内容正文:
高三一轮复习·元素化合物
硫及其化合物
·硫元素的存在形态:①游离态:火山喷口附近或地壳的岩层里;②化合态:主要以硫化物和硫酸盐的形式存在;③常见硫化物:黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2);④常见硫酸盐(矾为含结晶水的金属硫酸盐):芒硝(Na2SO4·10H2O); 重晶石(BaSO4); 绿矾(FeSO4·7H2O);胆矾(CuSO4·5H2O);
硫及其化合物
辰砂HgS
黄铁矿FeS2
·建立硫元素的价类二维图,并在图上标注制备硫酸的路径。
硫及其化合物
物质分类
单质
氧化物
氢化物
盐
H2S
S2-/HS-
H2SO3
化合价
-2价
SO2
+4价
S
酸
0价
+6价
SO32-
H2S
SO42-
H2SO4
SO3
S2O32-
+2价 Na2S2O3
Q1:在以上转化过程中,体现了相关物质的哪些性质?
Q2:是否可以用其他氧化剂替代?
☆历史上制备硫酸的方法
请根据资料卡片中信息,写出古代制备硫酸相关化学反应方程式。
资料卡片:唐高宗时期,狐刚子在其所著《黄帝九鼎神丹经诀》中曾记载“炼石胆取精华法”,即干馏胆矾而获得硫酸;而在西方,同样有炼丹术士指出“取绿矾石,加热分解(得红棕色粉末)、再吸收,可获得绿矾的精华——绿矾油(即硫酸)”。以上过程中原料均先失去结晶水,再加热至更高温度时,硫酸盐分解生成金属氧化物。产生的SO3与空气中的水蒸气混合冷凝就形成了硫酸。
Q:仍以绿矾、胆矾为原料制备硫酸,有什么其它转化方法吗?
·如何解释单质硫的溶解度(不溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2)和熔沸点低(熔点:115℃,沸点:444℃)。
·化学性质:
①S与金属单质反应(硫的氧化性弱,将变价金属氧化到低价态)
②S与非金属单质反应(H2、O2)
③S与热NaOH溶液反应——既作氧化剂有作还原剂(与Cl2对比)
一、硫单质
练一练
(汇编)下列有关硫单质的存在、性质及应用叙述不正确的是 。
A.转化关系:S(s) SO3(g) H2SO4(aq),在给定条件下可以实现
B.理论上1.6g硫与6.4g铜反应能得到8.0g纯净硫化物
C.用热的NaOH溶液除去残留在试管内壁上的硫时,发生了氧化还原反应,硫既做氧化剂,又作还原剂
D.防疫时期很多家庭都备有水银温度计,若不慎打破,应立即用硫黄粉末覆盖
点燃
A
·为什么在煤气或天然气中添加极少量H2S用来提示泄露,以防中毒?
·请解释H2S稳定性小于H2O,沸点也低于H2O,原因相同吗?
·
二、硫化氢
物理性质:无色、臭鸡蛋气味气体
化学性质:①弱酸性;②强还原性:能被Fe3+、Cl2 、SO2、O2、MnO4- 等氧化;③沉淀性:可以与Cu2+、Ag+、Hg2+等重金属离子形成硫化物沉淀。
O原子和S原子均采取sp3杂化,均有2对孤电子对,而电负性O>S,半径小,H2O分子中成键电子对离中心原子近,排斥力增大,键角变大。
①弱酸性
②强还原性:能被常见的氧化剂Fe3+、Cl2 、SO2、O2、MnO4- 等氧化
③沉淀性:极好的金属沉淀剂,可以与Cu2+、Ag+、Hg2+等重金属离子形成硫化物沉淀。
[注意] 除了Na+、K+、N、Ba2+之外,一般金属硫化物都为沉淀,如FeS、CuS。
CuS、PbS不溶于盐酸、稀硫酸
制备乙炔,常用什么除去里面混有的杂质?极好的金属沉淀剂,
练一练
(2021·广东省适应性考试题)我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除,部分反应机理如图(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。有关该过程的叙述错误的是( )
A.H2S既被氧化又被还原
B.H2S脱除率为100%
C.氢气在反应中为中间产物
D.脱Hg反应为Hg+S=HgS
B
【解析】 由图可得,a为S,b为SO2,c为 SO3,d为 H2SO4,e为 H2SO3,f为 H2S ;SO2与H2S反应生成S,A正确;SO2中S元素为+4价,是中间价态,既可以升高也可以降低,因此既可以被氧化,也可以被还原, B正确;酸雨中包括了H2SO3到 H2SO4 的转化, C正确;浓硫酸与Cu反应生成 SO2,而不是 SO3, D错误。
·SO2分子中S原子的杂化方式为 ,分子空间构型为 ,为 分子。
·SO2的物理性质(色、态、味、密度、溶解性)。
·SO2的化学性质(物质类别、化合价、特性)。
三、硫的氧化物——二氧化硫
⑦通入酸性高锰酸钾溶液
⑧通入品红溶液
⑨通入紫色石蕊溶液
思考如何鉴别CO2和SO2,从什么角度出发?
