内容正文:
热点强化课5 重要的多硫化合物
第三章 物质的性质与转化
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第三章 物质的性质与转化
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硫元素及其化合物的性质是高中化学的核心内容之一,可能在试卷的任何地方考查,其中多硫化合物在工艺流程,实验探究中进行考查,考查学生运用知识解决信息题的能力。
1.酰氯
(1)亚硫酰氯(SOCl2)
①不稳定,加热到140 ℃以上时分解成氯气、二氧化硫和一氯化硫。
②遇水剧烈反应:SOCl2+H2O===SO2↑+2HCl↑。
③与碱反应:SOCl2+4NaOH===Na2SO3+2NaCl+2H2O。
④与醇反应:2ROH+SOCl2===2RCl+SO2↑+H2O。
⑤与Li反应制备电池:4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。
(2)硫酰氯
硫酰氯常作氯化剂和氯磺化剂,用于制作药品、染料、表面活性剂等,性质如下:①易水解,产生大量白雾,SO2Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl;②易分解:SO2Cl2eq \o(=====,\s\up20(100 ℃))SO2↑+Cl2↑。
2.硫的含氧酸盐
(1)过二硫酸钾(K2S2O8)
过二硫酸钾是一种白色晶体,溶于水,不溶于乙醇,有强氧化性,可作漂白剂
过二硫酸钾能将Mn2+氧化为紫色的MnOeq \o\al(-,4),2Mn2++5S2Oeq \o\al(2-,8)+8H2O===2MnOeq \o\al(-,4)+10SOeq \o\al(2-,4)+16H+
(2)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
①露置于空气中易被氧化,首先吸水 Na2S2O5+H2O===2NaHSO3,再被氧化2NaHSO3+O2===2NaHSO4
②Na2S2O5与稀H2SO4反应放出SO2:S2Oeq \o\al(2-,5)+2H+===2SO2↑+H2O
③用碘标准液滴定葡萄糖酒中Na2S2O5反应的离子方程式为:S2Oeq \o\al(2-,5)+2I2+3H2O===2SOeq \o\al(2-,4)+4I-+6H+
(3)硫代硫酸钠
硫代硫酸钠,又名大苏打、海波。它是常见的硫代硫酸盐,无色透明的单斜晶体。硫代硫酸钠易溶于水,遇强酸反应产生硫和二氧化硫。硫代硫酸钠为氰化物的解毒剂。其为无色、透明的结晶或结晶性细粒;无臭,味咸;在干燥空气中有风化性,在湿空气中有潮解性;水溶液显微弱的碱性。
(4)连二亚硫酸钠
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。暴露于空气中易吸收氧气而氧化,同时也易吸收潮气发热而变质,并能夺取空气中的氧结块并发出刺激性酸味。
吸收空气中氧气的化学方程式:2Na2S2O4+O2+2H2O===4NaHSO3或者Na2S2O4+O2+H2O===NaHSO3+NaHSO4。
[典题应用]
[例] (2024·红桥二模)五水合硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O)俗称海波、大苏打,为无色结晶或白色颗粒,在工业生产中有广泛的用途。某化学实验小组制备Na2S2O3·5H2O,并测定产品纯度,设计如下实验。回答下列问题:
步骤Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O
按如图所示装置(加热及夹持装置省略)进行实验,可得到Na2S2O3溶液,再经一系列步骤获得Na2S2O3·5H2O产品。
已知:S与Na2SO3在加热条件下可反应生成Na2S2O3
(1)仪器a的名称为____,装置A发生反应的化学反应方程式为____________________。
(2)装置B的作用为____。
