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2021届高考化学(江苏专用)一轮教师用书:专题4第3单元 含硫化合物的性质和应用
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第三单元 含硫化合物的性质和应用
考纲定位
要点网络
1.掌握O3和H2O2的主要性质及其应用。
2.掌握硫元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
3.了解硫、氧及其重要化合物的制备方法。
4.了解硫元素单质及其重要化合物对环境的影响。
绿色氧化剂——O3和H2O2
1.臭氧——氧元素的一种单质
(1)组成与物理性质
臭氧的分子式为O3,与O2互为同素异形体,是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。O3在空气中含量很少,使人们感到清爽,但超过一定浓度,则会影响人体的健康。
(2)化学性质
①不稳定性:O3不稳定,容易分解,反应的化学方程式为2O3===3O2。
②强氧化性
a.能氧化具有还原性的物质,如KI、FeCl2等。
O3+2KI+H2O===I2+2KOH+O2
b.漂白性:因O3有强氧化性,所以它能使有色物质褪色,并被用来杀菌消毒。
(3)用途
①可用作漂白剂、脱色剂和消毒剂。
②臭氧层可以吸收来自太阳的紫外线,是人类和其他生物的保护伞。
(4)生成
在放电条件下空气中的O2可以转化为O3,3O22O3。
2.过氧化氢——其水溶液称双氧水
(1)结构:电子式为,结构式为H—O—O—H,含有的共价键有极性键、非极性键,为共价化合物,为无色液体。
(2)化学性质及应用
①不稳定性:加热、加催化剂都能使分解速率加快。
2H2O22H2O+O2↑(实验室制O2)。常见H2O2的催化剂有MnO2、Fe3+和Cu2+等。
②弱酸性:相当于二元弱酸。
H2O2H++HO,HOH++O。
③强氧化性
a.用10%的双氧水漂白羽毛及丝织品(漂白剂)。
b.氧化Fe2+等还原性粒子,其离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
c.使湿润的淀粉KI试纸变蓝,其离子方程式为H2O2+2I-+2H+===I2+2H2O。
d.杀菌、消毒。
④弱还原性:遇强氧化剂时作还原剂。
2KMnO4+5H2O2+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O。
[基础判断]
(1)O3与H2O2可以杀死细菌,是一种绿色消毒剂。其消毒原理与次氯酸的相似。 ( )
(2)O2与O3的转化是氧化还原反应。 ( )
(3)H2O2是一种强氧化剂,在反应时只能作氧化剂。 ( )
(4)O3能杀菌,故空气中浓度越大越好。 ( )
(5)雷电天气的空气中O3的含量会增大。 ( )
(6)NO、氟里昂可破坏臭氧层。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
[知识应用]
1.将双氧水逐滴滴入FeCl2溶液中,现象可能有
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________,
其原因是(用有关的方程式回答)________________________
_______________________________________________________________。
[答案] 溶液逐渐变为黄色,后期又有气体放出
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,
2H2O22H2O+O2↑
2.写出下列反应的离子方程式
(1)Na2SO3溶液与双氧水混合______________________。
(2)H2O2在酸性条件下与KMnO4反应____________________。
(3)H2O2还可将碱性工业废水中的CN-氧化为碳酸盐和氨气
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)双氧水中通入SO2______________________________。
[答案] (1)SO+H2O2===SO+H2O
(2)5H2O2+2MnO+6H+===2Mn2++8H2O+5O2↑
(3)H2O2+CN-+OH-===CO+NH3↑
(4)H2O2+SO2===2H++SO
◎命题点 O3、H2O2的主要性质及应用
1.(2019·张家界模拟)某商品的广告词是“臭氧,世界上最强大的消毒剂”。下列有关叙述正确的是( )
A.臭氧与氧气是同分异构体,二者的转化属于化学变化
B.大气平流层中的臭氧吸收紫外线,保护地球上的生物
C.臭氧有毒,所以不能用于水的净化
D.因为臭氧分解生成氧气,所以空气中臭氧的含量越高越好
B [A项,O3与O2是同素异形体,不是同分异构体;C项,O3可用于水的杀菌净化;D项,O3的含量很高时,对生物是有害的。]
2.下列有关双氧水说法错误的是( )
A.H2O2、Na2O2都属于过氧化物,都存在共价键
B.双氧水是绿色氧化剂,可作医疗消毒剂
C.H2O2在过氧化氢酶的催化下,温度越高,分解速率越快
D.H2O2作漂白剂是利用其氧化性,漂白原理与HClO类似,与SO2不同
C [酶在过高的温度下会失去活性,故C项错误。]
3.(1)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是____________________________。
然后再调节溶液的pH约为5,目的是_____________________________。
(2)H2O2的电子式为___________________________。
(3)H2O2氧化SO2的化学方程式为______________________。
(4)H2O2可将碱性工业废水中的CN-氧化为碳酸盐和氨,相应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(5)稀硫酸不与Cu反应,但在稀硫酸中加入H2O2后则可使Cu溶解,写出该反应的化学方程式_______________________________________________。
(6)鉴于H2O2显弱酸性,写出它与足量Ba(OH)2作用形成盐的化学方程式:_________________________________。
[答案] (1)将Fe2+氧化为Fe3+ 使Fe3+、Al3+水解完全生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀
(2) (3)H2O2+SO2===H2SO4
(4)H2O2+CN-+OH-===CO+NH3↑
(5)Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O
(6)Ba(OH)2+H2O2===BaO2+2H2O
硫及其氧化物的主要性质和应用
1.硫的存在和性质
(1)自然界中硫元素的存在
(2)硫单质的物理性质
硫单质俗称硫磺,是一种黄色固体;不溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2;有多种同素异形体,如单斜硫、斜方硫等。
(3)从化合价的角度认识硫单质的化学性质
①S的氧化性——与变价金属化合为低价硫化物
a.S与Fe、Cu、Hg反应的化学方程式依次为S+FeFeS、S+2CuCu2S、S+Hg===HgS(此反应适用于除去室内洒落的Hg)。
b.S与H2化合的反应为S+H2H2S。
②S的还原性
a.S与O2反应的化学方程式为S+O2SO2,在空气中燃烧火焰为淡蓝色。
b.与强氧化剂反应(如浓硫酸)的化学方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O。
③S与碱反应——表现氧化性和还原性
3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O。
2.SO2的性质及应用
(1)物理性质:SO2是无色有刺激性气味的气体,有毒,密度比空气的大,易溶于水。是一种大气污染物。
(2)化学性质
填写下列表格:
现象或化学方程式
SO2表现的性质
①SO2+H2OH2SO3
酸性氧化物的通性
②SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
③SO2+NaOH===NaHSO3
SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2O
④SO2+2H2S===3S↓+2H2O
氧化性
⑤
还原性
⑥SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4
使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色
使品红溶液褪色
漂白性
3.三氧化硫的性质
(1)物理性质:熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为液体,在标准状况下为固体。
(2)化学性质
4.硫化氢(H2S)——水溶液为氢硫酸、为二元弱酸
