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人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元 第3节 硫及其重要化合物 课件
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这是一份人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元 第3节 硫及其重要化合物 课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，FeS2，CuFeS2，3化学性质，又恢复红色，关键能力考向突破，答案B，浓硫酸，玻璃棒，浓硫酸的特性等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.硫(1)自然界中硫元素的存在。①游离态:存在于火山口附近或地壳的岩层中。
CaSO4·2H2O
(2)硫的物理性质。
微点拨 (1)单质硫燃烧时,产物只能是SO2,无论O2的量是否充足,均不会生成SO3。(2)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(Hg+S==HgS)。(3)实验室中,残留在试管内壁上的硫可用CS2溶解除去,也可用热的NaOH溶液除去。
2.二氧化硫(1)物理性质。
(2)化学性质。SO2是一种酸性氧化物,由于SO2中硫元素为+4价,属于中间价态,所以SO2既有还原性又有氧化性。
微点拨 (1)SO2使品红溶液褪色表现的是SO2的漂白性,加热后溶液颜色复原;SO2使酸性高锰酸钾溶液、溴水、氯水、碘水褪色表现的是SO2的还原性,加热后溶液颜色不复原。(2)SO2不能漂白酸碱指示剂,SO2只能使紫色石蕊溶液变红,但不能使之褪色。
(3)二氧化硫的实验室制法。①写出亚硫酸钠固体与硫酸反应制取SO2的化学方程式: 。 ②写出铜与浓硫酸反应制取SO2的化学方程式: 。
Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
3.三氧化硫(SO3)(1)物理性质。熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为 体,在标准状况下为 体。 (2)化学性质。
SO3+H2O==H2SO4
CaO+SO3==CaSO4
2NaOH+SO3==Na2SO4+H2O
4.硫的氧化物的污染与治理
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)硫在空气中燃烧生成SO2而在纯氧中燃烧生成SO3。( )(2)硫和氯气分别与铁反应后铁元素的价态相同。( )(3)SO2和Cl2等物质的量混合后通入装有湿润的有色布条的集气瓶中,漂白效果更好。( )(4)二氧化硫作纸浆漂白剂的过程中没有发生化学变化。( )(5)因为SO2具有漂白性,所以它能使品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、石蕊溶液褪色。( )(6)SO2气体通入BaCl2溶液产生白色沉淀BaSO3。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2.(2020全国联考)为更有效地处理工业废气中的SO2,减少大气污染,科学家们不断地对相关反应进行研究。(1)按每年全国发电燃煤8亿吨,煤中硫的质量分数以2%计,若不经过脱硫处理,则会有 亿吨SO2排放到大气中(假设S全部转化为SO2)。 (2)下列物质中,不能吸收SO2的是 (填标号)。 a.氨水b.酸性KMnO4溶液c.生石灰d.NaCl溶液
(3)某工厂采用(NH4)2SO3溶液吸收废气中的SO2及用NH4HSO3和NH4HCO3制备(NH4)2SO3·H2O的过程如图所示:
①“吸收”过程中,溶液中(NH4)2SO3和NH4HSO3的物质的量之比变 (填“大”或“小”)。 ②“制备”过程中,溶液B中发生反应的化学方程式是 。 ③检验产品(NH4)2SO3·H2O中含有少量S 的方法为取少量产品加水溶解, (将实验操作和现象补充完整)。
答案 (1)0.32 (2)d(3)①小 ②NH4HCO3+NH4HSO3== (NH4)2SO3·H2O↓+CO2↑ ③先加过量盐酸,充分振荡,再加氯化钡溶液,有白色沉淀产生
考向1 硫及其化合物的性质【典例1】 (2020辽宁抚顺一中期中)1912年E.Beckmann用冰点降低法获得了黄色的正交α-硫元素的一种同素异形体S8分子。1891年,首次制得了一种菱形的ε-硫,后来证明含有S6分子。下列说法正确的是( )A.S6和S8分子分别与铜粉反应,所得产物可能均为CuSB.推测Na2S8可能是一种复合分子材料C.S6和S8分子分别与过量的氧气反应可以得到SO3D.等质量的S6和S8分子分别与足量的KOH反应,消耗KOH的物质的量相同
答案 D 解析 S6和S8是硫元素的不同单质,化学性质相似,因此它们分别与铜粉反应,所得产物相同均为Cu2S,A项错误;Na2S8不是复合分子材料,B项错误;不管氧气过量还是少量,S6和S8分子分别与氧气反应得到的都是SO2,C项错误;等质量的S6和S8分子,其硫原子的物质的量相同,因此它们分别与足量的KOH反应,消耗KOH的物质的量相同,故D项正确。
归纳总结 常见的能用于漂白的物质的比较
对点演练1(2020山东模拟)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,常用于纺织工业、食品漂白等领域。某种Na2S2O4的生产工艺流程如图所示:
若在实验室模拟该工艺流程,下列说法错误的是( )A.将锌粉投入水中形成悬浮液主要是为了加快反应速率B.向Na2S2O4溶液中加NaCl溶液或固体对Na2S2O4的产率无明显影响C.洗涤Na2S2O4·2H2O时用冰水效果好于常温蒸馏水D.该流程中涉及化合反应、分解反应、复分解反应,也涉及氧化还原反应
解析 由流程图可知,锌粉与二氧化硫反应生成ZnS2O4,向ZnS2O4溶液中加入氢氧化钠溶液,两者反应生成氢氧化锌沉淀和Na2S2O4,过滤后,向Na2S2O4溶液中加入NaCl固体降低Na2S2O4溶解度,析出Na2S2O4·2H2O晶体,过滤后,加热Na2S2O4·2H2O晶体脱去结晶水生成Na2S2O4。将锌粉投入水中形成悬浮液可增大与二氧化硫的接触面积,加快反应速率,故A正确;加NaCl固体和冷却搅拌都有利于溶解平衡逆向移动,可析出更多的Na2S2O4·2H2O,故B错误;用冰水洗涤可减少Na2S2O4·2H2O的损失,故C正确;锌粉与二氧化硫的反应是化合反应,反应中元素有化合价变化,也是氧化还原反应,ZnS2O4溶液与NaOH溶液的反应是复分解反应,加热Na2S2O4·2H2O的反应是分解反应,故D正确。
考向2 SO2与CO2的性质比较【典例2】 (2020江苏徐州调研)如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解析 检验二氧化硫用品红溶液,吸收二氧化硫用酸性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KMnO4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。
方法技巧 检验SO2和CO2同时存在的一般流程SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊,检验二者同时存在的一般流程如下:
对点演练2下列可用来区别SO2和CO2气体的是( )①澄清石灰水 ②氢硫酸 ③氯水 ④酸性高锰酸钾溶液 ⑤氯化钡溶液 ⑥品红溶液A.①④⑤⑥B.②③④⑤C.①②③⑥D.②③④⑥
