内容正文:
第一节 硫及其化合物
5.1.1 硫和硫的氧化物
第五章 化工生产中的重要非金属元素
化学Master
『人教版高中化学课本同步知识讲解』
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学习目标
1、掌握硫在周期表中的位置,硫元素的存在形式,熟悉单质硫的物理性质和化学性质
2、掌握SO2的物理性质和化学性质及实验室制法,理解SO2的酸性、漂白性及强还原性
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1、为什么火山喷发会有这样颜色的火焰,可能是由于什么原因引起的?
思考
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一、硫
1、硫元素在自然界中的存在形式
火山口的硫
硫元素广泛存在于自然界中,是植物生长不可缺少的元素,组成生命体的蛋白质中就含有硫。游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。在岩层深处和海底的无氧环境下,硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在,如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等。在地表附近,由于受氧气和水的长期作用,硫化物会转化为硫酸盐,如石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等。火山口附近的硫单质会被大气中的氧气氧化成二氧化硫,二氧化硫可被进一步氧化生成三氧化硫,二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和硫酸。
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(1)游离态
存在于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。在岩层深处和海底的无氧环境下,硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在,如硫化氢(H2S)、硫铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等。在地表附近,硫化物转化为硫酸盐,如石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等以及二氧化硫,三氧化硫,亚硫酸和硫酸等形式存在
【注意】
FeS硫化亚铁(S是-2价) ;FeS2 二硫化亚铁(S是-1价);CuFeS2中S是-2价,Cu,Fe是+2价
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化学式 名称
BaSO4 重晶石
CaSO4·2H2O 石膏
ZnSO4·7H2O 皓矾
FeSO4·7H2O 绿矾
Na2SO4·10H2O 芒硝
(3)自然界中一些含硫化合物的俗名
硫铁矿(FeS2)
石膏
(CaSO4•2H2O)
黄铜矿(CuFeS2)
芒硝
(Na2SO4•10H2O)
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【注意】因为硫易溶于CS2,常用CS2清洗试管内壁上附着的硫单质。
淡黄色固体过氧化钠
2、硫单质的物理性质
硫(俗称硫黄)是一种黄色晶体,质脆,易研成粉末。硫难溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳。硫有多种同素异形体,比如正交硫,斜方硫、单斜硫等;
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思考
2、若试管内壁附着有单质硫时,如何洗涤除去?
用CS2清洗试管内壁上附着的硫单质
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思考
3、回忆上学期所学知识,请根据“位置—结构—性质”模型及元素周期律相关知识推测硫元素可能具有的化学性质?
①分析物质类别——找通(共)性
②分析核心元素化合价——判断其氧化性或还原性
③特殊点——注意物质的特殊性(个性)
具体方法:类比常见的同类别物质,找出同类物质具有的通性
具体方法:写出核心元素化合价,判断化合价可升或可降
具体方法:物质的特殊性(个性)需要理解记忆
物理
和
化学
性质
实验探究验证
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S
1、物质类别
2、元素化合价
3、特殊性
活泼非金属
①与非金属反应
②与金属反应
③与碱反应等
氧化性和还原性
①作氧化剂
②作还原剂
能和浓硫酸,浓硝酸反应
第三周期、ⅥA族
H2S←S→SO2
-2 0 +4
3、硫单质的化学性质
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(1)与金属反应
(与变价金属反应,均是金属被氧化成最低价态)——体现硫的氧化性
①硫粉与钠研磨爆炸:2Na+S = Na2S
研磨
②硫与铝共热:
2Al+3S = Al2S3 (制取Al2S3的唯一途径)
Δ
③铁与硫粉共热:
S+Fe = FeS (黑色固体,不溶于水)
Δ
④铜与硫粉共热:
S+2Cu = Cu2S (黑色固体,不溶于水)
Δ
⑤硫与银反应:2Ag+S=Ag2S (银器变黑)
⑥硫与汞反应:Hg+S=HgS (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)
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(2)与非金属反应
①硫在氧气中燃烧:
S+O2 = SO2
点燃
(硫在空气中燃烧发出淡蓝色火焰;在纯氧中燃烧发出蓝紫色火焰)
【注意】
①该反应体现了单质硫具有还原性
②硫在过量、纯净的O2中燃烧的产物是SO2而不是SO3(不论氧气是否足量、浓度如何,其一步反应都只能生成SO2,不能直接生成SO3)
②硫与氢气共热:
S+H2 = H2S(臭鸡蛋气味)
Δ
(该反应体现了单质硫具有氧化性)
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(3)与强氧化性酸(如:浓硫酸、硝酸)反应
①硫与浓H2SO4反应:
②硫与浓HNO3反应:
—体现硫的还原性
S+2H2SO4(浓) = 3SO2↑+2H2O
Δ
S+6HNO3(浓)=H2SO4+6NO2↑+2H2O
Δ
(4)与强碱的反应
—既体现氧化性,又体现还原性
3S+6NaOH = 2Na2S+Na2SO3+3H2O
Δ
可用热的氢氧化钠溶液除去试管内壁上附着的硫单质(用热碱溶液清洗硫)
①Na2S与稀H2SO4反应:Na2S+H2SO4=H2S↑+Na2SO4
②Na2SO3与稀H2SO4反应:Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O (实验室制SO2的方法)
③向Na2S和Na2SO3的混合溶液中加入稀H2SO4:2Na2S+Na2SO3+3H2SO4=3S↓+3Na2SO4+3H2O
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4、能不能根据Fe、Cu与S、Cl2反应的产物判断S和Cl2的氧化性的强弱?
