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第3章 物质的性质与转化
第2节　硫的转化
自然界中的硫
1.自然界中不同价态的硫元素之间的转化
(1)硫的存在
自然界中既有游离态硫又有化合态硫，游离态的硫主要存在于火山喷发口附近，化合态的硫广泛存在于含硫矿物中。
(2)自然界中不同价态的硫元素之间的转化
2.认识硫单质
(1)硫的物理性质
硫单质俗称硫黄。通常状况下，它是一种黄色或淡黄色固体；很脆，易研成粉末；不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳；熔点、沸点都不高。
(2)同素异形体
①由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫作该元素的同素异形体。
②硫元素常见的同素异形体有正交硫、单斜硫；氧元素常见的同素异形体有O2、O3；碳元素常见的同素异形体有金刚石、石墨等。
(3)硫的化学性质
实验室里研究不同价态硫元素之间的转化
1.不同价态含硫化合物
含硫物质 H2S、Na2S S SO2、H2SO3、
Na2SO3 SO3、H2SO4、
Na2SO4
硫元素化合价 －2 0 ＋4 ＋6
二氧化硫
1.物理性质
颜色 气味 密度 溶解性 沸点
无色 有刺激性气味 比空气大 易溶于水(1∶40) －10℃(易液化)

催化剂
(4)漂白性
可使品红溶液等有色物质褪色，生成不稳定的无色物质，加热或久置后，这些无色物质容易分解而恢复为原来的颜色，但SO2不能用于食品增白。此外，SO2可用于杀菌消毒，可用作干果的防腐剂，还是一种食品添加剂。SO2不能漂白酸碱指示剂，只能使紫色石蕊溶液变红，但不能使之褪色。
(5)毒性
用约70％的浓硫酸而不用98.3％的浓硫酸或稀硫酸的原因：①若用98.3％的浓硫酸，因其含水量少，硫酸主要以分子形式存在，H＋浓度很小，难以反应；②若用稀硫酸，则含水量多，因SO2易溶于水，不利于SO2的收集。
硫酸
1.浓硫酸的物理性质
(1)浓硫酸是一种无色、黏稠的油状液体，沸点高，难挥发，常用浓硫酸的质量分数为98.3％。
(2)溶解性：浓硫酸能与水以任意比互溶，溶解时放出大量的热。
(3)浓硫酸的稀释方法：将浓硫酸沿器壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌。
3.浓硫酸的“三大”特性
(1)吸水性：浓硫酸能够吸收气体、液体中的水分子及固体中的结晶水，故常用作干燥剂。但它不能用于干燥碱性或还原性物质，如NH3、H2S、HBr、HI等，可用浓硫酸干燥的气体有H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4等。
(2)脱水性：浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布、木材等有机物里的氢、氧原子按水中氢、氧原子的比例脱去，如浓硫酸使蔗糖变黑炭化。
实验操作
实验现象 a：试管中铜丝表面有气泡冒出b：试管中的品红溶液逐渐变为无色
c：试管中的紫色石蕊溶液逐渐变为红色将a试管中的溶液慢慢倒入水中，溶液变为蓝色
实验结论
(3)强氧化性
①在一定条件下与大多数金属单质反应：除金、铂以外的绝大多数金属都能与浓硫酸反应，生成高价金属硫酸盐，如与铜反应：
浓硫酸的反应规律
1.常温下与活泼金属反应生成硫酸盐(铁、铝除外)、H2O和SO2，表现强氧化性和酸性，浓硫酸变稀后，生成的气体为H2。常温下，铁、铝与浓硫酸反应形成一层致密的氧化物薄膜而钝化。
2.与不活泼金属、非金属和还原性物质反应的规律
①反应需要加热，否则不反应。
②还原产物一般是SO2，一般金属被氧化为高价态的硫酸盐，非金属被氧化为高价态的氧化物或含氧酸。
③浓硫酸与金属反应时，既表现酸性又表现强氧化性，而与非金属反应时，只表现强氧化性。
④浓硫酸与不活泼金属反应时，随着反应的进行，浓硫酸浓度变小，一旦变为稀硫酸，反应停止。
⑤能与具有还原性的化合物反应，如能与H2S、HI、HBr、FeCl2等反应。
4.硫酸的工业制备
(1)工艺流程
工业上用98.3％的硫酸吸收SO3，可以避免用水吸收SO3时产生的酸雾腐蚀设备，还可以提高SO3的吸收率。
5.硫酸的用途