答案 D 解析 只要与二氧化碳和二氧化硫气体反应现象不同,即可区别二氧化碳和二氧化硫。二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,不可以用澄清石灰水鉴别。氢硫酸与二氧化硫反应生成硫和水,氢硫酸与二氧化碳不反应。二氧化硫具有还原性,能使氯水和酸性高锰酸钾溶液褪色,二氧化碳不能。亚硫酸和碳酸的酸性均弱于盐酸,二氧化硫和二氧化碳与氯化钡溶液都不反应。二氧化硫能使品红溶液褪色,二氧化碳不能。
深度指津 鉴别SO2和CO2的方法
知识梳理1.浓硫酸的物理性质浓硫酸难挥发,密度比水大,与水以任意比互溶,溶于水时放出大量的 ,稀释浓硫酸的方法是将 沿容器内壁慢慢注入水中,并用 不断搅拌。
2.稀硫酸的化学性质稀硫酸具有酸的通性,写出稀硫酸与下列物质反应的离子方程式:(1)Fe: ; (2)MgO: ; (3)Ba(OH)2: ; (4)Na2SO3: ; (5)BaCl2: 。
Fe+2H+==Fe2++H2↑
MgO+2H+==Mg2++H2O
微点拨 ①H2SO4是高沸点、难挥发性的强酸,利用这一性质可以制取HCl和HF:H2SO4(浓)+NaCl NaHSO4+HCl↑,CaF2+H2SO4(浓) ==CaSO4+2HF↑。②由“量变”引起的“质变”:金属(如Cu、Zn等)与浓硫酸反应时,开始阶段产生SO2气体,随着反应的进行,H2SO4的浓度变小,最后变为稀硫酸,Cu与稀硫酸不反应,Zn与稀硫酸反应生成H2而不是SO2。③浓硫酸与金属反应时体现了浓硫酸的氧化性和酸性,而与碳等非金属反应时只体现了浓硫酸的氧化性。
4.硫酸的工业制备(1)工艺流程。
[注意]工业上用98.3%的硫酸吸收SO3,可以避免用水吸收SO3产生的酸雾腐蚀设备,并且可以提高吸收率。
(2)反应原理。①燃烧黄铁矿(FeS2)或硫制备SO2: 或S+O2 SO2。 ②SO2转化为SO3: 。 ③吸收SO3生成H2SO4: 。
4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2 2SO3
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下铁与浓硫酸一定没有发生化学反应。( )(2)浓硫酸溅到皮肤上时立即用稀NaOH溶液冲洗。( )(3)浓硫酸滴入蔗糖固体中蔗糖变黑,将产生的气体通入溴水,溴水褪色,说明浓硫酸具有脱水性、氧化性。( )(4)可用浓硫酸除去HCl中的H2O(g)。( )(5)在未知溶液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀,加稀硝酸,沉淀不溶解,说明该未知液中存在 ( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.(2020福建泉州五中月考)浓硫酸具有:①难挥发性(高沸点);②酸性;③强氧化性;④吸水性;⑤脱水性。下列各项分别表现浓硫酸的什么性质,请将序号填于空白处:(1)浓硫酸与食盐共热,浓硫酸表现的性质为 。 (2)浓硫酸与铜共热,化学方程式为 ,浓硫酸表现的性质是 。 (3)浓硫酸与红热的木炭反应,化学方程式为 ,浓硫酸表现的性质是 。
(4)可用浓硫酸干燥H2、CO2、HCl等气体,浓硫酸表现的性质为 。 (5)蔗糖中倒入浓硫酸,蔗糖变黑,体积膨胀,且有刺激性气味的气体产生,浓硫酸表现的性质是 。
答案 (1)①② (2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O ②③ (3)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O ③(4)④ (5)③⑤
考向1 硫酸的性质【典例1】 某实验小组探究浓硫酸和铜的反应,下列装置或操作正确的是( )
A.用装置甲进行铜和浓硫酸的反应B.用装置乙收集二氧化硫并吸收尾气C.用装置丙稀释反应后的混合液D.用装置丁测定余酸的浓度
答案 C 解析 铜与浓硫酸需要在加热条件下才能反应,A错误;二氧化硫的密度比空气的大,应使用向上排空气法收集,即气体“长进短出”,B错误;反应后的混合液中含有过量的浓硫酸,稀释时,应将其沿烧杯内壁慢慢倒入水中,且用玻璃棒不断搅拌,C正确;应使用碱式滴定管(带胶管)量取氢氧化钠溶液,D错误。
对点演练1(2020安徽怀宁中学月考)浓硫酸分别和三种钠盐反应的实验现象如下图所示,下列分析正确的是( )
A.对比①和②可以说明还原性Br->Cl-B.①和③相比说明氧化性Br2>SO2C.②中试管口白雾是HCl遇水蒸气所致,说明酸性H2SO4>HClD.③中浓硫酸被还原成SO2
答案 A 解析 反应①出现红棕色气体,说明产生Br2(g),Br-被氧化,反应②管口出现白雾,白雾是HCl的小液滴,Cl-没有被氧化,说明Br-的还原性强于Cl-,故A正确;反应③产生的气体为SO2,反应③发生的化学方程式为Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O,该反应不属于氧化还原反应,不能说明Br2的氧化性强于SO2,但能说明Br-的还原性强于SO2,故B错误;浓硫酸沸点高,HCl易挥发,反应②利用高沸点酸制取低沸点酸这一原理,与酸性强弱无关,故C错误;反应③化学方程式为Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O,该反应不属于氧化还原反应,故D错误。
深度指津 1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别与应用(1)吸水性。浓硫酸具有吸收水(如气体中、液体中的水分子,以及固体中的结晶水等)的性能,吸水性是浓硫酸的物理性质。因此浓硫酸可作为吸水剂或干燥剂。①浓硫酸能干燥三类气体:中性气体,如H2、O2、N2、CO、NO、CH4等;某些酸性气体,如SO2、CO2、HCl、HF等;某些氧化性气体,如F2、Cl2等。②浓硫酸不能干燥两类气体:碱性气体,如氨气(NH3);还原性气体,如HBr、HI、H2S等。
(2)脱水性。浓硫酸可将许多有机化合物中的氢、氧元素按水的组成比脱去。脱水性是浓硫酸的化学性质。如:
C12H22O11 12C+11H2OHCOOH CO↑+H2O。
2.鉴别稀硫酸和浓硫酸的方法方法一:取少量蒸馏水,向其中加入少量试样,如能放出大量热的则为浓硫酸,无明显变化的则为稀硫酸。方法二:观察状态,浓硫酸为黏稠状液体,而稀硫酸为黏稠度较小的溶液。方法三:取等体积的两份物质置于小烧杯中用手掂掂,因为浓硫酸的密度较大,相同体积的浓硫酸和稀硫酸比较,浓硫酸的质量大得多,感觉较重。
方法四:取少量试样,向其中投入铁片,若产生大量气体则为稀硫酸(Fe+2H+==Fe2++H2↑),若无明显现象(钝化),则为浓硫酸。方法五:用玻璃棒蘸取试样在纸上写字,立即变黑(浓硫酸的脱水性)者为浓硫酸,否则为稀硫酸。方法六:取少量试样,分别向其中投入一小块铜片,稍加热发生反应的(有气泡产生)为浓硫酸(浓硫酸表现强氧化性和酸性),无变化的是稀硫酸。
【典例2】 (2020广东广州重点中学联考)在某溶液中加入BaCl2溶液,生成白色沉淀,加入稀硝酸,沉淀不溶解,则下列关于该溶液所含离子的推断中正确的是( )
对点演练2(2020吉林长春实验中学期中)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是一种食品添加剂,实验室用如图所示装置制备Na2S2O5,实验步骤如下:
(1)原料气(SO2)的制备①装置A中盛装药品之前需要进行的操作是 ;装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,其中的试剂最好选用 (填字母)。 a.蒸馏水 b.饱和Na2SO3溶液c.饱和NaHSO3溶液d.饱和Na2CO3溶液②B瓶中长颈漏斗的作用是 。 ③D中盛放溶液的溶质的化学名称是 。
(2)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的制备
①Na2S2O5溶于水且与水能反应,所得溶液显酸性,其原因是 ,步骤Ⅲ中测定溶液的pH的方法是 ;pH>4.1时,则产品中会有副产物,其化学式是 。 ②结晶脱水生成产品的化学方程式为 。