1.SO2与CO2的鉴别
(1) 闻气味:有刺激性气味的是SO2。
(2) 利用SO2的漂白性:用品红溶液,能使品红溶液褪色,加热颜色又复原的是SO2。不能使品红褪色的是CO2。
(3) 利用SO2的氧化性:用氢硫酸,出现浑浊的是SO2,无明显现象的是CO2。
(4) 利用SO2的还原性:
①用高锰酸钾溶液,褪色的是SO2,无明显现象的是CO2。
②用溴水,橙色褪去的是SO2,无明显现象的是CO2。
③用硝酸钡溶液,产生白色沉淀的是SO2,无明显现象的是CO2。
④用FeCl3溶液,使棕黄色变浅的为SO2,无明显现象的是CO2。
[特别提醒]
①二氧化碳、二氧化硫都是酸性气体,都能使湿润的蓝色石蕊试纸变红;所以不能用湿润的蓝色石蕊试纸鉴别。
②SO2和CO2都能使澄清的石灰水变浑浊,若通入的气体过量,则沉淀都可以消失。所以不能用澄清的石灰水鉴别SO2和CO2。
练一练
下列有关SO2的叙述中正确的是 BGH (填标号)。
A. SO2具有漂白性,通入紫色石蕊溶液中,可以使石蕊先变红后褪色
B. 除去CO2中的SO2气体,可以将气体通过饱和NaHCO3溶液
C. SO2和Cl2均具有漂白性,将他们混合通入品红溶液中,漂白效果增强
D. SO2可以使酸性KMnO4溶液褪色,体现了SO2的漂白性
E. SO2通入NaOH溶液中,产物一定是Na2SO3
F. SO2通入BaCl2溶液中,可以生成BaSO3沉淀
G. SO2可以用浓硫酸干燥
BGH
H. 检验SO2中混有的CO2,可以先将气体通入酸性高锰酸钾溶液除尽二氧化硫,再通入澄清石灰水中
【解析】 SO2有漂白性,但不能漂白指示剂,所以不能使石蕊溶液的颜色褪去,A错误;SO2和Cl2在溶液中混合生成HCl和H2SO4,漂白性减弱,C错误;SO2使酸性KMnO4溶液褪色是SO2的还原性所致,D错误;当SO2过量时,生成NaHSO3,当SO2少量时,生成Na2SO3,E错误;SO2与BaCl2溶液不发生反应,F错误。
在BaCl2溶液中通入SO2气体,未见沉淀生成。若向通入SO2气体的BaCl2溶液中加入下列物质,可以看到沉淀的有______________
①Cl2 ②NH3 ③HCl ④NO2 ⑤CO2 ⑥H2S
⑦HNO3 ⑧NaOH ⑨FeCl3溶液 ⑩NaClO溶液
练一练
碳与浓硫酸反应生成SO2、 CO2和H2O。请从下图中选用所需的仪器(可重复选用)组成一套检出反应产物的装置。试剂自选,连接和固定仪器用的玻璃管、胶管、铁夹等均略去。
练一练
反应后的
混合气体
证明存在SO2和CO2的实验现象分别是?
