长白山度假村 长春:氧和硫及其化合物

2012届高考复习暑期必看之氧和硫及其化合物
浓H2SO4 170℃
酸性
NaOH
H2S
作干燥剂
HCOOH
CO↑+H2O
制苯
磺酸
C2H5OH
O2
Cl2+H2O
FeS
H+
2H2S+O2(少量)=2H2O+2S  2H2S+3O2(过量)=2H2O+2SO2
可燃性
①2H2S+O2=2H2O+2S↓
②H2S+I2=2HI+S↓
③H2S+2Fe3+=2Fe2++2H++S↓
④H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2+2H2O
⑤3H2S+2HNO3=3S↓+2NO↑+4H2O
强还原性
H2S=S+H2
不稳定性
H+
Na2S2O3
3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O
氧化性
还原性
S
H2+S=H2S  Fe+S=FeS  2Cu+S=Cu2S（金属为低价）
氧化性
还原性
S+O2=SO2  S+2H2SO4=3SO2↑+2H2O
①SiO32-+SO2+H2O=H2SiO3↓+SO32-
②CO32-+ SO2=CO2+ SO32-
③HCO3-+SO2=CO2+HSO3-
④SO32-+ SO2+H2O=2HSO3-
酸酐
SO2
漂白性：使品红溶液褪色
特性
①2SO2+O2====2SO3
②SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl
③SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+
④使KMnO4溶液褪色
强还原性
①2Mg+SO2=S+2MgO
②2H2S+SO2=3S+ 2H2O
③2S2-+3SO2=3S↓+2SO32-
弱氧化性
氧化性与还原性
H2SO4
Na2SO3
FeS2
H+
NaOH
I2
CuSO4
CO2
钝化
HI
Cu
C
Fe、Al
催化剂+脱水剂
与Ca3(PO4)2
制H3PO4、
过磷酸钙
脱水性
吸水性
强氧化性
磺化剂
Na2SO4
H+
C2H4↑+ H2O
【知识网络】
【易错指津】
1．掌握常见物质的俗名、组成、用途，防止张冠李戴。
本章中出现的物质俗名比较多，有些名称之间又特别容易混淆，如冰晶石和重晶石、芒硝和硝石、大苏打和苏打或小苏打等，还有名目繁多的矾盐。这些虽属识记性的知识，但也应做到在理解的基础上进行记忆，注意它们的性质和用途，对记忆其化学组成有帮助。同时要及时归纳和比较，以便清楚地区别它们。
2．熟悉有关各种价态的硫元素性质及转化，以作推断题（主要是框图型）。
牢固掌握各种代表物性质及它们之间的知识网络和反应原理，就可避免死搬硬套。对于框图型等推断题，也要善于找“题眼”，挖掘题中隐含的提示，注意对题设条件的充分应用，尽量缩小范围。推断时不仅要关注网络的结构，还要注意题干提供的不起眼的信息，如颜色、状态、式量、用途等都可能成为突破的切入口。
3．二氧化硫和氯气的漂白性
不显红色
通入Cl2
加热至沸
通入SO2
品红溶液
褪色
红色
褪色
加热至沸
通入Cl2
立即变红随即变为无色
很快变成红色
紫色石蕊
通入SO2
SO2和Cl2虽都有漂白性，但漂白原理和现象有不同特点。氯气的漂白原理是由于溶于水生成次氯酸的具有强氧化性，将有色物质氧化成无色物质，褪色后不能恢复原来的颜色。而SO2是由于它溶于水生成的亚硫酸与有色物质直接结合，形成不稳定的无色化合物，褪色后在一定的条件下又能恢复原来的颜色。如：
4．浓硫酸的吸水性和脱水性的区别
吸水性
脱水性
涵义
浓硫酸所具有的吸收游离水的性能。游离水包括空气中的水蒸气及物质中的湿存水。浓硫酸之所以能吸收水，是因它能和水结合成稳定的水合物：H2SO4+nH2O=H2SO4.nH2O（水合物在低温时可析出晶体）。
浓硫酸将许多有机物（特别是糖类）中的H、O原子按照水分子中H、O原子个数比夺取出来的性质。
通常讲的浓硫酸腐蚀性即脱水性。
应用
在工厂和实验室是一种理想的干燥剂
实验室制CO、CH2=CH2
注意
不能干燥HI、HBr、H2S、NH3等
浓硫酸使有机物脱水，不一定都有碳游离出来。
【典型例题评析】
例1  导致下列现象的主要原因与排放SO2有关的是
A.酸雨            B.光化学烟雾             C.臭氧空洞             D.温室效应
思路分析：该题看似简单，实际提出了3个热点概念，因此必须搞清4个概念的内涵，方可做出正确的选择。题中列举的大气环境问题都与化学有密切关系，其中由SO2引发的现象是酸雨。降水时，硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸盐随着雨雪降到地面，称之为“酸雨”，其发生的主要反应：2SO2+O2 2SO3，SO2+H2O=H2SO3，2H2SO3+O2=H2SO4。溶于雨水中的酸性物质，使雨水中pH在4.5左右。光化学类雾由氮氧化物造成；臭氧空洞主要由氯氟烃、一氧化氮等造成；温室气体主要为二氧化碳等。