可以。 Fe 、 Cu与S反应生成低价的化合物, Fe 、 Cu与Cl2反应生成高价的化合物,故Cl2的氧化性大于S。
5、实验室除去试管内壁附着硫的两种方法?
物理法:加二硫化碳(CS2)溶解;
化学法:加热的氢氧化钠溶液溶解。
思考
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硫黄主要用于制造硫酸、化肥、火柴及杀虫剂等,还用于制造黑火药、烟花爆竹等。
黑火药(S+2KNO3+3C = K2S+3CO2↑+N2↑)
点燃
4、用途
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硫与银、汞的反应及其应用
一般说来,S不能使具有可变化合价的金属显高价,且S与大多数金属的反应需在加热条件下才能完成,但是S与Hg、Ag等不活泼金属的反应在常温下就能进行,且能使Hg显高价。
①利用Ag和S的反应可以鉴别出真假银:用一布条沾上少量硫黄粉末在待鉴别的器皿表面用力摩擦,若摩擦处出现黑斑 (Ag2S )则说明是真银,否则为假银。
②利用Hg和S的反应可以消除温度计、气压计、血压计等被打破后汞的毒害,所以若汞不慎洒落在地面上,要立即打开门窗通风,并尽量设法收集起来,残余的部分可覆盖硫粉处理(HgS),以免汞蒸气中毒。
【几点强调】
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【练一练】
1、下列关于硫的说法不正确的是( )
A.试管内壁附着的硫可用二硫化碳溶解除去
B.游离态的硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层里
C.单质硫既有氧化性,又有还原性
D.硫在过量纯氧中的燃烧产物是三氧化硫
2、下列说法中正确的是( )
A.硫与金属或非金属反应均作氧化剂
B.分离黑火药中的硝酸钾、木炭、硫黄要用到二硫化碳、水及过滤操作
C.过量的硫与铁反应生成Fe2S3,表现了硫单质的氧化性
D.硫只以化合态形式存在于自然界中
3、下列化合物能由两种单质直接化合生成的是( )
A.Fe2S3 B.CuS C.SO3 D.SO2
D
B
D
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3.下列物质中,不能由单质直接化合生成的是( )
①CuS ②FeS ③SO3 ④H2S ⑤FeCl2
A.①③⑤ B.①②③⑤
C.①②④⑤ D.全部
4.除去试管壁上附着的硫,可采用的方法是( )
A.通入氢气后加热
B.伸入灼热的铁丝
C.用水洗涤
D.用二硫化碳洗涤后再用水洗
A
【练一练】
D
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5、葡萄酒喝之前为什么需要醒酒?
思考
醒酒的目的:一是为了去除葡萄酒中的沉淀物,二是除掉葡萄酒中的二氧化硫,三是为了让葡萄酒充分与空气接触,发生氧化作用,使葡萄酒入口更柔顺。
6、葡萄酒里面的二氧化硫有什么作用?