H2S是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体,有剧毒,是一种大气污染物。
(1)与足量NaOH溶液,CuSO4溶液反应的离子方程式分别为H2S+2OH-===S2-+2H2O,H2S+Cu2+===CuS↓+2H+。
(2)ZnS(或FeS)投入稀硫酸中能生成H2S气体:ZnS+2H+===Zn2++H2S↑。
(3)可燃性:2H2S+3O22SO2+2H2O。
[补短板]
(1)SO2不能漂白酸、碱指示剂,如:SO2使紫色的石蕊试液只变红、不褪色。
(2)SO2能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,体现了SO2的还原性而不是漂白性。
(3)SO2、Cl2通入品红溶液中均褪色,但加热后,通Cl2的溶液不恢复红色,而通SO2的溶液又恢复红色。
(4)当SO2、Cl2混合后通入品红溶液,漂白效果减弱,当二者物质的量之比为1∶1时,无漂白性。
(5)将SO2通入含酚酞的NaOH溶液中,红色褪去的原因是SO2与NaOH溶液反应。
[知识应用]
将SO2分别通入下列四种溶液中
回答下列问题:
(1)试管a中的实验现象是:KMnO4溶液________,证明SO2具有________性,写出反应的离子方程式___________________。
(2)试管b中的实验现象是:品红溶液________,证明SO2具有________性。
(3)试管c中能产生白色沉淀,该沉淀是________,证明SO2具有________性。
(4)试管d中能产生白色沉淀,该沉淀是________。
[答案] (1)褪色 还原
5SO2+2MnO+2H2O===5SO+2Mn2++4H+
(2)褪色 漂白 (3)BaSO4 还原 (4)BaSO3
◎命题点1 硫和二氧化硫的性质及应用
1.下列说法错误的是 ( )
A.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
B.硫单质与变价金属反应时一般生成低价态金属硫化物
C.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
D.单质硫燃烧时,氧气少量可生成SO2,氧气足量时可生成SO3
[答案] D
2.(2017·北京高考)根据SO2通入不同溶液中的实验现象,所得结论不正确的是( )
实验
现象
结论
A
含HCl、BaCl2的FeCl3溶液
产生白色沉淀
SO2有还原性
B
H2S溶液
产生黄色沉淀
SO2有氧化性
C
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
SO2有漂白性
D
Na2SiO3溶液
产生胶状沉淀
酸性:H2SO3>H2SiO3
C [A对:SO2通入含HCl、BaCl2的FeCl3溶液中,发生反应:SO2+2Fe3++Ba2++2H2O===BaSO4↓+2Fe2++4H+,产生白色沉淀,该反应中SO2作还原剂,表现出还原性。B对:SO2通入H2S溶液中,发生反应:SO2+2H2S===3S↓+2H2O,产生黄色沉淀,该反应中SO2作氧化剂,表现出氧化性。C错:SO2通入酸性KMnO4溶液中,发生反应:5SO2+2MnO+2H2O===5SO+2Mn2++4H+,该反应中,SO2作还原剂,表现出还原性而不是漂白性。D对:SO2通入Na2SiO3溶液中,发生反应:Na2SiO3+SO2+H2O===H2SiO3↓+Na2SO3,该反应符合“强酸制弱酸”的反应规律,则酸性:H2SO3>H2SiO3。]
3.下列说法正确的是 ( )
A.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
B.能使品红溶液褪色的不一定是SO2
C.SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2都能使红墨水褪色,其原理相同
D.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
B [使品红溶液褪色的可能是Cl2,SO2,O3等。]
三类漂白剂的比较
类型
原理
举例
特点
备注
氧化型
将有机色质内部“生色团”破坏掉
HClO、NaClO、
Ca(ClO)2、Na2O2、H2O2、O3等
不可逆、持久
无选择性
加合型
与有机色质内部“生色团”化合成无色物质
SO2
可逆、不持久
有选择性
吸附型
将有色物质吸附而褪色
活性炭
物理变化
吸附色素
◎命题点2 SO2、CO2的检验及其实验探究
4.下列溶液能够区分SO2和CO2气体的是( )
①澄清的石灰水 ②H2S溶液 ③酸性KMnO4溶液 ④氯水 ⑤品红溶液
A.①②③ B.②③④
C.②③④⑤ D.①②③④⑤
[答案] C
5.下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_______________________________。
[解析] 一定要理解题意是检验气体成分,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,所以酸性高锰酸钾溶液颜色变浅,但不能褪成无色,若褪成无色则不能证明二氧化硫已除尽。
[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
(1)鉴别CO2、SO2的常用试剂
①氧化剂:酸性KMnO4,卤水,FeCl3等;
②还原剂:氢硫酸;
③品红溶液。
(2)检验SO2和CO2同时存在的一般流程
流程设计
检验SO2⇒除去SO2⇒检验SO2是否除尽⇒检验CO2
选用试剂
品红溶液
酸性KMnO4溶液
品红溶液
澄清的石灰水
预期现象
褪色
褪色
不褪色
变浑浊
注意:有时为简化装置,可将除去SO2和检验SO2是否除尽合并为一个装置,用较浓的酸性KMnO4溶液,现象是酸性KMnO4溶液颜色变浅,但不褪成无色。
◎命题点3 SO2的实验室制法与性质探究
6.已知SO2具有还原性,可以还原I2,可以与Na2O2发生反应,按图示装置进行实验。(部分固定装置未画出)
操作步骤
实验现象
解释原因
关闭弹簧夹2,打开弹簧夹1,注入硫酸溶液至浸没三颈烧瓶中的固体
若将带火星的木条放在D试管口处,木条不复燃
SO2与Na2O2反应无O2生成,可能发生的化学方程式为①____________
若将带火星的木条放在D试管口处,木条复燃
SO2与Na2O2反应有O2生成,发生的化学方程式为:2SO2+2Na2O2===2Na2SO3+O2
关闭弹簧夹1,打开弹簧夹2,残余气体进入E、F中
E中②________
E中反应的离子方程式为③______________
F中④________
F中反应为2OH-+SO2===SO+H2O
[解析] A中制备二氧化硫,X干燥二氧化硫,C中是SO2与Na2O2反应,D中氢氧化钠溶液吸收剩余的二氧化硫,防止污染空气。E装置检验I-还原性弱于SO2,F装置验证二氧化硫为酸性气体,并吸收二氧化硫,防止污染空气。
[答案] ①Na2O2+SO2===Na2SO4 ②溶液蓝色褪去 ③SO2+I2+2H2O===2I-+SO+4H+ ④红色变浅或褪色
SO2的实验室制法
(1)反应原理:
①Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O;
②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;
③Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O。
(2)除杂:除去SO2中的HCl、H2O(g)的常用试剂依次为饱和NaHSO3溶液,浓H2SO4或P2O5。
(3)收集方法:向上排空气法或排饱和NaHSO3溶液法。
(4)尾气处理:可用NaOH溶液或氨水吸收SO2尾气。
硫酸 硫酸盐及检验
1.硫酸的物理性质
(1)纯硫酸是一种无色油状液体,沸点高,难挥发。
(2)溶解性:H2SO4与水以任意比互溶,溶解时可放出大量热,浓硫酸稀释的方法是将浓硫酸沿器壁缓缓注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
2.浓硫酸的三特性
(1)吸水性
浓硫酸能吸收物质中的水分。
H2SO4(浓)+nH2O===H2SO4·nH2O,
①利用此性质可用浓硫酸作干燥剂。干燥一些不与浓硫酸反应的气体,通常用洗气装置。如可用浓硫酸干燥O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2等气体。
②利用此性质,可吸收结晶水,使蓝矾CuSO4·5H2O变为白色粉末。
(2)脱水性
指浓硫酸将有机物里的氢、氧原子按2∶1的个数比例脱去,生成水的性质。
如CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O,
C12H22O1112C+11H2O,
HCOOHCO↑+H2O。
(3)强氧化性
①常温下,Fe、Al遇浓硫酸钝化,但加热可以持续反应。
②加热可以氧化不活泼金属(如Cu),化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
③加热可以氧化非金属单质(如C、S),化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O,S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O。