答案 (1)①检查装置的气密性 C ②平衡气压,防止装置发生堵塞 ③氢氧化钠(或其他合理答案)(2)①Na2S2O5与水反应生成NaHSO3,NaHSO3在水中电离程度大于水解程度,使溶液显酸性 用pH计测定或精密pH试纸测定 Na2SO3 ②2NaHSO3==Na2S2O5+H2O
解析 装置A中浓硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫,装置B可以平衡压强,同时通过观察气泡产生速率来控制反应速率,则SO2在装置B液体中的溶解度应较小,然后将二氧化硫通入碳酸钠溶液中制取Na2S2O5晶体,二氧化硫会污染空气,可以在装置D中盛放NaOH溶液吸收尾气。(1)①加入药品前要先检查装置的气密性。装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,所选试剂应不与SO2反应,且SO2在其中的溶解度较小。a.SO2易溶于水,故B中试剂不能为蒸馏水,错误;b.SO2能和Na2SO3溶液反应,生成NaHSO3,故B中试剂不能为饱和Na2SO3溶液,错误;c.SO2不与NaHSO3溶液反应,在饱和NaHSO3溶液中溶解度较小,故B中试剂可以为饱和NaHSO3溶液,正确;d.SO2能和饱和Na2CO3溶液反应,故B中试剂不能为饱和Na2CO3溶液,错误。
②B中长颈漏斗与外界相通,起平衡气压,防止装置发生堵塞的作用。③SO2有毒,直接排放会污染环境,装置D中盛有氢氧化钠溶液可以吸收SO2,防止污染环境。(2)①Na2S2O5与水反应生成NaHSO3,NaHSO3在水中电离程度大于水解程度,使溶液显酸性;步骤Ⅲ中测定溶液的pH精确度为0.1,不能选用pH试纸,应选用pH计或精密pH试纸测定;在Na2CO3溶液中通入SO2至pH为4.1时,反应生成NaHSO3溶液。若pH>4.1时,溶液中会出现亚硫酸钠,即产品中会有副产物Na2SO3。②结晶脱水时,饱和亚硫酸氢钠生成焦亚硫酸钠和水,化学反应方程式为2NaHSO3==Na2S2O5+H2O。
知识梳理1.理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、盐之间的反应实现的。
②③④反应的化学方程式分别为:② ; ③ ; ④ 。
H2SO3+2NaOH==Na2SO3+2H2O
Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑
SO2+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
③④⑤反应的化学方程式分别为:③ ; ④ ; ⑤ 。
2SO2+O2 2SO3
S+H2 H2S
SO2+2H2S==3S+2H2O
(3)含硫物质的连续氧化。
微点拨 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.【实验活动】不同价态含硫物质的转化【实验目的】(1)通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。(2)应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。【实验用品】试管、托盘天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、石棉网(或陶土网)、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、H2SO3溶液、品红溶液
【问题和讨论】(1)在上述实验中,含硫物质中硫元素的价态发生了怎样的变化?
提示 实验1中,在Na2S和H2SO3的反应中,Na2S中硫元素的化合价由-2价变为0价,H2SO3中硫元素的化合价由+4价变为0价;在Na2S和酸性KMnO4溶液的反应中,硫元素的化合价由-2价变为0价。实验2中,浓硫酸中硫元素的化合价由+6价变为+4价。实验3中,硫元素的化合价由0价变为-2价。
(2)铁粉和硫粉在空气中混合燃烧,可能发生哪些化学反应?(3)在实验过程中可能会遇到哪些问题?该如何解决?
提示 可能发生铁和氧气、铁和硫、硫和氧气的反应。
提示 在实验1中可能遇到实验现象不明显,在操作中要注意充分摇动。在实验2中反应可能过于剧烈,要注意控制加热温度。在实验3中可能出现反应不能进行,要把玻璃棒加热到红热状态。
自我诊断1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)在表面皿中加入少量胆矾,再加入3 mL浓硫酸,搅拌,固体由蓝色变白色。( ) (2)向二氧化硫水溶液中滴加氯化钡溶液,再滴加双氧水,产生白色沉淀。( )(3)硫元素在自然界的存在形式有硫单质、硫化物和硫酸盐等。( )(4)接触法制硫酸的硫元素主要来源于硫黄或含硫矿石。( )(5)稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜。( )
(7)向久置的Na2SO3溶液中加入足量BaCl2溶液,出现白色沉淀;再加入足量稀盐酸,部分沉淀溶解,则部分Na2SO3被氧化。( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√
2.硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248 g· ml -1)可用作定影剂、还原剂。回答下列问题:已知:Ksp(BaSO4)=1.1×1 ,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
答案 ③加入过量稀盐酸 ④出现黄色浑浊 ⑤(吸)取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀
考向 硫及其化合物的相互转化及应用【典例】 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。请根据下图所示,回答下列问题:
(1)X的化学式为 ,Y的化学式为 。 (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+SC.Na2SO3+Na2SO4 D.SO2+Na2SO4(4)将X与SO2混合,可生成淡黄色固体,该反应的氧化产物与还原产物的质量之比为 。
答案 (1)H2S SO2(2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(3)B (4)2∶1
解析 (2)W的浓溶液是浓硫酸,浓硫酸与铜单质在加热条件下发生反应Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O。(3)Na2S2O3中硫元素的化合价是+2价,从氧化还原的角度分析,反应物中硫元素的化合价必须有大于+2价的,也有小于+2价的,A中硫元素的化合价都小于2,C、D中硫的化合价都大于2,故B符合题意。(4)X为H2S,H2S与SO2混合可生成淡黄色固体:2H2S+SO2==3S+2H2O,H2S是还原剂,二氧化硫是氧化剂,则该反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,所以该反应的氧化产物与还原产物的质量之比为2∶1。
对点演练(2020内蒙古巴彦淖尔临河区第三中学月考)雾霾和光化学烟雾等大气污染严重影响了人们的生活和健康,治理污染气体(NO2、NO、SO2等)保护环境,有利于实现可持续发展。(1)烟气中的SO2经过下列转化可以得到化工产品A。
产品A的化学式为 ,上述转化过程中可循环使用的物质是 。
(2)实验室里研究不同价态硫元素之间的转化
a.A中发生反应的化学方程式为 。 b.B中的现象是 。 c.C中的现象是 ,Na2S在反应中作 剂。
答案 (1)CaSO4 NaOH(2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 品红溶液褪色 有淡黄色沉淀生成 还原