硫酸是重要的化工原料，可用于制硫酸盐、精炼石油、金属加工、制化肥、炸药、农药、染料等。实验室中浓硫酸用作干燥剂。
酸雨及其防治
1.硫酸型酸雨的形成
(1)酸雨：pH＜5.6的降水被称为酸雨。正常雨水pH约为5.6，这是溶解了CO2的
缘故。
4.空气质量指数
空气质量指数是根据空气中的细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的浓度计算出来的数值。空气质量指数越小，空气质量越好，对人体健康的危害越小。
SO2、CO2的性质比较与检验
1.性质异同
气体 SO2 CO2
相同点 物理性质 无色气体，密度比空气大
与水反应 SO2＋H2O H2SO3(中强酸) CO2＋H2O H2CO3(弱酸)
与碱性氧化物反应
与碱反应
气体 SO2 CO2
相同点 弱氧化性
不同点 物理性质 有刺激性气味、易溶于水(1∶40) 无味、能溶于水(1∶1)
还原性 能被酸性高锰酸钾溶液、HNO3、NO2、氧气、氯水、溴水、碘水、Na2O2、H2O2、FeCl3、Ba(NO3)2、Ca(ClO)2等氧化剂氧化 无
漂白性 有，不稳定 无
对环境的影响 形成酸雨 引起温室效应
2.SO2与CO2混合气体的检验
流程设计 检验SO2→除去SO2→检验SO2是否被除尽→检验CO2
选用试剂 品红溶液 酸性KMnO4溶液 品红溶液 澄清石灰水
实验现象 褪色 褪色(或变浅) 不褪色 变浑浊
二氧化硫是中学化学的重要物质。某化学兴趣小组设计如图实验探究SO2的性质。
(1)仪器b的名称是　　　　　，已知b中放入的是纯铜片，写出装置A中的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)同学甲认为该套装置存在一个明显缺陷，是________________________________　
　　　　　　　　　　　　　　。
该套装置没有尾气处理装置，尾气中的二氧化硫会污染空气。
没有尾气处理装置
(3)关于该探究实验，下列说法错误的是　　　　(填序号)。
①装置A中，橡胶管a的作用是平衡压强，使分液漏斗中的液体能顺利流下
②装置B中，紫色石蕊溶液变红，证明二氧化硫与水反应生成酸性物质
③装置C中，品红溶液褪色，证明二氧化硫具有漂白性
④装置D中溶液变浑浊，生成了硫单质，证明SO2具有还原性
④
装置A中，橡胶管a连接分液漏斗和蒸馏烧瓶，相当于恒压滴液漏斗，其作用是使分液漏斗中的液体能顺利流下，①正确；装置B中，紫色石蕊溶液变红说明溶液显酸性，证明二氧化硫与水反应生成了酸性物质，②正确；装置C中，若品红溶液褪色，能证明二氧化硫具有漂白性，③正确；装置D中溶液变浑浊，生成了硫单质，说明二氧化硫和硫化氢发生了氧化还原反应，二氧化硫具有氧化性，④错误。
(4)装置E中溶液褪色，发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　。
(5)实验过程中，同学乙观察到E中溶液在完全褪色后开始逐渐变浑浊。查阅资料后得知，在催化剂的作用下，SO2在水中会发生歧化反应。于是他又设计以下实验进行探究(实验中溶液的体积及溶质的物质的量浓度均相同)。
【实验装置】
【实验现象】一段时间后，F、H中无明显现象，I中比G中的溶液先变浑浊。
【实验结论】在水中，SO2歧化的离子方程式为　　　　 　　
　　　　　　　　　　。该反应中的催化剂是　　　　(填序号)。
①H＋　②I－　③H＋、I－　④K＋、H＋　⑤K＋、I－
除去CO2中SO2的两种方法
1.利用二氧化硫的还原性，用酸性高锰酸钾溶液、氯水、溴水等除去。
2.利用亚硫酸的酸性比碳酸强，用饱和碳酸氢钠溶液除去。
浓硫酸的三大特性
1.浓硫酸吸水性、脱水性的区别
(1)浓硫酸具有吸水性，实验室中可用作干燥剂，不能将其暴露于空气中，防止其吸收空气中的水蒸气。
(2)浓硫酸可使许多有机物脱水而炭化。
项目 吸水性 脱水性
作用对象 含有水分子或结晶水的物质 将有机物中的氢、氧原子按水中氢、氧原子的比例脱去
变化类型 物理变化、化学变化 化学变化
2.浓硫酸强氧化性的体现
反应物 变化或反应 表现性质
活泼金属 铁、铝 常温下，铁、铝遇到浓硫酸时发生钝化 强氧化性
加热时，反应生成硫酸盐、H2O和SO2 强氧化性和酸性
锌等其他活泼金属 与浓硫酸反应时，开始产生SO2，金属过量时产生H2
较不活泼金属(如铜、银等)
