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第五章
化工生产中的重要非金属元素
第一节
硫及其化合物
在新闻报道中，我们经常听到有关酸雨的报道。酸雨对我们的环境和生活产生了巨大的影响，今天我们学习一种会导致酸雨污染的物质---硫
硫是一种重要的非金属元素，位于元素周期表的第三周期、第VIA族。
硫原子的最外电子层有6个电子，在化学反应中容易得到2个电子，形成－2价硫的化合物。
与同主族的氧元素相比，硫元素的原子多一个电子层，得电子能力相对较弱，而失电子能力则相对较强。
这也是我们在富含氧气的地表附近找到的含硫化合物中，硫常常为＋4价或＋6价，而氧为－2价的原因。
火山喷口处的硫
硫元素在自然界中的存在形式
(1) 游离态：硫单质俗名______，主要存在于_______ 附近或地壳的岩层里。
(2) 化合态：主要以金属硫化物和硫酸盐的形式存在，如硫铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)、石膏(____________) 和芒硝(Na2SO4·10H2O)等。
硫黄
火山口
CaSO4·2H2O
硫的存在
一
硫和二氧化硫
1．硫的物理性质
硫 (俗称硫黄) 是一种_____色晶体，质脆，易研成粉末。硫难溶于水，微溶于酒精，易溶于 ____________。
黄
二硫化碳
数据
硫
熔点：113℃
沸点：445 ℃
密度：2.06 g/cm3
硫的化学性质
硫的化学性质比较活泼，能与许多金属单质及非金属单质发生化学反应。
① 跟金属反应
铁 Fe＋S FeS (黑色)
△
硫化亚铁
铜 2Cu＋S Cu2S (黑色)
△
硫化亚铜
汞 Hg＋S HgS (除汞)
硫的氧化性较弱，与Cu、Fe等变价金属反应生成低价的硫化物。
② 跟非金属反应
S＋H2 H2S
△
反应现象：臭鸡蛋气味
硫化氢
S＋O2 SO2
点燃
反应现象：(火焰)空气中：淡蓝色，
纯氧中：明亮蓝紫色
硫在氧气中燃烧
③ 跟非金属反应
3S＋6NaOH 2Na2S＋Na2SO3＋3H2O
S＋2H2SO4 (浓) 3SO2↑＋2H2O
思 考
(1) S、Cl2与Fe、Cu反应的产物有何差异？原因是什么？
硫是一种弱氧化剂，与可变价金属 (如Fe、Cu) 反应时，生成低价金属硫化物，而Cl2的氧化性强于S，与可变价金属作用，生成高价态氯化物。
(2) 如何洗涤附着在试管内壁上的硫？
可用 CS2 或热 NaOH 溶液洗涤试管内壁的硫。
2. 硫的氧化物——SO2
① 物理性质：
无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。在通常情况下，1体积水可以溶解40体积SO2 ( 1∶40 )。
② 化理性质：
SO2是一种酸性氧化物
SO2中硫元素为＋4价，属于中间价态，SO2 既有还原性又有氧化性．
【实验 5－1】
如图5-2所示，把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内页面的上升。待液面高度不再明显变化时，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定溶液的酸碱度(保留该溶液供实验5-2使用)。
实验现象：
SO2溶于水，生成亚硫酸(H2SO3)，溶液显酸性.
亚硫酸不稳定，同时又容易分解，生成二氧化硫和水。
化学上通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应，向反应物方向进行的反应叫做逆反应。
像这种在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应。
二氧化硫与水的反应就可以表示为：
__________________________________
SO2＋ H2O H2SO3
注意：形成的亚硫酸在空气中长时间放置会发生反应：
_________________________________________
2H2SO3＋O2＝2H2SO4
二氧化硫在适当的温度并有催化剂存在的条件下，可以被氧气氧化，生成三氧化硫。三氧化硫也是一种酸性氧化物，溶于水时与水发生剧烈反应，生成硫酸。
2SO2＋ O2 SO3
催化剂
△
SO2＋ H2O ＝ H2SO4
二氧化硫还能与硫化氢反应，生成硫和水。
SO2＋2H2S ＝ 3S↓＋2H2O
从以上反应可以看出，二氧化硫既具有氧化性又具有还原性。
① 酸性氧化物通性
c. 与碱反应：与NaOH溶液反应：
_______________________________.
a. 与H2O反应：________________________
b. 与碱性氧化物反应与CaO反应：________________.