④可以氧化还原性化合物如H2S,HI等。
3.硫酸盐及SO的检验
(1)常见的硫酸盐及其化学式
①皓矾:ZnSO4·7H2O;
②钡餐,重晶石:BaSO4;
③绿矾,皂矾,青矾:FeSO4·7H2O;
④芒硝,朴硝,皮硝:Na2SO4·10H2O;
⑤明矾:KAl(SO4)2·12H2O;
⑥生石膏:CaSO4·2H2O 熟石膏:2CaSO4·H2O;
⑦胆矾、蓝矾:CuSO4·5H2O;
⑧莫尔盐:(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O或(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。
(2)SO的检验
检验SO的正确操作方法:被检液取清液有无白色沉淀产生(判断有无SO)。
先加稀盐酸的目的是防止CO、SO、Ag+、SiO等离子干扰,再加BaCl2溶液,有白色沉淀产生。
[基础判断]
(1)稀释浓硫酸时可将浓硫酸沿器壁注入水中并不断搅拌。 ( )
(2)浓硫酸可以使蔗糖膨胀变黑体现了浓硫酸的吸水性。 ( )
(3)在未知液中滴加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SO或SO。 ( )
(4)浓硫酸是酸性干燥剂,可以干燥SO2、Cl2、HCl和HI。 ( )
(5)足量Zn与浓硫酸反应生成的气体中含有SO2和H2。 ( )
(6)H2S+H2SO4(浓)===S↓+SO2↑+2H2O,反应中SO2为氧化产物。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
[知识应用]
硫酸是中学化学实验室的常见药品,其性质有①酸性 ②吸水性 ③脱水性 ④强氧化性 ⑤催化作用。请将序号填在相应的横线上:
(1)锌和稀H2SO4制H2___________________________。
(2)浓硫酸作干燥剂___________________________________。
(3)浓硫酸与蔗糖的炭化实验(黑面包实验)___________________ ________________。
(4)实验室用乙醇和冰醋酸制取乙酸乙酯________________。
(5)浓硫酸与铜的反应_______________________。
(6)浓硫酸使湿润石蕊试纸先变红,后来又变黑____________。
[答案] (1)① (2)② (3)②③④ (4)②⑤ (5)①④ (6)①③
◎命题点1 浓硫酸的主要性质
1.在实验探究课上,同学们积极思考,共设计出如图所示的四种实验方案用以验证浓硫酸的吸水性,其中在理论上可行的是( )
A.①②③④ B.①③④ C.①②④ D.②③④
A [浓硫酸吸水放热温度升高;浓硫酸可以吸收胆矾中的水,变成白色;浓硫酸吸收H2O,使KNO3结晶析出;浓硫酸吸水,试管中水减少。]
2.下列叙述正确的是( )
A.浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氢气、氧气、氨气等气体,但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O,在此反应中,浓硫酸既表现了其强氧化性又表现了其酸性
C.把足量铜粉投入只含H2SO4 2 mol的浓硫酸中,得到气体体积在标准状况下为22.4 L
D.常温下能够用铁、铝等容器盛放浓H2SO4,是因为浓H2SO4的强氧化性使铁、铝等发生钝化
D [A项,浓硫酸不能干燥NH3;B项,浓硫酸只表现强氧化性;C项,浓硫酸不能完全反应,生成SO2小于22.4 L。]
浓硫酸与金属的反应规律
(1)“钝化”是浓硫酸将Fe、Al氧化而在其表面形成一层致密的氧化物薄膜,阻止了浓硫酸与Fe、Al的继续反应,体现了浓硫酸的强氧化性。但加热时钝化膜被破坏能持续反应。
(2)与活泼金属(如Zn)反应,开始产生SO2,硫酸浓度变小后,产生H2。
(3)与不活泼金属(如Cu)反应,开始产生SO2(加热),浓度变小后,稀硫酸不再与Cu反应。
(4)浓硫酸在与金属的反应中既表现氧化性又表现酸性。浓硫酸在与非金属的反应中只表现氧化性。
◎命题点2 浓硫酸的性质实验探究
3.(2019·贵阳模拟)将一定量的生铁(假设仅含Fe和C)与浓硫酸加热时,观察到固体完全溶解,并产生大量气体,某化学兴趣小组用如图装置(夹持仪器省略)对反应产生的气体成分进行探究。
(1)仪器b的名称为________。
(2)甲同学认为该气体中含有SO2、CO2、H2,将以上装置进行连接以完成验证(填接口字母代号):c→( )→( )→( ) →( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )。
(3)实验中可以证明产生的气体中含有H2的实验现象是
____________________________________________________。
(4)若取6.0 g生铁加入15.0 mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到336 mL(标准状况下)气体通入足量溴水中,然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得到干燥固体2.33 g。由此推知气体中SO2的体积分数为________。若在反应所得的溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红;继续滴加双氧水至过量,溶液红色褪去,同时有气泡产生。产生的气泡有多种可能,气泡可能是SCN-的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2;还可能是________,理由是________(用化学方程式表示)。
[解析] (2)由题给装置及试剂可知,检验CO2的试剂为氢氧化钡溶液,但SO2会对CO2的检验产生干扰,所以应先检验SO2并将SO2除去后再检验CO2,最后用装置J、F、G检验产生的气体中是否有H2,其中干燥后的H2在J装置中与CuO反应生成Cu和水,用F装置可以检验生成的水,G装置用于防止空气中的水蒸气进入F装置产生干扰,因此装置接口的连接顺序为c→f→g→d→e→m →n→o→p(或p→o)→h→i→j→k(或k→j)。(3)氢气还原装置J中的氧化铜生成的水蒸气能使F装置中的白色的无水硫酸铜变蓝色,同时装置J中有红色的铜单质生成。(4)SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生反应:SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4,生成的硫酸和氯化钡反应产生白色沉淀,设混合气体中二氧化硫的物质的量为n mol,则有:
SO2 ~ BaSO4
1 mol 233 g
n mol 2.33 g
解得n=0.01,n(混合气体)==0.015 mol,所以二氧化硫的体积分数为×100%≈66.7%。
H2O2在Fe3+的催化下会发生分解反应,生成O2和H2O。
[答案] (1)分液漏斗
(2)f g d e m n o p(或p o) h i j k(或k j)
(3)装置J中固体由黑变红,且装置F中固体由白变蓝
(4)66.7% O2 2H2O22H2O+O2↑
硫及其化合物的转化
——物质变化与科学探究
硫及其化合物的种类很多,性质复杂,应用广泛。近几年高考试题对硫及其化合物转化有所加强,特别是特殊硫的化合物的性质和制备是命题的热点。体现了“物质变化和科学探究”的核心素养。
[价态——物质类别坐标]
[应用体验]
根据上述图示,完成下列问题
(1)从化合价的变化规律,下列各组物质能反应的是______(填序号)。
①S与SO2 ②S与H2S ③S与浓H2SO4 ④SO2与浓H2SO4 ⑤H2S与浓H2SO4 ⑥SO2与H2SO3 ⑦H2S与H2SO3 ⑧SO2与H2S
(2)H2S+H2SO4(浓)―→S↓+SO2↑+H2O(未配平),该反应的氧化产物是________。
(3)写出以H2S为起始反应物,生成H2SO4的系列转化关系与条件:____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)写出下列转化的离子方程式
①向NaOH溶液中通入过量SO2:_________________,
②向Na2S和Na2SO3的混合液中加入稀H2SO4:
____________________________________________________
____________________________________________________,
③Na2SO3溶液久置于空气中:__________________________,
④H2SO3溶液久置于空气中:__________________________。
[答案] (1)③⑤⑦⑧ (2)S
(3)
(4)①OH-+SO2===HSO
②2S2-+SO+6H+===3S↓+3H2O
③2SO+O2===2SO
④2H2SO3+O2===4H++2SO
形形色色的硫的化合物简介
1.硫的含氧酸
正酸系列:次硫酸H2SO2、亚硫酸H2SO3、硫酸H2SO4。
过酸系列:过硫酸H2SO5、过二硫酸H2S2O8()。
焦酸系列:焦亚硫酸H2S2O5、焦硫酸H2S2O7。