解析 (1)烟气中的SO2与NaOH溶液发生反应:SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O,Na2SO3与Ca(OH)2发生反应:Na2SO3+Ca(OH)2==CaSO3↓+2NaOH;CaSO3具有还原性,会被氧气氧化产生CaSO4,反应的化学方程式是2CaSO3+O2==2CaSO4,可见产品A的化学式为CaSO4,上述转化过程中可循环使用的物质是NaOH。(2)该实验的目的是研究不同价态硫元素之间的转化;A为SO2的发生装置,B为检验SO2的装置,C中Na2S和SO2发生氧化还原反应生成S沉淀,D中SO2和Cl2以及水反应生成H2SO4,E是吸收多余SO2的装置。a.A中Cu和浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O;b.B为检验SO2的装置,现象是品红溶液褪色;c.C中,Na2S和SO2发生反应:2Na2S+SO2+2H2O==3S↓+4NaOH,故可观察到有淡黄色沉淀生成,该反应中,Na2S中S的化合价由-2价升高为0价,故Na2S作还原剂。
知识梳理1.环境污染(1)环境问题。主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境的破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。(2)“三废”:主要是指废气、废水和废渣。(3)大气污染物的来源。化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。
微点拨 常见环境污染问题
2.环境保护的措施(1)工业废气携带颗粒物的回收利用。(2)工业、生活污水经处理达标后排放,限制使用含氮、磷洗涤剂。(3)限制难降解塑料制品的使用,回收可利用的废旧塑料制品,研制 塑料。
3.酸雨的形成及SO2对大气的污染与防治(1)酸雨的形成过程:
(2)SO2对大气的污染与防治:
4.绿色化学(1)核心思想。绿色化学的核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法,利用化学原理和技术手段,减少和消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质,实现从 环境污染。绿色化学又称为环境友好化学。
(2)特征。①采用无毒、无害的原料;②在无毒、无害条件(包括催化剂、溶剂)下进行工业生产;③产品应该是环境友好的;④具有“原子经济性”,即反应具有高选择性、极少副产物,甚至实现“零排放”。
(3)原子经济性反应。原子经济性反应要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物,原子利用率达到 ,也就是说在化学反应中不产生任何废物。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)将过量废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2。( )(2)铝中添加适量锂,可制得低密度、高强度的铝合金,可用于航空工业。( )(3)盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长,可施加熟石灰进行改良。( )(4)“酸雨”是由大气中的碳、氮、硫的氧化物溶于雨水造成的。( )(5)燃煤中加入石灰石可以减少二氧化硫的排放及酸雨的形成。( )(6)将塑料焚烧处理,减轻白色污染。( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.化学与资源、环境、生活关系密切,下列说法正确的是( )A.雾霾天气会对人体健康造成危害,“雾”和“霾”的分散质微粒相同B.煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放C.将造纸废水通过高压水井压到地下,节约生产成本D.用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜:CuO+H2SO4==CuSO4+H2O、Fe+CuSO4==FeSO4+Cu,原子利用率是100%
答案 B 解析 雾是由悬浮在大气中的微小液滴形成的气溶胶,霾是指空气中大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象,A错误;二氧化硫属于酸性氧化物,高温下可与碱性氧化物CaO发生反应,从而减少了二氧化硫的排放,B正确;将造纸的废水压到地下,会造成水体污染,C错误;有副产物产生,原子利用率不是100%,D错误。
考向 环境污染和环境保护、绿色化学【典例】 (2021年1月广东省适应性测试)“人世间一切幸福都需要靠辛勤的劳动来创造”。下列劳动与所涉及的化学知识不相符的是( )
答案 B 解析 草木灰属于钾肥,可使用草木灰对蔬菜施肥,A项不合题意;84消毒液的原理是利用其主要成分NaClO的强氧化性杀菌消毒,B项符合题意;废液随意排放会造成污染,故实验后,清洗仪器、处理废液、打扫卫生,C项不合题意;浓硫酸具有强腐蚀性,故将浓硫酸放入分类储存、专人保管的安全柜中,D项不合题意。
方法技巧 消除SO2对环境污染的三方法方法一:钙基固硫法为防治酸雨,工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时含硫物质、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应原理为CaO+SO2 CaSO3,2CaSO3+O2==2CaSO4,总反应方程式为2CaO+2SO2+O2 2CaSO4。
方法二:氨水脱硫法该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,该反应的化学方程式为NH3+SO2+H2O==NH4HSO3,NH4HSO3+NH3== (NH4)2SO3,2NH3+SO2+H2O== (NH4)2SO3,2(NH4)2SO3+O2==2(NH4)2SO4。方法三:钠碱脱硫法钠碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2得到Na2SO3和 NaHSO3,发生反应的化学方程式为2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O,Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2,Na2SO3+SO2+H2O==2NaHSO3。
对点演练(2020河北唐山月考)SO2属于严重的大气污染物,可用H2与SO2高温反应消除SO2的污染,其反应原理可分为两步,过程如图所示:下列说法正确的是( )A.SO2排放到空气中会形成pH≈5.6的酸雨B.可用CuSO4溶液检验是否有X气体生成C.在100~200 ℃温度时发生的是置换反应D.工业上可用浓硝酸处理工业尾气中的SO2
解析 因为酸雨的pH<5.6,所以SO2排放到空气中会形成pH≈5.6的酸雨是错误的,故A错误;由已知分析可知X气体应为H2S,H2S能与CuSO4反应生成黑色的不溶于水和酸的硫化铜沉淀,所以可用CuSO4溶液检验是否有X气体生成,故B正确;在100~200 ℃温度时发生的反应为2H2S+SO2 3S+2H2O,不是置换反应,故C错误;若用浓硝酸处理工业尾气中的SO2,会产生含氮元素的大气污染物(即氮的氧化物),故D错误。
1.牢记1条转化主线
2.掌握SO2的4个化学性质(1)酸性氧化物的性质 (2)还原性 (3)氧化性 (4)漂白性3.掌握浓硫酸的3大特性(1)吸水性 (2)脱水性 (3)强氧化性