SO2＋H2O H2SO3
CaO＋SO2＝CaSO3
SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O
② 氧化性：与H2S反应：________________________.
SO2＋2H2S＝3S↓＋2H2O
③ 还原性：SO2能被O2、X2(Cl2、Br2、I2)、KMnO4(H＋)
溶液等强氧化剂氧化。
b. 与X2反应：______________________________
c. 5SO2＋2MnO4－＋2H2O＝2Mn2＋＋5SO42－＋4H＋
a. 与O2反应：__________________，该反应为可逆反应.
X2＋SO2＋2H2O＝2HX＋H2SO4　
2SO2＋O2 SO3
催化剂
△
【实验 5－2】
用试管取2mL在实验5-1中得到的溶液，向其中滴入1~2滴品红溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。然后加热试管，注意通风，再观察溶液的变化。(如图5-3)
实验现象：
加入品红后，红色逐渐消失；加热后，又恢复红色
结论：
二氧化硫具有漂白性，会生成不稳定的化合物，加热化合物分解，又会恢复红色。
注意：
SO2遇到紫色石蕊试液，紫色石蕊试液变红不褪色。
SO2可与某些有色物质生成不稳定的无色物质，但见光、加热或长时间放置，不稳定物质又分解为原有色物质和SO2。
④ 漂白性漂白原理
SO2＋H2O＋有色物质→化合不稳定无色物质→有色物质.
△
SO2的漂白性
二氧化硫具有漂白作用，工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝等。
二氧化硫的漂白作用是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。这些无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。
此外，二氧化硫可用于杀菌消毒，还是一种食品添加剂。
资料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
食品中的二氧化硫
食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如，在葡萄酒酿制过程中，葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵，添加适量的二氧化硫可以起到杀菌的作用。二氧化硫又是一种抗氧化剂，能防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保质作用，并有助于保持葡萄酒的天然果香味。
尽管二氧化硫在蜜饯、干果、食糖、果酒等食品的加工中起着重要作用，但如果使用不当就有可能造成食品中二氧化硫的残留量超标从而对人体健康造成不利影响。为保证消费者健康，我国在食品添加剂使用标准中规定了二氧化硫在食品中的使用范围和最大使用量，如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量为0.25g/L。
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⑤ 各物质漂白性比较
氧化型 加合型 吸附型
物 质 HClO、Ca(ClO)2 Na2O2、H2O2 SO2 活性炭
原 理 将有色物质氧化成无色物质 生成不稳定的无色物质 较大表面积，吸附有色物质
效 果 永久 暂时 永久
实 质 氧化还原反应 非氧化还原反应 物理性质
二氧化硫的制法
1) 原理：Na2SO3＋H2SO4(浓)＝Na2SO4 ＋H2O ＋SO2↑
2) 原料：亚硫酸钠粉末和浓硫酸
3) 发生装置：固＋液
4) 除杂装置：浓硫酸
5) 收集装置：向上排空气法
6) 尾气处理装置：用氢氧化钠溶液吸收SO2
SO2的污染
① SO2有刺激性气味，有毒，排入空气中会污染空气
② SO2和NO2是形成酸雨的主要物质
③ 酸雨的PH值小于5.6
正常雨水的PH＝5.6，是因为溶有CO2
探讨：酸雨的形成过程
④ 酸雨的防治：
开发新能源，安装工业脱硫装置，尾气处理。
硫的氧化物——SO3
(1) 物理性质：
SO3的熔点16.8 ℃，沸点44.8 ℃，在标准状态下SO3为固态。
(2) 化学性质——酸性氧化物的通性：
①与H2O反应：SO3＋H2O＝H2SO4
②与CaO反应：SO3＋CaO＝CaSO4
③与Ca(OH)2溶液反应：
SO3＋Ca(OH)2＝CaSO4↓＋H2O
H2S 气体
① 硫化氢是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体，剧毒。
② 水溶液的弱酸性 (氢硫酸)
H2S H＋＋HS－ ， HS－ H＋＋S2－
③ 还原性：H2S能被SO2、O2、Cl2、Fe3＋等氧化
2FeCl3＋H2S＝2FeCl2＋S↓＋2HCl，
SO2＋2H2S＝3S↓＋2H2O
氧化产物一般是S，相邻价态变化!