硫代硫酸系列:硫代亚硫酸H2S2O2、硫代硫酸H2S2O3。
连酸系列:连二亚硫酸H2S2O4、连多硫酸H2SxO6[x(2~6)]。
2.硫代硫酸钠(Na2S2O3)
(1)制备
①硫化碱法,即将Na2S和Na2CO3以物质的量之比为2∶1配成溶液,然后通入SO2,发生的反应为2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2S2O3+CO2。
②亚硫酸钠法,使沸腾的Na2SO3溶液同硫粉反应,其反应的方程式为Na2SO3+SNa2S2O3。
(2)性质
①中等强度还原剂,可被碘氧化成连四硫酸钠(Na2S4O6),该反应常用来定量测定碘的含量,反应的离子方程式为I2+2S2O===2I-+S4O。
②可被氯、溴等氧化为SO,如Na2S2O3+4Cl2+5H2O===Na2SO4+H2SO4+8HCl。
③可与酸反应,离子方程式为2H++S2O===S↓+SO2↑+H2O。
3.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
(1)制备:NaHSO3过饱和溶液结晶脱水而成,2NaHSO3Na2S2O5+H2O。
(2)性质
①与酸反应放出二氧化硫,如Na2S2O5+2HCl===2NaCl+2SO2↑+H2O。
②强还原性,如Na2S2O5+2I2+3H2O===2NaHSO4+4HI。
4.过二硫酸钠(Na2S2O8)、连二亚硫酸钠(Na2S2O4)
(1)过二硫酸钠中S为+6价,含有1个过氧键(—O—O—),性质与过氧化氢相似,具有氧化性。作为氧化剂参与反应时,过氧键断裂,过氧键中的氧原子由-1价变为-2价,硫原子化合价不变。如S2O+2I-2SO+I2,5S2O+2Mn2++8H2O10SO+2MnO+16H+。过二硫酸钠不稳定,受热分解生成Na2SO4、SO3和O2。
(2)连二亚硫酸钠中S为+3价,是强还原剂,能将I2、Cu2+、Ag+还原,能被空气中的氧气氧化。在无氧条件下,用锌粉还原亚硫酸氢钠可制得连二亚硫酸钠。
题型1 硫及其化合物的转化及应用
1.如图所示是一系列含硫化合物的转化关系(反应中生成的水已略去),其中说法正确的是( )
A.反应①说明SO2具有氧化性,反应②说明SO2具有酸性
B.反应②中生成物n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,则反应物n(SO2)∶n(NaOH)=1∶2
C.反应③④⑤均属于氧化还原反应
D.工业上可利用反应②和反应④回收SO2
D [A项,反应①中先变蓝后褪色,说明KIO3先转化为I2后转化为I-,SO2体现还原性,错误;B项,根据元素守恒,当n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,n(SO2)∶n(NaOH)=2∶3,错误;C项,反应④不是氧化还原反应,错误;D项,利用反应②和④,可以吸收SO2并回收利用,正确。]
2.如图是某元素的价类二维图。其中A是一种酸式盐,E的相对分子质量比D的相对分子质量大16,当x为一种强酸时,有如图转化关系。下列说法不正确的是( )
A.物质A、B、C、D、E,F中均含有硫元素
B.物质D可以使石蕊溶液先变红后褪色
C.物质C可在纯氧中燃烧,火焰呈蓝紫色
D.物质F的浓溶液可以用铁制容器盛放
B [根据题意可知A为硫氢化物,B为H2S,C为S,D为SO2,E为SO3,F为H2SO4,y为O2,z为H2O。]
题型2 特殊硫的化合物的性质与制备
3.(2019·银川检测)Na2S2O4俗称保险粉,常用作纺织工业的漂白剂、脱色剂等。某科研小组制备并探究其性质。
资料:Na2S2O4易溶于水,具有极强的还原性,易被空气氧化,在碱性介质中稳定。
Ⅰ.制备Na2S2O4 (部分加热等辅助仪器略去)
(1)仪器①的名称是________。
(2)B装置用于制备Na2S2O4。第一步反应:Zn+2SO2ZnS2O4;第二步,加入NaOH溶液,于28~35 ℃下反应生成Na2S2O4,该步反应的化学方程式为_________________________________。
(3)实验时,先向B中通入SO2的原因,除产生ZnS2O4之外,另一原因是______________________________________________。
(4)反应后除去B中的沉淀,在滤液中加入一定量的NaCl固体搅拌,有Na2S2O4晶体析出。加入NaCl固体的作用是____________。
Ⅱ.探究Na2S2O4的性质
(5)隔绝空气加热Na2S2O4固体完全分解得到固体产物Na2SO3、Na2S2O3和SO2,但科研小组没有做到完全隔绝空气,得到的固体产物中还含有Na2SO4。请设计实验证明该分解产物中含有Na2SO4。实验方案是_____________。
(可选试剂:稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液、KMnO4溶液)
(6)制备纳米级银粉用NaOH溶液溶解Na2S2O4,加入一定量的AgNO3溶液,生成纳米级的银粉。在制备银粉的反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1,且生成的含硫物质只有一种,写出该反应的离子方程式_____________________________________。
[解析] (2)28~35 ℃下反应生成的ZnS2O4与NaOH溶液反应,反应生成Na2S2O4和Zn(OH)2沉淀,反应的化学方程式为ZnS2O4+2NaOHNa2S2O4+Zn(OH)2↓。
(3)由于Na2S2O4具有极强的还原性,易被空气氧化,所以B装置反应前应排尽装置中的空气,防止氧气干扰实验。
(4)加入NaCl固体的目的是,溶液中的Na+浓度增大,使Na2S2O4的溶解度降低,更易结晶析出,提高产率。
(5)因固体中含有的Na2SO3、Na2S2O3会干扰Na2SO4的检验,应先加入足量的稀盐酸,排除Na2SO3、Na2S2O3的干扰,再加入BaCl2溶液,检验是否存在Na2SO4。
(6)由题意可知,AgNO3溶液和碱性Na2S2O4溶液反应生成纳米级的银粉,反应中Ag元素的化合价降低,作氧化剂,Na2S2O4作还原剂被氧化,因氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1,由得失电子数目守恒可知S2O被氧化为SO,反应的方程式:2Ag++S2O+4OH-===2Ag↓+2SO+2H2O。
[答案] (1)圆底烧瓶 (2)ZnS2O4+2NaOHNa2S2O4+Zn(OH)2↓ (3)排出装置中残留的O2或空气(或防止生成物Na2S2O4被氧化) (4) 加入氯化钠,增大了Na+浓度,促进Na2S2O4结晶析出(用沉淀溶解平衡解释可以) (5)取少量产品溶于足量稀盐酸,静置,取上层清液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质 (6)2Ag++S2O+4OH-===2Ag↓+2SO+2H2O
1.正误判断
(1)(2019·全国卷Ⅱ)向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸,现象为有刺激性气味气体产生,溶液变浑浊。 ( )
(2)(2019·全国卷Ⅲ)制备少量SO2气体的方法是向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸。 ( )
[答案] (1)√ (2)√
2.(2018·全国卷Ⅰ,T27节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_____________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次通入SO2的目的是
____________________________________________________。
[解析] (1)NaHSO3过饱和溶液结晶脱水生成Na2S2O5。(2)①向Na2CO3饱和溶液中通入SO2,可能生成Na2SO3、NaHSO3,因Na2SO3溶液呈碱性,Ⅰ中溶液呈弱酸性,所以生成的是NaHSO3。②审题时抓住“生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得”,则工艺中加入Na2CO3固体,并再次通入SO2的目的是得到NaHSO3的过饱和溶液。
[答案] (1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3的过饱和溶液
3.(2018·全国卷Ⅲ,T28节选)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,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
实验步骤
现象
①取少量样品,加入除氧蒸馏水
②固体完全溶解得无色澄清溶液
③____________
④__________,有刺激性气体产生
⑤静置,________
⑥________________