·SO2的实验室制法
①固体Na2SO3与较浓H2SO4反应:
_________________________________________;
②固体Cu与浓H2SO4混合加热:
________________________________________。
三、硫的氧化物——二氧化硫
Na2SO3(固)+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O
收集方法:
向上排空气法
尾气处理:
氢氧化钠溶液吸收
(2021·北京石景山一模)实验小组设计如图所示装置,验证SO2性质,对实验现象分析不正确的是( B )
A. 试管内含Br2的CCl4溶液褪色,说明SO2具有还原性
B. 一段时间后试管内有白色沉淀,说明SO2与BaCl2反应生成BaSO3
C. 试管中的红色花瓣褪色,说明SO2具有漂白性
D. 滴有酚酞的NaOH溶液红色变浅,说明SO2能与碱溶液反应
练一练
B
【解析】 试管内含Br2的CCl4溶液褪色,则SO2与Br2发生氧化还原反应,说明SO2具有还原性,A正确;一段时间后试管内有白色沉淀,说明SO2和Br2发生氧化还原反应生成硫酸,硫酸与BaCl2反应生成BaSO4沉淀,B错误;试管中的红色花瓣褪色,说明SO2具有漂白性,C正确;滴有酚酞的NaOH溶液红色变浅,说明SO2能与碱溶液反应,D正确。
(2022·广州12月)部分含硫物质的分类与相应的化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( D )
A. b可与f反应生成a
B. b既可被氧化,也可被还原
C. 酸雨包括e→d的转化
D. d的浓溶液与Cu反应可生成c
练一练
D
【解析】 由图可得,a为S,b为SO2,c为 SO3,d为 H2SO4,e为 H2SO3,f为 H2S ;SO2与H2S反应生成S,A正确;SO2中S元素为+4价,是中间价态,既可以升高也可以降低,因此既可以被氧化,也可以被还原, B正确;酸雨中包括了H2SO3到 H2SO4 的转化, C正确;浓硫酸与Cu反应生成 SO2,而不是 SO3, D错误。
·SO3的物理性质(常温下为液态,标况下为固态)
·SO3的化学性质(酸性氧化物的通性)
三、硫的氧化物——三氧化硫
SO3+H2O===H2SO4
CaO+SO3===CaSO4
SO3+Ca(OH)2===CaSO4+H2O
(2021·肇庆三模)
(2021·肇庆三模)
·SO2的来源:化石燃料的燃烧及含硫金属矿石的冶炼。
·SO2的危害:
危害人体健康,形成酸雨(酸雨指pH< 5.6的雨水)。
SO2酸雨形成的主要途径:
SO2+H2O H2SO3 2H2SO3+O2 2H2SO4
·SO2的治理:
开发新能源、燃煤脱硫、处理工业废气。
四、含硫化合物对环境的污染和治理
·白葡萄酒中的SO2
[情境任务]如何测量白葡萄酒中的SO2浓度?
[任务一]滴定方案
写出下列三个滴定方案的离子方程式,并选择合适的方案。
方案①:标准液:酸性KMnO4溶液
方案②:标准液:H2O2溶液
方案③:标准液:碘水;指示剂:淀粉溶液
练一练
[资料卡片]
世卫组织:每人每天SO2的吸入量≤0.7 mg/kg(体重)
国家标准:葡萄酒含硫量标准不能超过250 mg/L
·白葡萄酒中的SO2
[情境任务]如何测量白葡萄酒中的SO2浓度?
[任务二]滴定操作
滴定时应将碘水标准液应装入 式滴定管中,
量取20 mL的白葡萄酒于锥形瓶中,加入淀粉指示剂,用碘水标准液进行
滴定,滴定终点的现象为:
。
[任务三]滴定计算
滴定20.00 mL的白葡萄酒,消耗0.002 mol/L的碘水标准液的体积为25.00 mL,列式计算白葡萄酒中SO2的物质的量浓度为:
练一练
[资料卡片]
世卫组织:每人每天SO2的吸入量≤0.7 mg/kg(体重)
国家标准:葡萄酒含硫量标准不能超过250 mg/L
·浓硫酸的物理性质(无色油状、溶于水放热、沸点高、难挥发)。
·浓硫酸的特性:
①吸水性(不能干燥还原性气体和碱性气体)
②脱水性(将有机物中的H、O按照原子个数比2:1的比例脱去生成水)
③强氧化性(常温下,Fe、Al遇浓H2SO4会发生钝化。但热的浓硫酸能氧化大多数金属、非金属单质和还原性物质,还原产物一般为SO2)
❀浓硫酸常做有机反应中的催化剂以及制备低沸点酸。
·浓硫酸的稀释方法:浓H2SO4沿烧杯内壁缓缓倒入水中并用玻璃棒不断搅拌
·如何鉴别浓硫酸和稀硫酸?
五、硫酸及其盐类
如何鉴别浓硫酸和稀硫酸?
·工业制硫酸
五、硫酸及其盐类
2SO2+O2 2SO3
SO3+H2O=H2SO4
4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2
Q1:如何提高原料(反应物)利用率?
Q2:SO2转化为SO3过程中,如何提高转化率?
Q3:最后为什么用浓硫酸吸收?
Q4:制备好的硫酸如何运输?
[注意] 工业上一般以硫黄或其他含硫矿物(如黄铁矿)为原料制备硫酸,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,可以避免用水吸收SO3产生的酸雾腐蚀设备,并且可以提高吸收率。
·如何检验贴有标签Na2SOx的物质是什么?
