【同步讲义】高中化学（沪科版2020）必修第一册--3.3.1 硫循环 讲义

3.3.1  硫循环

知识点01  自然界中的硫循环

硫循环是硫元素在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及各种地质系统之间迁移演化的地球化学过程。在硫循环中各种含硫的物质会呈现—2、+4、+6 等不同的价态，这些物质通过氧化还原反应等转化过程构成了复杂的全球循环。

【即学即练1】如下为火山喷发时硫元素的转化示意图,其中甲、乙在常温下均为气体,丙为液体,丁为固体。下列关于甲、乙、丙、丁的判断不正确的是

A．甲只具有还原性

B．乙、丙均为酸性氧化物

C．乙既有氧化性，又有还原性

D．丁为黄色或淡黄色固体

知识点02  酸雨

1．酸雨的形成

（1）概念：pH＜5.6的降雨。

（2）形成酸雨的主要物质：硫的氧化物。

（3）SO2的来源：化石燃料的燃烧。

2．酸雨的危害

（1）湖泊酸化；

（2）土壤贫瘠；

（3）森林大面积死亡；

（4）饮用水中重金属元素含量增加。

3．酸雨的防治措施

（1）对酸性物质的排放加以控制。

（2）改变能源结构，开发新能源

【即学即练2】下列对酸雨的叙述不正确的是

    A．酸雨是指pH＜5.6的雨水

    B．化石燃料的过度使用是酸雨形成的主要原因

    C．飘尘在酸雨的形成过程中起到氧化剂的作用

    D．开发新能源是控制酸雨的重要措施之一

常见考法一  硫及其化合物之间的转化

【例1】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___________(选填字母)。

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___________。

必杀技

前面“学习聚集”中的价类二维图，体现了硫及其化合物之间的转化关系。

【同步练习1】利用下图可以从不同角度研究含硫物质的性质及其转化关系。

回答下列问题：

（1）H2S与SO2反应的化学方程式为__________________________，反应中H2S体现___________（填“氧化性”或“还原性”）。

（2）加热时，浓硫酸与木炭反应的化学方程式为_____________________________，下列试剂不能用于验证生成物中含有SO2的是___________（填标号）。

    A．品红溶液    B．酸性KMnO4溶液    C．澄清石灰水

常见考法二  酸雨的产生及防治

【例2】某研究性学习小组同学拟分析某市空气的质量情况，测定该市空气中SO2的含量并制定下列研究方案：

Ⅰ.资料表明，SO2具有较强的还原性，能与高锰酸钾酸性溶液发生反应：5SO2+2MnO4—+2H2O===5SO42—+2Mn2++4H+。

Ⅱ.设计实验方案：利用SO2的还原性使SO2和已知浓度及体积的高锰酸钾酸性溶液反应。

Ⅲ.选择分析地点：某工业区、某公园、某居民小区、某商业区、某交通枢纽。

Ⅳ.选择分析时间：晴天、风速较小时；晴天、风速较大时；雨前；雨后。

Ⅴ.对测定的结果进行初步分析并向相关单位提出建议。

(1)该小组同学拟用如图所示装置定量分析空气中SO2的含量。

①通入空气前应进行的实验操作是________________________________；

②当观察到实验的现象为_______________________________时，应停止通空气；

③实验过程中需测量并记录的数据是_________________________________。

(2)如图表示该小组同学根据实验测得的该市不同地区空气中SO2的含量。

①工厂区、交通枢纽SO2含量明显高于其他地区的原因是_____________；

②请向当地有关部门提出一条减少工厂区SO2排放的建议：____________________。

(3)下表是该小组同学测得的不同天气情况下的城市空气中SO2的平均含量。请分析雨后或风速较大时SO2平均含量较低的原因：①__________________；②____________。