[解析] 欲检验市售Na2S2O3中是否含有SO,应先取少量样品,加入除氧蒸馏水,固体完全溶解得澄清溶液,向其中加入过量稀盐酸,使S2O完全反应(S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O),以避免生成BaS2O3沉淀,对检验产生干扰,产生的现象是出现乳黄色浑浊,并有刺激性气味的气体产生,静置后,取上层清液,向其中滴入BaCl2溶液,产生白色沉淀即可说明市售Na2S2O3中含有SO。
[答案] ③加入过量稀盐酸 ④出现乳黄色浑浊 ⑤取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀
第三单元 含硫化合物的性质和应用
考纲定位
要点网络
1.掌握O3和H2O2的主要性质及其应用。
2.掌握硫元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
3.了解硫、氧及其重要化合物的制备方法。
4.了解硫元素单质及其重要化合物对环境的影响。
绿色氧化剂——O3和H2O2
1.臭氧——氧元素的一种单质
(1)组成与物理性质
臭氧的分子式为O3,与O2互为同素异形体,是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。O3在空气中含量很少,使人们感到清爽,但超过一定浓度,则会影响人体的健康。
(2)化学性质
①不稳定性:O3不稳定,容易分解,反应的化学方程式为2O3===3O2。
②强氧化性
a.能氧化具有还原性的物质,如KI、FeCl2等。
O3+2KI+H2O===I2+2KOH+O2
b.漂白性:因O3有强氧化性,所以它能使有色物质褪色,并被用来杀菌消毒。
(3)用途
①可用作漂白剂、脱色剂和消毒剂。
②臭氧层可以吸收来自太阳的紫外线,是人类和其他生物的保护伞。
(4)生成
在放电条件下空气中的O2可以转化为O3,3O22O3。
2.过氧化氢——其水溶液称双氧水
(1)结构:电子式为,结构式为H—O—O—H,含有的共价键有极性键、非极性键,为共价化合物,为无色液体。
(2)化学性质及应用
①不稳定性:加热、加催化剂都能使分解速率加快。
2H2O22H2O+O2↑(实验室制O2)。常见H2O2的催化剂有MnO2、Fe3+和Cu2+等。
②弱酸性:相当于二元弱酸。
H2O2H++HO,HOH++O。
③强氧化性
a.用10%的双氧水漂白羽毛及丝织品(漂白剂)。
b.氧化Fe2+等还原性粒子,其离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
c.使湿润的淀粉KI试纸变蓝,其离子方程式为H2O2+2I-+2H+===I2+2H2O。
d.杀菌、消毒。
④弱还原性:遇强氧化剂时作还原剂。
2KMnO4+5H2O2+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O。
[基础判断]
(1)O3与H2O2可以杀死细菌,是一种绿色消毒剂。其消毒原理与次氯酸的相似。 ( )
(2)O2与O3的转化是氧化还原反应。 ( )
(3)H2O2是一种强氧化剂,在反应时只能作氧化剂。 ( )
(4)O3能杀菌,故空气中浓度越大越好。 ( )
(5)雷电天气的空气中O3的含量会增大。 ( )
(6)NO、氟里昂可破坏臭氧层。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
[知识应用]
1.将双氧水逐滴滴入FeCl2溶液中,现象可能有
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________,
其原因是(用有关的方程式回答)________________________
_______________________________________________________________。
[答案] 溶液逐渐变为黄色,后期又有气体放出
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,
2H2O22H2O+O2↑
2.写出下列反应的离子方程式
(1)Na2SO3溶液与双氧水混合______________________。
(2)H2O2在酸性条件下与KMnO4反应____________________。
(3)H2O2还可将碱性工业废水中的CN-氧化为碳酸盐和氨气
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)双氧水中通入SO2______________________________。
[答案] (1)SO+H2O2===SO+H2O
(2)5H2O2+2MnO+6H+===2Mn2++8H2O+5O2↑
(3)H2O2+CN-+OH-===CO+NH3↑
(4)H2O2+SO2===2H++SO
◎命题点 O3、H2O2的主要性质及应用
1.(2019·张家界模拟)某商品的广告词是“臭氧,世界上最强大的消毒剂”。下列有关叙述正确的是( )
A.臭氧与氧气是同分异构体,二者的转化属于化学变化
B.大气平流层中的臭氧吸收紫外线,保护地球上的生物
C.臭氧有毒,所以不能用于水的净化
D.因为臭氧分解生成氧气,所以空气中臭氧的含量越高越好
B [A项,O3与O2是同素异形体,不是同分异构体;C项,O3可用于水的杀菌净化;D项,O3的含量很高时,对生物是有害的。]
2.下列有关双氧水说法错误的是( )
A.H2O2、Na2O2都属于过氧化物,都存在共价键
B.双氧水是绿色氧化剂,可作医疗消毒剂
C.H2O2在过氧化氢酶的催化下,温度越高,分解速率越快
D.H2O2作漂白剂是利用其氧化性,漂白原理与HClO类似,与SO2不同
C [酶在过高的温度下会失去活性,故C项错误。]
3.(1)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是____________________________。
然后再调节溶液的pH约为5,目的是_____________________________。
(2)H2O2的电子式为___________________________。
(3)H2O2氧化SO2的化学方程式为______________________。
(4)H2O2可将碱性工业废水中的CN-氧化为碳酸盐和氨,相应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(5)稀硫酸不与Cu反应,但在稀硫酸中加入H2O2后则可使Cu溶解,写出该反应的化学方程式_______________________________________________。
(6)鉴于H2O2显弱酸性,写出它与足量Ba(OH)2作用形成盐的化学方程式:_________________________________。
[答案] (1)将Fe2+氧化为Fe3+ 使Fe3+、Al3+水解完全生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀
(2) (3)H2O2+SO2===H2SO4
(4)H2O2+CN-+OH-===CO+NH3↑
(5)Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O
(6)Ba(OH)2+H2O2===BaO2+2H2O
硫及其氧化物的主要性质和应用
1.硫的存在和性质
(1)自然界中硫元素的存在
(2)硫单质的物理性质
硫单质俗称硫磺,是一种黄色固体;不溶于水,微溶于酒精,易溶于CS2;有多种同素异形体,如单斜硫、斜方硫等。
(3)从化合价的角度认识硫单质的化学性质
①S的氧化性——与变价金属化合为低价硫化物
a.S与Fe、Cu、Hg反应的化学方程式依次为S+FeFeS、S+2CuCu2S、S+Hg===HgS(此反应适用于除去室内洒落的Hg)。
b.S与H2化合的反应为S+H2H2S。
②S的还原性
a.S与O2反应的化学方程式为S+O2SO2,在空气中燃烧火焰为淡蓝色。
b.与强氧化剂反应(如浓硫酸)的化学方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O。
③S与碱反应——表现氧化性和还原性
3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O。
2.SO2的性质及应用
(1)物理性质:SO2是无色有刺激性气味的气体,有毒,密度比空气的大,易溶于水。是一种大气污染物。
(2)化学性质
填写下列表格:
现象或化学方程式
SO2表现的性质
①SO2+H2OH2SO3
酸性氧化物的通性
②SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
③SO2+NaOH===NaHSO3
SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2O
④SO2+2H2S===3S↓+2H2O
氧化性
⑤
还原性
⑥SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4
使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色
使品红溶液褪色
漂白性
3.三氧化硫的性质
(1)物理性质:熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃,在常温下为液体,在标准状况下为固体。
(2)化学性质
4.硫化氢(H2S)——水溶液为氢硫酸、为二元弱酸
