共热足够长时间(只考虑铜与浓H2SO4反应,忽略其他副反应),甲认为产生的SO2少于0.1 mol,理由是由反应Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,可知,若0.2 mol H2SO4全部反应可生成0.1 mol SO2,但随着反应的进行,浓H2SO4变稀,而稀H2SO4与铜不反应。而乙同学认为产生的SO2为0.1 mol,理由是加热时间足够长,水比硫酸易挥发,硫酸始终保持高浓度,直至与铜完全反应。
(3)实验证明在低温下铜不能与O2反应,也不能与稀H2SO4共热发生反应,但工业上却是将废铜屑倒入热的稀H2SO4
中并通入空气来制备CuSO4溶液的。铜屑在此状态下被溶解的化学方程式为2Cu+2H2SO4(稀)+O22CuSO4+2H2O。利用铜制备CuSO4的另一种方法为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O(用化学方程式表示)。以上两种方法前(填“前”或“后”)者较好,原因是若制得1_mol_CuSO4,第一种方法只需1_mol_H2SO4,而第二种方法则要用2_mol_H2SO4,而且生成的SO2会造成大气污染。
解析:浓H2SO4与金属反应时,随着反应的进行,H2SO4的量不断减少,硫酸由浓变稀,稀H2SO4可与锌反应产生氢气,但稀H2SO4不与铜反应。在稀H2SO4存在的条件下,Cu与O2在加热条件下反应生成碱性氧化物CuO,并迅速溶解在热的稀H2SO4中生成CuSO4。
素养 浓H2SO4性质的理解及相关计算
1.明晰原理,熟练应用浓硫酸的三大特性
(1)浓硫酸的三大特性及应用
浓硫酸的三大特性是指浓硫酸的强氧化性、脱水性和吸水性。浓硫酸在反应中生成SO2,体现了其强氧化性;浓硫酸使蔗糖、纸片变黑体现了浓硫酸的脱水性;浓硫酸用作干燥剂,是利用了浓硫酸的吸水性。
(2)浓硫酸的脱水性和吸水性的区别
①吸水性:浓硫酸能吸收游离的水,可用作干燥剂。
②脱水性:浓硫酸可将有机物中的H、O元素以原子个数比2∶1的比例脱去。
(3)注意“量变”引起的“质变”
在理解浓硫酸与铜、锌、铁、铝以及与碳、硫等反应时,我们要动态地看待反应过程。例如在浓硫酸与铜共热的反应中,开始是浓硫酸被铜还原生成SO2,但随着反应的进行硫酸的浓度逐渐减小,变成稀硫酸后不再与铜反应。
2.浓H2SO4与金属反应的规律
(1)钝化:常温下浓硫酸使Fe、Al表面快速生成致密氧化膜而阻止反应进一步发生。
(2)与活泼金属(如Zn)反应,开始产生SO2,硫酸浓度变小后产生H2。
(3)与不活泼金属(如Cu)反应,开始产生SO2(加热),浓度变小后,稀硫酸不再与不活泼金属反应。例如:1 mol Cu与含2 mol H2SO4的浓硫酸充分反应,生成的SO2的物质的量小于1 mol。
(4)浓硫酸在与金属的反应中既表现强氧化性又表现酸性。浓硫酸在与非金属的反应中只表现强氧化性。
1.锌与100 mL 18.5 mol·L-1的浓硫酸充分反应后,锌完全溶解,同时生成气体甲33.6 L(标准状况下)。将反应后的溶液稀释至1 L,测得溶液的pH=1。下列叙述不正确的是( B )
A.反应中共消耗1.8 mol H2SO4
B.气体甲中SO2与H2的体积比为4∶1
C.反应中共消耗97.5 g Zn
D.反应中共转移3 mol 电子
解析:反应后溶液pH=1,说明硫酸过量,计算可得剩余硫酸的物质的量为0.05 mol,则被锌反应掉的硫酸的物质的量为18.5 mol·L-1×0.1 L-0.05 mol=1.8 mol, A项正确;随着反应的进行,硫酸浓度会变小,Zn与稀硫酸反应生成氢气,所以生成的气体甲可能是SO2和H2的混合物,由Zn+2H2SO4(浓)===ZnSO4+SO2↑+2H2O,Zn+H2SO4(稀)===ZnSO4+H2↑,不论是生成SO2还是H2,都是1 mol
Zn产生1 mol气体,n(Zn)=n(气体)=n(ZnSO4)==1.5 mol,则反应中共消耗Zn 97.5 g,C项正确;反应中转移电子的物质的量为锌的物质的量的两倍,为3 mol,D项正确;由硫原子守恒可知n(SO2)=1.8 mol-1.5 mol=0.3 mol,n(H2)=1.5 mol-0.3 mol=1.2 mol,所以SO2和H2的体积比为1∶4,B项错误。
2.(2020·亳州模拟)研究性学习小组做铜与浓硫酸反应实验时,发现试管底部有白色固体并夹杂有少量黑色物质。倒去试管中的浓硫酸,将剩余固体(含少量浓硫酸)倒入盛有少量水的烧杯中,发现所得溶液为蓝色,黑色固体未溶解。过滤、洗涤后,向黑色固体中加入过量浓硝酸,黑色固体溶解,溶液呈蓝色,向所得溶液中加BaCl2溶液后有白色沉淀生成。下列所得结论不正确的是( C )
A.铜与浓硫酸反应所得白色固体是CuSO4
B.加BaCl2溶液后所得白色沉淀是BaSO4
C.白色固体中夹杂的少量黑色物质可能是CuO
D.白色固体中夹杂的少量黑色物质中含元素Cu、S
解析:A项,Cu与浓硫酸发生的主要反应为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,由于浓硫酸过量且浓硫酸具有吸水性,故所得白色固体为CuSO4,正确;B项,加BaCl2溶液后有白色沉淀生成,已知硝酸过量,说明该钡盐的沉淀不溶于硝酸,应为BaSO4,正确;C项,由于浓硫酸过量,黑色固体不可能为CuO,错误;D项,黑色固体溶于浓硝酸,溶液呈蓝色,说明含铜元素,再加入BaCl2溶液产生了不溶于硝酸的沉淀BaSO4,说明原黑色物质含Cu、S两种元素,可能为CuS,也可能为Cu2S,正确。