(3)补充完成装置C中主要反应的离子方程式:①____,②SOeq \o\al(2-,3)+S===S2Oeq \o\al(2-,3)。
(4)C中溶液经过____、过滤、洗涤、烘干,得Na2S2O3·5H2O晶体(填实验操作)。
(5)D中浸有品红溶液的棉花的作用为____________________。
步骤Ⅱ.测定产品纯度
准确称取上述产品12.40 g于烧杯中,加入适量水配制成100 mL待测液,取25.00 mL待测液于锥形瓶中,以淀粉溶液作指示剂,用0.25 mol·L-1的I2标准液重复滴定3次;测得消耗I2标准液体积的平均值为20.00 mL。(已知:I2+2S2Oeq \o\al(2-,3)===2I-+S4Oeq \o\al(2-,6))
(6)①滴定达到终点时的现象为____,该产品中Na2S2O3·5H2O的质量分数为____。
②以下说法中,能使测量结果偏低的是____。
A.产品中硫代硫酸钠晶体失去部分结晶水
B.滴定前,装I2标准液的滴定管未用标准液润洗
C.滴定过程中,锥形瓶振荡太剧烈,有少量液滴溅出
D.滴定前平视读数,滴定后俯视读数
解析:本题是一道无机物制备类的实验题,由装置A制备二氧化硫,通过安全装置B进入装置C中,在该装置中和碳酸钠、单质硫发生反应,生成产物,最后过量的二氧化硫在装置D中被氢氧化钠吸收,以此解题。
(1)由图可知,仪器a的名称为:长颈漏斗;装置A中是浓硫酸和铜在加热条件下发生反应生成二氧化硫和硫酸铜,方程式为Cu+2H2SO4(浓)eq \o(=====,\s\up20(△),\s\do18( ))CuSO4+SO2↑+2H2O;
(2)当气流速度过大时,装置B中仪器a中的液面会上升,另外过量的二氧化硫可以临时储存在这个装置中,故装置B的作用为:做安全瓶,用于监测实验进行时装置C中是否发生堵塞;做储气瓶;
(3)在装置C中二氧化硫和碳酸根离子可以反应生成亚硫酸根离子,随后亚硫酸根离子再和单质S反应,故反应的化学方程式为SO2+COeq \o\al(2-,3)
eq \o(=====,\s\up20(△),\s\do18( ))SOeq \o\al(2-,3)+CO2;
(4)C中得到的产品中含有结晶水,故采用的结晶方法为:蒸发(加热)浓缩、冷却结晶;
(5)装置D中的氢氧化钠可以吸收二氧化硫,二氧化硫具有漂白性,故浸有品红溶液的棉花的作用为:检验尾气中SO2是否除尽;
(6)①淀粉遇碘分子显蓝色,故滴定达到终点时的现象为:滴入最后半滴标准液时,溶液由无色变为蓝色,且半分钟不褪色;根据I2+2S2Oeq \o\al(2-,3)===2I-+S4Oeq \o\al(2-,6)可知,n(S2Oeq \o\al(2-,3))=2n(I2)=2×0.25 mol·L-1×20.00 mL×10-3×eq \f(100,25)=0.04 mol,则m(S2Oeq \o\al(2-,3))=0.04 mol×248 g/mol=9.92 g,该产品中Na2S2O3·5H2O的质量分数=eq \f(9.92,12.40)×100%=80%,故答案为:80%eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(4,5)));
②A.产品中硫代硫酸钠晶体失去部分结晶水,则同样量的样品中,硫代硫酸根离子的含量较多,滴定消耗的标准溶液体积偏大,结果偏大,A错误;B.滴定前,装I2标准液的滴定管未用标准液润洗,导致标准液浓度变小,消耗的标准液体积偏大,结果偏大,B错误;C.滴定过程中,锥形瓶振荡太剧烈,有少量液滴溅出,则滴定时消耗的标准液体积变小,结果偏小,C正确;D.滴定前平视读数,滴定后俯视读数,则读取的标准液体积偏小,结果偏小,D正确。
答案:(1)长颈漏斗 Cu+2H2SO4(浓)eq \o(=====,\s\up20(△),\s\do18( ))CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)做安全瓶,用于监测实验进行时装置C中是否发生堵塞;做储气瓶
