2024届高三化学一轮复习——硫及其化合物之间的转化学案及训练

2024届高三化学一轮复习——硫及其化合物之间的转化学案及训练

基础知识夯实

1.厘清硫元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系

2.掌握硫及其化合物之间的转化规律

(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现的。

如

②③④反应的化学方程式分别是：

②H2SO3＋2NaOH===Na2SO3＋2H2O；

③Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑；

④SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3。

(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。

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，即台阶式升降，可用下图表示：

如H2SSSO2SO3

③④⑤反应的化学方程式分别是：

③2SO2＋O22SO3；

④S＋H2H2S；

⑤2H2S＋SO2===3S＋2H2O。

注意　①同种元素相邻价态的粒子间不发生氧化还原反应，如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。

②当硫元素的高价态粒子与低价态粒子反应时，一般生成中间价态，如2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4===3Na2SO4＋3S↓＋3H2O。

3.符合ABCD转化关系的物质

(1)硫元素：S(或H2S)SO2SO3H2SO4。

(2)氮元素：N2(或NH3)NONO2HNO3。

(3)钠元素：NaNa2ONa2O2NaOH。

(4)碳元素：CCOCO2H2CO3。

强化训练

1.如图所示为硫元素的单质及其化合物的价类二维图，其X、Y、Z、W为含硫化合物，下列说法正确的是(　　)

A.实验室可用X的浓溶液与Na2SO3反应制备Y，主要是利用了X的强氧化性

B.Y与KOH反应可以生成W

C.Y和Z反应可以生成S

D.W与盐酸反应可以制取X

答案　C

解析　A.X为＋6价含硫的酸，X为硫酸，Y为＋4氧化物，为二氧化硫，实验室用亚硫酸钠固体与70%的浓硫酸反应制备SO2，反应的化学方程式为Na2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋H2O＋SO2↑，该反应为复分解反应，不属于氧化还原反应，故A错误；B.Y为＋4价氧化物，为二氧化硫，二氧化硫与氢氧化钾反应SO2＋2KOH===K2SO3＋H2O，生成＋4价的亚硫酸钾，故B错误；C.Y为＋4价氧化物，为二氧化硫，Z为－2价的氢化物为H2S，两者反应为2H2S＋SO2===3S＋2H2O，故C正确；D.盐酸、硫酸都为强酸，W为＋6价的钾盐，为K2SO4，与盐酸不反应，故D错误。

2.Na2S2O5是常用的防腐剂和漂白剂。可利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5，其流程如下：

下列说法正确的是(　　)

A.上述制备过程所涉及的物质中只有一种酸性氧化物

B.Na2S2O5作防腐剂表现氧化性

C.上述流程中的Na2CO3饱和溶液和Na2CO3固体不可互换

D.实验室模拟“结晶脱水”时用到的仪器只有蒸发皿、玻璃棒、烧杯、漏斗

答案　C

解析　题述制备过程所涉及的物质中有2种酸性氧化物——二氧化硫和二氧化碳，故A错误；Na2S2O5作防腐剂表现还原性，B错误；流程中的Na2CO3饱和溶液和Na2CO3固体不可互换，否则得不到过饱和的NaHSO3溶液，故C正确；“结晶脱水”是加热固体分解，应该在坩埚中进行，故D错误。

3.(2023·重庆南开中学月考)某兴趣小组向盛有亚硫酸钠溶液的三颈烧瓶中通入SO2制NaHSO3，再将装置A中导气管换成橡皮塞，加入锌粉和甲醛溶液，在80～90 ℃下，反应约3 h，冷却至室温，过滤，将滤液蒸发浓缩，冷却结晶，可制得次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2·HCHO·2H2O)，下列说法错误的是(　　)

A.过滤的目的是滤掉过量的锌粉

B.多孔球泡的作用是增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行

C.装置A中最好用油浴或沙浴加热

D.冷凝管的作用是冷凝回流

答案　C

解析　A中首先通入SO2制NaHSO3，然后A中加入锌粉和甲醛溶液，在80～90 ℃下，水浴加热反应约3 h，冷却至室温，过滤除去固体锌，将滤液蒸发浓缩，冷却结晶得到次硫酸氢钠甲醛。A.过滤是分离固液的操作，目的是滤掉过量的锌粉，A正确；B.多孔球泡的作用是增大气体与溶液的接触面积，加快反应速率，使反应充分进行，B正确；C.在80～90 ℃下反应约3 h，为了加热均匀且容易控制温度，装置A中最好用水浴，油浴或沙浴温度会过高，C错误；D.冷凝管的作用是冷凝回流，提高原料利用率，D正确。