3.某化学兴趣小组的同学将一定量的铁与浓硫酸加热,发现铁完全溶解,并产生大量的气体X。该兴趣小组同学欲通过实验探究气体X的成分。
Ⅰ.提出假设
(1)甲同学认为气体X为SO2。
(2)乙同学认为气体X为H2。
(3)丙同学认为气体X为H2和SO2的混合气体。
Ⅱ.设计实验
兴趣小组的同学设计了如图所示实验装置对气体成分进行验证,请按要求填写表格。
实验现象
实验结论
(1)
C中酸性高锰酸钾溶液颜色变浅
证明气体X中含有SO2
(2)
E中粉末由黑色变成红色,F中固体由白色变成蓝色
证明气体X中含有H2
根据上述实验现象,可知X的成分为H2和SO2的混合气体。
Ⅲ.思考与讨论
(1)若混合气体中含有H2,则生成H2的理论依据是随着反应的进行,硫酸的浓度变小,铁与稀硫酸反应生成氢气。
(2)如果去掉装置D,还能否根据F中的现象判断得出结论不能(填“能”或“不能”),原因是因为混合气体中可能含水蒸气,会干扰H2的检验。
解析:浓硫酸和铁在加热条件下反应的过程中,随着反应的进行,硫酸浓度变小,稀硫酸与铁反应生成了H2,所以X为H2和SO2的混合气体。验证SO2需要酸性高锰酸钾溶液或品红溶液;验证H2一般利用它与CuO反应生成水。
知识点三 硫及其化合物的相互转化
素养一 硫及化合物相互转化
1.硫及其化合物的转化关系:
2.硫及其化合物的转化规律:
(1)当硫元素的化合价升高或降低时,一般升高或降低到其相邻的价态,即台阶式升降,可用如图表示
如H2 O2O3,
②、③、④反应的化学方程式:
②H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O;
③Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑;
④Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。
(3)相邻价态的微粒不发生氧化还原反应,如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。
(4)含硫物质的连续氧化。
①H2SSO2SO3H2SO4
②SSO2SO3H2SO4
1.(2020·湖南雅礼中学月考)含硫煤燃烧会产生大气污染物,为防治该污染,某工厂设计了新的治污方法,同时可得到化工产品,该工艺流程如图所示,下列叙述不正确的是( C )
A.该过程中可得到化工产品H2SO4
B.该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2
C.该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S
D.图中涉及的反应之一为
Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4
解析:根据工艺流程图可知,该工艺中Fe2(SO4)3溶液吸收SO2生成FeSO4和H2SO4,该反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4,该工艺不仅吸收了二氧化硫,还得到了化工产品硫酸,A、D两项正确;根据A中分析可知该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2,B项正确;该过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫,C项错误。
2.(2020·福州联考)如图所示是一系列含硫化合物的转化关系(反应中生成的水已略去),其中说法正确的是( D )
A.反应①说明SO2具有氧化性,反应②说明SO2具有酸性
B.反应②中生成物n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,则反应物n(SO2)∶n(NaOH)=1∶2
C.反应③④⑤均属于氧化还原反应
D.工业上可利用反应②和反应④回收SO2
解析:A项,反应①中先变蓝后褪色,说明KIO3先转化为I2后转化为I-,SO2体现还原性,错误;B项,根据元素守恒,当n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,n(SO2)∶n(NaOH)=2∶3,错误;C项,反应④不是氧化还原反应,错误;D项,利用反应②④,可以吸收SO2并回收利用,正确。
3.硫在空气中燃烧生成气体A,把A溶于水得溶液B,向B中滴加溴水,溴水褪色,B变成C,在C里加Na2S产生气体D,把D通入B溶液得浅黄色沉淀E。A、B、C、D、E都含同一种元素。按A、B、C、D、E顺序排序的是( B )
A.SO2、H2SO4、H2SO3、H2S、S
B.SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、S
C.SO2、H2SO3、H2SO4、SO3、Na2S2O3
D.SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3
解析:硫在空气中燃烧生成SO2,SO2溶于水得H2SO3,向H2SO3