4.熟记5个化学反应方程式(1)SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O(2)Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O(3)SO2+X2+2H2O==H2SO4+2HX(X为Cl、Br、I)(4)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(5)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O
知识梳理1.硫(1)自然界中硫元素的存在。①游离态:存在于火山口附近或地壳的岩层中。
CaSO4·2H2O
(2)硫的物理性质。
微点拨 (1)单质硫燃烧时,产物只能是SO2,无论O2的量是否充足,均不会生成SO3。(2)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(Hg+S==HgS)。(3)实验室中,残留在试管内壁上的硫可用CS2溶解除去,也可用热的NaOH溶液除去。
2.二氧化硫(1)物理性质。
(2)化学性质。SO2是一种酸性氧化物,由于SO2中硫元素为+4价,属于中间价态,所以SO2既有还原性又有氧化性。
微点拨 (1)SO2使品红溶液褪色表现的是SO2的漂白性,加热后溶液颜色复原;SO2使酸性高锰酸钾溶液、溴水、氯水、碘水褪色表现的是SO2的还原性,加热后溶液颜色不复原。(2)SO2不能漂白酸碱指示剂,SO2只能使紫色石蕊溶液变红,但不能使之褪色。
(3)二氧化硫的实验室制法。①写出亚硫酸钠固体与硫酸反应制取SO2的化学方程式: 。 ②写出铜与浓硫酸反应制取SO2的化学方程式: 。
Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
3.三氧化硫(SO3)(1)物理性质。熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为 体,在标准状况下为 体。 (2)化学性质。
SO3+H2O==H2SO4
CaO+SO3==CaSO4
2NaOH+SO3==Na2SO4+H2O
4.硫的氧化物的污染与治理
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)硫在空气中燃烧生成SO2而在纯氧中燃烧生成SO3。( )(2)硫和氯气分别与铁反应后铁元素的价态相同。( )(3)SO2和Cl2等物质的量混合后通入装有湿润的有色布条的集气瓶中,漂白效果更好。( )(4)二氧化硫作纸浆漂白剂的过程中没有发生化学变化。( )(5)因为SO2具有漂白性,所以它能使品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、石蕊溶液褪色。( )(6)SO2气体通入BaCl2溶液产生白色沉淀BaSO3。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2.(2020全国联考)为更有效地处理工业废气中的SO2,减少大气污染,科学家们不断地对相关反应进行研究。(1)按每年全国发电燃煤8亿吨,煤中硫的质量分数以2%计,若不经过脱硫处理,则会有 亿吨SO2排放到大气中(假设S全部转化为SO2)。 (2)下列物质中,不能吸收SO2的是 (填标号)。 a.氨水b.酸性KMnO4溶液c.生石灰d.NaCl溶液
(3)某工厂采用(NH4)2SO3溶液吸收废气中的SO2及用NH4HSO3和NH4HCO3制备(NH4)2SO3·H2O的过程如图所示:
①“吸收”过程中,溶液中(NH4)2SO3和NH4HSO3的物质的量之比变 (填“大”或“小”)。 ②“制备”过程中,溶液B中发生反应的化学方程式是 。 ③检验产品(NH4)2SO3·H2O中含有少量S 的方法为取少量产品加水溶解, (将实验操作和现象补充完整)。
答案 (1)0.32 (2)d(3)①小 ②NH4HCO3+NH4HSO3== (NH4)2SO3·H2O↓+CO2↑ ③先加过量盐酸,充分振荡,再加氯化钡溶液,有白色沉淀产生
考向1 硫及其化合物的性质【典例1】 (2020辽宁抚顺一中期中)1912年E.Beckmann用冰点降低法获得了黄色的正交α-硫元素的一种同素异形体S8分子。1891年,首次制得了一种菱形的ε-硫,后来证明含有S6分子。下列说法正确的是( )A.S6和S8分子分别与铜粉反应,所得产物可能均为CuSB.推测Na2S8可能是一种复合分子材料C.S6和S8分子分别与过量的氧气反应可以得到SO3D.等质量的S6和S8分子分别与足量的KOH反应,消耗KOH的物质的量相同
答案 D 解析 S6和S8是硫元素的不同单质,化学性质相似,因此它们分别与铜粉反应,所得产物相同均为Cu2S,A项错误;Na2S8不是复合分子材料,B项错误;不管氧气过量还是少量,S6和S8分子分别与氧气反应得到的都是SO2,C项错误;等质量的S6和S8分子,其硫原子的物质的量相同,因此它们分别与足量的KOH反应,消耗KOH的物质的量相同,故D项正确。
归纳总结 常见的能用于漂白的物质的比较
对点演练1(2020山东模拟)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,常用于纺织工业、食品漂白等领域。某种Na2S2O4的生产工艺流程如图所示:
若在实验室模拟该工艺流程,下列说法错误的是( )A.将锌粉投入水中形成悬浮液主要是为了加快反应速率B.向Na2S2O4溶液中加NaCl溶液或固体对Na2S2O4的产率无明显影响C.洗涤Na2S2O4·2H2O时用冰水效果好于常温蒸馏水D.该流程中涉及化合反应、分解反应、复分解反应,也涉及氧化还原反应
解析 由流程图可知,锌粉与二氧化硫反应生成ZnS2O4,向ZnS2O4溶液中加入氢氧化钠溶液,两者反应生成氢氧化锌沉淀和Na2S2O4,过滤后,向Na2S2O4溶液中加入NaCl固体降低Na2S2O4溶解度,析出Na2S2O4·2H2O晶体,过滤后,加热Na2S2O4·2H2O晶体脱去结晶水生成Na2S2O4。将锌粉投入水中形成悬浮液可增大与二氧化硫的接触面积,加快反应速率,故A正确;加NaCl固体和冷却搅拌都有利于溶解平衡逆向移动,可析出更多的Na2S2O4·2H2O,故B错误;用冰水洗涤可减少Na2S2O4·2H2O的损失,故C正确;锌粉与二氧化硫的反应是化合反应,反应中元素有化合价变化,也是氧化还原反应,ZnS2O4溶液与NaOH溶液的反应是复分解反应,加热Na2S2O4·2H2O的反应是分解反应,故D正确。
考向2 SO2与CO2的性质比较【典例2】 (2020江苏徐州调研)如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解析 检验二氧化硫用品红溶液,吸收二氧化硫用酸性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KMnO4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。
方法技巧 检验SO2和CO2同时存在的一般流程SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊,检验二者同时存在的一般流程如下:
对点演练2下列可用来区别SO2和CO2气体的是( )①澄清石灰水 ②氢硫酸 ③氯水 ④酸性高锰酸钾溶液 ⑤氯化钡溶液 ⑥品红溶液A.①④⑤⑥B.②③④⑤C.①②③⑥D.②③④⑥
答案 D 解析 只要与二氧化碳和二氧化硫气体反应现象不同,即可区别二氧化碳和二氧化硫。二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,不可以用澄清石灰水鉴别。氢硫酸与二氧化硫反应生成硫和水,氢硫酸与二氧化碳不反应。二氧化硫具有还原性,能使氯水和酸性高锰酸钾溶液褪色,二氧化碳不能。亚硫酸和碳酸的酸性均弱于盐酸,二氧化硫和二氧化碳与氯化钡溶液都不反应。二氧化硫能使品红溶液褪色,二氧化碳不能。
深度指津 鉴别SO2和CO2的方法
知识梳理1.浓硫酸的物理性质浓硫酸难挥发,密度比水大,与水以任意比互溶,溶于水时放出大量的 ,稀释浓硫酸的方法是将 沿容器内壁慢慢注入水中,并用 不断搅拌。