H2S是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体,有剧毒,是一种大气污染物。
(1)与足量NaOH溶液,CuSO4溶液反应的离子方程式分别为H2S+2OH-===S2-+2H2O,H2S+Cu2+===CuS↓+2H+。
(2)ZnS(或FeS)投入稀硫酸中能生成H2S气体:ZnS+2H+===Zn2++H2S↑。
(3)可燃性:2H2S+3O22SO2+2H2O。
[补短板]
(1)SO2不能漂白酸、碱指示剂,如:SO2使紫色的石蕊试液只变红、不褪色。
(2)SO2能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,体现了SO2的还原性而不是漂白性。
(3)SO2、Cl2通入品红溶液中均褪色,但加热后,通Cl2的溶液不恢复红色,而通SO2的溶液又恢复红色。
(4)当SO2、Cl2混合后通入品红溶液,漂白效果减弱,当二者物质的量之比为1∶1时,无漂白性。
(5)将SO2通入含酚酞的NaOH溶液中,红色褪去的原因是SO2与NaOH溶液反应。
[知识应用]
将SO2分别通入下列四种溶液中
回答下列问题:
(1)试管a中的实验现象是:KMnO4溶液________,证明SO2具有________性,写出反应的离子方程式___________________。
(2)试管b中的实验现象是:品红溶液________,证明SO2具有________性。
(3)试管c中能产生白色沉淀,该沉淀是________,证明SO2具有________性。
(4)试管d中能产生白色沉淀,该沉淀是________。
[答案] (1)褪色 还原
5SO2+2MnO+2H2O===5SO+2Mn2++4H+
(2)褪色 漂白 (3)BaSO4 还原 (4)BaSO3
◎命题点1 硫和二氧化硫的性质及应用
1.下列说法错误的是 ( )
A.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
B.硫单质与变价金属反应时一般生成低价态金属硫化物
C.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
D.单质硫燃烧时,氧气少量可生成SO2,氧气足量时可生成SO3
[答案] D
2.(2017·北京高考)根据SO2通入不同溶液中的实验现象,所得结论不正确的是( )
实验
现象
结论
A
含HCl、BaCl2的FeCl3溶液
产生白色沉淀
SO2有还原性
B
H2S溶液
产生黄色沉淀
SO2有氧化性
C
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
SO2有漂白性
D
Na2SiO3溶液
产生胶状沉淀
酸性:H2SO3>H2SiO3
C [A对:SO2通入含HCl、BaCl2的FeCl3溶液中,发生反应:SO2+2Fe3++Ba2++2H2O===BaSO4↓+2Fe2++4H+,产生白色沉淀,该反应中SO2作还原剂,表现出还原性。B对:SO2通入H2S溶液中,发生反应:SO2+2H2S===3S↓+2H2O,产生黄色沉淀,该反应中SO2作氧化剂,表现出氧化性。C错:SO2通入酸性KMnO4溶液中,发生反应:5SO2+2MnO+2H2O===5SO+2Mn2++4H+,该反应中,SO2作还原剂,表现出还原性而不是漂白性。D对:SO2通入Na2SiO3溶液中,发生反应:Na2SiO3+SO2+H2O===H2SiO3↓+Na2SO3,该反应符合“强酸制弱酸”的反应规律,则酸性:H2SO3>H2SiO3。]
3.下列说法正确的是 ( )
A.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
B.能使品红溶液褪色的不一定是SO2
C.SO2、漂白粉、活性炭、Na2O2都能使红墨水褪色,其原理相同
D.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
B [使品红溶液褪色的可能是Cl2,SO2,O3等。]
三类漂白剂的比较
类型
原理
举例
特点
备注
氧化型
将有机色质内部“生色团”破坏掉
HClO、NaClO、
Ca(ClO)2、Na2O2、H2O2、O3等
不可逆、持久
无选择性
加合型
与有机色质内部“生色团”化合成无色物质
SO2
可逆、不持久
有选择性
吸附型
将有色物质吸附而褪色
活性炭
物理变化
吸附色素
◎命题点2 SO2、CO2的检验及其实验探究
4.下列溶液能够区分SO2和CO2气体的是( )
①澄清的石灰水 ②H2S溶液 ③酸性KMnO4溶液 ④氯水 ⑤品红溶液
A.①②③ B.②③④
C.②③④⑤ D.①②③④⑤
[答案] C
5.下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_______________________________。
[解析] 一定要理解题意是检验气体成分,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,所以酸性高锰酸钾溶液颜色变浅,但不能褪成无色,若褪成无色则不能证明二氧化硫已除尽。
[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
(1)鉴别CO2、SO2的常用试剂
①氧化剂:酸性KMnO4,卤水,FeCl3等;
②还原剂:氢硫酸;
③品红溶液。
(2)检验SO2和CO2同时存在的一般流程
流程设计
检验SO2⇒除去SO2⇒检验SO2是否除尽⇒检验CO2
选用试剂
品红溶液
酸性KMnO4溶液
品红溶液
澄清的石灰水
预期现象
褪色
褪色
不褪色
变浑浊
注意:有时为简化装置,可将除去SO2和检验SO2是否除尽合并为一个装置,用较浓的酸性KMnO4溶液,现象是酸性KMnO4溶液颜色变浅,但不褪成无色。
◎命题点3 SO2的实验室制法与性质探究
6.已知SO2具有还原性,可以还原I2,可以与Na2O2发生反应,按图示装置进行实验。(部分固定装置未画出)
操作步骤
实验现象
解释原因
关闭弹簧夹2,打开弹簧夹1,注入硫酸溶液至浸没三颈烧瓶中的固体
若将带火星的木条放在D试管口处,木条不复燃
SO2与Na2O2反应无O2生成,可能发生的化学方程式为①____________
若将带火星的木条放在D试管口处,木条复燃
SO2与Na2O2反应有O2生成,发生的化学方程式为:2SO2+2Na2O2===2Na2SO3+O2
关闭弹簧夹1,打开弹簧夹2,残余气体进入E、F中
E中②________
E中反应的离子方程式为③______________
F中④________
F中反应为2OH-+SO2===SO+H2O
[解析] A中制备二氧化硫,X干燥二氧化硫,C中是SO2与Na2O2反应,D中氢氧化钠溶液吸收剩余的二氧化硫,防止污染空气。E装置检验I-还原性弱于SO2,F装置验证二氧化硫为酸性气体,并吸收二氧化硫,防止污染空气。
[答案] ①Na2O2+SO2===Na2SO4 ②溶液蓝色褪去 ③SO2+I2+2H2O===2I-+SO+4H+ ④红色变浅或褪色
SO2的实验室制法
(1)反应原理:
①Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O;
②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;
③Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O。
(2)除杂:除去SO2中的HCl、H2O(g)的常用试剂依次为饱和NaHSO3溶液,浓H2SO4或P2O5。
(3)收集方法:向上排空气法或排饱和NaHSO3溶液法。
(4)尾气处理:可用NaOH溶液或氨水吸收SO2尾气。
硫酸 硫酸盐及检验
1.硫酸的物理性质
(1)纯硫酸是一种无色油状液体,沸点高,难挥发。
(2)溶解性:H2SO4与水以任意比互溶,溶解时可放出大量热,浓硫酸稀释的方法是将浓硫酸沿器壁缓缓注入水中,并用玻璃棒不断搅拌。
2.浓硫酸的三特性
(1)吸水性
浓硫酸能吸收物质中的水分。
H2SO4(浓)+nH2O===H2SO4·nH2O,
①利用此性质可用浓硫酸作干燥剂。干燥一些不与浓硫酸反应的气体,通常用洗气装置。如可用浓硫酸干燥O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2等气体。
②利用此性质,可吸收结晶水,使蓝矾CuSO4·5H2O变为白色粉末。
(2)脱水性
指浓硫酸将有机物里的氢、氧原子按2∶1的个数比例脱去,生成水的性质。
如CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O,
C12H22O1112C+11H2O,
HCOOHCO↑+H2O。
(3)强氧化性
①常温下,Fe、Al遇浓硫酸钝化,但加热可以持续反应。
②加热可以氧化不活泼金属(如Cu),化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。
③加热可以氧化非金属单质(如C、S),化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O,S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O。
④可以氧化还原性化合物如H2S,HI等。
3.硫酸盐及SO的检验