中滴加溴水生成H2SO4和HBr,在H2SO4溶液中加Na2S产生气体H2S,H2S与H2SO3反应产生浅黄色沉淀S,故B项正确。
4.在下列物质转化中,A是一种正盐,D的相对分子质量比C的相对分子质量大16,E是酸,当X无论是强酸还是强碱时,都有如下的转化关系:
当X是强酸时,A、B、C、D、E均含同一种元素,当X是强碱时,A、B、C、D、E均含另外同一种元素。请回答:
(1)A是(NH4)2S,Y是O2,Z是H2O。
(2)当X是强酸时,E是H2SO4,写出B生成C的化学方程式:2H2S+3O22SO2+2H2O。
(3)当X是强碱时,E是HNO3,写出B生成C的化学方程式:4NH3+5O24NO+6H2O。
解析:因D的相对分子质量比C大16,则Y为O2,进而推知C、D为氧化物,BCD为连续氧化的过程。因E为酸,故C、D均为非金属氧化物,Z为H2O。当X为强碱时,该连续氧化关系为NH3NONO2HNO3,进而推知A为铵盐;当X为强酸时,该连续氧化关系为H2SSO2SO3H2SO4,进而推知A为硫化物。综上所述A为(NH4)2S。
[规律小结]
中学阶段常见的符合ABCD转化关系示例
硫元素
H2SSO2SO3H2SO4
SSO2SO3H2SO4
氮元素
N2NONO2HNO3
NH3NONO2HNO3
碳元素
CCOCO2H2CO3
钠元素
NaNa2ONa2O2NaOH
素养二 高考新载体——含硫化合物
Na2S2O3·5H2O俗名大苏打,它是无色透明的晶体,易溶于水,溶于水后呈碱性。
1.Na2S2O3的化学性质
(1)与酸反应生成单质硫及SO2气体:
S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O。
(2)Na2S2O3是中等强度的还原剂,能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化:
①2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI,此反应用于定量测定碘。
②Na2S2O3+4Cl2+5H2O===Na2SO4+H2SO4+8HCl,此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。
③5Na2S2O3+8KMnO4+7H2SO4===8MnSO4+5Na2SO4+4K2SO4+7H2O。
2.Na2S2O3的制备方法
将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量比配成溶液,然后通入SO2
,反应大致可分三步进行:
(1)Na2CO3和SO2反应生成Na2SO3:
Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2。
(2)Na2S与SO2反应生成Na2SO3和H2S;
Na2S+SO2+H2O===Na2SO3+H2S,
H2S是强还原剂,遇到SO2时析出硫:
2H2S+SO2===3S↓+2H2O。
(3)Na2SO3和S作用生成Na2S2O3:
Na2SO3+S===Na2S2O3。
将上面三个反应合并得到总反应:
2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2S2O3+CO2。
溶液蒸发浓缩后,冷却至293~303 K时即析出Na2S2O3·5H2O,用上述方法制得的Na2S2O3中常含有Na2SO4和Na2SO3等杂质。
提醒:制取硫代硫酸钠的另一种方法是在沸腾的状况下,使Na2SO3溶液同硫粉反应:Na2SO3+SNa2S2O3。
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,具有氧化性。作为氧化剂参与反应时,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+。过二硫酸钠不稳定,受热分解生成Na2SO4、SO3和O2。
连二亚硫酸钠属于一级遇湿易燃物品,又名低亚硫酸钠。有含结晶水(Na2S2O4·2H2O)和不含结晶水(Na2S2O4)两种。前者为白色细粒结晶,后者为淡黄色粉末。相对密度2.3~2.4,赤热时分解,能溶于冷水,在热水中分解,不溶于乙醇。其水溶液性质不稳定,有极强的还原性,属于强还原剂,能将I2、Cu2+、Ag+
还原。暴露于空气中易吸收氧气而氧化,同时也易吸潮发热而变质,并能夺取空气中的氧结块并发出刺激性酸味。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。
吸收空气中氧气的方程式:2Na2S2O4+O2+2H2O===4NaHSO3或Na2S2O4+O2+H2O===NaHSO3+NaHSO4。
焦亚硫酸钠又称二硫五氧酸钠
1.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,通常用NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得,其方程式为2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
2.用途
①医药工业用于生产氯仿、苯甲醛等。
②食品工业用作漂白剂、防腐剂、疏松剂、抗氧化剂、护色剂及保鲜剂;
③印染工业用作棉布漂白后的脱氯剂、棉布煮炼剂;
④制革工业用于皮革处理,能使皮革柔软、丰满、坚韧,具有防水、抗折、耐磨等性能。
