资源描述
第12讲氧、硫及其化合物,一、硫及其化合物 (一)硫单质 硫 (二)二氧化硫 1.SO2的物理性质 无色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易溶于水 (140),易液化。,教材研读,2.SO2的化学性质 (1)具有酸性氧化物的通性(亚硫酸的酸酐)。 a.与碱反应:2NaOH+SO2 Na2SO3+H2O NaOH+SO2 NaHSO3 b.与水反应:SO2+H2O H2SO3 c.与碱性氧化物反应:SO2+Na2O Na2SO3 (2)二氧化硫中硫元素的化合价为+4,处于中间价态,在反应中既可作氧化剂,也可作还原剂。 a.氧化性:SO2+2H2S 3S+2H2O b.还原性:2SO2+O2 2SO3,5SO2+2KMnO4+2H2O K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 SO2+Cl2+2H2O H2SO4+2HCl(SO2与Br2、I2也可发生类似反应) (3)漂白性:SO2可使品红溶液褪色,体现了SO2的漂白性。 (三)硫酸 1.硫酸的物理性质 无色、油状液体,密度比水大,难挥发,沸点高。 2.硫酸的化学性质 稀硫酸具有酸的通性。 浓硫酸的特性: (1)吸水性 浓硫酸能吸附物质中湿存的水分。,H2SO4(浓)+nH2O H2SO4nH2O,利用此性质可用浓硫酸作干燥剂,干燥一些不与浓硫酸反应的气体,通常用于洗气装置。如可用浓硫酸干燥O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2等气体。 注意浓硫酸不能干燥碱性气体和具有较强还原性的气体。,(2)脱水性 指浓硫酸将有机物里的氢、氧元素按21的原子个数比脱去生成水的性质。例如 C12H22O11 12C+11H2O HCOOH CO+H2O (3)强氧化性 常温下,Fe、Al遇浓硫酸会发生钝化现象。但热的浓硫酸能氧化大多数金属、非金属单质及一些还原性化合物。例如 Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O 2HI+H2SO4(浓) I2+SO2+2H2O 在这些氧化还原反应中,硫酸的还原产物一般为SO2。,(四)几种重要的硫酸盐,注意BaCO3、BaCl2等钡盐有毒。BaCO3不可用作“钡餐”,BaCO3 虽然不溶于水,但能溶于酸,在人的胃中BaCO3与胃酸反应生成Ba2+而使人中毒。 (五)S、S的检验 1.S的检验 值得注意的是,检验S时会受到许多离子的干扰。 (1)Ag+干扰:先用盐酸酸化能排除Ag+的干扰,因为Ag+Cl- AgCl。 (2)C、S、P干扰:BaCO3、BaSO3、Ba3(PO4)2也是白色沉淀,与 BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸。因此检验S时,必 须用盐酸酸化(不能用HNO3酸化,因为S会被HNO3氧化)。,不能选用Ba(NO3)2溶液,因为在酸性条件下,S、HS、SO2等会被溶 液中的N氧化为S,从而干扰原溶液中S的检验。 检验S的正确操作为: 待测液取清液有无白色沉淀(判断有无S)。 2.S的检验 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;或加入氯化钡溶液生成白色沉淀,加入盐酸,沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。 S+2H+ SO2+H2O 或S+Ba2+ BaSO3 BaSO3+2H+ Ba2+SO2+H2O,自测1判断正误,正确的划“”,错误的划“” 。 (1)SO2使溴水褪色与乙烯使KMnO4溶液褪色的原理相同( ) (2)用KOH溶液鉴别SO3(g)和SO2( ) (3)二氧化硫可广泛用于食品的增白() (4)Na2S2O3溶液中加入稀硫酸的离子方程式:2S2+4H+ S+3S +2H2O( ) (5)SO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4() (6)H2、SO2、CO2三种气体都可用浓H2SO4干燥( ),自测2将64 g铜箔加入含2 mol H2SO4的浓H2SO4中,加热。 (1)铜箔能否完全溶解?请解释原因不能,因为随着反应的进行,浓H2SO4变为稀H2SO4,反应停止。 (2)在反应后的溶液中再加入少量硝酸钠晶体,铜箔表面又有气泡冒出,其原因为在酸性条件下,N可氧化铜箔,发生反应3Cu+2N+8H+ 3Cu2+2NO+4H2O。