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3课时 不同价态含硫物质的转化
一、选择题
1.北京时间2022年1月15日,南太平洋岛国汤加境内发生了“21世纪至今最剧烈的火山喷发”,对该国造成了严重的破坏。火山喷发是硫元素在自然界中转化的重要途径,部分过程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.SO2、SO3均是酸性氧化物
B.火山喷发易诱发酸雨
C.以上硫的转化过程涉及的反应均为氧化还原反应
D.火山口可能发生的反应有2H2S+SO2===3S+2H2O
【解析】选C。SO2、SO3均能与碱反应生成盐和水,则均是酸性氧化物,A正确;火山喷发能够产生大量的SO2,则易诱发硫酸型酸雨,B正确;SO2→H2SO3,SO3→H2SO4,为非氧化还原反应,C错误;由图示可知,火山口放出的气体有H2S、SO2,故火山口可能发生的反应有2H2S+SO2===3S+2H2O,D正确。
2.下列物质在氧化还原反应中,硫元素只表现还原性的是 ( )
A.H2S B.SO2
C.H2SO3 D.H2SO4
【解析】选A。S有-2、0、+4、+6价,-2价是硫的最低价态,只表现还原性。0、+4价既可以表现还原性,也可以表现氧化性,+6价仅表现氧化性。
3.图为含硫物质之间的转化关系,其中属于氧化还原反应的有 ( )
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
【解析】选B。H2S转化为S单质,S元素化合价由-2价变为0价,属于氧化还原反应;S单质转化为SO2,S元素化合价由0价变为+4价,属于氧化还原反应;SO2转化为H2SO3及Na2SO3,S元素化合价始终为+4价,属于非氧化还原反应。
4.下列转化不能一步实现的是 ( )
A.S→H2S B.S→SO3
C.H2SO4→SO2 D.Na2SO3→SO2
【解析】选B。H2+SH2S,A不选;S和O2反应只能生成SO2,B选;浓硫酸和还原性物质反应生成SO2,C不选;Na2SO3与浓H2SO4反应生成SO2,D不选。
[方法规律]含硫物质的连续氧化
5.实验室常用热的NaOH溶液洗去试管壁上沾有的硫,其反应方程式为6NaOH+3S2Na2S+Na2SO3+3H2O。在此反应中硫表现的性质是 ( )
A.氧化性
B.还原性
C.既无氧化性又无还原性
D.既有氧化性又有还原性
【解析】选D。依据反应的化学方程式知硫元素的价态变化是,故S既有氧化性又有还原性。
6.下列事实与原因(括号中)对应关系正确的是 ( )
A.在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大(浓硫酸具有难挥发性)
B.向某样品溶液中先滴加过量的稀盐酸无现象,再滴加BaCl2溶液后出现白色沉淀(样品溶液中含有S)
C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(浓硫酸具有吸水性)
D.浓硫酸可与铜反应(只表现浓硫酸的强氧化性)
【解析】选B。在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大是因为浓硫酸的吸水性;向样品溶液中加入过量稀盐酸,没有任何现象,说明一定没有Ag+,再加入少量BaCl2溶液,生成白色沉淀,此时溶液为酸性,而BaSO4既不溶于水也不溶于酸,则白色沉淀为BaSO4,溶液中含有S;蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成主要是利用了浓硫酸的脱水性;浓硫酸与金属铜的反应中既表现浓硫酸的强氧化性又表现浓硫酸的酸性。
7.元素的价类二维图是学习元素及其化合物的重要模型和工具。如图为硫元素的价类二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是 ( )
A.附着有X的试管常用酒精清洗
B.Y使溴水褪色体现了其漂白性
C.加热条件下,Z的浓溶液与碳单质反应能实现转化②
D.Y与H2S气体混合能实现转化①
【解析】选C。X为硫元素的单质,硫单质易溶于CS2,微溶于酒精,难溶于水,硫单质附着在试管上常用CS2清洗,故A错误; Y为+4价氧化物,所以Y为SO2,SO2具有还原性,使溴水褪色是发生了氧化还原反应,故B错误;Y为SO2,Z为H2SO4,H2SO4的浓溶液与碳单质反应能实现转化②,故C正确;Y为SO2,与H2S气体反应生成硫单质,不能生成H2SO4,故D错误。
