内容正文:
第四章 化工生产 中的重要非金属元素
第一节 硫及其化合物
·考试要求·
1.能从不同层次认识硫及其化合物的性质及其转化;能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
2.结合物质的制备、化学实验等,培养科学探究的方法步骤,进行科学解释、发现、创造和应用。
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一、硫和二氧化硫
1.硫单质
(1)硫元素的存在形态
(2)物理性质
俗名 颜色、状态 溶解性
硫黄 ___色晶体 ___溶于水,微溶于酒精,易溶于____
硫化物
硫酸盐
黄
难
CS2
第一节 硫及其化合物
3
(3)化学性质
从硫元素的化合价角度认识硫单质的氧化性和还原性:
③与强氧化剂反应(如浓硫酸):___________________________,表现____性。
氧化
还原
氧化
S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O
还原
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第一节 硫及其化合物
2.二氧化硫
(1)物理性质
(2)实验室制法
①固体Na2SO3与较浓硫酸反应
Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O;
②铜与浓硫酸混合加热
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
颜色、状态 气味 毒性 溶解性
无色气体 有刺激性气味 有毒 1体积水溶解约40体积SO2(通常情况)
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第一节 硫及其化合物
(3)化学性质
SO2+H2O⥫⥬H2SO3
SO2+2NaOH===
Na2SO3+H2O
SO2+2H2S===3S↓
+2H2O
Cl2+SO2+2H2O===2HCl+H2SO4
品红
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第一节 硫及其化合物
(4)SO2对大气的污染与防治
来源 化石燃料的燃烧及含硫矿石的冶炼
危害 污染大气,危害人体健康,形成酸雨(pH<5.6)。形成酸雨的过程:
防治 开发新能源、燃煤除硫、处理工业废气
SO2的漂白是可逆的,加热或久置后恢复原来颜色。
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第一节 硫及其化合物
3.三氧化硫
(1)物理性质
熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为____态,在标准状况下为____态。
(2)化学性质
SO3属于酸性氧化物,主要反应如下:
反应 化学方程式
与水的反应 _______________________(放出大量的热)
与氧化钙的反应 _____________________
与NaOH溶液的反应 _____________________________
液
固
SO3+H2O===H2SO4
SO3+CaO===CaSO4
SO3+2NaOH===Na2SO4+H2O
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第一节 硫及其化合物
二、硫酸与硫酸根离子的检验
1.硫酸的物理性质
硫酸是一种无色油状液体,沸点高,难挥发。浓硫酸与水以任意比互溶,溶解时可放出大量的热,浓硫酸稀释的方法是______________________________ ____________________。
将浓硫酸沿器壁慢慢注入水中,
并用玻璃棒不断搅拌
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第一节 硫及其化合物
2.浓硫酸的特性
钝化是化学变化。
钝化
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
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第一节 硫及其化合物
3.硫酸的工业制备
(1)工艺流程
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第一节 硫及其化合物
(2)反应原理
①燃烧黄铁矿(FeS2)制备SO2:
4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
或燃烧硫制备SO2:S+O2SO2。
③SO3被吸收生成H2SO4:SO3+H2O===H2SO4。
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第一节 硫及其化合物
.的检验
(1)检验的操作:
待测液取清液有无白色沉淀产生―→判断有无。
(2)先加稀盐酸的目的是______________________________,再加BaCl2溶液,有白色沉淀产生。可能发生反应的离子方程式:
+2H+===CO2↑+H2O、
+2H+===SO2↑+H2O、
Ag++Cl-===AgCl↓、