④可燃性：O2＋2H2S ═══ 2S＋2H2O
点燃
3O2＋2H2S ═══ 2SO2＋2H2O
点燃
随堂练习
1. 下列物质中，不能由单质直接化合生成 (　　)
① CuS　② FeS　③ SO3　④ H2S　⑤ FeCl2
A．①③⑤　　　　　　B．①②③⑤
C．①②④⑤ D．全部
A
【分析】①Cu和S反应生成Cu2S；
② FeS可以由两者反应生成； ③ S和O2反应生成SO2；
④ H2S可以由两者反应生成； ⑤ Fe和Cl2反应生成FeCl3。
解 析
2. 将SO2分别通入下表所列的溶液中，填写有关问题.
反应物 反应现象 SO2的性质
溴水 褪色 还原性
酸性KMnO4溶液 褪色 还原性
氢硫酸(H2S溶液) 有淡黄色物质生成 氧化性
滴有酚酞NaOH溶液 褪色 酸性氧化物
石蕊溶液 变红 水溶液酸性
品红溶液 褪色 漂白性
3. 下列实验中能证明某气体一定为SO2的是(　　)
①使澄清石灰水变浑浊 ；②使湿润的蓝色石蕊试纸变红；③使品红溶液褪色；④通入足量NaOH溶液中，再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，该沉淀溶于稀盐酸；⑤通入溴水中，能使溴水褪色，再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀产生。
A．都能证明　　　　　　 B．都不能证明
C．③④⑤均能证明 D．只有⑤能证明
D
解 析
解析：选D。①二氧化碳也能使澄清石灰水变浑浊；②酸性气体都能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，如HCl；③有氧化性的气体也可以使品红溶液褪色，如氯气；④二氧化碳通入足量氢氧化钠溶液中能生成碳酸钠，再加入氯化钡溶液也产生溶于稀盐酸的白色沉淀。⑤SO2与溴水反应的化学方程式为：SO2＋Br2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4，再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀产生，可证明有SO42－生成，两种现象结合可以证明气体为SO2。
二、硫酸
下图浓硫酸的稀释，哪个是正确的？
？
一、硫酸的物理性质
硫 酸
(1) 纯硫酸是一种无色油状液体，沸点高，难挥发。
(2) 沸点：338 ℃ (难挥发酸)，
密度：密度为 1.84 g / cm3 (比水大).
(3) 溶解性：浓H2SO4与水以_______比互溶，溶解时可
放出大量的热.
任意
(4) 浓硫酸的稀释方法：将___________沿器壁慢慢注入
_____中，并用玻璃棒不断搅拌。
浓硫酸
水
二、硫酸的制备
硫酸是重要的化工原料，可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。
工业上一般以硫黄或其他含硫矿物(如黄铁矿)为原料来制备硫酸。金属冶炼时产生的含二氧化硫废气经回收后也可用于制备硫酸。
1.生产原理：
4FeS2＋11O2 ════ 2Fe2O3＋8SO2
高温
(S＋O2 ════ SO2 )
点燃
2SO2＋O2 SO3
催化剂
△
SO3＋H2O ════ H2SO4
2. 反应化学方程式：
三、硫酸的化学性质
1.稀硫酸的性质
硫酸的稀溶液可以完全电离：
__________________________
H2SO4══ 2H＋＋SO42－
硫酸在水里很容易电离出氢离子，具有酸性。
2.稀硫酸具有酸的五个通性：
① 跟酸碱指示剂反应；
② 跟活泼金属反应；
③ 跟碱性氧化物反应；
④ 跟碱起中和反应；
⑤ 跟某些盐反应。
3. 浓硫酸的化学性质
①浓硫酸：
主要以分子形式存在，所以具有和稀硫酸不同的化学性质。
浓硫酸还具有很强的吸水性和脱水性等特殊的性质。
它能吸收存在于周围环境中的水分，也能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢和氧按水的组成比脱去.
