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

第1课时　硫和二氧化硫

一、硫

1．硫元素的位置、结构与性质

(1)硫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。

(2)与氧元素相比，得电子能力相对较弱，非金属性比氧的弱。故在富含O2的地表附近的含硫化合物中，硫常显＋4价或＋6价，而氧显－2价。

2．硫单质的物理性质

硫(俗称硫黄)是一种黄色晶体，质脆，易研成粉末。硫难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。

3．硫单质的化学性质

(1)氧化性表现为与金属、H2反应：

与Fe、Cu、H2反应的化学方程式分别为S＋FeFeS、S＋2CuCu2S、S＋H2H2S，在这些反应，S均作氧化剂。

(2)还原性表现为与O2反应，其化学方程式为S＋O2SO2，反应中S作还原剂。

点拨：(1)硫的氧化性较弱，与变价金属反应，生成低价态的金属硫化物。

(2)硫与氧气反应，无论氧气是否过量，只生成SO2。

二、二氧化硫

1．物理性质

二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易溶于水。在通常情况下，1体积的水可以溶解约40体积的SO2。

2．化学性质

(1)具有酸性氧化物的性质

①与H2O反应的化学方程式为SO2＋H2O

H2SO3。

②与碱(如NaOH)反应的化学方程式为SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O。

(2)还原性

SO2在一定条件下与O2反应的化学方程式为

，生成的SO3也是酸性氧化物，与H2O反应的化学方程式为SO3＋H2O===H2SO4。

(3)氧化性

SO2与H2S反应的化学方程式为SO2＋2H2S===3S＋2H2O。

(4)漂白性

①SO2通入品红溶液中，品红溶液褪色，加热时，溶液又变红色。

②SO2的漂白原理：SO2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又使有色物质恢复原来的颜色。

③应用：SO2在工业上应用于漂白纸浆、毛、丝等；此外SO2可用于杀菌消毒，还是一种食品添加剂。

3．可逆反应

(1)正反应：向生成物方向进行的反应。

(2)逆反应：向反应物方向进行的反应。

(3)可逆反应：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。

点拨：可逆反应要注意“两同”：同一条件、同时进行。

SO2的漂白性

1.若将Cl2通入品红溶液中，现象是什么？若再加热，又有什么现象？

提示：品红溶液褪色；再加热时，不能恢复原来的颜色。

2．若将等物质的量的SO2和Cl2同时通入品红溶液中，溶液的漂白性是“强强联合”吗？为什么？

提示：不是。若将等物质的量的SO2和Cl2相混合后，在溶液中发生反应：SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl，从而失去漂白能力。

1．物质具有漂白性是指物质能使有机色素褪色，如新制氯水使有色花瓣褪色，SO2使品红溶液褪色等。SO2的漂白原理与新制氯水的不同，其原理是SO2能与某些有色物质结合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。

2．虽然SO2具有漂白性，但SO2使某些溶液褪色并不都是由于其漂白性。SO2使有机色素褪色属于漂白，SO2使无机物褪色不属于漂白。

SO2

3．SO2虽具有漂白性，但不能漂白指示剂。因此将SO2通入紫色石蕊溶液中，溶液只会变红，不会褪色。

SO2、CO2的性质比较与检验

1．分别将SO2、CO2通入澄清石灰水中，有什么现象？石灰水能鉴别SO2和CO2气体吗？

提示：澄清石灰水均变浑浊；若继续通入，浑浊均变澄清，不能用石灰水鉴别SO2和CO2气体。

2．举例说明可以用于检验SO2的试剂有哪些？

提示：品红溶液、溴水、酸性KMnO4等。

3．若要证明某气体是CO2和SO2的混合气体，需用哪些试剂？顺序如何确定？

提示：可用品红溶液、酸性KMnO4溶液和澄清石灰水。混合气体→品红溶液→酸性KMnO4溶液→品红溶液→澄清石灰水。

1．CO2与SO2的主要化学性质比较

2.鉴别SO2和CO2的常用方法

(1)用品红溶液鉴别：褪色的是SO2，不褪色的是CO2。

(2)用酸性KMnO4溶液鉴别：褪色的是SO2，不褪色的是CO2，原理：SO2被氧化。

(3)用溴水(或氯水)鉴别：褪色的是SO2，不褪色的是CO2，原理：Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr(或Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HCl)。

