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第五章 化工生产中的重要非金属元素
2
2门世2有
3厚
课堂建构
硫元素价态
利用
氧化
只有氧化性
←+6
H2S04
S03
Na2S04
还原
+4
H2SO3
S02
Na2S03
反应
既有氧化性
理解
又有还原性
0
不同
价态
只有还原性-2
H2S
Na2S
物质
酸
单质或氧化物
盐
间的
物质类别
转化
利用物质类别理解同种价态物质问的转化第一节 硫及其化合物
课时3 不同价态含硫物质的转化
(一)基础巩固
1.如图是硫在自然界的循环,下列说法中不正确的是( )
A.大气中的硫可能以酸雨的形式进入土壤
B.煤和石油中的硫燃烧生成三氧化硫进入大气
C.化石燃料中的硫来自形成化石燃料的生物体
D.煤和石油燃烧产生的颗粒物可能是雾霾的成因之一
答案:B
2.(2023·广东佛山)碳酸盐约占海水盐分的0.34%,一种利用海水脱硫的新工艺流程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.SO2排入大气易引起酸雨
B.海水吸收二氧化硫时可能有CO2逸出
C.处理后的海水pH增大
D.利用海水脱硫的工艺简单,投资及运行费用低
解析:SO2排入大气易引起硫酸型酸雨,原理为SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O22H2SO4,故A项正确;由于SO2溶于水后形成的H2SO3的酸性强于H2CO3,海水中含有碳酸盐,故海水中吸收二氧化硫时可能有CO2逸出,故B项正确;天然海水中由于含有碳酸盐而呈碱性,处理后的海水中碳酸盐的量减少转化成了硫酸盐,硫酸盐呈中性,故处理后海水的pH减小,故C项错误;利用海水脱硫的原理是天然海水的碱度中和烟气中的酸性气体SO2,将大气中的SO2转化为硫酸盐直接送入大海,该工艺简单,投资及运行费用低,故D项正确。
答案:C
3.(2024·广东湛江阶段练习)用NaOH溶液清洗试管壁上的硫,发生反应S+NaOHNa2SO3+Na2S+H2O(未配平),下列说法错误的是 ( )
A.生成的Na2SO3和Na2S的物质的量之比为2∶1
B.也可以用CS2清洗试管壁上的硫
C.该反应中S既作氧化剂又作还原剂
D.氧化产物是Na2SO3
解析:根据得失电子守恒配平化学方程式为3S+6NaOHNa2SO3+2Na2S+3H2O,由此可知生成的Na2SO3和Na2S的物质的量之比为1∶2,A项错误;S易溶于CS2,所以也可以用CS2清洗试管壁上的硫,B项正确;硫元素的化合价既升高又降低,故S在反应中既作氧化剂又作还原剂,C项正确;Na2SO3中硫元素的化合价是+4价,硫元素的化合价由0价升高为+4价,所以Na2SO3是氧化产物,D项正确。
答案:A
4.(2023·广东广州)硫元素的价—类二维图如图所示(G、H均为正盐)。下列有关叙述错误的是 ( )
A.F的浓溶液与B之间的反应属于氧化还原反应
B.D能使酸性KMnO4溶液褪色,体现了D的漂白性
C.存在D→C→F→D的循环转化关系
D.利用稀盐酸和BaCl2溶液可以鉴别G中的阴离子
解析:根据价—类二维图可知,B为H2S,A为硫单质,C为SO3,D为SO2,E为H2SO3,F为H2SO4,G为硫酸盐,H为亚硫酸盐。浓硫酸具有强氧化性,H2S具有还原性,两者会发生归中反应,故A项正确;SO2与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应而使酸性高锰酸钾溶液褪色,该反应中体现SO2的还原性,故B项错误;二氧化硫催化氧化生成三氧化硫,三氧化硫与水反应生成硫酸,浓硫酸能与铜反应生成二氧化硫,即存在SO2→SO3→H2SO4→SO2的循环转化关系,故C项正确;先加入稀盐酸,若无现象,则排除S、C、Ag+等离子,后加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀,则存在S,故D项正确。
答案:B
5.(2022·广东广州)某小组同学设计如下实验实现几种价态硫元素间的转化。
任务Ⅰ.从以下试剂中选择合适的试剂实现S(+6)→S(+4)的转化。
试剂:①浓硫酸 ②稀硫酸 ③酸性KMnO4溶液
④Na2SO3溶液 ⑤Cu ⑥品红溶液
(1)写出实现转化的化学方程式: 。