必杀技 

工业上吸收废气中SO2气体的方法：

（1）生石灰固硫法

CaO+SO2CaSO3，2CaSO3+O22CaSO4

（2）石灰乳洗涤法

Ca(OH)2+SO2CaSO3↓+H2O，2CaSO3+O22CaSO4

（3）氨水脱硫法

SO2+2NH3·H2O(NH4)2SO3+H2O，SO2+NH3·H2ONH4HSO3

(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2↑+H2O

2NH4HSO3+H2SO4(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O

【同步练习2】二氧化硫的减排与回收已成为环保领域急需解决的重大课题，某研究团队提出如下还原脱硫流程：

下列说法错误的是

    A．“脱硫塔”反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1

    B．S2、S4、S6和S8互为同素异形体

    C．“再生塔”需将CaSO4和煤粉碎处理，使其充分接触

    D．M可以循环使用

题组A  基础过关练

1．下列有关环境问题的说法错误的是

    A．燃烧煤时加入适量的石灰石，可减少废气中二氧化硫的量

B．pH小于5.6的降水通常称为酸雨

C．SO2、NO2、CO2都会导致酸雨的形成

D．推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染

2．某地区收集到的雨水样本，下列说法正确的是

A．可以用广泛pH试纸测试其是否为酸雨

B．若为硫酸型酸雨，其中只含有亚硫酸

C．硫酸型酸雨放置一段时间后，酸性会增强

D．常温下，该雨水pH值可能等于7

3．某研究小组研究某地硫酸型酸雨的形成，有人提出以下猜想：

猜想三：以上两过程同时存在

为验证上述有关猜想的正确性,收集一定量该地区刚下的雨水进行实验,下列判断中错误的是

A．若猜想一或猜想三正确，则该雨水加入盐酸后，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成

B．若存在猜想二的过程，则该雨水可能使品红褪色

C．若只存在猜想一的过程，则该雨水的pH随时间延长而增大

D．上述任意一个猜想正确，该地区雨水的pH均小于5.6

4．我国农业因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿多元，为了有效控制酸雨，目前国务院批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。

(1) 现有一份雨水样品，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答下列问题：

① 雨水样品的PH变化的原因是(结合离子方程式解释)：______________________________

________________________________________________________________________________

② 如果将刚取样的上述雨水和自来水相结合，pH将______(填“变大”、“变小”“不变”)，原因是(用化学方程式表示)：_________________________________。

(2) 你认为减少酸雨产生的途径可采用的措施是

①少用煤作燃料       ②把工厂的烟囱造高          ③燃料脱硫

④在已酸化的土壤中加石灰                ⑤开发新能源 

A．①②③      B．②③④⑤      C．①③⑤      D．①③④⑤

 (3)酸雨可导致下列危害中的

A．腐蚀建筑物      B．导致树木枯萎       C．造成洪涝灾害      D．恶化人类环境

(4)为防止酸雨，减少煤燃烧时向大气中排放二氧化硫，火力发电厂常用Ca(OH)2的悬浊液吸收煤燃烧时产生的二氧化硫气体，并制得有用的石膏（CaSO4·2H2O）则有关反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________

5．在学习了硫的转化后，某学生绘制了如图转化关系。

(1)写出指定物质的化学式：A_____________，B_____________，D_______________。

(2)写出“H2SO4→C”的化学方程式：__________________________________________(写一个即可)。

(3)写出A与SO2相互转化的化学方程式：________________________________________。

(4)写出一个由SO2直接生成H2SO4的化学方程式：_________________________________。

6．现有一雨水样，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答下列问题：

（1）请叙述测定该样品pH的方法                                      。

（2）雨水样品的pH变化的原因是                       (用化学方程式表示)。

（3）如果将刚取样的上述雨水，向其中加入少量自来水（溶液体积变化忽略不计），pH会     ，（填变大、变小或不变）原因是                                   。