(4)用H2S溶液鉴别：出现淡黄色浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2，原理：2H2S＋SO2===3S＋2H2O。

3．SO2和CO2混合气体的检验和除杂方法

(1)除去CO2中混有的SO2，常将混合气体通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶洗气。

(2)检验SO2和CO2混合气体中CO2的方法

―→―→―→―→

除去SO2　　　检验CO2

第2课时　硫酸　硫酸根离子的检验

一、硫酸

1．工业制硫酸的原理示意图

上述流程涉及的化学方程式为S＋O2SO2或4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，2SO2＋O2

2SO3，SO3＋H2O===H2SO4。

2．硫酸的酸性

(1)电离方程式：H2SO4===2H＋＋SO。

(2)写出稀硫酸与Zn、CuO、NaOH溶液、NaHCO3溶液反应的离子方程式分别为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑、CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O、H＋＋OH－===H2O、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。

3．浓硫酸的特性

(1)吸水性：浓硫酸能吸收存在于周围环境中的水分，可用于作干燥剂。

(2)脱水性：浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢元素和氧元素按水的组成比脱去。

(3)强氧化性

①与金属Cu反应的化学方程式为2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O。反应中氧化剂是浓硫酸，还原剂是Cu，还原产物为SO2。

②与非金属的反应

浓硫酸与木炭反应的化学方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。反应中氧化剂为浓硫酸，还原剂为C，还原产物为SO2。

实验制H2时，往往用稀硫酸而不用浓硫酸的原因是什么？

提示：浓硫酸具有强氧化性与金属反应时不产生H2而是产生SO2。

二、常见的硫酸盐

1．石膏(化学式为CaSO4·2H2O)，加热失水变为熟石膏(化学式为2CaSO4·H2O)，应用于制作各种模型和医疗用的石膏绷带，工业上还用于调节水泥的硬化速率。

2．硫酸钡又称“重晶石”或“钡餐”，用于生产其他钡盐的原料或消化系统X射线检查的内服药剂。

3．硫酸铜为白色粉末，CuSO4结合水后变为蓝色晶体胆矾(化学式为CuSO4·5H2O)，又称蓝矾。无水CuSO4可用于检验H2O的存在。胆矾和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液。

三、硫酸根离子的检验

1．SO的检验

(1)实验探究：①稀硫酸或Na2SO4溶液现象为有白色沉淀生成，加盐酸后白色沉淀不溶解

②Na2CO3溶液现象为有白色沉淀生成，加盐酸后白色沉淀溶解且放出气体

(2)SO的检验一般思路：待测液无沉淀无气体生成白色沉淀生成

2．粗盐中可溶性杂质的除去

浓硫酸的三大特性

探究1：蔗糖的脱水实验

现象1：蔗糖逐渐变黑。原因是浓硫酸具有脱水性：

C12H22O1112C＋11H2O。

现象2：蔗糖体积膨胀，形成黑色疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体。原因是浓硫酸具有强氧化性，把C氧化成CO2，并有SO2气体放出。

探究2：浓硫酸与Cu的反应

[实验装置]

[问题思考]