,自测3某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按下图所示装置进行实验。 请回答下列问题: (1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是,其中发生反应的化学方程式为 ;,(2)实验过程中,装置B、C中产生的现象分别是、,这些现象分别说明SO2具有的性质是和;装置B中发生反应的离子方程式为 ; (3)装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性,请写出实验操作及现象; (4)尾气可采用溶液吸收。,答案(1)蒸馏烧瓶Na2SO3+H2SO4(浓) Na2SO4+SO2+H2O (2)溶液由紫红色变为无色无色溶液中出现黄色浑浊还原性氧化性5SO2+2Mn+2H2O 2Mn2+5S+4H+ (3)品红溶液褪色后,关闭分液漏斗的旋塞,点燃酒精灯加热,溶液恢复为红色 (4)NaOH 解析(2)向Na2S溶液中通入SO2,最终生成了单质S,S为不溶于水的黄色固体。(3)要注意关闭分液漏斗旋塞,不再产生SO2后再加热。,二、环境污染与保护 1.环境污染:主要包括大气污染、水污染、土壤污染等,还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。酸雨是造成环境污染的罪魁祸首之一。 (1)酸雨 大气中的二氧化硫和二氧化氮等溶于水后形成酸性溶液,随雨水降下,就可能成为酸雨,其pH小于5.6。 (2)硫酸型酸雨的形成途径 途径1:空气中飘尘的催化作用,使空气中的SO2发生反应2SO2+O2 2SO3,SO3+H2O H2SO4。 途径2:SO2+H2O H2SO3,2H2SO3+O2 2H2SO4(写反应方程式)。,(3)酸雨的危害:直接破坏农作物、森林、草原,使湖泊酸化,加快建筑物的腐蚀等。 (4)酸雨的控制措施:a.调整能源结构;b.原煤脱硫;c.改进燃 烧技术;d.对煤燃烧后的烟气脱硫;e.开发氢能、风能、太阳能等清洁能源;f.严格控制SO2的排放等。 2.空气质量监测 空气质量日报的主要内容包括“空气污染指数”“空气质量级别”“空气质量状况”“首要污染物”等。目前计入空气污染指数的项目暂定为:二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入颗粒物和臭氧等。,自测4化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是() A.汽车的排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2 B.向煤中加入适量石灰石,使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO3,可减少对大气的污染 C.高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 D.大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2,从而使雨水的pH=5.6即形成酸雨,A,答案AB项,向煤中加入适量石灰石,可使煤燃烧产生的SO2最终转化为CaSO4;C项,制作光导纤维的是二氧化硅;D项,酸雨的pH5.6,且CO2的排放不会形成酸雨。,自测5某研究性学习小组计划研究当地酸雨的形成过程,于是取来雨水作水样进行测定,随时间的推移,多次测定该样品的pH,得到如下数据:,(1)雨水样品放置时pH变化的主要原因为(用化学方程式表示)。由此可以得出酸雨的形成过程可能是。如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合,pH将(填“增大”“减小”或“不变”),原因是,二氧化硫表现性。 (2)下面是酸雨给人类造成的危害,其中不正确的是 。,A.腐蚀建筑物、雕塑等B.污染水源 C.改良碱性土壤D.损害庄稼 (3)你认为减少酸雨的产生,可采取的措施是 。 少用煤作燃料;把工厂的烟囱造高;燃料脱硫;在已酸化的土壤中加石灰;开发新能源。 A.B. C.D.,答案(1)2H2SO3+O2 2H2SO4雨水溶解二氧化硫生成亚硫酸,亚硫 酸又被空气中的氧气氧化为硫酸,降落下来形成酸雨减小自来水中的氯气(或次氯酸)把亚硫酸氧化成硫酸还原(2)C(3)C 解析(1)雨水的pH发生变化,其原因是亚硫酸被空气中的氧气氧化为硫酸,酸性增强,当亚硫酸全部氧化为硫酸后,pH不再变化。自来水常用氯气消毒,其中的氯气、次氯酸等能把亚硫酸氧化为硫酸,pH减小。(2)酸雨的危害极大,会危害农作物、森林、草原、鱼类、建筑物、工业设备、电信电缆等。