8.含硫元素的几种化合物存在下列转化关系:
浓硫酸SO2Na2SO3溶液Na2S2O3S
下列判断不正确的是 ( )
A.反应①中浓硫酸作氧化剂
B.反应②表明SO2有酸性氧化物的性质
C.反应③中硫元素既被氧化又被还原
D.反应④中稀硫酸作还原剂
【解析】选D。Cu与浓硫酸反应时,Cu单质被氧化为硫酸铜,浓硫酸表现出氧化性,作氧化剂,A正确;SO2与NaOH反应产生亚硫酸钠和水,表明SO2有酸性氧化物的性质,B正确;反应③中硫元素分别由0价和+4价变为+2价,则硫元素既被氧化又被还原,C正确;Na2S2O3与稀硫酸发生反应,产生S单质、二氧化硫、硫酸钠和水,硫酸起酸的作用,不作还原剂,D错误。
9.硫黄在空气中燃烧生成气体甲,甲溶于水得溶液乙,向乙溶液中滴加溴水,溴水褪色,乙转化为丙。在丙溶液中加入Na2S生成气体丁,把丁通入乙溶液中得到沉淀戊。甲、乙、丙、丁、戊均含有硫元素,则它们分别是 ( )
A.SO3、H2SO4、H2SO3、H2S、S
B.SO2、H2SO3、H2SO4、SO2、SO3
C.SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3
D.SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、S
【解析】选D。题目中所述的变化过程可表示为
硫黄甲乙丙丁戊
由题意可推出:甲是SO2,乙是H2SO3,丙是H2SO4,丁是H2S,戊是S。
7.如图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是 ( )
A.操作Ⅱ发生反应的离子方程式为2Fe2++4H++O22Fe3++2H2O
B.溶液b中阳离子只有Fe2+
C.溶液a转化为溶液b的反应中,SO2被氧化
D.加入FeO可以使溶液c转化为溶液a
C Fe3+有氧化性,SO2有还原性,Fe2(SO4)3被SO2还原为FeSO4,溶液b主要溶质为FeSO4、H2SO4,可能含Fe2(SO4)3或SO2,空气中氧气将FeSO4及可能存在的SO2氧化。操作Ⅱ发生反应的离子方程式为4Fe2++4H++O24Fe3++2H2O,A错误;操作Ⅰ中发生反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++S+4H+,溶液中阳离子有Fe2+、H+,若SO2少量,则还有Fe3+,B错误;溶液a转化为溶液b的反应中,SO2被Fe3+氧化,C正确;溶液c中含有Fe2(SO4)3、H2SO4等物质,加入FeO后会生成FeSO4,D错误。
8.元素的价类二维图是学习元素及其化合物的重要模型和工具。如图为硫元素的价类二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是 ( )
A.附着有X的试管常用酒精清洗
B.Y使溴水褪色体现了其漂白性
C.加热条件下,Z的浓溶液与碳单质反应能实现转化②
D.Y与H2S气体混合能实现转化①
C X为硫元素的单质,硫单质易溶于CS2,微溶于酒精,难溶于水,硫单质附着在试管上常用CS2清洗,故A错误; Y为+4价氧化物,所以Y为SO2,SO2具有还原性,使溴水褪色是发生了氧化还原反应,故B错误;Y为SO2,Z为H2SO4,H2SO4的浓溶液与碳单质反应能实现转化②,故C正确;Y为SO2,与H2S气体反应生成硫单质,不能生成H2SO4,故D错误。
9.CuSO4是一种重要的化工原料,有关其制备途径如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.相对于途径①,途径②更环保
B.加Y加热过程中,Y被还原
C.CuSO4在1 100 ℃时分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体
D.将CuSO4溶液蒸干,可制得胆矾晶体
A 途径①,铜和浓硫酸反应会生成二氧化硫气体污染空气,途径②,Cu与O2反应生成CuO,再与稀H2SO4反应生成CuSO4,优点是制取等质量CuSO4需要的硫酸少、无污染性气体产生,更加环保,A正确;由Cu(OH)2到Cu2O,铜元素化合价降低,被还原,则Y被氧化,B错误;X可能是O2、SO2和SO3的混合气体,C错误;将CuSO4溶液蒸干,会导致胆矾晶体失去结晶水,D错误。
二、非选择题
13.硫及其部分化合物的转化关系如图所示。
SSO2AH2SO4CuSO4BaSO4
(1)通常状况下硫单质的颜色为 。
(2)SO2可以使品红溶液褪色,说明SO2具有 性。