(3)SO2+COeq \o\al(2-,3)△,SOeq \o\al(2-,3)+CO2 (4)蒸发(加热)浓缩、冷却结晶 (5)检验尾气中SO2是否除尽
(6)滴入最后半滴标准液时,溶液由无色变为蓝色,且半分钟不褪色 80%eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(4,5))) CD
[对点集训]
1.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( )
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
答案:C
2.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
解析:C [饱和碳酸钠溶液中通入二氧化硫,使溶液pH变为4.1,说明溶液显酸性,Na2CO3显碱性,Na2SO3显碱性,NaHCO3显碱性,而NaHSO3显酸性,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,再次充入SO2,将Na2SO3转化为NaHSO3,得到过饱和的NaHSO3溶液,由NaHSO3过饱和溶液结晶脱水制得Na2S2O5,发生2NaHSO3===Na2S2O5+H2O,据此分析解答。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,故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,故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,故C正确;“结晶脱水”是加热固体分解,应该在坩埚中进行,故D错误。]
3.工业上除去电石渣浆(含CaO)上清液中的S2-,并制取石膏(CaSO4·2H2O)的常用流程如下:
下列说法正确的是( )
A.Mn(OH)2、MnOeq \o\al(2-,3)在过程Ⅰ、Ⅱ中均起催化剂作用
B.过程Ⅰ中,反应的离子方程式为2Mn(OH)2+O2+4OH-===2MnOeq \o\al(2-,3)+4H2O
C.将10 L上清液中的S2-转化为SOeq \o\al(2-,4)(S2-浓度为480 mg·L-1),理论上共需要0.03 mol 的O2
D.常温下,56 g CaO溶于水配成1 L溶液,溶液中Ca2+的数目为6.02×1023
解析:B [A.Mn(OH)2在过程Ⅰ化合价升高,作还原剂,MnOeq \o\al(2-,3)在过程Ⅱ中化合价降低,作氧化剂,A错误;B.过程Ⅰ中,根据化合价升降守恒得到反应的离子方程式为2Mn(OH)2+O2+4OH-===2MnOeq \o\al(2-,3)+4H2O,B正确;C.将10 L上清液中的S2-转化为SOeq \o\al(2-,4)(S2-浓度为480 mg·L-1),质量为480 mg·L-1×10 L=4 800 mg=4.8 g,物质的量为n=eq \f(m,M)=eq \f(4.8 g,32 g·mol-1)=0.15 mol,根据得失电子守恒0.15 mol×8=n(O2)×4,n(O2)=0.3 mol,理论上共需要0.3 mol的O2,C错误;D.常温下,饱和石灰水的物质的量浓度为0.002 mol·L-1,因此56 g CaO溶于水配成1 L溶液,是饱和溶液,因此1 L溶液中Ca2+的数目为0.002NA个,D错误。]
4.亚硫酰氯(SOCl2)又名氯化亚砜,熔点为-105 ℃,沸点为79 ℃,140 ℃以上时易分解。其是一种无色或淡黄色液体,遇水剧烈水解生成两种酸性气体,常用作脱水剂,广泛应用于医药、农药、染料工业及有机合成工业。
(1)氯化亚砜应储存于阴凉、干燥、通风良好的库房,但久置后微显黄色,其原因是______________________。用硫黄、液氯和三氧化硫为原料在一定条件下合成氯化亚砜,如果想达到原子利用率最大化,则三者的物质的量之比为______。
(2)甲同学设计如图所示装置用ZnCl2·xH2O晶体制取无水ZnCl2,回收剩余的SOCl2并验证生成物中含有SO2(夹持及加热装置略):