(3)少用煤作燃料以及对燃料进行脱硫处理,是减少酸雨的有效措施。开发新能源如氢能、核能等可以从根本上杜绝二氧化硫的产生。,考点突破,考点一鉴别CO2与SO2气体的方法,考点三硫元素的价态变化规律（教师用书专用）,考点二浓硫酸与金属的反应,考点四多步反应的化学计算方法关系式法(教师用书专用),1.物理方法 (1)嗅闻法:闻气味,有刺激性气味的是 SO2,无气味的是CO2。 (2)溶解法:收集等体积的两种气体,分别倒扣在水槽中,液面上升高的是SO2(相同温度下,SO2在水中的溶解度大于CO2)。 (3)称重法:称量相同体积两种气体的质量,质量大的是SO2(SO2的密度大于CO2)。 (4)降温法:降温、加压,先液化的是SO2(SO2沸点高,易液化)。,考点一鉴别CO2与SO2气体的方法,2.化学方法 (1)用品红溶液,能使品红溶液褪色的是SO2。 (2)用pH试纸测两种气体分别溶于水形成的饱和溶液pH的大小,pH小的是SO2。 (3)用酸性高锰酸钾溶液、溴水等强氧化性溶液,能使溶液褪色的是SO2。 5SO2+2Mn+2H2O 2Mn2+5S+4H+ SO2+Br2+2H2O 4H+2Br-+S (4)用FeCl3溶液,溶液由棕黄色变为浅绿色的是SO2。 SO2+2Fe3+2H2O 2Fe2+S+4H+ (5)用Ba(NO3)2溶液或硝酸酸化的BaCl2溶液,有白色沉淀生成的是SO2。 3SO2+2N+2H2O 3S+4H+2NO,Ba2+S BaSO4 (6)用氢硫酸,出现浑浊的是SO2。 SO2+2H2S 3S+2H2O,3.SO2、CO2混合气体的检验 SO2和CO2都可使澄清的石灰水变浑浊,检验二者同时存在的一般流程为:,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。,典例1(2017北京理综,10)根据SO2通入不同溶液中的实验现象,所得结论的是(),C,答案CSO2使酸性KMnO4溶液褪色是因为SO2具有还原性,与KMnO4发生了氧化还原反应。,1-1下列实验能证明某气体一定为SO2的是() 使澄清石灰水变浑浊 使湿润的蓝色石蕊试纸变红 使品红溶液褪色 通入足量NaOH溶液中,再滴加BaCl2溶液,有白色沉淀生成,该沉淀溶于稀盐酸 通入溴水中,能使溴水褪色,再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀产生 A.都能证明B.都不能证明 C.均能证明D.只有能证明,D,答案D二氧化碳也能使澄清石灰水变浑浊;酸性气体都能使湿润的蓝色石蕊试纸变红,如HCl;氯气也可以使品红溶液褪色;二氧化碳通入足量氢氧化钠溶液中生成碳酸钠,再加入氯化钡也能产生可溶于稀盐酸的白色沉淀。,1-2下图是检验某无色气体A是SO2和CO2的混合气体的装置图,按要求回答下列问题。 (1)B中加入的试剂是,作用是 。 (2)C中加入的试剂是,作用是 。 (3)D中加入的试剂是,作用是 。,(4)实验时,C中应观察到的现象是。,答案(1)品红溶液检验SO2 (2)酸性KMnO4溶液除去SO2并检验SO2是否除尽 (3)澄清石灰水检验CO2 (4)酸性KMnO4溶液的颜色变浅但不褪成无色(或不褪色,或不褪成无色) 解析检验二氧化硫用品红溶液,吸收二氧化硫可用酸性KMnO4溶液,检验二氧化碳用澄清石灰水。在检验二氧化碳之前,必须除尽二氧化硫,因为二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊。C装置的作用是除去SO2并检验SO2是否除尽,所以酸性高锰酸钾溶液颜色变浅,但不能褪成无色,若褪成无色则不能证明二氧化硫已除尽。,(1)较活泼金属(如Zn) (2)不活泼金属(如Cu) (3)钝化:常温下浓H2SO4使Fe、Al钝化,若加热则可以继续反应。,考点二浓硫酸与金属的反应,典例2探究Cu和浓硫酸的反应,下列装置或操作正确的是(),A.用装置甲、乙制备和收集SO2 B.用装置甲、丙制备和稀释CuSO4溶液 C.用装置乙、丁收集和检验SO2的漂白性 D.用装置甲、丁制备和探究SO2的漂白性,答案DSO2的密度比空气大,不能用向下排空气法收集,A、C错误;Cu和浓硫酸反应后的溶液中含有较多硫酸,一般将其加入水中进行稀释,故B错误。,2-1某研究性学习小组为研究Cu与浓H2SO4的反应,设计如下实验探究方案(装置中的固定仪器和酒精灯均未画出): 实验选用细铜丝、98.3%H2SO4溶液、品红溶液、澄清石灰水、CCl4、NaOH溶液等药品。 以下是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录。 