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第五章　化工生產中的重要非金屬元素
2
2門世2有
3厚
課堂建構
硫元素價態
利用
氧化
只有氧化性
←+6
H2S04
S03
Na2S04
還原
+4
H2SO3
S02
Na2S03
反應
既有氧化性
理解
又有還原性
0
不同
價態
只有還原性-2
H2S
Na2S
物質
酸
單質或氧化物
鹽
間的
物質類別
轉化
利用物質類別理解同種價態物質問的轉化第一節　硫及其化合物
課時3　不同價態含硫物質的轉化
(一)基礎鞏固
1.如圖是硫在自然界的循環,下列說法中不正確的是(　　)
A.大氣中的硫可能以酸雨的形式進入土壤
B.煤和石油中的硫燃燒生成三氧化硫進入大氣
C.化石燃料中的硫來自形成化石燃料的生物體
D.煤和石油燃燒產生的顆粒物可能是霧霾的成因之一
答案:B
2.(2023·廣東佛山)碳酸鹽約占海水鹽分的0.34%,一種利用海水脫硫的新工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.SO2排入大氣易引起酸雨
B.海水吸收二氧化硫時可能有CO2逸出
C.處理后的海水pH增大
D.利用海水脫硫的工藝簡單,投資及運行費用低
解析:SO2排入大氣易引起硫酸型酸雨,原理為SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O22H2SO4,故A項正確;由于SO2溶于水后形成的H2SO3的酸性強于H2CO3,海水中含有碳酸鹽,故海水中吸收二氧化硫時可能有CO2逸出,故B項正確;天然海水中由于含有碳酸鹽而呈堿性,處理后的海水中碳酸鹽的量減少轉化成了硫酸鹽,硫酸鹽呈中性,故處理后海水的pH減小,故C項錯誤;利用海水脫硫的原理是天然海水的堿度中和煙氣中的酸性氣體SO2,將大氣中的SO2轉化為硫酸鹽直接送入大海,該工藝簡單,投資及運行費用低,故D項正確。
答案:C
3.(2024·廣東湛江階段練習)用NaOH溶液清洗試管壁上的硫,發生反應S+NaOHNa2SO3+Na2S+H2O(未配平),下列說法錯誤的是 (　　)
A.生成的Na2SO3和Na2S的物質的量之比為2∶1
B.也可以用CS2清洗試管壁上的硫
C.該反應中S既作氧化劑又作還原劑
D.氧化產物是Na2SO3
解析:根據得失電子守恒配平化學方程式為3S+6NaOHNa2SO3+2Na2S+3H2O,由此可知生成的Na2SO3和Na2S的物質的量之比為1∶2,A項錯誤;S易溶于CS2,所以也可以用CS2清洗試管壁上的硫,B項正確;硫元素的化合價既升高又降低,故S在反應中既作氧化劑又作還原劑,C項正確;Na2SO3中硫元素的化合價是+4價,硫元素的化合價由0價升高為+4價,所以Na2SO3是氧化產物,D項正確。
答案:A
4.(2023·廣東廣州)硫元素的價—類二維圖如圖所示(G、H均為正鹽)。下列有關敘述錯誤的是 (　　)
A.F的濃溶液與B之間的反應屬于氧化還原反應
B.D能使酸性KMnO4溶液褪色,體現了D的漂白性
C.存在D→C→F→D的循環轉化關系
D.利用稀鹽酸和BaCl2溶液可以鑒別G中的陰離子
解析:根據價—類二維圖可知,B為H2S,A為硫單質,C為SO3,D為SO2,E為H2SO3,F為H2SO4,G為硫酸鹽,H為亞硫酸鹽。濃硫酸具有強氧化性,H2S具有還原性,兩者會發生歸中反應,故A項正確;SO2與酸性KMnO4溶液發生氧化還原反應而使酸性高錳酸鉀溶液褪色,該反應中體現SO2的還原性,故B項錯誤;二氧化硫催化氧化生成三氧化硫,三氧化硫與水反應生成硫酸,濃硫酸能與銅反應生成二氧化硫,即存在SO2→SO3→H2SO4→SO2的循環轉化關系,故C項正確;先加入稀鹽酸,若無現象,則排除S、C、Ag+等離子,后加入BaCl2溶液,若產生白色沉淀,則存在S,故D項正確。
答案:B
5.(2022·廣東廣州)某小組同學設計如下實驗實現幾種價態硫元素間的轉化。
任務Ⅰ.從以下試劑中選擇合適的試劑實現S(+6)→S(+4)的轉化。
試劑:①濃硫酸　②稀硫酸　③酸性KMnO4溶液
④Na2SO3溶液　⑤Cu　⑥品紅溶液
(1)寫出實現轉化的化學方程式: 　 。　　　　　　
(2)設計實驗,證明實現了該轉化(寫出操作和現象): 　 。