(2)设计实验,证明实现了该转化(写出操作和现象): 。
任务Ⅱ.实现硫元素在0、+2、+4价之间的转化。
查阅资料:+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应。
SO2Na2SO3溶液Na2S2O3X
(3)①中加入的物质是 ,该转化利用的是SO2 的性质。
(4)写出③中反应的离子方程式: 。
解析: (1)由题意知,实现该转化的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
(2)要证明实现了该转化,只需要证明产生了SO2,结合SO2的漂白性,可将反应后产生的气体通入品红溶液中,若溶液褪色,说明实现了该转化。
(3)SO2转化为Na2SO3的过程中硫元素化合价没有发生变化,完成该转化体现SO2酸性氧化物的性质,SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO3和H2O。
(4)根据题干信息,+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应,即发生歧化反应,+2价的硫元素化合价既升高又降低,结合步骤②中Na2SO3与X反应生成Na2S2O3分析,可得X中硫元素的化合价应低于+2价,则X为硫单质,③中反应的离子方程式为2H++S2S↓+SO2↑+H2O。
答案: (1)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)将产生的气体通入品红溶液中,溶液褪色
(3)NaOH溶液 酸性氧化物
(4)2H++S2S↓+SO2↑+H2O
6.物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要角度。请根据下图回答问题。
(1)Y的化学式为 ,检验Y所用的试剂是 。
(2)W的浓溶液与铜单质在加热条件下可以发生化学反应,反应的化学方程式为 。
(3)欲制备Na2S2O3,从氧化还原角度分析,合理的是 (填字母)。
A.Na2S+S B.Na2SO3+S
C.Na2SO3+Na2SO4 D.SO2+Na2SO4
(4)将X与SO2混合,可生成淡黄色固体。该反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
答案: (1)SO2 品红溶液
(2)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑
(3)B
(4)1∶2
(二)拓展提高
7.葡萄酒中常加入亚硫酸盐作为食品添加剂,为检测某葡萄酒样品中亚硫酸盐的含量(通常以酒样中SO2的量计),某研究小组设计了如下实验(已知还原性:S>I->Cl-)。
酒样气体溶液数据处理
下列说法中错误的是 ( )
A.若试剂A选择氯水,则试剂B可选择NaOH标准液
B.通入N2和煮沸的目的是将产生的气体从溶液中全部赶出
C.葡萄酒中加亚硫酸盐的主要目的是防止氧化,利用了亚硫酸盐的还原性
D.若试剂A选择碱液,调节吸收后溶液为中性,则试剂B可选择I2标
准液
解析:二氧化硫具有还原性,可以被氯水氧化为硫酸,但是氯水也可以与氢氧化钠反应,所以此时不能选择NaOH标准液,A项错误;根据分析知道,通氮气和煮沸的目的是将生成的二氧化硫从溶液中全部赶出,B项正确;S易被空气中的氧气氧化为S,葡萄酒中加亚硫酸盐的主要目的是防止葡萄酒被氧化,利用了亚硫酸盐的还原性,C项正确;若试剂A选择碱液,可以与二氧化硫反应得到亚硫酸盐或亚硫酸氢盐,该盐可以被碘单质氧化为硫酸盐,故试剂B可选择I2标准液,D项正确。
答案:A
8.某固态单质A及其化合物之间的转化关系如图所示(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4∶5,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: 。
解析:由转化关系可知,A为S ,B为SO2,C为SO3,SO2、SO3的相对分子质量之比为64∶80=4∶5,恰好与题意相符,则D为H2SO4,它是一种重要的工业原料,与题意也相符,SO2与水反应生成的E为H2SO3。(1)A为S,可与氢气反应生成硫化氢。(2)H2SO3与H2S反应生成S。(3)在加热条件下,浓硫酸可与碳发生氧化还原反应生成二氧化碳、二氧化硫和水,浓硫酸可与铜发生氧化还原反应生成硫酸铜、二氧化硫和水。