①装置的连接顺序为A→B→______→______→ ________ →______(填标号)。
②向装置A中缓慢滴加SOCl2,需打开活塞______(填“a”“b”或“a和b”)。为了更加充分的回收SOCl2,写出可对装置B采取的有效措施:______________________________。
③实验结束后,为检测ZnCl2·xH2O晶体是否完全脱水,称取蒸干后的固体a g溶于水中,加入足量稀硝酸和硝酸银溶液,过滤、洗涤、干燥,称得固体为b g。若eq \f(b,a)=______(保留一位小数),即可证明ZnCl2·xH2O晶体已完全脱水。
④装置A中发生反应的化学方程式是
________________________________________________________。
(3)乙同学认为SOCl2还可用作由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3的脱水剂,但丙同学认为该实验会发生氧化还原反应,并设计如下实验方案进行验证:
取少量FeCl3·6H2O于试管中,加入过量SOCl2振荡使两种物质充分反应;再往试管中加水溶解,滴加KSCN溶液,若______,则证明脱水过程中发生了氧化还原反应,按照丙同学的思路,还可以通过检验______或______(填离子符号)是否存在来证明该过程是否发生了氧化还原反应。
解析:(1)由题给信息知,氯化亚砜不稳定,易分解,再根据元素组成分析可知,能使氯化亚砜久置后微显黄色的产物只能是Cl2;用硫黄(用S表示)、液氯和三氧化硫为原料合成氯化亚砜,如果想达到原子利用率最大化,则可知三者发生了化合反应:2S+3Cl2+SO3eq \o(=====,\s\up20(一定条件))3SOCl2,故三者的物质的量之比为2∶3∶1。
(2)①用SOCl2与ZnCl2·xH2O晶体制取无水ZnCl2,由题给信息知,SOCl2与水反应生成两种酸性气体,则两种酸性气体为SO2和HCl。题目要求回收剩余的SOCl2并验证生成物中含有SO2,根据题给信息可知,A→B是冷凝汽化的SOCl2并进行回收,由于SOCl2易与水反应,故应防止装置B后的装置中的水蒸气进入装置B中,因此装置B后的装置中应盛浓硫酸;检验SO2应该用品红溶液,尾气应用NaOH溶液吸收,防止污染环境;为防止倒吸,应该在尾气吸收装置之前加防倒吸装置,可知装置的连接顺序为A→B→D→F→E→C。
②盛装SOCl2的漏斗是恒压漏斗,放出液体时不需要打开活塞a,只要打开活塞b即可。由题给信息可知,SOCl2在-105~79 ℃时为液态,反应时SOCl2变成气态,要回收SOCl2,将其冷凝为液体即可,理论上温度越低冷凝效果越好,但还要考虑可操作性,因而用冰水冷凝最好。③若ZnCl2·xH2O晶体已完全脱水,则a g固体应为ZnCl2,与硝酸银溶液反应后得到的b g固体应为AgCl,由关系式ZnCl2~2AgCl可得,136∶287=a∶b,故eq \f(b,a)≈2.1。
④装置A中的反应物为ZnCl2·xH2O和SOCl2,SOCl2遇水剧烈反应生成两种酸性气体,两种酸性气体应为SO2和HCl,故装置A中发生的化学反应方程式是ZnCl2·xH2O+xSOCl2===ZnCl2+2xHCl↑+xSO2↑。(3)若FeCl3·6H2O与SOCl2发生了氧化还原反应,则Fe3+被还原为Fe2+,此时加入KSCN溶液,不会出现明显现象。若发生了氧化还原反应,除生成Fe2+外,SOCl2应被氧化为SOeq \o\al(2-,4),故还可以通过检验Fe2+或SOeq \o\al(2-,4)是否存在来证明该过程中是否发生了氧化还原反应。
答案:(1)氯化亚砜久置后分解生成的氯气溶解在氯化亚砜中 2∶3∶1 (2)①D F E C ②b 将装置B中的锥形瓶置于冰水浴中(其他合理答案也可) ③2.1 ④ZnCl2·xH2O+xSOCl2===ZnCl2+2xHCl↑+xSO2↑
(3)没有明显现象 Fe2+ SOeq \o\al(2-,4)
$$