(3)反应②的化学方程式为 ;
反应⑤的离子方程式为 。
(4)反应④中,当32 g Cu完全反应时,被还原的H2SO4的物质的量为 mol。
【解析】依据转化关系图分析可知,反应②是二氧化硫催化氧化生成三氧化硫,A为SO3。(1)通常状况下硫单质的颜色为淡黄色;(2)SO2可以使品红溶液褪色,生成不稳定的无色物质,说明SO2具有漂白性;(3)反应②是二氧化硫与氧气在催化剂、加热条件下生成三氧化硫,化学方程式为2SO2+O22SO3;反应⑤是硫酸铜和氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,离子方程式为Ba2++S===BaSO4↓;(4)反应④中,铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O,n(Cu)==0.5 mol,当Cu完全反应时,被还原的H2SO4的物质的量为0.5 mol。
答案:(1)淡黄色 (2)漂白
(3)2SO2+O22SO3 Ba2++S===BaSO4↓ (4)0.5
14.化合价和物质类别是梳理元素及其化合物知识的两个线索,可表示为“价类二维图”。如图是硫元素的“价类二维图”。
(1)X是 (填化学式)。
(2)可选取Y的浓溶液和Cu反应来制备SO2,该反应原理是 (填化学方程式);将SO2排入大气中会引起 。
(3)Na2S2O5是一种食品添加剂,其应与图中 (填化学式)在同一位置,其具有 (填“氧化性”或“还原性”)导致Na2S2O5中不可避免地存在Na2SO4。实验室中检验S的常用方法是 。
【解析】(1)由图可知:X中硫元素化合价处于最低价,从二维图可知,X为H2S。
(2)由图可知:Y为S呈+6价的酸,应为H2SO4,浓H2SO4和Cu反应制备SO2的反应为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;将SO2排入大气中会引起硫酸型酸雨。(3)Na2SO3中硫元素的化合价为+4价,属于盐,与Na2SO3位置相同;Na2S2O5转变成Na2SO4时S元素化合价升高,Na2S2O5为还原剂,具有还原性。实验室中检验S的常用方法:先滴加稀盐酸,无明显现象,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀产生,确定含有S。
答案:(1)H2S (2)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O 酸雨 (3)Na2SO3 还原性 取适量样品,先加稀盐酸,无明显现象,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀产生,说明含有S
15.某小组同学设计如下实验实现几种价态硫元素间的转化。
任务Ⅰ.从以下试剂中选择合适的试剂实现S(+6)→S(+4)的转化。
试剂:①浓H2SO4 ②稀H2SO4 ③酸性KMnO4溶液 ④Na2SO3溶液 ⑤Cu
⑥品红溶液
(1)写出实现转化的化学方程式:___________________________
(2)设计实验,证明实现了该转化(写出操作和现象): 。
任务Ⅱ.实现硫元素在0、+2、+4价之间的转化。
查阅资料:+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应。
SO2Na2SO3溶液Na2S2O3X
(3)①中加入的物质是 ,该转化利用的是SO2 的性质。
(4)写出③的离子方程式: 。
【解析】(1)由题意知实现该转化的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。 (2)要证明实现了该转化,只需要证明产生了二氧化硫,结合二氧化硫的漂白性可将反应后产生的气体通入品红溶液中,若溶液褪色,即实现了该转化。(3)二氧化硫转变为亚硫酸钠的过程中硫元素化合价没有发生变化,完成该转化体现二氧化硫酸性氧化物的性质,二氧化硫与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和H2O。(4)根据题干信息,+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应,即发生歧化反应,+2价的硫元素化合价既升高又降低,结合步骤②中亚硫酸钠和X反应生成硫代硫酸钠分析可得X中硫元素的化合价应低于+2价,则X为硫单质,③的离子方程式为2H++S2===S↓+SO2↑+H2O。