答案: (1)H2+SH2S
(2)H2SO3+2H2S3S↓+3H2O
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O[或Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,其他合理答案均可]
9.(2024·广东江门高一期中)实验室研究不同价态元素的转化,对于物质的制备和应用至关重要。实验室可以用如图所示装置研究S(+6价)→S(+4价)。
(1)装置C的作用是 。
(2)装置B用于检验装置A的气体产物,盛放的试剂为 (填字母),装置B中的现象是 。
装置D盛放的试剂为 (填字母),写出该装置中发生反应的离子方程式: 。
a.BaCl2溶液
b.KI淀粉溶液
c.FeSO4溶液
d.NaOH溶液
e.品红溶液
(3)实验结束后,发现装置A中溶液几乎为无色,且试管中有较多的白色固体,该现象体现了浓硫酸的 性。
(4)实验结束后,若要证明装置A中白色固体为无水CuSO4,需要采取的操作是 。
解析: (1)装置C的作用是防倒吸(或作安全瓶)。(2)二氧化硫具有漂白性,装置B用于检验二氧化硫,盛放的试剂为品红溶液,现象为溶液褪色,装置D中可选用NaOH溶液来吸收尾气,防止污染空气,发生反应的离子方程式为SO2+2OH-S+H2O。(3)硫酸铜溶液是蓝色的,而装置A中溶液几乎无色,且有较多白色固体,说明浓硫酸具有吸水性。
(4)若要证明装置A中白色固体为无水CuSO4,因为溶液中存在浓硫酸,所以需要采取的操作是将冷却后的装置A中物质缓缓加入适量水中并搅拌,观察溶液颜色变化。
答案: (1)防倒吸(或作安全瓶)
(2)e 溶液褪色 d SO2+2OH-S+H2O
(3)吸水
(4)将冷却后的装置A中物质缓缓加入适量水中并搅拌,观察溶液颜色变化
(三)挑战创新
10.(2023·广东广州,改编)我国早期科技丛书《物理小识·金石类》记载:“青矾厂气熏人,衣服当之易烂,栽木不茂”“青矾强热,得赤色固体,气凝即得矾油”。“青矾”是指FeSO4·7H2O,“青矾厂气”是指SO2和SO3,“矾油”是指H2SO4。某实验小组模拟古法制硫酸并进行SO2性质探究的装置如图所示。
已知:SO2熔点-75.5 ℃,沸点-10 ℃;SO3熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃。
请回答下列问题。
Ⅰ.制取硫酸。
实验开始前打开活塞K1、K2,关闭活塞K3,通入一段时间N2后,关闭活塞K1、K2,打开活塞K3,用酒精喷灯高温加热绿矾。
(1)A装置中发生反应的化学方程式为 。
(2)B装置的作用是 。
(3)该装置存在的不足之处为 。
Ⅱ.探究SO2的性质。
在C装置中先后使用同体积的蒸馏水(①已预先煮沸,②未预先煮沸),控制食用油油层厚度一致、通入SO2流速一致。两次实验分别得到如下pH-t图:
(4)C装置中覆盖食用油的目的是 。
(5)pH-t图中,②的曲线出现骤降,这是因为 (用化学方程式表示);对比分析上述两组数据,可得出的结论
是 。
解析: (1)装置A中FeSO4·7H2O高温分解生成Fe2O3、SO2、SO3和H2O。 (2)B装置中冰水共存物可使SO3和水蒸气冷凝,生成硫酸并分离出SO2。(3)该装置存在的不足之处为没有尾气吸收装置,污染空气。(4)C装置用于验证SO2与BaCl2溶液不反应,若有氧气存在,则会生成白色沉淀,C装置中覆盖食用油的目的是隔绝空气。(5)图①曲线的变化说明SO2不与BaCl2溶液反应,溶于水的SO2部分与水反应生成H2SO3;图②曲线的变化说明溶液中的O2将SO2氧化为SO3,SO3与水反应生成强酸H2SO4,两实验的变量是氧气。
答案:Ⅰ.(1)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O
(2)冷凝SO3和水蒸气制硫酸并分离出SO2
(3)没有尾气吸收装置,污染空气
Ⅱ.(4)隔绝空气,避免空气中氧气干扰后续探究实验
(5)2SO2+O2+2H2O2H2S氧气可将二氧化硫氧化
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