答案：A
方法要领：这是一道有关环境保护问题的试题，SO2等气体引发酸雨，O3、氮氧化物、有机烃等引发光化学类烟雾，氟利昂、氮氧化物等造成臭氧空洞，CO2气体导致的温室效应。这些导致环境污染的热点问题，复习中应予以重视。
例2  在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（见右图）。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为
A.SO2            B.SO3  O2            C.SO2  O2          D.SO2  SO3
思路分析：本题是联系生产实际的题目，结合硫酸工业生产，考核学生对工业生产中的热交换原理的理解。
答案：C
方法要领：对教材中工业生产中典型设备的结构（包括进出口方向）、原理及发生的反应必须有足够的重视。通入接触室的气体主要是SO2和O2，经过热交换后从A处流出，然后才能接触催化剂，反应后的气体经过内管又从下口通出。故A处流出的气体仍为SO2和O2。
例3  过氧化氢的沸点比水高，但受热容易分解。某试剂厂制得7%～8%的过氧化氢溶液，再浓缩成30%的溶液时，可采用的适宜方法是
A.常压蒸馏          B.减压蒸馏          C.加生石灰常压蒸馏          D.加压蒸馏
思路分析：液态物质的沸点与压强有关，减小压强，能降低其沸点，这样就能在温度不高的情况下使水蒸发而H2O2又不会分解。
答案：B
方法要领：要从混合液中分离出受热易分解的液体物质，一般采用减压蒸馏或减压分馏。防止选A，在常压下蒸馏，H2O2受热分解。
例4 下列反应中，调节反应物用量或浓度不会改变反应产物的是
A.硫化氢在氧气中燃烧                             B.铁在硫蒸气中燃烧
C.二氧化硫通入石灰水                             D.硫酸中加入锌粉
思路分析：A中O2少量生成S，O2过量生成SO2；B中产物唯一；C中可生成CaSO4或Ca(HSO4)2；D中浓硫酸生成SO2，稀硫酸生成H2。
答案：B
方法要领：复习中应注意反应条件对产物的影响，与外界条件有关的反应如下：
1．反应温度
①4Na+O2(常温)=4Na2O、2Na+O2(加热)= Na2O2；②乙醇+浓硫酸
2．反应物的用量或浓度
①酸式盐+碱；②铝盐+碱；③偏铝酸盐+酸或CO2；④硝酸银+氨水；⑤FeBr2（FeI2）+Cl2；⑥C+ O2；⑥P+ Cl2等。
例5   标准状况下H2S和O2混合气体100mL，经点燃后反应至完全，所得气体经干燥后，恢复到原来状况时体积为10mL，该10mL气体可能是
A.H2S、SO2              B.O2                C.H2S              D.SO3
思路分析：H2S和O2反应后的气体产物可能为①H2S；②SO2；③SO2和O2。
如为情况①，说明H2S过量。
则由：2H2S+O2=2H2O+2S体积减少
2   1            3
60   30          100-10=90
参加反应的H2S和O2的总体积为60+30=90，则余下的10mL气体为H2S。
若为情况②或③，说明O2过量。
则由：2H2S+3O2=2H2O+2SO2体积减少
2    3         2     3
60   90              90
则参加反应的H2S和O2的总体积为60+90=150>100，所以这两种情况不存在。
答案：C
方法要领：本题为过量计算，由于只告诉两气体的总体积，因此按两种反应恰好发生的两反应分别讨论，具体计算中注意气体体积的计算可用差量法技巧。
例6  向50mL18mol/LH2SO4溶液中加入足量的铜片并加热。充分反应后，被还原的H2SO4的物质的量
A.小于0.45mol    B.等于0.45mol      C.在0.45mol和0.90mol之间     D.大于0.90mol
思路分析：本题考查了氧化还原反应的条件的重要性。Cu和H2SO4反应的前提条件是浓H2SO4，开始18mol/L为浓的，但随着Cu参加反应，H2SO4被消耗变稀，此时反应已终止。其次，考查了氧化性酸在与金属发生反应时，其作用分两部分：一部分充当氧化剂，使其得电子数与金属失电子数相同，另一部分是生成的金属阳离子与酸根结合生成盐。由Cu+2H2SO4=Cu SO4+SO2↑+2H2O可知如果H2SO4完全反应，也只有一半充当氧化剂被还原，故被还原18mol/L H2SO4的最大量为(18mol/L×0.05L)÷2=0.45mol。
答案：A