② 吸水性：(做干燥剂) 吸收游离的水
常用来干燥中性气体和酸性气体：H2、O2、CO2、SO2、Cl2、 HCl 等.
不能用浓硫酸干燥的气体有：碱性气体—NH3、还原性气体—H2S、HBr、HI.
③ 脱水性：
将有机物中的氢、氧元素按 2∶1 的比例脱去。如：蔗糖脱水。(图示如下)
现象：蔗糖颜色逐渐变黑，混合物体积迅速膨胀，产生
有刺激性气味气体.
反应方程式如下：
__________________________________________
C12H22O11 ═════ 12＋11H2O
浓硫酸
浓硫酸还具有很强的氧化性，能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。
【实验 5－3】
在带导管的橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。在试管中加入 2 mL浓硫酸，塞好橡胶塞使铜丝与浓硫酸接触。加热，将产生的气体通入品红溶液观察实验现象。向外拉铜丝，终止反应。冷却后，将试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，观察溶液的颜色.
注意
浓硫酸具有很强的腐蚀性，在实验中应注意安全防护!
增大接触面积，加快反应速率
1. 将铜片改为铜丝有什么好处
反应注意事项：
2. 现象：铜丝由红色变黑色，逐渐溶解，产生无色、有
刺激性气味的气体。
3. 调节铜丝的高度，减少SO2 对环境的污染
4. 冷却后，把试管里的液体倒入盛有水的试管里得到蓝
色溶液。(得到了什么？)
CuSO4
反应解读：
在加热条件下，浓硫酸和铜反应，生成硫酸铜，SO2和H2O。
在这个反应里，浓硫酸氧化了铜，自身被还原成二氧化硫。浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂。
2H2SO4(浓) ＋Cu ═══ CuSO4＋SO2 ↑＋2H2O
△
在上述反应中，硫酸表现出了__________和______。
强氧化性
酸性
④ 强氧化性：
(1) 冷的浓H2SO4，如遇铁、铝等钝化
(2) 加热时浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成_________________本身一般被还原成______。
高价金属硫酸盐
汽车铁罐拉浓硫酸
SO2
⑤ 浓硫酸与C的反应以及产物检验：
在加热时，浓硫酸也能与木炭发生反应，生成二氧化碳、二氧化硫和水。
2H2SO4 (浓) ＋C ════ 2SO2 ↑＋CO2 ↑ ＋ 2H2O
△
还原剂
氧化剂
思考：如何用实验方法证明木炭与浓硫酸反应的产物？
检验SO2
品红
KMnO4
石灰水
品红
无水硫酸铜
检验水
除去SO2
检验CO2
检验SO2是否除尽
C 和浓硫酸产物检测
思考与讨论
(1) 硫酸具有酸的哪些共同的性质？请举例写出相关反应的离子方程式。
与活泼金属反应如：Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑
与碱性氧化物作用如： MgO＋2H＋＝Mg2＋＋H2O
与碱作用如： H＋＋OH－＝H2O
与盐作用如： CO32－＋2H＋＝H2O＋CO2↑
(2) 实验室用硫酸与金属反应制取氢气时，往往用稀硫酸，而不用浓硫酸，只是为什么？
浓硫酸不能得到氢气
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硫酸盐
硫酸钙 自然界中的硫酸钙常以石膏 (CaSO4 2H2O) 的形式存在。石膏被加热到150℃时，会失去所含大部分结晶水而变成熟石膏 (2CaSO4 H2O)。熟石膏与水混合成糊状物后会很快凝固，重新变成石膏。利用这种性质，石膏可被用来制作各种模型和医疗用的石膏绷带。在工业上，石膏还被用来调节水泥的硬化速率。
硫酸钡 自然界中的硫酸以重晶石 (BaSO4) 的形式存在。重晶石是生产其他领盐的原料。硫酸钡不溶于水和酸，且不容易被 X 射线透过，因此在医疗上可被用作消化系统 X 射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”.