4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。下图所示是硫及其部分化合物的“价类二维图”。

根据图示回答下列问题：

(1)X的化学式为________，将X与SO2混合，可生成淡黄色固体，该反应的氧化产物与还原产物的质量之比为________。

(2)过量的Fe粉与一定量W浓溶液混合加热反应，生成________(填化学式)气体。转化①可由S粉与热的W浓溶液反应实现，反应的化学方程式为_________________。

(3)欲制备Na2S2O3，从氧化还原角度分析，下列合理的是________(填字母)。

A.Na2S＋S  B.Na2SO3＋S

C.Na2SO3＋Na2SO4  D.SO2＋Na2SO3

(4)工业制硫酸中，转化②是在________(填设备名称)进行的。进行转化③时，不用水而用98.3%的浓H2SO4吸收SO3，原因是_____________________________________。

(5)NaHSO4溶液显强酸性，向NaHSO4溶液中滴入Ba(OH)2溶液，恰好使溶液呈中性，则发生反应的离子方程式为_____________________________________。

答案　(1)H2S　2∶1　(2)SO2和H2　2H2SO4(浓)＋S3SO2↑＋2H2O　(3)B　(4)接触室　SO3溶于水转化为H2SO4过程中放热，产生酸雾，会降低SO3的吸收效率　(5)2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O

解析　(1)通过硫元素的“价类二维图”可知，X为硫元素的氢化物，且硫元素的化合价为－2价，故X的化学式为H2S。将X与SO2混合，生成淡黄色固体硫，其反应的化学方程式是2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，通过化学方程式中硫元素的化合价变化可知，S既是氧化产物又是还原产物，且二者物质的量之比为2∶1，故二者的质量之比也为2∶1。(2)根据硫元素的“价类二维图”可知，W是硫酸，则过量的Fe粉与一定量浓硫酸溶液混合加热反应首先生成的气体是SO2，随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，所以后期又有H2生成。

5.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，载木不盛”“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”是指硫酸。某实验小组利用下图装置模拟古法制硫酸并进行SO2性质探究。

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)整个装置设计有一处不合理是____________________________________________。

Ⅱ.探究SO2的性质

在装置C中先后四次加入同浓度同体积不同情况的钡盐溶液，控制食用油油层厚度一致、通入SO2流速一致。四次实验现象如下表：

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，曲线①呈缓慢下降趋势，这是因为______________；

曲线②出现骤降，这是因为_______________________________________________；

对比分析上述四组数据，可得出的结论是_________________________

(回答两点即可)。

答案　(1)2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O　(2)冷凝SO3和H2O制硫酸并分离出SO2　(3)用D装置吸收SO2尾气时未采取防倒吸措施　(4)隔绝空气，避免空气中氧气干扰后续探究实验　(5)SO2溶于水并与水反应生成H2SO3，H2SO3是弱酸，电离出的少量氢离子使溶液pH下降　溶液中氧气将二氧化硫氧化生成强酸硫酸，使溶液中氢离子浓度迅速增大，溶液pH出现骤降　①SO2具有还原性能被O2或NO氧化；②O2的氧化作用比NO强；③有O2参与，可显著提高NO氧化SO2的反应速率和反应程度或O2与SO2反应的活化能低于NO与SO2反应的活化能