根据上述材料回答下列问题:,(1)D、E两容器中CCl4的作用是。 (2)加热过程中,观察到A容器中出现大量白色烟雾,随着反应的进行,三颈烧瓶下有白色沉淀生成,你认为该沉淀物是,分析可能的原因:。 (3)对A装置中的浓H2SO4和铜丝进行加热,很快发现C容器中品红溶液褪色,但始终未见D中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。你的猜想是 。设计实验验证你的猜想:。 (4)实验结束后,为了减少环境污染,排尽各装置中的SO2,可采取的操作是。,答案(1)防止倒吸 (2)CuSO4浓硫酸中含水少,生成的硫酸铜较多,浓硫酸的吸水作用使无水CuSO4析出 (3)由于SO2的溶解度较大,澄清石灰水中Ca(OH)2的含量低,生成了Ca(HSO3)2溶液取样后,向其中加入氢氧化钠溶液,观察是否有沉淀生成(或加热、加盐酸检验SO2气体等方法) (4)打开A装置导管上的活塞,用注射器向里注入空气,最后再在B中加入NaOH溶液,塞上塞子,振荡即可 解析(1)SO2通入碱溶液中易发生倒吸,但SO2在CCl4中的溶解度较小,所以CCl4的作用是防止倒吸。(2)根据铜与浓硫酸反应的产物可推知,白色沉淀为无水硫酸铜。这是由于浓硫酸浓度较大,含水量少,再加上浓 硫酸的吸水作用,硫酸铜无法形成结晶水合物,只能生成无水硫酸铜。,2-2某校研究性学习小组,探究一定量的浓硫酸与足量锌充分反应产生的气体产物,进行如下实验:按图组装好实验装置,在A中加入5 mL 98%的浓硫酸和足量的锌粒,微热试管A,观察到C、D、E中均有气泡产生;随后气泡量减少,品红溶液褪色,D中先出现浑浊后浑浊消失;反应较长时间后,C、D、E中的气泡量又会明显增加。 试回答下列问题: (1)写出A中从反应开始到停止可能发生反应的化学方程式: 。,(2)从甲、乙中选择合适的装置填入B、C中,并进行正确连接,a接、接b,c接、接d;D、E两支试管中CCl4的作用是。 (3)能证明浓硫酸具有强氧化性的实验现象为;反应较长时间后气泡量又会明显增加的原因是 。 (4)D中浑浊消失的离子反应方程式为。,答案(1)Zn+2H2SO4(浓) ZnSO4+SO2+2H2O、Zn+H2SO4(稀) ZnSO4+H2 (2)3(或4)4(或3)21防倒吸 (3)C中品红溶液褪色浓H2SO4变成稀H2SO4后,与Zn反应放出H2 (4)SO2+H2O+CaSO3 Ca2+2HS 解析(1)浓H2SO4具有强氧化性,与锌反应产生SO2气体,Zn+2H2SO4(浓) ZnSO4+SO2+2H2O;随反应的进行,硫酸逐渐被消耗,浓硫酸变为 稀硫酸,与Zn发生置换反应生成H2,Zn+H2SO4(稀) ZnSO4+H2。 (2)从图示看,C装置应是检验SO2气体的,应选择甲装置,B处需接一安全装置。 (3)浓H2SO4的强氧化性表现在S被还原,生成SO2,SO2可使品红溶液褪色。 (4)D中浑浊消失是因为过量的SO2与CaSO3反应生成Ca(HSO3)2。,1.-2是硫元素的最低价态,只有还原性;、既有氧化性,又有还原性, 但以还原性为主;+6是硫元素的最高价态,只有氧化性(如浓H2SO4)。 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。,考点三硫元素的价态变化规律(教师用书专用),如 H2O2O3 3.硫元素处于相邻价态的物质间一般不发生氧化还原反应。如S和H2S、 S和SO2、SO2和浓H2SO4之间不发生氧化还原反应。 4.含硫物质的连续氧化 H2S SO2 SO3 H2SO4 S SO2 SO3 H2SO4,符合A B C D转化关系的还有: 氮元素 钠元素:Na Na2O Na2O2 NaOH,典例3下图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系(某些产物和反应条件已略去)。化合物B在常温常压下为气体,B和C的相对分子质量之比为45,化合物D是重要的工业原料。,(1)写出A在加热条件下与H2反应的化学方程式。 (2)写出E与A的氢化物反应生成A的化学方程式。 (3)写出一个由D生成B的化学方程式。,(4)将5 mL 0.10 molL-1的E溶液与10 mL 0.10 molL-1的NaOH溶液混合。 写出反应的离子方程式 ; 反应后溶液的pH7(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 ; 加热反应后的溶液,其pH(填“增大”“不变”或“减小”),理由是。