（4）造成硫酸型酸雨污染的最主要原因是                                 。

7．在硫黄、二氧化硫和硫酸这三种物质中，设计实验，探究这三种价态硫元素间的相互转化。

提供的试剂：硫磺、亚硫酸钠、浓硫酸、氢硫酸、 酸性KMnO4溶液、氯水、Cu片、O2

完成实验方案和实验记录

8．学习元素化合物时可以借助“价类二维图”预测物质性质。如下是部分含硫化合物的二维图的相关信息。

（1）图中“X”代表的物质类别是________；Y转化为Z体现了Y的________性。

（2）SO2是重要的大气污染物，会导致“酸雨”。SO2产生硫酸型酸雨有两条途径：途径一是SO2→SO3→H2SO4；另一途径是：SO2→________。

（3）将装有SO2的试管倒立在水槽中，可观察到____________。

取出试管中的溶液，分别进行如下实验：

①     滴加品红溶液，振荡，观察到红色褪去，说明SO2具有________性。

②     滴加BaCl2溶液，无明显现象，再滴入FeCl3溶液后出现白色沉淀。出现白色沉淀的原因________________________。

（4）根据SO2的性质，提出一种燃煤脱硫的方法____________________。

题组B  能力提升练

9．单质X与浓硫酸共热，反应中X与H2SO4的物质的量之比为1：2，则生成物中的化合价可能为

① +1      ② +2     ③  +3        ④+4

A．②④           B．③④          C．①②           D．①③

10．下图为某燃煤电厂处理废气的装置示意图，下列说法错误的是

A．使用此装置可以减少导致酸雨的气体的排放        

B．该装置内既发生了化合反应，也发生了分解反应

C．总反应可表示为：2SO2 + 2CaCO3 + O2→2CaSO4 + 2CO2

D．若排放的气体能使澄清石灰水变浑浊，说明该气体中含SO2

11．2022年1月中旬南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛多次发生火山喷发并引发大范围海啸，大量的火山灰和火山气体对气候造成极大的影响。硫在自然界的循环过程如图所示。下图是火山喷发产生的化学物质，在自然界的转化历程和工业应用。下列说法错误的是

A．火山喷发形成硫酸型酸雨，反应总反应为2SO2+O2+H2O=2H2SO4

B．火山喷发会影响气温下降的可能原因是大量气体进入平流层形成硫酸气溶胶阻挡太阳辐射

C．自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透遇到难溶的PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)，离子方程式为Cu2++ SO42-+Pb2++S2—=PbSO4↓+CuS↓

D．工业制备硫酸可用硫铁矿经FeS2→SO2→SO3→H2SO4多步反应制备

12．自然界中不同价态硫元素之间的转化如图所示，下列说法正确的是

A．上图中，酸雨的含硫成分只有，由SO2溶于水生成

B．芒硝在浓硫酸中失水的过程体现了浓硫酸的脱水性

C．黄铁矿燃烧产生的尾气，与空气混合后通入碳酸钙的浆状物，可用来制备石膏

D．凝聚法是将SO2通入H2S稀溶液中得到S胶体，该反应中氧化剂：还原剂=2：1

13．下表是某城市某日空气质量报告：

该市某校研究性学习小组对表中首要污染物SO2导致酸雨的成因进行探究。

实验一：用下图所示装置进行实验。

（1）A装置的作用是               （填“干燥”或“氧化”）SO2气体。

（2）实验过程中，B装置内石蕊试纸的颜色没有发生变化，C装置内湿润的蓝色石蕊试纸变          色（填“蓝色”或“红色”或“不变色”），说明SO2与水反应生成一种酸。

（3）D装置的作用是              ，并写出化学反应方程式               。

实验二：往盛有水的烧杯中通入SO2气体，测得所得溶液的pH      7(填“＞”“=”或“＜”)，然后每隔1 h测定其pH，发现pH逐渐变小，直至恒定。说明烧杯中溶液被空气中的氧气氧化最终生成H2SO4。

【查阅资料】SO2形成酸雨的另一途径：SO2与空气中的O2在飘尘的作用下反应生成SO3，SO3溶于降水生成H2SO4。在此过程中飘尘作_________（填“催化剂”或“氧化剂”）。

【探究结论】SO2与空气中氧气、水反应生成硫酸而形成酸雨。该市可能易出现酸雨。

【知识联想】

（1）酸雨造成的危害是：                                  (举一例)。

（3）汽车排放的尾气，硝酸、化肥等工业生产排出的废气中都含有氮的氧化物，氮的氧化物溶于水最终转化为               ，是造成酸雨的另一主要原因。

14．硫是生物必需的大量营养元素之一，下图是自然界中硫的循环图，在循环过程中价态变化在-2价至+6价之间，以不同的状态（或形态）发生一系列的变化，请分析此图并回答有关问题。