硫酸铜 硫酸铜 (CuSO4) 是白色的粉末，结合水后会变成蓝色晶体，俗称胆矶(CuSO4 5H2O)。硫酸铜的这一性质可以用来检验酒精中是否含少量水。胆矶可以和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液。
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四、硫酸盐
一些含 _________________叫做矾。
胆矾_______________，绿矾________________，
皓矾_______________，明矾_________________，
生石膏_____________，熟石膏_______________，
重晶石_____________。
结晶水的硫酸盐
CuSO4·5H2O
FeSO4·7H2O
ZnSO4·7H2O
Kal(SO4)2·12H2O
BaSO4
2CaSO4·H2O
CaSO4·2H2O
随堂练习
1. 下列溶液中通入SO2一定不会产生沉淀的是(　　)
A．Ba(OH)2　　　　　 B．Ba(NO3)2
C．Na2S D．BaCl2
D
【分析】A中生成BaSO3，B中生成BaSO4，C中有S生成。
解 析
2. 下列关于浓硫酸的叙述正确的是 ( )
A. 浓硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化
B. 浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫
气体
C. 浓硫酸是一种干燥剂，能够干燥氨气、氢气等气体
D. 浓硫酸在常温下能够使铁、铝等金属钝化
D
解 析
【分析】 A、蔗糖炭化是浓硫酸脱水性；
B、浓硫酸和铜反应需要加热；
C、浓硫酸不能干燥氨气；
D、浓硫酸可以使铁、铝钝化.
3. 足量Cu 与2mol的浓硫酸反应，在标准状态下制得的
SO2 体积为什么小于 22.4 L
答：因为浓硫酸消耗变为稀硫酸，不与铜反应，所以在标准状态下制的 SO2 体积小于 22.4 L。
4. 硫酸厂有一辆存放过浓硫酸的铁槽车。某工人违反操作规程，边吸烟边用水冲洗铁槽车，结果发生了爆炸。下列对引起爆炸的原因说法正确的是(　　)
A. 浓硫酸遇明火爆炸
B. 浓硫酸遇水发热爆炸
C. 铁与水(常温下)反应产生的氧化物爆炸
D. 稀释后的硫酸与铁反应产生的氢气在空气中遇明火而爆炸
D
【分析】浓硫酸可以和铁在常温下钝化，但是稀硫酸可以和铁反应。
解 析
5. 浓硫酸在下列转化中，既表现出氧化性又表现出酸性的是(　 　)
A．Cu→CuSO4 B．C→CO2
C．Fe(OH)3→Fe2(SO4)3 D ．Fe2O3→Fe2(SO4)3
A
解 析
【分析】铜和浓硫酸反应既表现酸性又表现氧化性
2H2SO4 (浓)＋Cu ═══ CuSO4＋SO2 ↑＋2H2O。
△
三
硫酸根离子的检验
SO42－ 的检验，硫的单质、化合物之间的转化。
【实验 5－4】
在三支试管中分别加入少量稀硫酸、Na2SO4 溶液和Na2CO3 溶液，然后各滴入几滴 BaCl2 溶液，观察现象再分别加入少量稀盐酸，振荡，观察现象。从这个实验中你能得出什么结论 写出相关反应的离子方程式。
注意
BaCl2、Ba(OH)2 等可溶性钡的化合物和BaCO3 有毒! 使用时须做好个人防护，相关废弃物应进行无害化处理。
反应现象：滴加BaCl2溶液产生白色沉淀，滴加盐酸后，
有气泡产生，沉淀的量减少。
在溶液中，SO42－可与Ba2＋反应，生成不溶于稀盐酸的白色 BaSO4 沉淀。
Ba2＋＋ SO42－ ＝ BaSO4 ↓
Ba2＋＋CO32－ ＝ BaCO3↓
BaCO3＋2H＋＝ Ba2＋＋H2O＋CO2↑
溶液中的 CO32－ 也能与 Ba2＋ 反应生成白色沉淀，但 BaCO3 沉淀可以与稀盐酸反应，放出 CO2。