Ba2++===BaSO4↓。
排除、、Ag+的干扰
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第一节 硫及其化合物
三、不同价态含硫物质的转化
1.理顺硫元素的化合价与氧化性、还原性的关系
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第一节 硫及其化合物
2.掌握硫及其化合物之间的转化规律
(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现的。例如:
分别写出反应②、③、④的离子方程式:
②________________________________;
③__________________________;
④______________________________。
H2SO3++2H2O
+2H+===H2O+SO2↑
SO2+
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第一节 硫及其化合物
(2)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,可用下图表示:
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第一节 硫及其化合物
例如:
写出①③⑤⑥的化学方程式:
①2H2S+O22S+2H2O;
③_____________________;
⑤_______________________;
⑥2H2S+3O22SO2+2H2O。
SO2+2H2S===3S+2H2O
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第一节 硫及其化合物
(1)使澄清石灰水变浑浊的气体一定是CO2。 ( )
(2)SO2、CO2通入CaCl2溶液均有白色沉淀生成。 ( )
(3)SO2通入漂白粉溶液中可以生成CaSO3沉淀。 ( )
(4)浓盐酸、浓硫酸两溶液敞口放置一段时间,浓度都会下降的原因相同。
( )
(5)浓硫酸与Cu、C的反应中,都体现了H2SO4的酸性和强氧化性。 ( )
(6)浓硫酸使蓝矾变白、使纸张变黑均体现了浓硫酸的脱水性。 ( )
(7)向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀,说明该溶液中一定有。 ( )
×
×
×
×
×
×
×
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第一节 硫及其化合物
SO2的制备及性质探究的一般装置设计流程
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第一节 硫及其化合物
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基于“价—类”二维图理解硫及其化合物的性质
考向1| 硫及其氧化物的性质及实验探究
1.硫元素在自然界中的循环示意图如图所示。下列说法不正确的是( )
第一节 硫及其化合物
A.硫在自然界中只有游离态
B.煤中含有硫元素,燃煤中加入生石灰可脱硫
C.硫具有弱氧化性,和变价金属反应,通常将金属氧化成低价态
D.硫化氢溶于水得到氢硫酸,氢硫酸是弱酸,能与碱、碱性氧化物反应
A 解析:硫在自然界中有游离态和化合态两种存在形态。
√
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第一节 硫及其化合物
2.某化学课题小组将二氧化硫的制备与多个性质实验进行了一体化设计,实验装置如图所示。下列说法不正确的是( )
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第一节 硫及其化合物
A.a、b、c中依次盛装70%硫酸、Na2SO3固体、NaOH溶液
B.点燃酒精灯加热,可证明SO2使品红溶液褪色具有可逆性,使KMnO4溶液褪色不具有可逆性
C.此设计可证明SO2水溶液的酸性,SO2的氧化性、还原性、漂白性
D.实验时,湿润的pH试纸、鲜花、品红溶液、KMnO4溶液均褪色,Na2S溶液中出现淡黄色沉淀
√
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第一节 硫及其化合物
D 解析:依据实验的装置可知,b中产生SO2,c是尾气吸收装置,所以a、b、c中依次盛装70%硫酸、Na2SO3固体、NaOH溶液,故A正确;点燃酒精灯加热,可证明使品红溶液褪色具有可逆性,使KMnO4溶液褪色不具有可逆性,符合SO2的性质,故B正确;依据装置可知,此设计可证明SO2水溶液的酸性(pH试纸变红),SO2的氧化性(与Na2S反应生成S)、还原性(使高锰酸钾溶液褪色)、漂白性(使品红溶液褪色),故C正确;实验时,湿润的pH试纸变红而不褪色,故D错误。
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第一节 硫及其化合物
方法规律
检验SO2和CO2同时存在的流程
注意:有时为简化装置,可将除去SO2和检验SO2是否除尽合并为一个装置,用较浓的酸性KMnO4溶液,现象是酸性KMnO4溶液颜色变浅,但不褪成无色。