解析　由题干信息可知，装置A中绿矾高温条件下分解生成氧化铁、二氧化硫、三氧化硫和水，装置B中三氧化硫与水蒸气冷凝反应得到硫酸溶液，装置C用于探究二氧化硫与钡盐溶液的反应，装置D中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收未反应的二氧化硫，防止污染空气，据此分析解题。(1)由分析可知，A装置中发生反应的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O；(2)由分析可知，B装置的作用是冷凝SO3和H2O制硫酸并分离出SO2；(3)由分析可知，整个装置设计有一处不合理是用D装置吸收SO2尾气时未采取防倒吸措施，应在导管末端连接倒置漏斗或球形干燥管等用于防倒吸；(4)由分析可知，C装置中覆盖食用油的目的是隔绝空气，避免空气中氧气干扰探究二氧化硫与钡盐溶液反应的实验检测；(5)由pH－t图可知，曲线①的变化说明二氧化硫不与氯化钡溶液反应，曲线下降是因为溶于水的二氧化硫部分与水反应生成弱酸亚硫酸，亚硫酸在溶液中部分电离出氢离子，使溶液中pH减小；与实验①对比知，曲线②的变化说明溶液中氧气将二氧化硫氧化成强酸硫酸(2SO2＋O2＋2H2O===4H＋＋2SO)，再与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀和盐酸，使溶液中氢离子浓度迅速增大，溶液pH出现骤降；与实验①②对比知，曲线③的变化说明弱酸亚硫酸在溶液中部分电离出氢离子，硝酸根离子在酸性溶液中具有氧化性将二氧化硫氧化(3SO2＋2NO＋2H2O===4H＋＋3SO＋2NO)，再与硝酸钡溶液反应生成硫酸钡沉淀和硝酸，使溶液中氢离子浓度增大，溶液pH降低，但溶液的pH大于曲线②；与实验③对比知，曲线④的变化说明溶液中的弱酸亚硫酸被空气中氧气氧化成强酸硫酸，溶液中氢离子浓度大，硝酸根离子的氧化性增强，将二氧化硫迅速氧化，再与硝酸钡反应生成硫酸钡和硝酸，溶液pH出现骤降，在四组曲线中溶液的pH最小。综合四组数据可知，氧气和硝酸根离子能氧化二氧化硫，溶液中的氧气能提高硝酸根离子氧化二氧化硫的反应速率和反应程度。

6.5.(2022·潍坊模拟)亚硝酰硫酸(NOSO4H)是一种浅黄色液体，遇水易分解，溶于浓硫酸，主要用于染料、医药领域的重氮化反应。实验室用如图装置(夹持装置略)制备少量NOSO4H，并测定产品中杂质硝酸的含量。

回答下列问题：

(1)装置A中盛装Na2SO4固体的仪器名称是________，装置D最好选用____________(填字母)。

(2)装置C中浓HNO3与SO2在浓H2SO4作用下反应制得NOSO4H。

①装置C中温度过高产率降低的原因是________________________

_________________________________________________________。

②开始通SO2时，反应缓慢，待生成少量NOSO4H后，温度变化不大，但反应速率明显加快，其原因是_______________________________________。

(3)测定亚硝酰硫酸产品中杂质硝酸的含量。

称取1.400 g产品放入250 mL锥形瓶中，加入80 mL浓硫酸，用0.100 0 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定，消耗标准溶液20.00 mL。

已知：(NH4)2Fe(SO4)2可与NO生成粉红色的FeSO4·NO。

①锥形瓶中加入浓硫酸的作用是________________________________________。

②判断滴定达到终点的现象是_____________________________________________。

③亚硝酰硫酸中硝酸的含量为_______________________________。

答案　(1)蒸馏烧瓶　b　(2)①浓硝酸分解，二氧化硫逸出　②生成的NOSO4H为该反应的催化剂　(3)①作溶剂，同时作吸水剂，防止亚硝酰硫酸遇水分解　②滴入最后半滴(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液，溶液突变为粉红色，且半分钟内不恢复原色　3%

解析　装置A中Na2SO3固体与浓硫酸反应产生SO2，经过装置B干燥SO2，SO2进入C中与浓硝酸、浓硫酸反应生成亚硝酰硫酸，装置D为尾气处理装置，且由于亚硝酰硫酸遇水易分解，故装置D还需防止水蒸气进入C中，故装置D可以为盛有碱石灰的装置。(1)盛装Na2SO3固体的仪器为蒸馏烧瓶；装置D的作用是吸收尾气，同时防止水蒸气进入C中，故选择b。(2)①由于反应物浓硝酸受热易挥发、易分解，且温度高不利于SO2溶解，装置C中温度过高产率降低。②开始通入SO2时反应缓慢，生成少量NOSO4H后，温度变化不大，但反应速率明显加快，说明生成的NOSO4H对反应起催化作用。(3)①浓硫酸可将NOSO4H溶解，同时起到吸水的作用，防止加入标准溶液时NOSO4H遇水分解。②当滴定达终点时，再加入标准溶液，此时过量的Fe2＋会与反应生成的NO结合生成粉红色的FeSO4·NO。③由Fe2＋→Fe3＋失e－、HNO3→NO得3e－，根据得失电子守恒，可得关系式：3(NH4)2Fe(SO4)2～HNO3，故n(HNO3)＝

n[(NH4)2Fe(SO4)2]＝×0.100 0 mol·L－1×0.02 L＝×10－3 mol，则产品中HNO3的含量为×10－3 mol×63 g·mol－1÷1.4 g×100%＝3%。