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二、二氧化硫
1、物理性质
二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气的大,易液化,易溶于水。在通常情况下,1体积的水可以溶解约40体积的SO2
【实验5-1】如图5-2所示,把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中,在水面下打开橡胶塞,观察试管内液面的上升待液面高度不再明显变化时,在水下用橡胶塞塞紧试管口,取出试管,用pH试纸测定试管中溶液的酸碱度(保留该溶液供实验5-2使用)。
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实验
现象
结论
试管中液面上升
PH试纸变红
SO2易溶于水
SO2的水溶液显酸性
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7、结合分析硫单质化学性质的方法,请同学们思考二氧化硫又该具有哪些化学性质?
思考
SO2
1、物质类别
2、元素化合价
3、特殊性
酸性氧化物
①与水反应
②与碱性氧化物反应
③与碱反应等
氧化性和还原性
①作氧化剂
②作还原剂
漂白性
S←SO2→SO42-
0 +4 +6
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2、化学性质
(1)SO2是酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性
【注意】和CO2性质一样,水溶液显酸性
①SO2与H2O反应:SO2+H2O⇌H2SO3。SO2溶于水生成亚硫酸,亚硫酸是中强酸,因此溶液显酸性,亚硫酸不稳定,同时可以分解为SO2和H2O,所以SO2溶于水是一个可逆反应,用“⇌”表示
实验现象 实验结论
溶液颜色变红色 SO2的水溶液显酸性
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②能使指示剂变色:SO2能使紫色石蕊试液变红
③SO2与碱性氧化物反应(无化合价变化):
SO2+Na2O=Na2SO3 (亚硫酸钠)
SO2 +CaO=CaSO3 (亚硫酸钙)
④SO2与碱溶液反应(注意少量、过量)
a.与NaOH溶液反应
SO2少量:2NaOH+SO2(少量)=Na2SO3+H2O
SO2过量:NaOH+SO2(过量)=NaHSO3
实验室制取SO2,可选择碱液(NaOH)吸收尾气,防止空气污染。
(除去燃煤中的SO2,钙基固硫)
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b.与NH3·H2O溶液反应
SO2少量:2NH3·H2O+SO2(少量)=(NH4)2SO3+H2O
SO2过量:NH3·H2O+SO2(过量)=NH4HSO3
c.与Ca(OH)2溶液反应
SO2少量:SO2(少量)+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O
SO2过量:2SO2(过量)+Ca(OH)2=Ca(HSO3)2
(5)与某些盐溶液反应(与酸性比H2SO3弱的酸所对应的盐反应): a.少量SO2与碳酸钠溶液反应:
Na2CO3+SO2(少量)+H2O=NaHSO3+NaHCO3
b.过量SO2与碳酸钠溶液反应:
Na2CO3+2SO2(过量)+H2O=2NaHSO3+CO2
c.SO2与碳酸氢钠溶液反应:
2NaHCO3+SO2(少量)= Na2SO3+2CO2+H2O
NaHCO3+SO2(过量)= NaHSO3+CO2
SO2能使澄清石灰水变浑浊
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【注意】分析除杂问题(括号内物质为杂质)
CO2(SO2)
CO2(HCl)
⑥SO2与BaCl2溶液:二氧化硫与氯化钡溶液不反应,违背了弱酸制取强酸
⑦SO2与Ba(NO3)2溶液:生成的BaSO3能和HNO3继续发生氧化还原反应生成BaSO4和NO
饱和NaHCO3溶液
饱和NaHCO3溶液
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实验现象 实验结论
产生白色沉淀 SO2具有还原性,可被新制氯水氧化成SO42-,与Ba2+反应生成BaSO4沉淀
Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4
H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl
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(3)还原性(强还原性)
SO2中硫元素的化合价为+4价,属于中间价态,因此SO2既有氧化性又有还原性,一般表现为较强的还原性,可被多种氧化剂(O2﹑Cl2﹑溴水、KMnO4、Fe3+、HNO3、H2O2、Na2O2等)氧化为+6价的硫(SO42-)
①SO2可以被氧气氧化成三氧化硫,三氧化硫(酸性氧化物)溶于水生成硫酸,工业上利用这一原理生产硫酸
+4
+6
2SO2 + O2 2SO3(可逆反应)
SO3+H2O=H2SO4
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③SO2使酸性高锰酸钾溶液褪色
5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
②SO2使氯水,溴水褪色:SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4
④SO2与Fe3+反应:
SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+
⑤SO2与稀HNO3反应的离子方程式:
3SO2+2NO3-+2H2O=3SO42-+2NO↑+4H+
⑥SO2与H2O2反应:SO2+H2O2=H2SO4
⑦SO2与Na2O2反应:SO2+Na2O2=Na2SO4
SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX (X2包括:Cl2、Br2、I2)
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【注意】
①SO2可使氯水、KMnO4溶液褪色,可用于吸收或鉴别SO2
②由SO2转化成的H2SO3或亚硫酸盐在常温下就能被氧化,所以亚硫酸盐应密闭保存,以防变质。[2H2SO3+O2=2H2SO4(酸雨过一段时间酸性变强的原因);2Na2SO3+O2=2Na2SO4]
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与H2S反应:①SO2(g) +2H2S(g) =3S+2H2O
②SO2(g) +2H2S(aq) =3S↓+2H2O
【注意】非溶液条件下(一般是气态)不打沉淀符号,溶液条件下(有水时)就打沉淀符号
(4)弱氧化性
氧化剂
还原剂
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【实验5-2】用试管取2mL在实验5-1中得到的溶液,向其中滴入1一2滴品红溶液,振荡,观察溶液的颜色变化。然后加热试管,注意通风,再观察溶液的变化。
SO2的漂白性
(5)漂白性
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振荡后 ,再加热溶液_________ ________________________________________
溶液红色褪去
恢复红色
SO2具有漂白性,但生成的无色物质不稳定
溶液 _____ ,
漂白石蕊溶液
变红,不褪色
SO2的水溶液显酸性
不能
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①SO2的漂白原理:二氧化硫具有漂白作用,能使品红溶液等有色物质褪色。其作用机理是二氧化硫与某些有色物质结合生成了不稳定的无色物质。加热后又显红色,是由于不稳定的无色物质又分解为原来物质的缘故(二氧化硫的漂白具有可逆性)。利用品红溶液可检验SO2气体
②应用:SO2在工业上应用于漂白纸浆、毛、丝等;此外SO2可用于杀菌消毒,还是一种食品添加剂
SO2
不稳定的无色物质
有色物质
加热
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①SO2虽具有漂白性,但不能漂白指示剂,如:SO2通入紫色的石蕊试液中,溶液只变红不褪色,而氧化类漂白剂(氯水、Na2O2)则能漂白酸碱指示剂
②SO2使溴水、KMnO4溶液褪色,是利用SO2的还原性,而不是漂白性
【两点强调】
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③常见的漂白剂及漂白原理
类型 吸附型 氧化型 化合型
物质 活性炭 氯水、HClO、O3、H2O2、Na2O2 、Ca(ClO)2、ClO2等 二氧化硫
漂白原理 吸附漂白 利用强氧化性漂白 与有色物质化合生成不稳定的无色物质
变化类别 物理变化 氧化还原反应 化学变化
漂白特点 不可逆 加热恢复原色
能漂白的物质 一般用于溶液漂白 可漂白所有
有机色质 具有选择性如品红、棉、麻、草等
【两点强调】
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④二氧化硫与氯水的漂白性比较
【两点强调】
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8、将等物质的量的SO2与Cl2一起通入品红中是否褪色?为什么?
不褪色,SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl
9、把SO2通入到NaOH(滴加酚酞)溶液中,会有什么现象发生?
现象:溶液由红色变浅红色
原因:SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
思考
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10、SO2可以使高锰酸钾褪色和SO2使品红褪色原理一样吗?分别体现了SO2的什么性质?
前者缘于SO2的还原性,发生的是氧化还原反应;
后者缘于其漂白性,发生的是非氧化还原反应。
11、将Cl2通入紫色石蕊试液中和将SO2通入紫色石蕊试液中,现象相同吗?
前者:溶液先变红后褪色;后者:溶液只变红。
思考
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①漂白纸浆、毛、丝、草帽辫等;用于杀菌消毒
②食品中的二氧化硫:食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如,在葡萄酒酿制过程中,葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵,添加适量的二氧化硫可以起到杀菌的作用。二氧化硫又是一种抗氧化剂(具有还原性),能防止葡萄酒中的一些成分被氧化,起到保质作用,并有助于保持葡萄酒的天然果香味
3、SO2的用途
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SO2
与H2O反应
与碱、碱性氧化物及某些盐反应
氧化性
还原性
+4价
漂白性
特 性
重视环境保护,防止酸雨危害环境!