2.稀硫酸的化学性质稀硫酸具有酸的通性,写出稀硫酸与下列物质反应的离子方程式:(1)Fe: ; (2)MgO: ; (3)Ba(OH)2: ; (4)Na2SO3: ; (5)BaCl2: 。
Fe+2H+==Fe2++H2↑
MgO+2H+==Mg2++H2O
微点拨 ①H2SO4是高沸点、难挥发性的强酸,利用这一性质可以制取HCl和HF:H2SO4(浓)+NaCl NaHSO4+HCl↑,CaF2+H2SO4(浓) ==CaSO4+2HF↑。②由“量变”引起的“质变”:金属(如Cu、Zn等)与浓硫酸反应时,开始阶段产生SO2气体,随着反应的进行,H2SO4的浓度变小,最后变为稀硫酸,Cu与稀硫酸不反应,Zn与稀硫酸反应生成H2而不是SO2。③浓硫酸与金属反应时体现了浓硫酸的氧化性和酸性,而与碳等非金属反应时只体现了浓硫酸的氧化性。
4.硫酸的工业制备(1)工艺流程。
[注意]工业上用98.3%的硫酸吸收SO3,可以避免用水吸收SO3产生的酸雾腐蚀设备,并且可以提高吸收率。
(2)反应原理。①燃烧黄铁矿(FeS2)或硫制备SO2: 或S+O2 SO2。 ②SO2转化为SO3: 。 ③吸收SO3生成H2SO4: 。
4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2 2SO3
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中,铁片不溶解,说明常温下铁与浓硫酸一定没有发生化学反应。( )(2)浓硫酸溅到皮肤上时立即用稀NaOH溶液冲洗。( )(3)浓硫酸滴入蔗糖固体中蔗糖变黑,将产生的气体通入溴水,溴水褪色,说明浓硫酸具有脱水性、氧化性。( )(4)可用浓硫酸除去HCl中的H2O(g)。( )(5)在未知溶液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀,加稀硝酸,沉淀不溶解,说明该未知液中存在 ( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.(2020福建泉州五中月考)浓硫酸具有:①难挥发性(高沸点);②酸性;③强氧化性;④吸水性;⑤脱水性。下列各项分别表现浓硫酸的什么性质,请将序号填于空白处:(1)浓硫酸与食盐共热,浓硫酸表现的性质为 。 (2)浓硫酸与铜共热,化学方程式为 ,浓硫酸表现的性质是 。 (3)浓硫酸与红热的木炭反应,化学方程式为 ,浓硫酸表现的性质是 。
(4)可用浓硫酸干燥H2、CO2、HCl等气体,浓硫酸表现的性质为 。 (5)蔗糖中倒入浓硫酸,蔗糖变黑,体积膨胀,且有刺激性气味的气体产生,浓硫酸表现的性质是 。
答案 (1)①② (2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O ②③ (3)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O ③(4)④ (5)③⑤
考向1 硫酸的性质【典例1】 某实验小组探究浓硫酸和铜的反应,下列装置或操作正确的是( )
A.用装置甲进行铜和浓硫酸的反应B.用装置乙收集二氧化硫并吸收尾气C.用装置丙稀释反应后的混合液D.用装置丁测定余酸的浓度
答案 C 解析 铜与浓硫酸需要在加热条件下才能反应,A错误;二氧化硫的密度比空气的大,应使用向上排空气法收集,即气体“长进短出”,B错误;反应后的混合液中含有过量的浓硫酸,稀释时,应将其沿烧杯内壁慢慢倒入水中,且用玻璃棒不断搅拌,C正确;应使用碱式滴定管(带胶管)量取氢氧化钠溶液,D错误。
对点演练1(2020安徽怀宁中学月考)浓硫酸分别和三种钠盐反应的实验现象如下图所示,下列分析正确的是( )
A.对比①和②可以说明还原性Br->Cl-B.①和③相比说明氧化性Br2>SO2C.②中试管口白雾是HCl遇水蒸气所致,说明酸性H2SO4>HClD.③中浓硫酸被还原成SO2
答案 A 解析 反应①出现红棕色气体,说明产生Br2(g),Br-被氧化,反应②管口出现白雾,白雾是HCl的小液滴,Cl-没有被氧化,说明Br-的还原性强于Cl-,故A正确;反应③产生的气体为SO2,反应③发生的化学方程式为Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O,该反应不属于氧化还原反应,不能说明Br2的氧化性强于SO2,但能说明Br-的还原性强于SO2,故B错误;浓硫酸沸点高,HCl易挥发,反应②利用高沸点酸制取低沸点酸这一原理,与酸性强弱无关,故C错误;反应③化学方程式为Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O,该反应不属于氧化还原反应,故D错误。
深度指津 1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别与应用(1)吸水性。浓硫酸具有吸收水(如气体中、液体中的水分子,以及固体中的结晶水等)的性能,吸水性是浓硫酸的物理性质。因此浓硫酸可作为吸水剂或干燥剂。①浓硫酸能干燥三类气体:中性气体,如H2、O2、N2、CO、NO、CH4等;某些酸性气体,如SO2、CO2、HCl、HF等;某些氧化性气体,如F2、Cl2等。②浓硫酸不能干燥两类气体:碱性气体,如氨气(NH3);还原性气体,如HBr、HI、H2S等。
(2)脱水性。浓硫酸可将许多有机化合物中的氢、氧元素按水的组成比脱去。脱水性是浓硫酸的化学性质。如:
C12H22O11 12C+11H2OHCOOH CO↑+H2O。
2.鉴别稀硫酸和浓硫酸的方法方法一:取少量蒸馏水,向其中加入少量试样,如能放出大量热的则为浓硫酸,无明显变化的则为稀硫酸。方法二:观察状态,浓硫酸为黏稠状液体,而稀硫酸为黏稠度较小的溶液。方法三:取等体积的两份物质置于小烧杯中用手掂掂,因为浓硫酸的密度较大,相同体积的浓硫酸和稀硫酸比较,浓硫酸的质量大得多,感觉较重。
方法四:取少量试样,向其中投入铁片,若产生大量气体则为稀硫酸(Fe+2H+==Fe2++H2↑),若无明显现象(钝化),则为浓硫酸。方法五:用玻璃棒蘸取试样在纸上写字,立即变黑(浓硫酸的脱水性)者为浓硫酸,否则为稀硫酸。方法六:取少量试样,分别向其中投入一小块铜片,稍加热发生反应的(有气泡产生)为浓硫酸(浓硫酸表现强氧化性和酸性),无变化的是稀硫酸。
【典例2】 (2020广东广州重点中学联考)在某溶液中加入BaCl2溶液,生成白色沉淀,加入稀硝酸,沉淀不溶解,则下列关于该溶液所含离子的推断中正确的是( )
对点演练2(2020吉林长春实验中学期中)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是一种食品添加剂,实验室用如图所示装置制备Na2S2O5,实验步骤如下:
(1)原料气(SO2)的制备①装置A中盛装药品之前需要进行的操作是 ;装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,其中的试剂最好选用 (填字母)。 a.蒸馏水 b.饱和Na2SO3溶液c.饱和NaHSO3溶液d.饱和Na2CO3溶液②B瓶中长颈漏斗的作用是 。 ③D中盛放溶液的溶质的化学名称是 。
(2)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的制备
①Na2S2O5溶于水且与水能反应,所得溶液显酸性,其原因是 ,步骤Ⅲ中测定溶液的pH的方法是 ;pH>4.1时,则产品中会有副产物,其化学式是 。 ②结晶脱水生成产品的化学方程式为 。
答案 (1)①检查装置的气密性 C ②平衡气压,防止装置发生堵塞 ③氢氧化钠(或其他合理答案)(2)①Na2S2O5与水反应生成NaHSO3,NaHSO3在水中电离程度大于水解程度,使溶液显酸性 用pH计测定或精密pH试纸测定 Na2SO3 ②2NaHSO3==Na2S2O5+H2O