,答案(1)S+H2 H2S (2)H2SO3+2H2S 3S+3H2O (3)2H2SO4(浓)+C CO2+2SO2+2H2O (4)H2SO3+2OH- S+2H2O 大于Na2SO3是强碱弱酸盐,水解后溶液呈碱性 增大水解是吸热反应,加热使S水解程度增大,因而pH增大 解析由题图及题意知,B和C是A的两种氧化物且B和C的相对分子质量之比为45,由此可推出A是S,B是SO2,C是SO3,D是H2SO4,E是H2SO3。,3-1已知X为一种常见酸的浓溶液,能使蔗糖粉末变黑。A与X反应的转化关系如图所示,其中反应条件及部分产物均已略去,则下列有关说法正确的是() A.X使蔗糖变黑的现象主要体现了X的强氧化性 B.若A为铁,则足量A与X在室温下即可完全反应 C.若A为碳单质,则将C通入少量的澄清石灰水中,一定可以观察到有白色沉淀产生 D.工业上,B转化为D的反应条件为高温、常压、使用催化剂,D,答案DX为一种常见酸的浓溶液,能使蔗糖粉末变黑,则X是浓硫酸;D和水反应生成硫酸,则D是三氧化硫;B和氧气反应生成三氧化硫,则B是二氧化硫。A项,X使蔗糖变黑的现象主要体现了X的脱水性;B项,常温下,铁遇浓硫酸发生钝化,所以不能完全反应;C项,浓硫酸和碳反应生成二氧化碳、二氧化硫和水,二氧化碳和少量氢氧化钙反应生成可溶性的碳酸氢钙;D项,工业上,二氧化硫转化为三氧化硫的反应条件为高温、常压、使用催化剂。,3-2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: ABCDE 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,Y是,Z是。 (2)当X是强酸时,E是,写出B生成C的化学方程式: 。 (3)当X是强碱时,E是,写出B生成C的化学方程式: 。,答案(1)(NH4)2SO2H2O (2)H2SO42H2S+3O2 2SO2+2H2O (3)HNO34NH3+5O2 4NO+6H2O 解析由D的相对分子质量比C的相对分子质量大16,容易联想D比C分子增加1个氧原子,则D可能是氧化物,而E为酸,则应为含氧酸。A为正盐,与碱反应生成的物质能连续氧化,最后生成含氧酸,可推知A是铵盐:A NH3 NO NO2 HNO3;而A与强酸反应时,生成的物 质也能连续氧化,最后生成含氧酸,则A为硫化物(含S2-):A H2S SO2 SO3 H2SO4。综上所述可确定A是(NH4)2S。,所谓关系式法,就是根据有关物质之间的数量关系,建立起已知量和未知量之间的关系式进行计算的方法。其实质依然是利用守恒关系,以最简单的方式表达出来。 对于多步进行的连续反应,根据中间产物的纽带关系,找出原料和最终产物的关系式,再进行计算,可使解题步骤、运算过程大为简化。最常见多步反应的关系式有:工业制硫酸:FeS22SO22SO32H2SO4;工业制硝酸:N22NH32HNO3。 工业生产中的有关计算还应注意以下几点: (1)物质的纯度=100%,考点四多步反应的化学计算方法关系式法(教师用书专用),(2)原料利用率(或转化率)=100% (3)产品产率=100% (4)原料转化率=原料利用率=1-原料的损失率 (5)化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率,典例4利用1 t含FeS2 80%的黄铁矿来制H2SO4,假设反应过程中由FeS2转化为SO2时,损失硫2%,由SO2氧化成SO3时,SO2的利用率只有75%,试计算1 t黄铁矿可以制得95%的硫酸多少吨?,答案1.01 t 解析设可以制得95%的硫酸的质量为x。 FeS22H2SO4 120196,180%(1-2%)75% t95%x,则120196=180%(1-2%)75% t(95%x) 解得:x=1.01 t。,4-1通过下列方法可以测定金属锡样品的纯度: (1)将试样溶于盐酸中,发生的反应为:Sn+2HCl SnCl2+H2 (2)加入过量的FeCl3溶液,发生的反应为:SnCl2+2FeCl3 SnCl4+2FeCl2 (3)用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+,发生的反应为:6FeCl2+K2Cr2O7+14HCl 6FeCl3+2KCl+2CrCl3+7H2O 现有金属锡样品1.226 g,经上述各步反应后,共用去0.100 mol/L K2Cr2O7溶液32.0 mL。 求试样中锡的质量分数(假定杂质不参加反应)。,答案93.2% 解析根据化学方程式建立关系式:3Sn3SnCl26FeCl2K2Cr2O7,据此可得n(Sn)=3n(K2Cr2O7)=30.100 mol/L0.032 0 L=0.009 60 mol,故试样中锡的纯度=100%=93.2%。,
展开阅读全文