（1）分解者可将含硫有机物分解为硫化氢，硫黄细菌和硫化细菌可将硫化氢进一步转变为元素硫或硫酸盐，下列关于硫化氢说法正确的是 _____________

A．硫化氢分子很稳定，受热难分解     

B．硫化氢分子中所有原子的最外层都达到8电子结构     

C．将硫化氢通入硫酸亚铁溶液，产生沉淀     

D．硫化氢中硫元素为-2价，因此只有还原性，没有氧化性

E．硫化氢是一种无色臭鸡蛋气味的有毒气体

（2）大气中的SO2经过一系列转化最终生成H2SO4，导致降水具有较强酸性，称为酸雨。收集某次酸雨样品，发现8小时内，样品pH一直在较小，其原因可能是_____________________。（用化学方程式表示）

（3）研究发现，空气其中少量的NO2也能参与硫酸型酸雨的形成，反应过程如下：

NO2在上述过程中的作用，与H2SO4在下列变化中的作用不同的是___________（多选）

A．潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶

B．硫化氢通入浓H2SO4中

C．向盐酸中加入浓硫酸产生白雾

（4）为了防治酸雨，工业上常采用“钙基固硫法”即将生石灰和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时硫、氧气和生石灰共同作用，使硫元素转移到炉渣中，大部分硫元素最终转化为固体盐是_______。

（5）若采用如图所示的流程处理则气体a是______，Y一定含有______________。（填化学式）

题组C  培优拔尖练

15．双碱法脱硫过程如图所示。下列说法不正确的是

    A．过程I中，SO2表现还原性

    B．过程I中，1molO2可氧化2molNa2SO3

    C．双碱法脱硫过程中，NaOH可以循环利用

    D．总反应为2SO2+2Ca（OH）2+O22CaSO4+2H2O

16．硫酸铵是一种常见的化肥，某工厂用石膏、NH3、H2O、CO2制备硫酸铵的工艺流程如下：

下列说法错误的是

A．操作1为过滤，操作2为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥

B．滤液中的主要阳离子可通过向少量滤液中加NaOH溶液，加热，并用湿润的红色石蕊试纸来检验

C．甲到乙反应的离子方程式为Ca2++2NH3+CO2+H2O = CaCO3↓+2NH4+

D．工艺流程中产生的CO2可循环利用

17．常用于印染工业的连二亚硫酸钠（Na2S2O4）俗称保险粉，可溶于水，但不溶于甲醇，其固体受热、遇水都会发生反应放出大量的热，甚至引起燃烧，工业制备流程如图：

（1）保险粉应如何保存？____________（填一个注意事项）。

（2）由锌块制备锌粉的目的是____________；向液锌中鼓入M气体，使液态锌雾化，冷却得到粒度约为180 μm（1m＝106μm）的锌粉。鼓入气体M为常见的双原子单质分子，则M的化学式为__________；分散系A为______（填“溶液”“胶体”或“悬浊液”）。

（3）流程②的化学方程式为_________________________________。

（4）流程③的分离方法步骤为______________、洗涤、干燥，其中洗涤所用试剂是____________。

（5）保险粉可以用于除去废水中的重铬酸根离子（Cr2O72－被转化为Cr3+，S2O42－被转化为SO42－），这是目前除去酸性废水中Cr2O72－的有效方法之一，写出该反应的离子方程式_________________________。

（6）保险粉在空气中容易吸收氧气而发生氧化，其方程式为：①2Na2S2O4+O2+H2O4NaHSO3或②2Na2S2O4+O2+H2O4NaHSO3+NaHSO4。若在此条件下NaHSO3不会被氧化，请设计实验证明氧化时发生的反应是②________________________。

18．某工厂生产硫酸，使用一种含杂质为25%的黄铁矿样品。已知黄铁矿与氧气反应的化学方程式为4FeS2+11O2    2Fe2O3+8SO2  若取1吨该矿石，可制得98%的浓硫酸______吨（设生产过程中硫损失2%）。（提示：用关系式法或原子守恒法进行计算）。