解析 装置A中浓硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫,装置B可以平衡压强,同时通过观察气泡产生速率来控制反应速率,则SO2在装置B液体中的溶解度应较小,然后将二氧化硫通入碳酸钠溶液中制取Na2S2O5晶体,二氧化硫会污染空气,可以在装置D中盛放NaOH溶液吸收尾气。(1)①加入药品前要先检查装置的气密性。装置B的作用之一是观察SO2的生成速率,所选试剂应不与SO2反应,且SO2在其中的溶解度较小。a.SO2易溶于水,故B中试剂不能为蒸馏水,错误;b.SO2能和Na2SO3溶液反应,生成NaHSO3,故B中试剂不能为饱和Na2SO3溶液,错误;c.SO2不与NaHSO3溶液反应,在饱和NaHSO3溶液中溶解度较小,故B中试剂可以为饱和NaHSO3溶液,正确;d.SO2能和饱和Na2CO3溶液反应,故B中试剂不能为饱和Na2CO3溶液,错误。
②B中长颈漏斗与外界相通,起平衡气压,防止装置发生堵塞的作用。③SO2有毒,直接排放会污染环境,装置D中盛有氢氧化钠溶液可以吸收SO2,防止污染环境。(2)①Na2S2O5与水反应生成NaHSO3,NaHSO3在水中电离程度大于水解程度,使溶液显酸性;步骤Ⅲ中测定溶液的pH精确度为0.1,不能选用pH试纸,应选用pH计或精密pH试纸测定;在Na2CO3溶液中通入SO2至pH为4.1时,反应生成NaHSO3溶液。若pH>4.1时,溶液中会出现亚硫酸钠,即产品中会有副产物Na2SO3。②结晶脱水时,饱和亚硫酸氢钠生成焦亚硫酸钠和水,化学反应方程式为2NaHSO3==Na2S2O5+H2O。
知识梳理1.理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、盐之间的反应实现的。
②③④反应的化学方程式分别为:② ; ③ ; ④ 。
H2SO3+2NaOH==Na2SO3+2H2O
Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+H2O+SO2↑
SO2+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
③④⑤反应的化学方程式分别为:③ ; ④ ; ⑤ 。
2SO2+O2 2SO3
S+H2 H2S
SO2+2H2S==3S+2H2O
(3)含硫物质的连续氧化。
微点拨 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.【实验活动】不同价态含硫物质的转化【实验目的】(1)通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。(2)应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。【实验用品】试管、托盘天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、石棉网(或陶土网)、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、H2SO3溶液、品红溶液
【问题和讨论】(1)在上述实验中,含硫物质中硫元素的价态发生了怎样的变化?
提示 实验1中,在Na2S和H2SO3的反应中,Na2S中硫元素的化合价由-2价变为0价,H2SO3中硫元素的化合价由+4价变为0价;在Na2S和酸性KMnO4溶液的反应中,硫元素的化合价由-2价变为0价。实验2中,浓硫酸中硫元素的化合价由+6价变为+4价。实验3中,硫元素的化合价由0价变为-2价。
(2)铁粉和硫粉在空气中混合燃烧,可能发生哪些化学反应?(3)在实验过程中可能会遇到哪些问题?该如何解决?
提示 可能发生铁和氧气、铁和硫、硫和氧气的反应。
提示 在实验1中可能遇到实验现象不明显,在操作中要注意充分摇动。在实验2中反应可能过于剧烈,要注意控制加热温度。在实验3中可能出现反应不能进行,要把玻璃棒加热到红热状态。
自我诊断1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)在表面皿中加入少量胆矾,再加入3 mL浓硫酸,搅拌,固体由蓝色变白色。( ) (2)向二氧化硫水溶液中滴加氯化钡溶液,再滴加双氧水,产生白色沉淀。( )(3)硫元素在自然界的存在形式有硫单质、硫化物和硫酸盐等。( )(4)接触法制硫酸的硫元素主要来源于硫黄或含硫矿石。( )(5)稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜。( )
(7)向久置的Na2SO3溶液中加入足量BaCl2溶液,出现白色沉淀;再加入足量稀盐酸,部分沉淀溶解,则部分Na2SO3被氧化。( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√
2.硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248 g· ml -1)可用作定影剂、还原剂。回答下列问题:已知:Ksp(BaSO4)=1.1×1 ,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
答案 ③加入过量稀盐酸 ④出现黄色浑浊 ⑤(吸)取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀
考向 硫及其化合物的相互转化及应用【典例】 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。请根据下图所示,回答下列问题:
(1)X的化学式为 ,Y的化学式为 。 (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+SC.Na2SO3+Na2SO4 D.SO2+Na2SO4(4)将X与SO2混合,可生成淡黄色固体,该反应的氧化产物与还原产物的质量之比为 。
答案 (1)H2S SO2(2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(3)B (4)2∶1
解析 (2)W的浓溶液是浓硫酸,浓硫酸与铜单质在加热条件下发生反应Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O。(3)Na2S2O3中硫元素的化合价是+2价,从氧化还原的角度分析,反应物中硫元素的化合价必须有大于+2价的,也有小于+2价的,A中硫元素的化合价都小于2,C、D中硫的化合价都大于2,故B符合题意。(4)X为H2S,H2S与SO2混合可生成淡黄色固体:2H2S+SO2==3S+2H2O,H2S是还原剂,二氧化硫是氧化剂,则该反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,所以该反应的氧化产物与还原产物的质量之比为2∶1。
对点演练(2020内蒙古巴彦淖尔临河区第三中学月考)雾霾和光化学烟雾等大气污染严重影响了人们的生活和健康,治理污染气体(NO2、NO、SO2等)保护环境,有利于实现可持续发展。(1)烟气中的SO2经过下列转化可以得到化工产品A。
产品A的化学式为 ,上述转化过程中可循环使用的物质是 。
(2)实验室里研究不同价态硫元素之间的转化
a.A中发生反应的化学方程式为 。 b.B中的现象是 。 c.C中的现象是 ,Na2S在反应中作 剂。
答案 (1)CaSO4 NaOH(2)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 品红溶液褪色 有淡黄色沉淀生成 还原