流程设计 检验 除去 检验SO2 检验
SO2 ⇒ SO2 ⇒ 是否除尽 ⇒ CO2
选用试剂 品红
溶液 酸性
KMnO4溶液 品红
溶液 澄清的
石灰水
预期现象 褪色 褪色 不褪色 变浑浊
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第一节 硫及其化合物
考向2| 浓硫酸的性质及应用
3.(2023·北京卷)蔗糖与浓硫酸发生作用的过程如图所示。
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第一节 硫及其化合物
下列关于该过程的分析不正确的是( )
A.过程①白色固体变黑,主要体现了浓硫酸的脱水性
B.过程②固体体积膨胀,与产生的大量气体有关
C.过程中产生能使品红溶液褪色的气体,体现了浓硫酸的酸性
D.过程中蔗糖分子发生了化学键的断裂
√
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第一节 硫及其化合物
C 解析:浓硫酸具有脱水性,能将有机物中的氢元素和氧元素按水的组成比脱去,蔗糖中加入浓硫酸,白色固体变黑,体现浓硫酸的脱水性,A项正确;浓硫酸脱水过程中释放大量的热,此时发生反应:C+2H2SO4(浓)+2H2O,产生大量气体,使固体体积膨胀,B项正确;结合选项B可知,浓硫酸脱水过程中生成的SO2能使品红溶液褪色,体现浓硫酸的强氧化性,C项错误;该过程中,蔗糖发生化学反应,发生了化学键的断裂,D项正确。
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第一节 硫及其化合物
4.浓硫酸分别与三种钠盐反应,现象如图所示。下列分析正确的是( )
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中浓硫酸被还原成SO2
√
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第一节 硫及其化合物
A 解析:A项,反应①生成的红棕色气体是溴蒸气,反应②中白雾是HCl,说明浓硫酸能将Br-氧化成Br2,而不能将Cl-氧化成Cl2;B项,反应③生成SO2气体,非氧化还原反应,而且Na2SO3与NaBr不是同一类型;C项,白雾说明HCl易挥发;D项,反应③生成的是SO2气体,该反应无元素化合价的变化,属于非氧化还原反应。
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第一节 硫及其化合物
5.硫酸能在金星的上层大气中找到。硫酸在金星大气中较高较冷的地面为液体,厚厚的、离星球表面约45~70千米的硫酸云层覆盖整个星球表面,大气不断地释放出酸雨。下列说法正确的是( )
A.浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氢气、氧气、氨等气体,但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的化学方程式为2H2SO4(浓)+S3SO2↑+2H2O,在此反应中,浓硫酸既表现了强氧化性又表现了酸性
C.常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸,是因为浓硫酸的强氧化性使其钝化
D.把足量铜粉投入只含2 mol H2SO4的浓硫酸中,得到气体体积在标准状况下为 22.4 L
√
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第一节 硫及其化合物
C 解析:氨为碱性气体,能够与浓硫酸反应,不能用浓硫酸干燥,故A错误;浓硫酸与单质硫反应的化学方程式为2H2SO4(浓)+S3SO2↑+2H2O,在此反应中,浓硫酸中+6价硫元素的化合价都降低,所以浓硫酸只表现氧化性,故B错误;浓硫酸具有强氧化性,常温下能够使铁、铝发生钝化生成致密氧化膜,阻止反应继续进行,所以常温下能够用铁、铝等容器盛放浓硫酸,故C正确;在加热条件下,浓硫酸和铜反应生成二氧化硫,随着反应的进行,浓硫酸变为稀硫酸时不再和铜反应,所以把足量铜粉投入只含2 mol H2SO4的浓硫酸中,得到气体体积在标准状况下小于22.4 L,故D错误。
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第一节 硫及其化合物
浓硫酸性质的易错分析
(1)常温下浓硫酸使Fe、Al钝化并非不能反应。加热可继续反应。
(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。
归纳总结
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第一节 硫及其化合物
考向3| 硫及其化合物的转化与应用
6.海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、Br-、、、等离子,火力发电时排放的烟气可用海水脱硫,其工艺流程如图所示。下列说法错误的是( )
A.海水pH约为8的原因主要是天然海水含、
B.吸收塔中发生的反应有SO2+H2O⥫⥬H2SO3
C.氧化主要是氧气将、、H2SO3氧化为
D.经稀释“排放”出的废水中浓度与海水相同
√