1.(2016·北京卷)以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。
(1)经检验,现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ:2Ag++SO===Ag2SO3↓。
(2)经检验,现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含SO,含有Cu+、Cu2+和SO。
已知:Cu+Cu+Cu2+,Cu2+CuI↓(白色)+I2。
①用稀H2SO4证实沉淀中含有Cu+的实验现象是析出红色固体。
②通过下列实验证实,沉淀中含有Cu2+和SO。
a.白色沉淀A是BaSO4,试剂1是HCl和BaCl2溶液。
b.证实沉淀中含有Cu2+和SO的理由是在I-的作用下,Cu2+转化为白色沉淀CuI,SO转化为SO。
(3)已知:Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无SO
,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性KMnO4溶液褪色。
①推测沉淀中含有亚硫酸根和Al3+、OH-。
②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:ⅰ.被Al(OH)3所吸附;ⅱ.存在于铝的碱式盐中。对假设ⅱ设计了对比实验,证实了假设ⅱ成立。
a.将对比实验方案补充完整。
步骤一:
步骤二:。
b.假设ⅱ成立的实验证据是V1明显大于V2。
(4)根据实验,亚硫酸盐的性质有亚硫酸盐的溶解性、氧化还原性、在水溶液中的酸碱性。盐溶液间反应的多样性与两种盐溶液中阴、阳离子的性质和反应条件有关。
解析:(1)现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3,故反应的离子方程式为2Ag++SO===Ag2SO3↓。
(2)①根据反应Cu+Cu+Cu2+,若沉淀中含有Cu+,加入稀硫酸会发生歧化反应生成单质铜,实验现象是析出红色固体。
②分析实验流程知实验原理为2Cu2++4I-===2CuI↓+I2、I2+SO+H2O===SO+2I-+2H+,SO+Ba2+===BaSO4↓ 。
a.白色沉淀A是BaSO4,为排除其他离子的干扰,所以试剂1是盐酸酸化的BaCl2溶液。
b.棕黄色沉淀与KI溶液反应生成白色沉淀(CuI),在I-的作用下Cu2+转化为白色沉淀CuI,SO转化为SO。
(3)①根据题意知实验Ⅲ的白色沉淀中无SO,该白色沉淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可使酸性KMnO4
溶液褪色,推测沉淀中含有SO和Al3+、OH-。
②步骤二的目的是作对比实验,如果SO存在于铝的碱式盐中,消耗的NaOH的量大。
若V1明显大于V2,则证明假设ⅱ成立。
(4)根据实验,亚硫酸盐具有溶解性、氧化还原性、在水溶液中的酸碱性。盐溶液间反应的多样性与两种盐溶液中阴、阳离子的性质和反应条件有关。
2.(2018·全国卷Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式:2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为NaHSO3溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是得到NaHSO3过饱和溶液。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑。电解后,a室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为S2O+2I2+3H2O===2SO+4I-+6H+,该样品中Na2S2O5的残留量为0.128 g·L-1
(以SO2计)。
解析:(1)根据题给信息,将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5,则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
(2)①酸性条件下,SO2与Na2CO3溶液生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2,其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。
(3)阳极上H2O放电,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,电解过程中H+透过阳离子交换膜进入a室,故a室中NaHSO3浓度增加。
(4)根据电子、电荷及质量守恒,可写出反应的离子方程式为S2O+2I2+3H2O===2SO+4I-+6H+。n(S2O)=×n(I2)=×0.010 000 mol·L-1×10.00×10-3 L=5×10-5 mol,该样品中S2O的残留物(以SO2计)为5×10-5 mol×2×64 g·mol-1×=0.128 g·L-1。
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