解析 (1)烟气中的SO2与NaOH溶液发生反应:SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O,Na2SO3与Ca(OH)2发生反应:Na2SO3+Ca(OH)2==CaSO3↓+2NaOH;CaSO3具有还原性,会被氧气氧化产生CaSO4,反应的化学方程式是2CaSO3+O2==2CaSO4,可见产品A的化学式为CaSO4,上述转化过程中可循环使用的物质是NaOH。(2)该实验的目的是研究不同价态硫元素之间的转化;A为SO2的发生装置,B为检验SO2的装置,C中Na2S和SO2发生氧化还原反应生成S沉淀,D中SO2和Cl2以及水反应生成H2SO4,E是吸收多余SO2的装置。a.A中Cu和浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O;b.B为检验SO2的装置,现象是品红溶液褪色;c.C中,Na2S和SO2发生反应:2Na2S+SO2+2H2O==3S↓+4NaOH,故可观察到有淡黄色沉淀生成,该反应中,Na2S中S的化合价由-2价升高为0价,故Na2S作还原剂。
知识梳理1.环境污染(1)环境问题。主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境的破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。(2)“三废”:主要是指废气、废水和废渣。(3)大气污染物的来源。化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。
微点拨 常见环境污染问题
2.环境保护的措施(1)工业废气携带颗粒物的回收利用。(2)工业、生活污水经处理达标后排放,限制使用含氮、磷洗涤剂。(3)限制难降解塑料制品的使用,回收可利用的废旧塑料制品,研制 塑料。
3.酸雨的形成及SO2对大气的污染与防治(1)酸雨的形成过程:
(2)SO2对大气的污染与防治:
4.绿色化学(1)核心思想。绿色化学的核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法,利用化学原理和技术手段,减少和消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质,实现从 环境污染。绿色化学又称为环境友好化学。
(2)特征。①采用无毒、无害的原料;②在无毒、无害条件(包括催化剂、溶剂)下进行工业生产;③产品应该是环境友好的;④具有“原子经济性”,即反应具有高选择性、极少副产物,甚至实现“零排放”。
(3)原子经济性反应。原子经济性反应要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物,原子利用率达到 ,也就是说在化学反应中不产生任何废物。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)将过量废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2。( )(2)铝中添加适量锂,可制得低密度、高强度的铝合金,可用于航空工业。( )(3)盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长,可施加熟石灰进行改良。( )(4)“酸雨”是由大气中的碳、氮、硫的氧化物溶于雨水造成的。( )(5)燃煤中加入石灰石可以减少二氧化硫的排放及酸雨的形成。( )(6)将塑料焚烧处理,减轻白色污染。( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.化学与资源、环境、生活关系密切,下列说法正确的是( )A.雾霾天气会对人体健康造成危害,“雾”和“霾”的分散质微粒相同B.煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放C.将造纸废水通过高压水井压到地下,节约生产成本D.用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜:CuO+H2SO4==CuSO4+H2O、Fe+CuSO4==FeSO4+Cu,原子利用率是100%
答案 B 解析 雾是由悬浮在大气中的微小液滴形成的气溶胶,霾是指空气中大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象,A错误;二氧化硫属于酸性氧化物,高温下可与碱性氧化物CaO发生反应,从而减少了二氧化硫的排放,B正确;将造纸的废水压到地下,会造成水体污染,C错误;有副产物产生,原子利用率不是100%,D错误。
考向 环境污染和环境保护、绿色化学【典例】 (2021年1月广东省适应性测试)“人世间一切幸福都需要靠辛勤的劳动来创造”。下列劳动与所涉及的化学知识不相符的是( )
答案 B 解析 草木灰属于钾肥,可使用草木灰对蔬菜施肥,A项不合题意;84消毒液的原理是利用其主要成分NaClO的强氧化性杀菌消毒,B项符合题意;废液随意排放会造成污染,故实验后,清洗仪器、处理废液、打扫卫生,C项不合题意;浓硫酸具有强腐蚀性,故将浓硫酸放入分类储存、专人保管的安全柜中,D项不合题意。
方法技巧 消除SO2对环境污染的三方法方法一:钙基固硫法为防治酸雨,工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时含硫物质、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应原理为CaO+SO2 CaSO3,2CaSO3+O2==2CaSO4,总反应方程式为2CaO+2SO2+O2 2CaSO4。
方法二:氨水脱硫法该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,该反应的化学方程式为NH3+SO2+H2O==NH4HSO3,NH4HSO3+NH3== (NH4)2SO3,2NH3+SO2+H2O== (NH4)2SO3,2(NH4)2SO3+O2==2(NH4)2SO4。方法三:钠碱脱硫法钠碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2得到Na2SO3和 NaHSO3,发生反应的化学方程式为2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O,Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2,Na2SO3+SO2+H2O==2NaHSO3。
对点演练(2020河北唐山月考)SO2属于严重的大气污染物,可用H2与SO2高温反应消除SO2的污染,其反应原理可分为两步,过程如图所示:下列说法正确的是( )A.SO2排放到空气中会形成pH≈5.6的酸雨B.可用CuSO4溶液检验是否有X气体生成C.在100~200 ℃温度时发生的是置换反应D.工业上可用浓硝酸处理工业尾气中的SO2
解析 因为酸雨的pH<5.6,所以SO2排放到空气中会形成pH≈5.6的酸雨是错误的,故A错误;由已知分析可知X气体应为H2S,H2S能与CuSO4反应生成黑色的不溶于水和酸的硫化铜沉淀,所以可用CuSO4溶液检验是否有X气体生成,故B正确;在100~200 ℃温度时发生的反应为2H2S+SO2 3S+2H2O,不是置换反应,故C错误;若用浓硝酸处理工业尾气中的SO2,会产生含氮元素的大气污染物(即氮的氧化物),故D错误。
1.牢记1条转化主线
2.掌握SO2的4个化学性质(1)酸性氧化物的性质 (2)还原性 (3)氧化性 (4)漂白性3.掌握浓硫酸的3大特性(1)吸水性 (2)脱水性 (3)强氧化性
4.熟记5个化学反应方程式(1)SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O(2)Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O(3)SO2+X2+2H2O==H2SO4+2HX(X为Cl、Br、I)(4)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(5)C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O
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