(1)常见的硫酸盐及其化学式
①皓矾:ZnSO4·7H2O;
②钡餐,重晶石:BaSO4;
③绿矾,皂矾,青矾:FeSO4·7H2O;
④芒硝,朴硝,皮硝:Na2SO4·10H2O;
⑤明矾:KAl(SO4)2·12H2O;
⑥生石膏:CaSO4·2H2O 熟石膏:2CaSO4·H2O;
⑦胆矾、蓝矾:CuSO4·5H2O;
⑧莫尔盐:(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O或(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。
(2)SO的检验
检验SO的正确操作方法:被检液取清液有无白色沉淀产生(判断有无SO)。
先加稀盐酸的目的是防止CO、SO、Ag+、SiO等离子干扰,再加BaCl2溶液,有白色沉淀产生。
[基础判断]
(1)稀释浓硫酸时可将浓硫酸沿器壁注入水中并不断搅拌。 ( )
(2)浓硫酸可以使蔗糖膨胀变黑体现了浓硫酸的吸水性。 ( )
(3)在未知液中滴加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SO或SO。 ( )
(4)浓硫酸是酸性干燥剂,可以干燥SO2、Cl2、HCl和HI。 ( )
(5)足量Zn与浓硫酸反应生成的气体中含有SO2和H2。 ( )
(6)H2S+H2SO4(浓)===S↓+SO2↑+2H2O,反应中SO2为氧化产物。 ( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
[知识应用]
硫酸是中学化学实验室的常见药品,其性质有①酸性 ②吸水性 ③脱水性 ④强氧化性 ⑤催化作用。请将序号填在相应的横线上:
(1)锌和稀H2SO4制H2___________________________。
(2)浓硫酸作干燥剂___________________________________。
(3)浓硫酸与蔗糖的炭化实验(黑面包实验)___________________ ________________。
(4)实验室用乙醇和冰醋酸制取乙酸乙酯________________。
(5)浓硫酸与铜的反应_______________________。
(6)浓硫酸使湿润石蕊试纸先变红,后来又变黑____________。
[答案] (1)① (2)② (3)②③④ (4)②⑤ (5)①④ (6)①③
◎命题点1 浓硫酸的主要性质
1.在实验探究课上,同学们积极思考,共设计出如图所示的四种实验方案用以验证浓硫酸的吸水性,其中在理论上可行的是( )
A.①②③④ B.①③④ C.①②④ D.②③④
A [浓硫酸吸水放热温度升高;浓硫酸可以吸收胆矾中的水,变成白色;浓硫酸吸收H2O,使KNO3结晶析出;浓硫酸吸水,试管中水减少。]
2.下列叙述正确的是( )
A.浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氢气、氧气、氨气等气体,但不能干燥有较强还原性的HI、H2S等气体
B.浓硫酸与单质硫反应的方程式为S+2H2SO4(浓)3SO2↑+2H2O,在此反应中,浓硫酸既表现了其强氧化性又表现了其酸性
C.把足量铜粉投入只含H2SO4 2 mol的浓硫酸中,得到气体体积在标准状况下为22.4 L
D.常温下能够用铁、铝等容器盛放浓H2SO4,是因为浓H2SO4的强氧化性使铁、铝等发生钝化
D [A项,浓硫酸不能干燥NH3;B项,浓硫酸只表现强氧化性;C项,浓硫酸不能完全反应,生成SO2小于22.4 L。]
浓硫酸与金属的反应规律
(1)“钝化”是浓硫酸将Fe、Al氧化而在其表面形成一层致密的氧化物薄膜,阻止了浓硫酸与Fe、Al的继续反应,体现了浓硫酸的强氧化性。但加热时钝化膜被破坏能持续反应。
(2)与活泼金属(如Zn)反应,开始产生SO2,硫酸浓度变小后,产生H2。
(3)与不活泼金属(如Cu)反应,开始产生SO2(加热),浓度变小后,稀硫酸不再与Cu反应。
(4)浓硫酸在与金属的反应中既表现氧化性又表现酸性。浓硫酸在与非金属的反应中只表现氧化性。
◎命题点2 浓硫酸的性质实验探究
3.(2019·贵阳模拟)将一定量的生铁(假设仅含Fe和C)与浓硫酸加热时,观察到固体完全溶解,并产生大量气体,某化学兴趣小组用如图装置(夹持仪器省略)对反应产生的气体成分进行探究。
(1)仪器b的名称为________。
(2)甲同学认为该气体中含有SO2、CO2、H2,将以上装置进行连接以完成验证(填接口字母代号):c→( )→( )→( ) →( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )。
(3)实验中可以证明产生的气体中含有H2的实验现象是
____________________________________________________。
(4)若取6.0 g生铁加入15.0 mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到336 mL(标准状况下)气体通入足量溴水中,然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得到干燥固体2.33 g。由此推知气体中SO2的体积分数为________。若在反应所得的溶液中滴加KSCN溶液,溶液变红;继续滴加双氧水至过量,溶液红色褪去,同时有气泡产生。产生的气泡有多种可能,气泡可能是SCN-的反应产物N2、CO2、SO2或N2、CO2;还可能是________,理由是________(用化学方程式表示)。
[解析] (2)由题给装置及试剂可知,检验CO2的试剂为氢氧化钡溶液,但SO2会对CO2的检验产生干扰,所以应先检验SO2并将SO2除去后再检验CO2,最后用装置J、F、G检验产生的气体中是否有H2,其中干燥后的H2在J装置中与CuO反应生成Cu和水,用F装置可以检验生成的水,G装置用于防止空气中的水蒸气进入F装置产生干扰,因此装置接口的连接顺序为c→f→g→d→e→m →n→o→p(或p→o)→h→i→j→k(或k→j)。(3)氢气还原装置J中的氧化铜生成的水蒸气能使F装置中的白色的无水硫酸铜变蓝色,同时装置J中有红色的铜单质生成。(4)SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生反应:SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4,生成的硫酸和氯化钡反应产生白色沉淀,设混合气体中二氧化硫的物质的量为n mol,则有:
SO2 ~ BaSO4
1 mol 233 g
n mol 2.33 g
解得n=0.01,n(混合气体)==0.015 mol,所以二氧化硫的体积分数为×100%≈66.7%。
H2O2在Fe3+的催化下会发生分解反应,生成O2和H2O。
[答案] (1)分液漏斗
(2)f g d e m n o p(或p o) h i j k(或k j)
(3)装置J中固体由黑变红,且装置F中固体由白变蓝
(4)66.7% O2 2H2O22H2O+O2↑
硫及其化合物的转化
——物质变化与科学探究
硫及其化合物的种类很多,性质复杂,应用广泛。近几年高考试题对硫及其化合物转化有所加强,特别是特殊硫的化合物的性质和制备是命题的热点。体现了“物质变化和科学探究”的核心素养。
[价态——物质类别坐标]
[应用体验]
根据上述图示,完成下列问题
(1)从化合价的变化规律,下列各组物质能反应的是______(填序号)。
①S与SO2 ②S与H2S ③S与浓H2SO4 ④SO2与浓H2SO4 ⑤H2S与浓H2SO4 ⑥SO2与H2SO3 ⑦H2S与H2SO3 ⑧SO2与H2S
(2)H2S+H2SO4(浓)―→S↓+SO2↑+H2O(未配平),该反应的氧化产物是________。
(3)写出以H2S为起始反应物,生成H2SO4的系列转化关系与条件:____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)写出下列转化的离子方程式
①向NaOH溶液中通入过量SO2:_________________,
②向Na2S和Na2SO3的混合液中加入稀H2SO4:
____________________________________________________
____________________________________________________,
③Na2SO3溶液久置于空气中:__________________________,
④H2SO3溶液久置于空气中:__________________________。
[答案] (1)③⑤⑦⑧ (2)S
(3)
(4)①OH-+SO2===HSO
②2S2-+SO+6H+===3S↓+3H2O
③2SO+O2===2SO
④2H2SO3+O2===4H++2SO
形形色色的硫的化合物简介
1.硫的含氧酸
正酸系列:次硫酸H2SO2、亚硫酸H2SO3、硫酸H2SO4。
过酸系列:过硫酸H2SO5、过二硫酸H2S2O8()。
焦酸系列:焦亚硫酸H2S2O5、焦硫酸H2S2O7。
硫代硫酸系列:硫代亚硫酸H2S2O2、硫代硫酸H2S2O3。
连酸系列:连二亚硫酸H2S2O4、连多硫酸H2SxO6[x(2~6)]。
2.硫代硫酸钠(Na2S2O3)
(1)制备