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第一节 硫及其化合物
D 解析:海水中、发生水解反应:+ OH-、+H2O⥫⥬H2CO3+OH-,所以天然海水的pH≈8,呈弱碱性,故A正确;由流程分析可知,吸收塔中发生的反应有SO2+H2O⥫⥬H2SO3,故B正确;天然海水吸收了含硫烟气后,要用氧气进行氧化处理,因为氧气具有氧化性,所以能将H2SO3、、等氧化为硫酸,如亚硫酸被氧化的反应为2H2SO3+O2===2H2SO4,故C正确;海水中吸收了SO2,故经稀释排出的废水中浓度与海水不同,故D错误。
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第一节 硫及其化合物
7.(2023·浙江6月选考)工业上煅烧含硫矿物产生的SO2可以按如下流程脱除或利用。
已知:
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第一节 硫及其化合物
请回答下列问题:
(1)富氧煅烧燃煤产生的低浓度的SO2可以在炉内添加 CaCO3通过途径Ⅰ脱除,写出反应方程式:___________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)煅烧含硫量高的矿物得到高浓度的SO2,通过途径Ⅱ最终转化为化合物A。
①下列说法正确的是________________(填标号)。
A.燃煤中的有机硫主要呈正价
B.化合物A具有酸性
C.化合物A是一种无机酸酯
D.工业上途径 Ⅱ 产生的SO3也可用浓硫酸吸收
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第一节 硫及其化合物
②一定压强下,化合物A的沸点低于硫酸的原因是
______________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)设计实验验证化合物A中含有硫元素:________________________________ __________________________________;写出实验过程中涉及的反应方程式:____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
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第一节 硫及其化合物
解析:含硫矿物燃烧生成SO2,SO2和O2、碳酸钙反应生成硫酸钙和二氧化碳,SO2被氧气氧化为SO3,SO3和等物质的量的CH3OH发生已知反应生成A:
。(1)SO2、空气中的氧气和碳酸钙在高温条件下反应生成硫
酸钙和二氧化碳,反应的化学方程式为2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2。(2)①硫的电负性大于碳、氢等,故燃煤中的有机硫主要呈负价,A错误;根据分析可知,化合物A分子中与硫直接相连的基团中有—OH,故能电离
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第一节 硫及其化合物
出氢离子,具有酸性,B正确;化合物A含有 基团,类似酯基—COO—
结构,为硫酸和醇生成的酯,是一种无机酸酯,C正确;工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓硫酸吸收用于生产发烟硫酸,D正确。②一定压强下,化合物A分子只有1个—OH能形成氢键,而硫酸分子中有2个—OH形成氢键,故A的沸点低于硫酸。
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第一节 硫及其化合物
(3)由分析可知,A为 ,A在碱性条件下水解可以生成硫酸
盐、CH3OH,硫酸根离子能和氯化钡反应生成不溶于酸的硫酸钡沉淀,故实验设计:取化合物A加入足量氢氧化钠溶液,加热,反应完全后加入盐酸酸化,无明显现象,再加入氯化钡生成白色沉淀,说明A中含有硫元素;涉及的反应
为 +2NaOHCH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2
===BaSO4↓+2NaCl。
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第一节 硫及其化合物
答案:(1)2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2
(2)①BCD ②硫酸分子能形成更多的分子间氢键
(3)取化合物A加入足量氢氧化钠溶液,加热,反应完全后加入盐酸酸化,无明
显现象,再加入氯化钡生成白色沉淀,说明A中含有硫元素
+2NaOHCH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2NaCl
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第一节 硫及其化合物
硫及其化合物的相互转化关系
(1)连续氧化
H2SSO2SO3H2SO4
SSO2SO3H2SO4
(2)同价态硫元素之间的转化
归纳总结
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2SO2+O22SO3
$$