因此在实验室里，通常将溶液先用稀盐酸酸化，以排除 CO32－ 等可能造成的干扰，然后加入 BaCl2 溶液来检验 SO42－ 的存在。
硫酸根离子的检验
先用盐酸把溶液酸化，无明显现象，以排除 CO32－、SO32－、Ag＋ 等可能造成的干扰，再加入 BaCl2 溶液，根据是否有白色沉淀出现，来说明原溶液中是否有SO42－ 存在。
注意：
①不能用 HNO3 酸化，因其具有强氧化性；
② 钡盐不能用 Ba(NO3)2 溶液，因为在酸性条件下，
SO32－、HSO3－、SO2 等会被溶液中NO3－氧化。
思考与讨论
(1) 经溶解、过滤和蒸发操作得到的粗盐中还含有一些可溶性硫酸盐及 MgCl2、CaCl2等杂质。如果按照下表所示顺序除去它们，应加入什么试剂 写出相关反应的离子方程式 (可以参考附录Ⅱ )。
杂质 加入的试剂 离子方程式
硫酸盐 氯化钡溶(BaCl2) Ba2＋＋CO32－＝BaCO3↓
MgCl2 NaOH Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓
CaCl2 Na2CO3 Ca2＋＋CO32－＝CaCO3↓
(2) 加入你选择的试剂除去杂质后，有没有引入其他离子？用什么方法可以除去这些离子？
引入了 OH－ 离子和 CO32－ 离子，加入适量盐酸可以除去这些离子。
(3) 设计除去杂质的实验方案时，除了要考虑所加试剂的种类，还要考虑哪些问题？
离子角度：钙离子通常加碳酸钠除去；
镁离子要加氢氧化钠除去；
硫酸根离子要加氯化钡除去；
然后考虑顺序：先加氯化钡再加碳酸钠，可以保证过量钡离子通过形成碳酸钡沉淀被除去,反之过量钡离子会留下来成为新的杂质。
最后过量的碳酸钠和氢氧化钠可以用盐酸来除去.
四
不同价态含硫物质的转化
资料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
自然界中硫的存在和转化
硫元素广泛存在于自然界中，是植物生长不可缺少的元素，组成生命体的蛋白质中就含有硫。游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。在岩层深处和海底的无氧环境下，硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等。
在地表附近，由于受氧气和水的长期作用，硫化物会转化为硫酸盐，如石膏 (CaSO4·2H2O)、芒硝 (Na2SO4·10H2O) 等。火山口附近的硫单质会被大气中的氧气氧化成二氧化硫，二氧化硫可被进一步氧化生成三氧
化硫二氧化硫和三氧化硫遇水
分别形成亚硫酸和硫酸。
从图 5-7 可以看出，自然界中的含硫物质在一定条件下能够相互转化。
这种转化在人工条件下也能发生，硫酸的工业生产就是人类通过控制化学反应条件而实现的含硫物质的相互转化。
那么，在实验室里如何实现不同价态含硫物质的相互转化呢
探 究
不同价态含硫物质的转化
(1) 下图是人们总结的不同价态硫元素的转化关系，请尽可能多地列举每种价态的硫元素所对应的物质，并根据硫元素化合价的变化，分析各种物质在氧化还原反应中表现氧化性还是还原性。
① 不同价态的硫转化关系
S
－2
S
0
S
＋4
S
＋6
－2e
＋2e
－4e
＋4e
－2e
＋2e
“高价显氧化性，低价显还原性，中间价态两边转”
SO2 既有氧化性，又有还原性。
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：
H2S＋H2SO4(浓)＝ S↓＋SO2↑＋2H2O
③ 相邻价态的微粒不发生氧化还原反应
2H2S＋SO2 ═══ 3S↓＋2H2O
2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4 ═══ 3Na2SO4＋3S↓＋3H2O
如 S 和 H2S、S 和 SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应.