①硫化碱法,即将Na2S和Na2CO3以物质的量之比为2∶1配成溶液,然后通入SO2,发生的反应为2Na2S+Na2CO3+4SO2===3Na2S2O3+CO2。
②亚硫酸钠法,使沸腾的Na2SO3溶液同硫粉反应,其反应的方程式为Na2SO3+SNa2S2O3。
(2)性质
①中等强度还原剂,可被碘氧化成连四硫酸钠(Na2S4O6),该反应常用来定量测定碘的含量,反应的离子方程式为I2+2S2O===2I-+S4O。
②可被氯、溴等氧化为SO,如Na2S2O3+4Cl2+5H2O===Na2SO4+H2SO4+8HCl。
③可与酸反应,离子方程式为2H++S2O===S↓+SO2↑+H2O。
3.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
(1)制备:NaHSO3过饱和溶液结晶脱水而成,2NaHSO3Na2S2O5+H2O。
(2)性质
①与酸反应放出二氧化硫,如Na2S2O5+2HCl===2NaCl+2SO2↑+H2O。
②强还原性,如Na2S2O5+2I2+3H2O===2NaHSO4+4HI。
4.过二硫酸钠(Na2S2O8)、连二亚硫酸钠(Na2S2O4)
(1)过二硫酸钠中S为+6价,含有1个过氧键(—O—O—),性质与过氧化氢相似,具有氧化性。作为氧化剂参与反应时,过氧键断裂,过氧键中的氧原子由-1价变为-2价,硫原子化合价不变。如S2O+2I-2SO+I2,5S2O+2Mn2++8H2O10SO+2MnO+16H+。过二硫酸钠不稳定,受热分解生成Na2SO4、SO3和O2。
(2)连二亚硫酸钠中S为+3价,是强还原剂,能将I2、Cu2+、Ag+还原,能被空气中的氧气氧化。在无氧条件下,用锌粉还原亚硫酸氢钠可制得连二亚硫酸钠。
题型1 硫及其化合物的转化及应用
1.如图所示是一系列含硫化合物的转化关系(反应中生成的水已略去),其中说法正确的是( )
A.反应①说明SO2具有氧化性,反应②说明SO2具有酸性
B.反应②中生成物n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,则反应物n(SO2)∶n(NaOH)=1∶2
C.反应③④⑤均属于氧化还原反应
D.工业上可利用反应②和反应④回收SO2
D [A项,反应①中先变蓝后褪色,说明KIO3先转化为I2后转化为I-,SO2体现还原性,错误;B项,根据元素守恒,当n(Na2SO3)∶n(NaHSO3)=1∶1时,n(SO2)∶n(NaOH)=2∶3,错误;C项,反应④不是氧化还原反应,错误;D项,利用反应②和④,可以吸收SO2并回收利用,正确。]
2.如图是某元素的价类二维图。其中A是一种酸式盐,E的相对分子质量比D的相对分子质量大16,当x为一种强酸时,有如图转化关系。下列说法不正确的是( )
A.物质A、B、C、D、E,F中均含有硫元素
B.物质D可以使石蕊溶液先变红后褪色
C.物质C可在纯氧中燃烧,火焰呈蓝紫色
D.物质F的浓溶液可以用铁制容器盛放
B [根据题意可知A为硫氢化物,B为H2S,C为S,D为SO2,E为SO3,F为H2SO4,y为O2,z为H2O。]
题型2 特殊硫的化合物的性质与制备
3.(2019·银川检测)Na2S2O4俗称保险粉,常用作纺织工业的漂白剂、脱色剂等。某科研小组制备并探究其性质。
资料:Na2S2O4易溶于水,具有极强的还原性,易被空气氧化,在碱性介质中稳定。
Ⅰ.制备Na2S2O4 (部分加热等辅助仪器略去)
(1)仪器①的名称是________。
(2)B装置用于制备Na2S2O4。第一步反应:Zn+2SO2ZnS2O4;第二步,加入NaOH溶液,于28~35 ℃下反应生成Na2S2O4,该步反应的化学方程式为_________________________________。
(3)实验时,先向B中通入SO2的原因,除产生ZnS2O4之外,另一原因是______________________________________________。
(4)反应后除去B中的沉淀,在滤液中加入一定量的NaCl固体搅拌,有Na2S2O4晶体析出。加入NaCl固体的作用是____________。
Ⅱ.探究Na2S2O4的性质
(5)隔绝空气加热Na2S2O4固体完全分解得到固体产物Na2SO3、Na2S2O3和SO2,但科研小组没有做到完全隔绝空气,得到的固体产物中还含有Na2SO4。请设计实验证明该分解产物中含有Na2SO4。实验方案是_____________。
(可选试剂:稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液、KMnO4溶液)
(6)制备纳米级银粉用NaOH溶液溶解Na2S2O4,加入一定量的AgNO3溶液,生成纳米级的银粉。在制备银粉的反应中,氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1,且生成的含硫物质只有一种,写出该反应的离子方程式_____________________________________。
[解析] (2)28~35 ℃下反应生成的ZnS2O4与NaOH溶液反应,反应生成Na2S2O4和Zn(OH)2沉淀,反应的化学方程式为ZnS2O4+2NaOHNa2S2O4+Zn(OH)2↓。
(3)由于Na2S2O4具有极强的还原性,易被空气氧化,所以B装置反应前应排尽装置中的空气,防止氧气干扰实验。
(4)加入NaCl固体的目的是,溶液中的Na+浓度增大,使Na2S2O4的溶解度降低,更易结晶析出,提高产率。
(5)因固体中含有的Na2SO3、Na2S2O3会干扰Na2SO4的检验,应先加入足量的稀盐酸,排除Na2SO3、Na2S2O3的干扰,再加入BaCl2溶液,检验是否存在Na2SO4。
(6)由题意可知,AgNO3溶液和碱性Na2S2O4溶液反应生成纳米级的银粉,反应中Ag元素的化合价降低,作氧化剂,Na2S2O4作还原剂被氧化,因氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1,由得失电子数目守恒可知S2O被氧化为SO,反应的方程式:2Ag++S2O+4OH-===2Ag↓+2SO+2H2O。
[答案] (1)圆底烧瓶 (2)ZnS2O4+2NaOHNa2S2O4+Zn(OH)2↓ (3)排出装置中残留的O2或空气(或防止生成物Na2S2O4被氧化) (4) 加入氯化钠,增大了Na+浓度,促进Na2S2O4结晶析出(用沉淀溶解平衡解释可以) (5)取少量产品溶于足量稀盐酸,静置,取上层清液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质 (6)2Ag++S2O+4OH-===2Ag↓+2SO+2H2O
1.正误判断
(1)(2019·全国卷Ⅱ)向盛有饱和硫代硫酸钠溶液的试管中滴加稀盐酸,现象为有刺激性气味气体产生,溶液变浑浊。 ( )
(2)(2019·全国卷Ⅲ)制备少量SO2气体的方法是向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸。 ( )
[答案] (1)√ (2)√
2.(2018·全国卷Ⅰ,T27节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_____________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次通入SO2的目的是
____________________________________________________。
[解析] (1)NaHSO3过饱和溶液结晶脱水生成Na2S2O5。(2)①向Na2CO3饱和溶液中通入SO2,可能生成Na2SO3、NaHSO3,因Na2SO3溶液呈碱性,Ⅰ中溶液呈弱酸性,所以生成的是NaHSO3。②审题时抓住“生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得”,则工艺中加入Na2CO3固体,并再次通入SO2的目的是得到NaHSO3的过饱和溶液。
[答案] (1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3的过饱和溶液
3.(2018·全国卷Ⅲ,T28节选)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,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
实验步骤
现象
①取少量样品,加入除氧蒸馏水
②固体完全溶解得无色澄清溶液
③____________
④__________,有刺激性气体产生
⑤静置,________
⑥________________
[解析] 欲检验市售Na2S2O3中是否含有SO,应先取少量样品,加入除氧蒸馏水,固体完全溶解得澄清溶液,向其中加入过量稀盐酸,使S2O完全反应(S2O+2H+===S↓+SO2↑+H2O),以避免生成BaS2O3沉淀,对检验产生干扰,产生的现象是出现乳黄色浑浊,并有刺激性气味的气体产生,静置后,取上层清液,向其中滴入BaCl2溶液,产生白色沉淀即可说明市售Na2S2O3中含有SO。
[答案] ③加入过量稀盐酸 ④出现乳黄色浑浊 ⑤取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀
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