五、硫酸及其盐类
(1)S的检验
①向溶液中加入盐酸,将产生的无色气体通入品红溶液中,红色褪去,发生的离子反应为 。
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 , , 。
(2)S的检验
被检液 取清液 有无白色沉淀产生(判断有无S)
S+2H+=H2O+SO2↑
防止C、S、Ag+的干扰
S+Ba2+=BaSO3↓
BaSO3+2H+=Ba2++SO2↑+H2O
(2022·山东潍坊二模)探究铜丝与过量浓硫酸的反应,下列装置(部分夹持装置略)或操作错误的是( D )
甲
乙
丙
丁
A. 用装置甲进行铜丝和浓硫酸的反应
B. 用装置乙验证有二氧化硫生成并吸收尾气
C. 用装置丙稀释反应后的混合液
D. 用装置丁测定余酸的浓度
练一练
D
【解析】 铜和浓硫酸反应需要加热,可用装置甲进行该反应,A正确;二氧化硫可使品红溶液褪色,因此品红溶液可用于检验二氧化硫,SO2有毒,会污染空气,需用NaOH溶液吸收SO2,并需要防止倒吸,故可用装置乙验证有二氧化硫生成并吸收尾气,B正确;稀释浓硫酸,将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢倒入水中,并不断用玻璃棒搅拌,C正确;NaOH溶液腐蚀玻璃,应放在碱式滴定管中,该滴定管是酸式滴定管,D错误。
(2021·福建厦门一中) 如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程,其中关键步骤是SO2的催化氧化:2SO2+O2 2SO3 ΔH<0。下列说法正确的是( D )
A. 反应后气体分子数减少,
增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益
B. 反应放热,为提高SO2转化率,应尽可能在较低温度下反应
C. 工业生产要求高效,为加快反应速率,应使用催化剂并尽可能提高体系温度
D. 沸腾炉流出的气体必须经过净化,并补充适量空气,再进入接触室
练一练
D
【解析】 增大反应容器内压强,有利于平衡正向移动,但由于增大压强对设备要求和动力要求很高,成本太高,不利于提高生产效益,A错误;在较低温度下反应,反应速率太慢,经济效率低,B错误;使用催化剂时,还需要考虑催化剂的最佳活性温度,不一定温度越高反应速率越大,C错误;沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有害气体,会导致催化剂中毒,必须经过净化,第一阶段反应,氧气含量下降明显,因此净化后要补充适量空气,再进入接触室,D正确。
练一练
为了检验S,甲、乙、丙、丁四位同学设计了如下四种方案,其中方案最优的是( B )
A. 方案甲:试液 白色沉淀沉淀不溶解
B. 方案乙:试液无沉淀(也无气泡)白色沉淀
C. 方案丙:试液无沉淀白色沉淀
D. 方案丁:试液白色沉淀(过滤)沉淀不溶解
B
【解析】 加入氯化钡溶液,产生的白色沉淀可能为氯化银,也不溶于稀盐酸,A错误;加入足量盐酸,没有沉淀和气体生成,排除Ag+、C、S等干扰,再滴加氯化钡溶液,产生白色沉淀,则一定含有硫酸根离子,B正确;加入稀硝酸,亚硫酸根离子能被氧化成硫酸根离子,与硝酸钡溶液反应产生白色沉淀,C错误;原溶液可能为H2SO3,加入Ba(NO3)2溶液生成BaSO4,也不溶于盐酸,D错误。
七、其他含硫化合物
1.硫代硫酸钠(Na2S2O3)
Na2S2O3·5H2O俗名海波或大苏打,易溶于水,溶于水后呈碱性。S元素的化合价为+2价,具有还原性。
(1)化学性质
①遇酸不稳定:
Na2S2O3+2HCl===2NaCl+S↓+SO2↑+H2O;
②还原性:
遇强氧化剂(MnO4- / H2O2 / Cl2)被氧化成SO42-
1.[2018·全国卷Ⅲ,26(1)]硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248 g·mol-1)可用作定影剂、还原剂。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:
试剂:稀盐酸、稀H2SO4、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
实验步骤 现象
①取少量样品,加入除氧蒸馏水 ②固体完全溶解得无色澄清溶液
③________________ ④_______________,有刺激性气体产生
⑤静置,________________________
__________ ⑥_____________
加入过量稀盐酸
出现乳黄色浑浊
(吸)取上层清液,滴入
产生白色沉淀
BaCl2溶液
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
$