任務Ⅱ.實現硫元素在0、+2、+4價之間的轉化。
查閱資料:+2價硫元素在酸性條件下不穩定,自身易發生氧化還原反應。
SO2Na2SO3溶液Na2S2O3X
(3)①中加入的物質是　　　　　　,該轉化利用的是SO2　　　　　　的性質。
(4)寫出③中反應的離子方程式: 　　　　　　　　　　　　。
解析: (1)由題意知,實現該轉化的化學方程式為Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O。
(2)要證明實現了該轉化,只需要證明產生了SO2,結合SO2的漂白性,可將反應后產生的氣體通入品紅溶液中,若溶液褪色,說明實現了該轉化。
(3)SO2轉化為Na2SO3的過程中硫元素化合價沒有發生變化,完成該轉化體現SO2酸性氧化物的性質,SO2與NaOH溶液反應生成Na2SO3和H2O。
(4)根據題干信息,+2價硫元素在酸性條件下不穩定,自身易發生氧化還原反應,即發生歧化反應,+2價的硫元素化合價既升高又降低,結合步驟②中Na2SO3與X反應生成Na2S2O3分析,可得X中硫元素的化合價應低于+2價,則X為硫單質,③中反應的離子方程式為2H++S2S↓+SO2↑+H2O。
答案: (1)Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)將產生的氣體通入品紅溶液中,溶液褪色
(3)NaOH溶液　酸性氧化物
(4)2H++S2S↓+SO2↑+H2O
6.物質的類別和核心元素的化合價是研究物質性質的兩個重要角度。請根據下圖回答問題。
(1)Y的化學式為　　　　,檢驗Y所用的試劑是　　　　。
(2)W的濃溶液與銅單質在加熱條件下可以發生化學反應,反應的化學方程式為 　 。
(3)欲制備Na2S2O3,從氧化還原角度分析,合理的是　　　　(填字母)。
A.Na2S+S　　　　　　　B.Na2SO3+S
C.Na2SO3+Na2SO4 D.SO2+Na2SO4
(4)將X與SO2混合,可生成淡黃色固體。該反應的氧化劑與還原劑的物質的量之比為　　　　。
答案: (1)SO2　品紅溶液
(2)Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+2H2O+SO2↑
(3)B
(4)1∶2
(二)拓展提高
7.葡萄酒中常加入亞硫酸鹽作為食品添加劑,為檢測某葡萄酒樣品中亞硫酸鹽的含量(通常以酒樣中SO2的量計),某研究小組設計了如下實驗(已知還原性:S>I->Cl-)。
酒樣氣體溶液數據處理
下列說法中錯誤的是 (　　)
A.若試劑A選擇氯水,則試劑B可選擇NaOH標準液
B.通入N2和煮沸的目的是將產生的氣體從溶液中全部趕出
C.葡萄酒中加亞硫酸鹽的主要目的是防止氧化,利用了亞硫酸鹽的還原性
D.若試劑A選擇堿液,調節吸收后溶液為中性,則試劑B可選擇I2標
準液
解析:二氧化硫具有還原性,可以被氯水氧化為硫酸,但是氯水也可以與氫氧化鈉反應,所以此時不能選擇NaOH標準液,A項錯誤;根據分析知道,通氮氣和煮沸的目的是將生成的二氧化硫從溶液中全部趕出,B項正確;S易被空氣中的氧氣氧化為S,葡萄酒中加亞硫酸鹽的主要目的是防止葡萄酒被氧化,利用了亞硫酸鹽的還原性,C項正確;若試劑A選擇堿液,可以與二氧化硫反應得到亞硫酸鹽或亞硫酸氫鹽,該鹽可以被碘單質氧化為硫酸鹽,故試劑B可選擇I2標準液,D項正確。
答案:A
8.某固態單質A及其化合物之間的轉化關系如圖所示(某些產物和反應條件已略去)。化合物B在常溫常壓下為氣體,B和C的相對
分子質量之比為4∶5,化合物D是重要的工業原料。
(1)寫出A在加熱條件下與H2反應的化學方程式:　 。
(2)寫出E與A的氫化物反應生成A的化學方程式: 　 。
(3)寫出一個由D生成B的化學方程式: 　 。
解析:由轉化關系可知,A為S ,B為SO2,C為SO3,SO2、SO3的相對分子質量之比為64∶80=4∶5,恰好與題意相符,則D為H2SO4,它是一種重要的工業原料,與題意也相符,SO2與水反應生成的E為H2SO3。(1)A為S,可與氫氣反應生成硫化氫。(2)H2SO3與H2S反應生成S。(3)在加熱條件下,濃硫酸可與碳發生氧化還原反應生成二氧化碳、二氧化硫和水,濃硫酸可與銅發生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水。