“三性一特性”
酸性氧化物
通性
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反应原料 Na2SO3固体、70%的浓H2SO4(浓硫酸)
实验原理 Na2SO3+H2SO4(浓) = Na2SO4+SO2↑+H2O
制气类型 固液常温型
实验装置
净化装置 通入装有浓H2SO4 的洗气瓶(除水蒸气)
收集装置 向上排气法
尾气处理装置 用强碱溶液吸收多余SO2,防止污染空气
(2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O)(注意防倒吸)
检验方法 先通入品红试液,褪色,加热后又恢复原红色
4、二氧化硫的实验室制法
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3、下列说法正确的是( )
A.因为SO2具有漂白性,所以它能使品红溶液、溴水、KMnO4(H+)、石蕊溶液褪色
B.能使品红溶液褪色的不一定是SO2
C.SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2都能使红墨水褪色,其原理相同
D.等物质的量的SO2和Cl2相遇在溶液中具有漂白能力
【练一练】
4、Cl2和SO2都具有漂白作用,能使品红溶液褪色。若将等物质的量的Cl2、SO2混合后再通入品红与BaCl2的混合溶液,能观察到的现象是( ) ①溶液很快褪色 ②溶液不褪色 ③出现沉淀 ④不出现沉淀
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
B
C
Cl2+SO2+2H2O=H2SO4+2HCl
BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
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5、将SO2分别通入下表所列的溶液中,填写有关问题。
反应物 溴水 酸性KMnO4溶液 氢硫酸(H2S溶液) 滴有酚酞的NaOH溶液 石蕊试液 品红溶液
反应现象
SO2的性质
褪色
褪色
有浅黄色沉淀生成
褪色
变红
褪色
还原性
还原性
氧化性
酸性
酸性
漂白性
实验室制二氧化硫的原理是SO32-与H+的反应生成SO2,
因为SO2易溶于水,所以不能用稀硫酸来制取,不利于SO2的逸出;
且我们知道,纯硫酸是共价化合物,硫酸浓度越高,越难电离出H+,所以也不适合用98%的浓硫酸来制取SO2。
6、实验室制取SO2分为什么不用98%的浓硫酸或者稀硫酸?
【练一练】
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三.可逆反应
1、概念
在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应
2、正、逆反应的规定
(1)正反应
向生成物方向进行的反应(从左向右)
(2)逆反应
向反应物方向进行的反应(从右向左)
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(1)二同:①相同条件下;②正、逆反应同时进行
(2)一小:反应物与生成物同时存在(反应不能进行完全);任一组分的转化率都小于100%
(3)能量的可逆性(若正反应为吸热反应,则逆反应为放热反应)
4、表示方法:在方程式中用“⇋”表示
5、可逆反应的普遍性:大多数化学反应都为可逆反应
3、特点
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11、氢气与氧气反应可以生成水,电解水可以得到氢气与氧气,该反应是可逆反应吗?
不是。氢气与氧气反应可以生成水的条件是燃烧,与电解水的条件不同,故不是可逆反应。
思考
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7、下列反应属于可逆反应的是( )
A.氢气在氧气中燃烧生成水,电解水生成氢气和氧气
B.二氧化硫通入品红溶液褪色,加热后又恢复红色
C.久置在空气中的氯水与氢氧化钠溶液的反应
D.常温下二氧化硫通入水中,与水反应生成亚硫酸
8、向含有2mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2+O2 ⇋ 2SO3,充分反应后生成SO3的物质的量____2mol(填“<”、“>”或“=”,下同),SO2的物质的量____0mol
【练一练】
D
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『人教版高中化学课本同步知识讲解』
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四、三氧化硫(SO3)
1、物理性质
通常情况下,SO3是一种无色易挥发的晶体,熔点为16.8℃,沸点为44.8℃,常温下为液态,在标准状况下为固态
2、化学性质
SO3是硫酸的酸酐,具有酸性氧化物的通性
(1)能溶于水形成硫酸:SO3+H2O=H2SO4
SO3能强烈的吸水,在空气中发“烟”,与水剧烈反应生成H2SO4,同时放出大量热,形成酸雾
(2)能与碱(石灰乳)反应:SO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O
(3)与碱性氧化物反应:SO3+CaO=CaSO4
(4)与某些盐溶液反应:Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2↑
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S+2H2SO4(浓)=3SO2↑+2H2O
CS2
Δ
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恢复
=
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Lavf57.83.100
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SO2+2H2S=3S↓+2H2O
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