④ 含硫物质的连续氧化
FeS2──→SO2──→SO3──→H2SO4
H2O
O2
O2
S──→SO2──→SO3──→H2SO4
O2
O2
H2O
H2S────→SO2──→SO3──→H2SO4
足量O2
O2
H2O
实验设计：
(2) 从上述转化关系中选择你感兴趣的一种或几种，设计实验实现其转化，并填写下表。
转化目标(价态变化) 转化前的 含硫物质 选择试剂(氧化剂或还原剂) 转化后的含硫物质 预期现象
－2→0
······
提示：常用的氧化剂有浓硫酸、Cl2、KMnO4等，
还原剂有金属单质、H2、Na2S等.
(3) 综合考虑实验安全和环境保护，选择一种实验方案进行实验。实验过程中及时观察和记录实验现象，并对其进行分析，通过推理得出结论，就你的结论和发现的问题与同学交流。
硫的相互转化
化学实验设计
化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前，根据一定的实验目的，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法，对实验的原理、试剂、仪器与装置步骤和方法等所进行的规划。
方法导引
例如，设计“不同价态含硫物质的转化”实验，当确定了要实现的转化关系后，需要明确转化前后的含硫物质是哪些，通过怎样的反应 (氧化/还原) 实现转化，用到的氧化剂或还原剂是什么，等等。
进行化学实验设计时，应遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。
化学实验设计一般以实验设计方案的形式呈现，通常包括实验课题、实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤及注意事项、实验数据及处理、实验结论与讨论等。
化学与职业~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
化工工程师
化工工程师是解决人类在生产、生活等领域面临的化工相关问题的专业技术人才工作在石油炼制、化肥生产、医药开发和环境治理等领域。其主要工作是依据科学原理，统筹各方面的资源，设计化工生产的工艺流程，并监控生产过程，及时解决生产中遇到的技术问题。
化工工程师需要具有高度的社会责任感团队精神、全局观念、风险管控意识和创新能力，并具备化学、化工、安全、经济、环境等方面的专业知识。
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练习与应用
1. 下列物质中的硫元素不能表现出氧化性的是 ( )。
A. Na2S B. S
C. SO2 D. H2SO4
A
【分析】 S的最高化合价只有氧化性，最低化合价只有还原性，中间价态既有氧化性又有还原性。
解 析
2. 下列关于SO2 的叙述正确的是 ( )。
A. SO2 是无色、无臭、有毒的气体
B. SO2 与 NaOH 溶液反应生成 Na2SO4
C. SO2 能使紫色的 KMnO4 溶液褪色
D. SO2 有毒，不能用作食品添加剂
C
解 析
【分析】
A. SO2是无色、无刺激性气味、有毒的气体；
B. SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO3；
C. SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色
D. 二氧化硫可作食品添加剂,葡萄酒的配料表中，就有二氧化硫的添加。
3.下列事实与括号中浓硫酸的性质对应关系正确的是
( )。
A.空气中敞口久置的浓硫酸质量增大(挥发性)
B.浓硫酸在加热条件下与铜反应 (脱水性)
C.用浓硫酸在纸上书写的字迹变黑(氧化性)
D.浓硫酸可用来干燥某些气体( 吸水性 )
D
解 析
【分析】
A .敞口久置的浓硫酸，会吸收空气中的水分変稀，是浓硫酸的吸水性；
B. 在加热条件下铜与浓硫酸发生氧化还原反应，表现的是浓硫酸的氧化性和酸性；
C. 浓硫酸在纸上书写的字迹变黑，表现的是浓硫酸的脱水性；
D. 浓硫酸可以用来干燥气体，表现的是浓硫酸的吸水性。