方法要领：该类题的解答关键是判明充当氧化剂的那部分量的确切值。本题如果改成炽热的碳与上述量的浓H2SO4作用，被还原的H2SO4的物质的量的多少又该如何考虑？因此，做题时应看清单质的类别：即是否已告知为金属单质，或为非金属单质，或者为单质？常见氧化剂的酸为浓H2SO4、浓HNO3或稀HNO3。另MnO2只与浓HCl反应，与稀HCl是不反应的。
例7                       为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有关“固硫”（不使硫化合物进入大气）反应的化学方程式
思路分析：煤中含硫，硫燃烧时生成的酸性氧化物SO2与碱性氧化物CaO作用生成含氧酸盐CaSO3，CaSO3易被空气中的O2氧化成CaSO4。
答案：CaO+SO2=CaSO3，2CaSO3+O2=2CaSO4
方法要领：上述方法称为“钙基固硫法”。这种方法实际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中，再进行燃烧。利用石灰石分解生成的CaO也能吸收SO2，但因石灰石分解是吸热反应，所以用CaCO3固硫比用CaO固硫多消耗部分热量。
2CaSO3+O2=2CaSO4这反应易漏写，在有空气存在和高温条件下，CaSO3易被氧化为CaSO4，这可以得出一条规律：温度高时，热稳定性不够好的物质将向热稳定性好的物质转化，如本题涉及CaCO3→CaSO3→CaSO4的转化。以防漏写其中一个方程式。
例8   对下列事实的解释错误的是
A.在蔗糖中加入浓硫酸后出现发黑现象，说明浓硫酸具有脱水性
B.浓硝酸在光照下颜色变黄，说明浓硝酸不稳定
C.常温下，浓硝酸可以用铝贮存，说明铝与浓硝酸不反应
D.反应CuSO4+H2S→CuS↓+H2SO4能进行，说明硫化铜既不溶于水，也不溶于稀硫酸
思路分析：本题旨在考查一些常见的化学反应原理。Al与冷、浓硝酸发生钝化，属化学反应，因表面迅速形成致密的氧化膜而不呈明显的反应现象。
答案：C
方法要领：本题提醒我们在复习中要注意物质的特殊性，并注意总结归纳，从而全面掌握知识。
例9  针对以下A～D四个涉及H2O2的反应（未配平），填写空白：
A.Na2O2+HCl——H2O2+NaCl           B.Ag2O+H2O2——Ag+O2+H2O
C.H2O2——H2O+O2                    D.H2O2+Cr2(SO4)3+KOH——K2CrO4+K2SO4+H2O
（1）H2O2仅体现氧化性的反应是（填代号）    ，该反应配平的化学方程式为
（2）H2O2既体现氧化性又体现还原性的反应是（填代号）
（3）H2O2体现弱酸性的反应是（填代号）     ，其理由为
思路分析：H2O2中氧元素的化合价为-1价，在氧化还原反应中既可升高成0价（表现还原性），又可降到-2价（表现氧化性）。在四个反应中，只有D中的H2O2中O的价态降为-2价，表现氧化性；C中的H2O2中O的价态既升高又降低，表现出氧化性和还原性；B中的H2O2中O由-1升为0价，表现还原性；只有A中Na2O2的跟强酸盐酸反应生成了H2O2和NaCl，这可看作是一个“强酸跟弱酸的盐反应，生成弱酸和强酸盐”的反应，认为在此反应中H2O2体现了弱酸性。
答案：（1）D， 3H2O2+Cr2(SO4)3+10KOH=2K2CrO4+3K2SO4+8H2O（2）C（3）A，此反应可看作是强酸制弱酸的反应。
方法要领：这是一个以H2O2的性质为载体，考查无机化学基本原理等方面知识的题目。题目中提出了三个问题：氧化性、还原性的含义，方程式的配平和强酸制弱酸的规律。只要紧紧扣住价态的变化进行分析，就可准确解答。对第3问，在判断了B、C、D均是氧化还原反应后，“酸性”则应体现于非氧化还原反应中，然后再从反应物强酸（HCl）制得H2O2，联系强酸制弱酸原理作答。
例10  某学生课外活动小组利用右图所示装置分别做如下实验：
（1）在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色，则原溶液可能是________________溶液；加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是：                                         ，（2）在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液变为红色，冷却后恢复无色，则此溶液可能是________________溶液；加热时溶液由无色变为红色的原因______________________。
思路分析：题设情境有三大特点：①反应装置由常见的“开放型”到了“封闭型”；②溶液颜色由常见的“静态稳定型”到了“动态变化型”；③溶液成分由常见的“单一溶质型”到了“多种溶质型”。根据这些情境特点，进行思维发散：