碳、硫、磷等非金属 强氧化性
还原性物质
如图为铜丝与浓硫酸反应并验证其产物性质的实验装置。
(1)①中反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　。
Cu与浓硫酸反应，不与稀硫酸发生反应。
(2)②中饱和NaHSO3溶液的作用是除去①中SO2气流带出的硫酸。加热一段时间后，③中溶液依然澄清，④中溶液褪色。若要立即终止铜与硫酸的反应，恰当的方法是　　　　(填字母)。
a.上移铜丝，使其脱离硫酸
b.撤去酒精灯
c.拔去橡胶塞倒出硫酸
a
SO2气流带出的硫酸能与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，对二氧化硫的性质检验造成干扰，可以用饱和亚硫酸氢钠溶液除去SO2气流带出的硫酸，要立即终止铜与硫酸的反应，可以上移铜丝，使其脱离硫酸；撤去酒精灯，容易发生倒吸；拔去橡胶塞倒出硫酸，操作复杂；故选a。
(3)反应停止后，待装置冷却，把③取下后将其中溶液分成两份做如下实验：
项目 加入试剂 现象 分析与解释
第1份 加入NaOH溶液 有白色沉淀生成 沉淀为　　　　(写化学式)
第2份 加入氯水 有白色沉淀生成 沉淀为　　　　(写化学式)
BaSO3　BaSO4
二氧化硫为酸性氧化物，与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠与氯化钡反应生成亚硫酸钡白色沉淀，其化学式是BaSO3；二氧化硫具有还原性，能够被氯水氧化生成硫酸，硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡白色沉淀，故该白色沉淀的化学式为BaSO4。
化学反应中，硫酸所体现的性质
1.生成硫酸盐和挥发性酸：体现酸性和难挥发性，如与NaCl固体反应。
2.全部转化为SO2：只体现强氧化性，如与C、H2S、HI反应。
3.生成硫酸盐和SO2：既体现酸性又体现强氧化性，如与Cu、FeO反应。
含硫物质之间的转化
1.相同价态的不同含硫化合物间的转化一般通过与酸、碱等反应实现
SO2 H2SO3 NaHSO3 Na2SO3
H2O
NaOH溶液
稀硫酸
NaOH溶液
稀硫酸
2.不同价态的含硫物质间通过氧化还原反应实现
硫及其化合物发生氧化还原反应时，其化合价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：
3.相邻价态的含硫物质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。
4.含硫物质的连续氧化
已知X气体是一种无色、有刺激性气味的酸性氧化物，有关X、Y、Z、W的转化关系如图所示，反应①～④均为化合反应，回答下列问题。
(1)Y的化学式为　　　　，Z的化学式为　　　　；X直接排入空气中易造成的环境问题是　　　　　　　。
SO3　H2SO3　形成酸雨
X气体是一种无色、有刺激性气味的酸性氧化物，能与氧气或氯水反应，X为SO2，由转化关系可知Y为SO3，Z为H2SO3，W为H2SO4。SO2直接排入空气中易形成酸雨。
(2)反应①～⑤中属于氧化还原反应的是　　　　。
②④⑤
X气体是一种无色、有刺激性气味的酸性氧化物，能与氧气或氯水反应，X为SO2，由转化关系可知Y为SO3，Z为H2SO3，W为H2SO4。反应②为二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的反应，为氧化还原反应，反应④为亚硫酸与氧气反应生成硫酸的反应，为氧化还原反应，反应⑤为氯水和二氧化硫的反应，为氧化还原反应，所以属于氧化还原反应的是②④⑤。
(3)写出反应⑤的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
(4)写出铜与W浓溶液反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
不同价态硫元素互相转化的“三原则一特殊”
三原则：邻位价态原则、邻价不氧化还原原则、归中原则。
一特殊：当遇到强氧化剂或强还原剂时，硫元素的化合价可能发生“跳位”变化。

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