4. 在实验室中，几位同学围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究，将适量的蔗糖放入烧杯中，加人几滴水，搅拌均匀；然后再加人适量浓硫酸，迅速搅拌，观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并产生有刺激性气味的气体。
(1) 生成的黑色物质是 _________(填化学式)。
C
(2) 有刺激性气味的气体的主要成分是_______ (填化学式)，写出产该气体的反应的化学方程式：
______________________________________________。
(3) 上述实验现象表明浓硫酸具有 _____ (填字母 )。
a.酸性 b.吸水性 c. 脱水性 d.强氧化性
SO2
C＋2H2SO4 (浓) ════ CO2↑＋2H2O＋2SO2↑
加热
cd
5.如何证明酸雨中含有硫酸 请简述相关的实验操作步骤。
【解析】使用试剂氯化钡 (BaCl2) 和排除干扰试剂盐酸(HCl) 。向待测物溶液滴入几滴HCl溶液，无明显现象，再加入几滴 BaCl2 溶液，震荡，如果产生白色沉淀，则它是硫酸。
6. 现有两支分别盛有相同体积浓硫酸和稀硫酸的试管，
请用简单的方法区别它们。
解答：
1. 向2个试管中都加入铁片，不反应的是浓硫酸，产生气泡 的是稀硫酸
2. 各蘸取少量，涂在白纸上，变黑的是浓硫酸，没明显变化 的是稀硫酸
3. 将2个试管中的酸倒入一定量水中，水温明显升高的是浓硫酸，温度无明显变化的是稀硫酸。
7. 某工厂使用的煤中硫的质量分数为0.64%，该工厂每天燃烧这种煤100 t，试计算：
(1) 如果煤中的硫全部转化为 SO2，该厂每天产生 SO2 的质量及这些 SO2 在标准状况下的体积；
(2) 如果把产生的 SO2 全部用来生产硫酸，理论上每年(按365天计) 可得到98%的浓硫酸的质量。
(1) 如果煤中的硫全部转化为 SO2，该厂每天产生 SO2 的质量及这些 SO2 在标准状况下的体积；
解析：m(S) ＝100t×0.64%＝0.64t＝0.64×106g，
n(S)＝0.64×106g/(32g·mol) ＝2×104mol，
由反应的关系式S～SO2，可知：
n(SO2) ＝n(S) ＝2×104mol，
V(SO2) ＝2×104mol×22.4L/mol＝4.48×105L＝448m3，
答：该工厂每天产生SO2在标准状况下的体积为448m3．
(2) 如果把产生的 SO2 全部用来生产硫酸，理论上每年(按365天计) 可得到98%的浓硫酸的质量。
解：每天生成SO2为2×104mol，则每年生成SO2为：
2×365×104mol＝7.3×106mol，
由反应的关系式：
SO2～H2SO4，n(H2SO4) ＝7.2×106mol，
则m (H2SO4)＝7.3×106mol×98g/mol＝7.154×108g，
得到98%的浓硫酸(密度为1.84g/cm3)的质量为：
7.158×108g/98% ＝7.304×108g＝730.4t，
答：理论上每年(按360天计)得到98%的浓硫酸 (密度为1.84g/cm3) 的质量为730.4t．
8. 请分析下图，并上网查阅相关资料，简述硫在自然界的循环过程，思考人类活动对硫的循环有什么影响。
解答：自然界的硫最初来自黄铁矿与黄铜矿等矿物，由风化进入土壤当中，再经由植物或微生物的吸收，或经由冲刷进入河流，再流入大海，然后沉积或由途中的微生物继续利用等。硫也是自然界生态循环中最重要的元素之一。
其中硫酸根是自然界硫最主要的形式之一，除了被生物再吸收利用外。一部分的硫则由生物转化为硫化氢(如哺乳动物的放屁、硫酸根离子在无氧状况下被硫酸盐还原菌还原成硫化氢)，并释放到大气当中，或透过微生物反应重新便为硫元素停留在自然界。硫循环会参予微生物与生物之生物化学反应。有些微生物氧化各种硫化合物，有些则进行还原。
本课结束
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