解题的关键是要认真观察实验装置的特点：试管口上套有气球，说明加热时会气体逸出，一下就使“红色溶液”的范围缩小：溶有酸性气体的石蕊溶液或溶有碱性气体的酚酞溶液。而前者中加热后，红色变为紫色，不符合“溶液颜色逐渐变浅”的条件，结论只有稀氨水和酚酞。
由无色溶液 气体+溶液变红 气体溶+溶液无色。联想无色溶液虽多，但加热后放出气体且溶液变红不多，又冷却后该气体可使红色溶液褪色——显然该气体有漂白作用，并是一可逆过程，符合条件的无色溶液只能是SO2漂白过的品红溶液。
答案：（1）稀氨水和酚酞、稀氨水中的NH3气逸出，所以溶液的颜色变浅；（2）溶有SO2的品红、SO2气体逸出，品红溶液恢复红色
方法要领：此题要求考生调用平时积累的所有实验感性认识和各种实验经验与知识，用发散即就中学范围内的红色物质找出，再收敛（根据题意确定适当物质），做出题设情境的知识归纳、方案设计、结论评判。
引申发散：
溶液的组成
加热后的现象
分析
稀氨水和酚酞溶液
红色变浅
氨气逸出后，溶液中[OH-]下降
滴有酚酞的氢氧化钙饱和溶液
红色变浅
温度升高，氢氧化钙溶解度降低
滴有石蕊的CO2（或SO2）溶液
红色变紫色（不变浅）
气体逸出后，[H+]降低
滴有甲基橙的CO2（或SO2）溶液
红色变橙色或黄色
气体逸出后，[H+]降低
滴有酚酞的Na2CO3（或NaHCO3）溶液
红色变深
温度升高，促进水解，pH增大
滴有石蕊的氯化铵溶液
红色变深
温度升高，促进水解，pH减小
滴有石蕊的硫酸溶液
红色，无变化
稳定的强酸溶液
滴有酚酞的氢氧化钠溶液
红色，无变化
稳定的强碱溶液
Fe(SCN)3溶液
红色，无变化
稳定的配位化合物溶液
溶有SO2的品红溶液
无色变红色
SO2气体逸出，品红恢复原色
例11  将8.8 g FeS固体置于200 ml 2.0 mol/L的盐酸中，以制备H2S气体。反应完全后,若溶液中H2S的浓度为0.10 mol/L，假定溶液体积不变,试计算:
(1)收集到的H2S气体的体积(标准状况)。(2)溶液中Fe2+和H+的物质量浓度。
思路分析:根据方程式FeS+2H+=Fe2++H2S­可判断盐酸过量,计算以FeS的物质的量为基准。N(FeS)=8.8 g÷88 mol/L=0.10mol。
(1)共生成H2S 0.10mol,在溶液中溶解的物质的量为0.10L×0.20mol/L=0.02mol,所以收集到H2S气体的物质的量=0.10mol-0.02mol =0.08mol,换算成体积=22.4L/mol×0.08mol=1.8L。
(2)生成Fe2+0.10mol,其浓度为0.10mol/0.2L=0.5mol/L,消耗掉H+的物质的量为0.20mol。反应前n(H+)=2.0mol/L×0.2L=0.4mol,故H+最后的浓度为 (0.4 mol-0.2 mol)÷0 2L=1.0 mol/L。
答案：1.8 L；0.5 mol/L、1.0 mol/L。
方法要领：H2S可溶于水（在酸中也溶，但溶解量小），如按常规题海中的习题（一般不考虑气体在水或酸中的溶解）将导致错误，因题中已明确给出的H2S在反应后溶液中的浓度，这说明有一部分H2S气体并未放出，而溶解在溶液中。由于氢硫酸的电离度极小，在计算H+的物质量浓度时，不必考虑H2S的电离。
例12  某化工厂每小时生产at（吨）98%（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失，则
（1）该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为     m3。
（2）为满足题设要求，b%的下限等于    。
思路分析：（1）每小时生产的纯硫酸为(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生产过程中生成的SO2和SO3也都是a×104mol。设每小时消耗空气的体积为V，则由S+O2=SO2消耗O2的体积等于生成的SO2体积，即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积，据此可得以下关系：
空气中O2的体积=反应中消耗的O2的体积+燃烧后混合气体中O2的体积，即V×21%=a×104 mol×22.4L/mol×10-3 m3/L+V×b%，V=22400a/(21-b)。
（2）“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰好完全反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（空气体积的21%）恰好满足两步反应。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3两步反应耗O2之比为2:1，故燃烧后（第一步反应后）混合气体中O2的体积分数的下限是b%=(1/3)×21%=7%。
答案：（1）22400a/(21-b)；（2）7%
方法要领：根据S+O2=SO2反应前后气体体积不变，求出燃烧后O2的体积。