答案: (1)H2+SH2S
(2)H2SO3+2H2S3S↓+3H2O
(3)C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O[或Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O,其他合理答案均可]
9.(2024·廣東江門高一期中)實驗室研究不同價態元素的轉化,對于物質的制備和應用至關重要。實驗室可以用如圖所示裝置研究S(+6價)→S(+4價)。
(1)裝置C的作用是　 。
(2)裝置B用于檢驗裝置A的氣體產物,盛放的試劑為　　　　(填字母),裝置B中的現象是　 。
裝置D盛放的試劑為　　　　(填字母),寫出該裝置中發生反應的離子方程式:　 　 。
a.BaCl2溶液
b.KI淀粉溶液
c.FeSO4溶液
d.NaOH溶液
e.品紅溶液
(3)實驗結束后,發現裝置A中溶液幾乎為無色,且試管中有較多的白色固體,該現象體現了濃硫酸的　　　　性。
(4)實驗結束后,若要證明裝置A中白色固體為無水CuSO4,需要采取的操作是 　 。
解析: (1)裝置C的作用是防倒吸(或作安全瓶)。(2)二氧化硫具有漂白性,裝置B用于檢驗二氧化硫,盛放的試劑為品紅溶液,現象為溶液褪色,裝置D中可選用NaOH溶液來吸收尾氣,防止污染空氣,發生反應的離子方程式為SO2+2OH-S+H2O。(3)硫酸銅溶液是藍色的,而裝置A中溶液幾乎無色,且有較多白色固體,說明濃硫酸具有吸水性。
(4)若要證明裝置A中白色固體為無水CuSO4,因為溶液中存在濃硫酸,所以需要采取的操作是將冷卻后的裝置A中物質緩緩加入適量水中并攪拌,觀察溶液顏色變化。
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)將冷卻后的裝置A中物質緩緩加入適量水中并攪拌,觀察溶液顏色變化
(三)挑戰創新
10.(2023·廣東廣州,改編)我國早期科技叢書《物理小識·金石類》記載:“青礬廠氣熏人,衣服當之易爛,栽木不茂”“青礬強熱,得赤色固體,氣凝即得礬油”。“青礬”是指FeSO4·7H2O,“青礬廠氣”是指SO2和SO3,“礬油”是指H2SO4。某實驗小組模擬古法制硫酸并進行SO2性質探究的裝置如圖所示。
已知:SO2熔點-75.5 ℃,沸點-10 ℃;SO3熔點16.8 ℃,沸點44.8 ℃。
請回答下列問題。
Ⅰ.制取硫酸。
實驗開始前打開活塞K1、K2,關閉活塞K3,通入一段時間N2后,關閉活塞K1、K2,打開活塞K3,用酒精噴燈高溫加熱綠礬。
(1)A裝置中發生反應的化學方程式為 　 。
(2)B裝置的作用是 　 。
(3)該裝置存在的不足之處為 　　　　　　　　　。
Ⅱ.探究SO2的性質。
在C裝置中先后使用同體積的蒸餾水(①已預先煮沸,②未預先煮沸),控制食用油油層厚度一致、通入SO2流速一致。兩次實驗分別得到如下pH-t圖:
(4)C裝置中覆蓋食用油的目的是 　 。
(5)pH-t圖中,②的曲線出現驟降,這是因為　　　　　　　　　　　　　(用化學方程式表示);對比分析上述兩組數據,可得出的結論
是　 。
解析: (1)裝置A中FeSO4·7H2O高溫分解生成Fe2O3、SO2、SO3和H2O。 (2)B裝置中冰水共存物可使SO3和水蒸氣冷凝,生成硫酸并分離出SO2。(3)該裝置存在的不足之處為沒有尾氣吸收裝置,污染空氣。(4)C裝置用于驗證SO2與BaCl2溶液不反應,若有氧氣存在,則會生成白色沉淀,C裝置中覆蓋食用油的目的是隔絕空氣。(5)圖①曲線的變化說明SO2不與BaCl2溶液反應,溶于水的SO2部分與水反應生成H2SO3;圖②曲線的變化說明溶液中的O2將SO2氧化為SO3,SO3與水反應生成強酸H2SO4,兩實驗的變量是氧氣。
答案:Ⅰ.(1)2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O
(2)冷凝SO3和水蒸氣制硫酸并分離出SO2
(3)沒有尾氣吸收裝置,污染空氣
Ⅱ.(4)隔絕空氣,避免空氣中氧氣干擾后續探究實驗
(5)2SO2+O2+2H2O2H2S氧氣可將二氧化硫氧化
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