答案:(1)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)将产生的气体通入品红溶液中,溶液褪色
(3)NaOH溶液 酸性氧化物
(4)2H++S2===S↓+SO2↑+H2O
[延伸思考]S2与H+是否可以大量共存
提示:由题干+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应知S2与H+不能大量共存,反应的离子方程式为S2+2H+===S↓+SO2↑+H2O。
16.Na2S2O3·5H2O(五水硫代硫酸钠)可作为高效脱氯剂,工业上用硫铁矿(FeS2)为原料制备该物质的流程如图。
已知:①pH约为11的条件下,单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。
②通常情况下,亚硫酸氢钠溶液为酸性。
回答下列问题:
(1)验证气体A中含有SO2的方法是 。
吸收塔中的原料B可以选用 (填字母)。
a.溴水 b.Na2CO3溶液
c.Na2SO4溶液 d.Na2SO3溶液
(2)某小组同学用下图装置模拟制备Na2S2O3的过程(夹持和加热装置已略去)。
开始实验前,装置A首先要进行的操作是 。装置B的作用是 。
C中制备Na2S2O3发生的连续反应有:Na2S+H2O+SO2Na2SO3+H2S、
和 。
【解析】(1)利用二氧化硫的漂白性,将气体通入品红溶液中,品红溶液红色褪去,加热后又变红,可验证有SO2。由题意可知,溶液C应为亚硫酸钠溶液,气体A中含有SO2,所以用碳酸钠溶液吸收二氧化硫生成亚硫酸钠,注意不能用d项,因为d项吸收二氧化硫生成亚硫酸氢钠。
(2)制备Na2S2O3的反应为Na2SO3+SNa2S2O3,故生成的SO2先与Na2S溶液反应生成H2S,之后SO2和H2S反应生成S,最后S在加热条件下与Na2SO3反应制备Na2S2O3。
答案:(1)将气体通入品红溶液中,品红溶液红色褪去,加热后又变红 b
(2)①检查装置气密性 防止倒吸
②2H2S+SO23S↓+2H2O
(或2H2S+H2SO33S↓+3H2O)
Na2SO3+SNa2S2O3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3课时 不同价态含硫物质的转化
一、选择题
1.北京时间2022年1月15日,南太平洋岛国汤加境内发生了“21世纪至今最剧烈的火山喷发”,对该国造成了严重的破坏。火山喷发是硫元素在自然界中转化的重要途径,部分过程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.SO2、SO3均是酸性氧化物
B.火山喷发易诱发酸雨
C.以上硫的转化过程涉及的反应均为氧化还原反应
D.火山口可能发生的反应有2H2S+SO2===3S+2H2O
2.下列物质在氧化还原反应中,硫元素只表现还原性的是 ( )
A.H2S B.SO2
C.H2SO3 D.H2SO4
3.图为含硫物质之间的转化关系,其中属于氧化还原反应的有 ( )
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
4.下列转化不能一步实现的是 ( )
A.S→H2S B.S→SO3
C.H2SO4→SO2 D.Na2SO3→SO2
5.实验室常用热的NaOH溶液洗去试管壁上沾有的硫,其反应方程式为6NaOH+3S2Na2S+Na2SO3+3H2O。在此反应中硫表现的性质是 ( )
A.氧化性
B.还原性
C.既无氧化性又无还原性
D.既有氧化性又有还原性
6.下列事实与原因(括号中)对应关系正确的是 ( )
A.在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大(浓硫酸具有难挥发性)
B.向某样品溶液中先滴加过量的稀盐酸无现象,再滴加BaCl2溶液后出现白色沉淀(样品溶液中含有S)
C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(浓硫酸具有吸水性)
D.浓硫酸可与铜反应(只表现浓硫酸的强氧化性)
7.元素的价类二维图是学习元素及其化合物的重要模型和工具。如图为硫元素的价类二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是 ( )
A.附着有X的试管常用酒精清洗
B.Y使溴水褪色体现了其漂白性
C.加热条件下,Z的浓溶液与碳单质反应能实现转化②
D.Y与H2S气体混合能实现转化①
8.含硫元素的几种化合物存在下列转化关系:
浓硫酸SO2Na2SO3溶液Na2S2O3S
下列判断不正确的是 ( )
A.反应①中浓硫酸作氧化剂
B.反应②表明SO2有酸性氧化物的性质
C.反应③中硫元素既被氧化又被还原
D.反应④中稀硫酸作还原剂
9.硫黄在空气中燃烧生成气体甲,甲溶于水得溶液乙,向乙溶液中滴加溴水,溴水褪色,乙转化为丙。在丙溶液中加入Na2S生成气体丁,把丁通入乙溶液中得到沉淀戊。甲、乙、丙、丁、戊均含有硫元素,则它们分别是 ( )
A.SO3、H2SO4、H2SO3、H2S、S
B.SO2、H2SO3、H2SO4、SO2、SO3
C.SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3
D.SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、S
7.如图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是 ( )
A.操作Ⅱ发生反应的离子方程式为2Fe2++4H++O22Fe3++2H2O
B.溶液b中阳离子只有Fe2+
C.溶液a转化为溶液b的反应中,SO2被氧化
D.加入FeO可以使溶液c转化为溶液a
8.元素的价类二维图是学习元素及其化合物的重要模型和工具。如图为硫元素的价类二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是 ( )
A.附着有X的试管常用酒精清洗
B.Y使溴水褪色体现了其漂白性
C.加热条件下,Z的浓溶液与碳单质反应能实现转化②
D.Y与H2S气体混合能实现转化①
9.CuSO4是一种重要的化工原料,有关其制备途径如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.相对于途径①,途径②更环保
B.加Y加热过程中,Y被还原
C.CuSO4在1 100 ℃时分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体
D.将CuSO4溶液蒸干,可制得胆矾晶体
二、非选择题
13.硫及其部分化合物的转化关系如图所示。
SSO2AH2SO4CuSO4BaSO4
(1)通常状况下硫单质的颜色为 。
(2)SO2可以使品红溶液褪色,说明SO2具有 性。
(3)反应②的化学方程式为 ;
反应⑤的离子方程式为 。
(4)反应④中,当32 g Cu完全反应时,被还原的H2SO4的物质的量为 mol。
14.化合价和物质类别是梳理元素及其化合物知识的两个线索,可表示为“价类二维图”。如图是硫元素的“价类二维图”。
(1)X是 (填化学式)。
(2)可选取Y的浓溶液和Cu反应来制备SO2,该反应原理是 (填化学方程式);将SO2排入大气中会引起 。
(3)Na2S2O5是一种食品添加剂,其应与图中 (填化学式)在同一位置,其具有 (填“氧化性”或“还原性”)导致Na2S2O5中不可避免地存在Na2SO4。实验室中检验S的常用方法是 。
15.某小组同学设计如下实验实现几种价态硫元素间的转化。
任务Ⅰ.从以下试剂中选择合适的试剂实现S(+6)→S(+4)的转化。
试剂:①浓H2SO4 ②稀H2SO4 ③酸性KMnO4溶液 ④Na2SO3溶液 ⑤Cu
⑥品红溶液
(1)写出实现转化的化学方程式:___________________________
(2)设计实验,证明实现了该转化(写出操作和现象): 。
任务Ⅱ.实现硫元素在0、+2、+4价之间的转化。
查阅资料:+2价硫元素在酸性条件下不稳定,自身易发生氧化还原反应。
SO2Na2SO3溶液Na2S2O3X
(3)①中加入的物质是 ,该转化利用的是SO2 的性质。
(4)写出③的离子方程式: 。
16.Na2S2O3·5H2O(五水硫代硫酸钠)可作为高效脱氯剂,工业上用硫铁矿(FeS2)为原料制备该物质的流程如图。
已知:①pH约为11的条件下,单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。
②通常情况下,亚硫酸氢钠溶液为酸性。
回答下列问题:
(1)验证气体A中含有SO2的方法是 。
吸收塔中的原料B可以选用 (填字母)。
a.溴水 b.Na2CO3溶液
c.Na2SO4溶液 d.Na2SO3溶液
(2)某小组同学用下图装置模拟制备Na2S2O3的过程(夹持和加热装置已略去)。
开始实验前,装置A首先要进行的操作是 。装置B的作用是 。
C中制备Na2S2O3发生的连续反应有:Na2S+H2O+SO2Na2SO3+H2S、 和 。