1．a、b、c试管中的现象分别是什么？

提示：a中铜丝变黑，有气体逸出；b中品红溶液逐渐变为无色；c中溶液变为红色。

2．浸NaOH溶液棉团的作用是什么？写出反应的离子方程式。

提示：吸收尾气SO2，防止污染空气。

SO2＋2OH－===SO＋H2O。

3．b中现象说明了什么？

提示：浓硫酸与Cu共热生成SO2，同时说明SO2具有漂白性。

4．Cu与浓硫酸的反应中，浓H2SO4表现了什么性质？

提示：强氧化性和酸性。

浓硫酸的三大特性

点拨：(1)常温下与活泼金属反应(铁、铝除外)表现强氧化性和酸性，生成硫酸盐和SO2，硫酸变稀后，生成的气体为H2。

(2)加热与不活泼金属(如Cu)反应时，即使金属过量也不能使H2SO4完全反应，也不会产生H2。

(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。

SO的检验和粗盐的提纯

1．分析下列说法是否正确？不正确的说明原因。

(1)溶液中加入BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，说明溶液中含有SO。

(2)溶液中加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，说明溶液中含有SO。

(3)溶液中先加入盐酸，无沉淀生成，再加BaCl2溶液有白色沉淀生成，说明溶液中含SO。

(4)溶液中加入硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，有白色沉淀生成，说明溶液含SO。

提示：(1)错误，Ag＋、CO、SO等离子干扰。

(2)错误，Ag＋干扰。

(3)正确。

(4)错误，SO干扰。

2．如何除去NaCl溶液中的Ca2＋？

提示：溶液中加入过量的Na2CO3溶液，过滤，再向滤液中加入适量稀盐酸，调节溶液pH为中性。

1．SO的检验

(1)一般思路

待检验溶液无明显现象(若有沉淀，则静置后取上层清液)观察有无白色沉淀产生(若有白色沉淀产生，则说明待检验溶液中含有SO；若无白色沉淀产生，则说明待检验溶液中不含SO)。

(2)排除干扰

①Ag＋干扰：用盐酸酸化可排除Ag＋的干扰。

②CO、SO、PO干扰：BaCO3、BaSO3、Ba3(PO4)2都是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀不同的是，这些沉淀可溶于强酸中，因此检验SO时，必须先用盐酸酸化。不能用硝酸酸化，因在酸性条件下，SO、HSO等会被溶液中的NO氧化为SO，从而干扰检验结果。

2．除去粗盐中可溶性杂质的步骤

点拨：粗盐提纯时为使杂质离子完全除去，要加入过量的试剂，后续试剂要能够将前面所加的过量试剂除去，由此可知碳酸钠溶液要在氯化钡溶液之后加入，碳酸钠既要除去杂质钙离子还要除去过量的钡离子。

物质的分离和提纯的“三个必须”和“四个原则”

(1)三个必须

①除杂试剂必须稍过量。

②过量试剂必须除尽，且容易除去。

③除杂途径选最佳，有多种杂质时除杂顺序必须合理。

(2)四个原则

第3课时　不同价态含硫物质的转化

一、自然界中硫的存在和转化

1．硫的存在

(1)在自然界中硫元素主要以化合态形式存在，如组成生命体的蛋白质中含有硫。在岩层深处和海底的无氧环境下，通常以硫化物的形式存在，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)。在地表附近，硫化物转化为硫酸盐，如石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等。

(2)游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。

2．硫的转化

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成三氧化硫。

二、常见硫的价态及转化

1．硫元素常见的化合价有－2、0、＋4和＋6，可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。利用氧化剂，可将硫元素从低价态转化到高价态；利用还原剂，可将硫元素从高价态转化到低价态。

2．硫的不同价态所对应的常见化合物

(1)含有－2价硫的物质有酸：H2S，盐：Na2S、NaHS等。

(2)含有＋4价硫的物质有氧化物：SO2 ，酸：H2SO3，盐：Na2SO3、NaHSO3等。

(3)含有＋6价硫的物质有氧化物：SO3，酸：H2SO4，盐：Na2SO4、NaHSO4等。

含硫物质之间的转化

1．下图是人们总结的不同价态硫元素的转化关系，请分析各种元素在氧化还原反应中表现氧化性还是还原性，并举例说明。

提示：只表现还原性，只表现氧化性，、既表现氧化性又表现还原性。举例略。

2．以硫元素为基础原料，合成硫酸，请设计合成路线。

提示：SSO2SO3H2SO4或

SSO2H2SO3H2SO4。

1．不同价态硫元素之间的相互转化

不同价态硫元素之间的相互转化主要通过氧化还原反应实现。上述转化中，从左到右，硫元素化合价升高，需加入氧化剂。从右到左，硫元素化合价降低，需加入还原剂。

2．相同价态硫元素之间的转化

以上两种转化关系均属于相同价态硫元素之间的转化，从左到右的转化，加入碱可以实现；从右到左的转化，加入酸可以实现。

微专题1　常见漂白剂的归类分析

三类漂白剂的比较

点拨：当Cl2与SO2(体积比为1∶1)混合后通入品红溶液时，品红溶液不褪色，因为SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl。