硫的转化

【重点难点】

重点：硫及其化合物间的相互转化，酸雨的形成及防治。 难点：从化合价角度分析硫及其化合物间的转化。

【知识讲解】 一、自然界中的硫

硫元素是一种化学性质较为活泼的非金属元素，在自然界中主要以化合态存在，但也有硫单质存在。自然界中存在着含硫元素物质间的转化。

1、自然界中不同价态硫元素间的转化。

自然界中的硫单质主要存在于火山表面，火山喷发是自然界硫元素转化的重要途径。

2、认识硫单质。

实验1：取少量硫粉，观察其颜色、状态，然后把一部分硫粉放到燃烧匙中加热，观察现象；一部分各取少许分别加入到盛水、酒精、CS2的三支试管中。

现象：硫粉为淡黄色固体粉末。放到燃烧匙中的硫粉，加热时很快熔化(说明熔点低)，一会儿又开始燃烧，出现淡蓝色火焰，闻到刺激性气味(硫有可燃性)。另一部分加入到水中的不溶解，在酒精中的少量溶解，在CS2中的全部溶解。

性质1：硫是一种黄色或淡黄色的固体粉末，不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2。 性质2：硫具有可燃性：S＋O2

SO2

在空气中硫燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，在氧气中燃烧为明亮的蓝紫色火焰，都能闻到刺激性气味，生成的都是SO2，该反应中，S表现出还原性。S是否有氧化性呢？

实验2：把研细的硫粉、铁粉混合均匀，放在石棉网上，把粉末堆成“FeS”字样，然后把用

火加热的玻璃棒触及粉末的一端，粉末呈红热状态后，可移开玻璃棒。

现象：粉末从玻璃棒加热的一端开始逐渐反应，发出红光，一个清晰的“FeS”形成。 分析：Fe与S剧烈反应，发出红光，说明反应放热。开始用玻璃棒预热，说明反应发生需要加热。玻璃棒移去后，反应仍在发生，也说明该反应放热。 性质3：硫的氧化性：Fe＋SFeS

注意：Fe与S反应时生成亚铁化合物，但Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3，说明硫元素的氧化性已较弱，只能把变价元素氧化为低价，类似如Cu与S的反应：2Cu＋SCu2S 硫也能把其它金属氧化：2Na＋SNa2S 2Al＋3SAl2S3

硫的氧化性还表现在能与非金属单质反应，例如：硫与H2化合，H2＋SH2S

我国古代四大发明之一的“制火药”，其中黑火药的主要成分为硫磺、硝石(KNO3)、木炭，反应中S和KNO3为氧化剂，C为还原剂。S＋2KNO3＋3C

实验3：取硫粉少量，加入到NaOH溶液中。 现象：硫粉消失。

硫能溶于NaOH 溶液，是S与NaOH溶液发生了反应。

性质4：硫的自身氧化还原反应：3S＋6NaOH＝2Na2S＋Na2SO3＋3H2O

该反应中，S既为氧化剂，又为还原剂，发生的为歧化反应，后面还要涉及到不同价态硫元素生成S单质的归中反应。

二、实验室里不同价态硫元素间的转化。 【活动·探究】

预测：硫元素化合价主要有：-2(H2S、S2-)；O(S)；+4(SO2、H2SO3、SO42-)。

单质S中0价硫处于中间价态，已分析了S既有氧化性，又有还原性，那么SO2中＋4价，S也处于中间价态，是否也既氧化性又有还原性呢？

1、SO2的性质

方案：SO2与 H2S混合，验证SO2有氧化性。

实验1：如下图，两个集气瓶，一个盛满SO2，一个盛满H2S。抽去中间的玻璃片观察。 现象：气体混合后，瓶壁上有淡黄色固体和水滴出现。 分析：SO2与H2S反应生成S和H2O 。

)；+6(SO3、H2SO4、

K2S＋3CO2↑＋N2↑

(1)SO2的氧化性：

SO2＋2H2S＝3S＋2H2O

该反应中，SO2为氧化剂，H2S为还原剂。

结论：SO2具有氧化性，＋4价的硫被还原为0价，类似的反应有： Na2SO3＋2Na2S＋3H2SO4＝3Na2SO4＋3S↓＋3H2O (2)SO2的还原性

方案：SO2与溴水，KMnO4(H+)溶液混合，验证SO2的还原性。

实验2：取两支试管，分别加入溴水，酸性 KMnO4溶液，然后分别通入SO2气体。 现象：两支试管中的溶液均褪色。

分析：溴水、KMnO4溶液褪色，说明Br2、KMnO4都被还原，发生反应的化学方程式为： Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4

2KMnO4＋5SO2＋2H2O＝2MnSO4＋K2SO4＋2H2SO4

结论：SO2具有还原性，能被常用的氧化剂氧化，类似反应还有： SO2＋Cl2＋2H2O＝2HCl＋H2SO4

Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O＝2FeSO4＋2H2SO4

但SO2、O2不能直接反应，需在催化剂作用下才能反应： 2SO2＋O2

2SO3

该反应为工业制H2SO4的一个重要反应。 (3)SO2还有漂白性：

能使品红溶液褪色，可用于检验SO2。 (4)SO2为酸性氧化物：

SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O，SO2＋Ca(OH)2＝CaSO3↓＋H2O 运用上述方法，预测浓H2SO4的性质。

预测：浓H2SO4中S元素的化合价为＋6，为S元素的最高正价，浓H2SO4应具有强氧化性。

2、浓H2SO4的强氧化性：

方案：用Zn、Cu、H2S等与浓H2SO4混合，发现都产生了有刺激性气味的气体，该气体能使品红溶液褪色，为SO2，证明浓H2SO4被还原为SO2。 2H2SO4(浓)＋Zn

ZnSO4＋SO2↑＋2H2O

2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O 2H2SO4(浓)＋CCO2↑＋2SO2↑＋2H2O H2SO4(浓)＋H2SS↓＋SO2↑＋2H2O

如何验证C与浓 H2SO4反应的产物有CO2、SO2、H2O

[实验·探讨]

分析：H2O、SO2、CO2的检验试剂可分别用CuSO4、品红溶液、澄清石灰水，对应现象分别为无水CuSO4变蓝、品红溶液褪色、澄清石灰水变浑浊。 问题：检验的先后顺序应该是什么呢？

分析：检验SO2、CO2时，都用到了水溶液，故应先检验水。SO2也能使澄清石灰水变浑浊(生

成CaSO3沉淀)，为避免干扰，应先检验SO2，然后除去SO2(用酸性KMnO4溶液)，再用澄清石灰水检验CO2。

结论：检验各成分的试剂和顺序依次为：混合气体→CuSO4→品红→酸性KMnO4溶液→品红(检验SO2是否吸收完)→澄清石灰水。

思考：浓H2SO4在与非金属单质C的反应和与金属单质Cu的反应中，有何不同点？ 对比Cu与H2SO4(浓)和C与H2SO4(浓)反应的两个方程式可知，Cu与H2SO4(浓)的反应中，浓H2SO4一部分起氧化剂作用，一部分呈酸性作用(生成CuSO2呈酸性作用)。而C与浓H2SO4的反应中，浓H2SO4全部起氧化剂作用。 3、硫酸的工业生产原理

工业上用煅烧硫铁矿或燃烧硫磺的方法生产硫酸，其步骤和原理为： (1)煅烧硫铁矿 4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2 或S＋O2

SO2

需要的设备为沸腾炉。 (2)SO2的催化氧化： 2SO2＋O2 (3)SO3的吸收 SO3＋H2O＝H2SO4

实际生产中不用H2O吸收，而是用98.3％的浓H2SO4在吸收塔中吸收。 以上反应中，涉及到各种硫元素价态的转化：

2SO3

反应在接触室中进行，用V2O5作催化剂。

三、酸雨及其防治

目前的环境染污，其中的酸雨与硫元素有关。煤、石油等这些化石燃料中含硫元素，燃烧时产生大量SO2，在空中能形成酸雨或酸雾。 1、酸雨形成的反应 2SO2＋O2

2SO3 SO3＋H2O＝H2SO4 H2SO3 2H2SO3＋O2＝H2SO4

或SO2＋H2O

以上是硫的氧化物形成的酸雨，还有氮的氧化物形成的酸雨，故酸雨中的主要成分为H2SO3、H2SO4、HNO3等。

2、酸雨的危害及防治： (1)酸雨的危害

a、酸雨能使水质变坏：水呈酸性，使水生生物死亡，植物死亡，森林大面积灭亡等； b、酸雨能腐蚀金属设备的电线、电缆等； c、酸雾能侵入人肺部而引起肺气肿等疾病而死亡。

(2)酸雨的防治

a、发展无染污或少染污的能源，如太阳能、水能、氢能等，减少化石燃料的直接使用。 b、钙基固硫法：煤中掺少量生石灰后，再用于燃烧，燃烧时生石灰与SO2反应可生成CaSO3，再被氧化为CaSO4，制得石膏，变废为宝。

总反应为：2CaO＋2SO2＋O2＋4H2O＝2CaSO4·2H2O

c、氨水吸收：SO2为酸性氧化物，能与氨水反应生成铵盐，可作肥料。 SO2＋2NH3＋H2O＝(NH4)2SO3 SO2＋NH3＋H2O＝NH4HSO3

小结：本节涉及到多种价态硫元素之间的转化，这些常见物质之间的转化关系为：

【例题分析】

例1、在BaCl2溶液中通入SO2气体，溶液仍澄清，若将BaCl2溶液分盛两支试管，分别加硝酸和烧碱溶液，然后再通入SO2气体，结果两支试管都有白色沉淀，由此得出下列结论合理的是（ ）

A、氯化钡具有两性。

B、两支试管中的沉淀均是亚硫酸钡。 C、SO2有还原性和酸性。

D、升高pH，SO2水溶液中SO32-浓度增大。

分析：此题属于理解题，有一定难度，要熟练掌握SO2的性质，方可解题。应重点分析在BaCl2溶液中加入的 HNO3与烧碱和SO2发生反应的结果是什么，找出生成白色沉淀的原因。在BaCl2溶液中通SO2，溶液仍澄清,说明SO2 与BaCl2溶液不反应。这是因为：一方面弱酸不能制强酸；另一方面，即使BaSO3沉淀，也溶于盐酸。当加入硝酸再通入SO2时，由于SO2有还原性，被氧化成SO42-。另一份加入烧碱溶液后再通入SO2，先发生：SO2＋2NaOH＝Na2SO3 ＋H2O，再发生：Na2SO3＋BaCl2＝BaSO3↓＋2NaCl。加入强碱后溶液的pH升高。SO2使SO32-浓度增大。 答案：C、D。

例2、在50mL18mol/L的H2SO4中加入足量的铜片并加热，被还原的H2SO4的物质的量为（ ）

A、小于0.45mol B、等于0.45mol

C、在0.45mol和0.90mol之间 D、大于0.90mol

分析：本题着重考查浓硫酸与Cu的反应。18mol/L的H2SO4应当为浓硫酸，Cu与浓硫酸反应为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，2molH2SO4参加反应，被还原的H2SO4为1mol，

Na2SO3，

现有0.9molH2SO4与Cu反应，被还原的H2SO4似乎应该是0.45mol，但随着反应的不断进行，H2SO4被消耗，同时有H2O生成，H2SO4的浓度不断变小，最终成为稀硫酸，而稀硫酸与Cu是

不能反应的，即0.90mol的H2SO4不可能完全反应掉，故被还原的H2SO4应小于总量的。 答案：A。

例3、我国农业因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿多元。为了有效控制酸雨，前不久国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫浸染控制区划分方案》等法规。你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是（ ）

①少用煤作燃料；②把工厂烟囱造高；③使燃料脱硫；④在已酸化的土壤中加石灰；⑤开发新能源。

A、①②③ B、②③④⑤ C、①③⑤ D、①③④⑤

分析：本题易误选D，原因是把对酸雨危害的被动治理手段与从源头控制SO2的污染混淆起来。大气中SO2是引起酸雨的主要物质，它主要来自煤等含硫燃料的燃烧，因此少用煤作燃料及对煤等燃料进行脱硫处理，是减少酸雨的主要措施。另外开发氢能源、核能等新型能源，可以从根本上杜绝SO2的产生。而把烟囱造高不会减少SO2的排放量，因此不会减少酸雨的危害。对已酸化的土壤加石灰进行处理是治理酸雨引起的后果,而不是控制SO2的污染。 答案：C。

例4、下列现象说明SO2具有氧化性的是（ ） A、SO2通入品红溶液中使之褪色。 B、SO2通入酸性KMnO4溶液中使之褪色。 C、SO2通入溴水中使之褪色。

D、SO2通入饱和H2S溶液中析出浅黄色沉淀。

分析：SO2具有漂白性、氧化性、还原性。A中表现出漂白性，B、C中表现出还原性，只有D中发生反应：2H2S＋SO2＝3S ↓＋2H2O，表现出SO2的氧化性。 答案：D

[点评]检验SO2的存在，通常用它的漂白性，除去SO2通常利用它的还原性。如某气体中可能含有SO2和CO2， 设计实验证明两种气体都存在，可以将气体依次通过品红溶液①（证明SO2的存在），酸性KMnO4溶液（除去SO2），品红溶液②（验证SO2是否被全部除净），澄清石灰水（证明CO2的存在）。

【达标练习】

1、要实现下列变化，需要加入氧化剂的是（ ） A、S→SO2 B、S→FeS C、S→H2S D、S→CS2

2、SO2和Cl2都是有漂白作用的物质，若将等物质的量的这两种气体混合，同时作用潮湿的红布条，可观察到的现象是（ ）

A、慢慢褪色 B、立即褪色 C、先褪色后复色 D、不褪色

3、下列反应中，浓H2SO4既表现强氧化性又表现酸性的是（ ） A、2NaCl(固)＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑ B、C+2H2SO4(浓)＝CO2↑＋ 2SO2↑＋2H2O C、Cu＋2H2SO4(浓)＝CuSO4＋SO2↑＋2H2O D、2FeO＋4H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋SO2↑＋4H2O

4、能鉴别SO2和CO2的试剂是（ ） A、湿润的蓝色石蕊试纸 B、澄清石灰水 C、品红试液 D、氯化钡溶液

5、用铜和硫酸为原料制取硫酸铜时，可用下列两种方法制取等质量的CuSO4： 方法①：Cu 方法②：Cu

CuO

CuSO4

CuSO4

下列说法中正确的是（ ）

A、两种方法消耗H2SO4的物质的量相等。 B、两种方法消耗Cu的物质的量不相等。

C、使用方法①较好，虽然产生污染空气的气体，但消耗H2SO4少。 D、使用方法②较好，既不产生污染空气的气体，消耗H2SO4又少。

6、下列物质不属于“城市空气质量日报”报道内容的是（ ）

A、二氧化硫 B、氮氧化物 C、二氧化碳 D、悬浮颗粒

7、在下列反应中硫元素只显氧化性的是（ ） A、2Al＋3SAl2S3 B、H2SH2＋S

C、S＋2H2SO4(浓)2H2O＋3SO2↑ D、3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O

8、为了证明铁和硫反应产物中铁的化合价，下面是某同学设计的实验过程的一部分：

请回答以下提出的问题：

(1)混合粉末A中硫粉过量的原因是__________； (2)反应在“惰气环境”中进行的原因是 __________；

(3)操作①是用烧热的玻璃棒点燃混合粉末，反应即可持续进行，说明 __________； (4)操作②的作用是，反应方程式是 __________； (5)操作③将稀H2SO4煮沸的目的是 __________。

(6)为证明产物中铁的价态．对D溶液的实验操作最好是_____________________。

9、我国农业因遭受酸雨而造成每年损失高达15亿多元。为了有效控制酸雨，目前国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫浸染控制区划分方案》等法规。

(1)现有1份雨水样品，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答下列问题：

①雨水样品的pH变化的原因是(用化学方程式表示)_______________。

②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变_____，原因是（用化学方程式表示）____________。

(2)你认为减少酸雨产生的途径可采用的措施是_______________。

①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源

A、①②③ B、②③④⑤ C、①③⑤ D、①③④⑤

(3)英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面SO2浓度．在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放出的SO2增加了35%，但由于建筑高烟囱的结果，地面SO2浓度降低了 30% 之多．请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取？简述其理由。 (4)传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油燃料相比，哪种物质可作为新的能源？主要优点又是什么？

10、(1)写出浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应的化学方程式_______________。

(2)试用下图所列各装置设计一个实验，来验证上述反应所产生的各种产物。这些装置的连接顺序(按产物气流从左至右的方向)是(填装置的编号)：_____→_____→_____→_____。

(3)实验时可观察到装置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A瓶溶液的作用是________，B瓶溶液的作用是________，C瓶溶液的作用是________。

(4)装置②中所加固体药品是________，可验证的产物是________，确定装置②在整套装置中位置的理由是________。

(5)装置③中所盛溶液是________，可验证的产物是________。

【参考答案】

1、A 2、D 3、CD 4、C 5、D 6、C 7、A

8、答案：(1)防止因铁粉过量而使滤渣C中的铁粉与H2SO4反应。生成Fe2+干扰实验。 (2)防止环境中的O2参与反应。 (3)硫和铁粉反应是放热的。 (4)除去混合物中的硫粉：3S＋6KOH

2K2S＋K2SO3＋3H2O。

(5)防止H2SO4溶液中溶解的氧气氧化生成的Fe2+ (6)加入煮沸的KSCN溶液。看是否变为血红色溶液 9、(1)①2H2SO3＋O2＝2H2SO4

②小，H2SO3＋HClO＝H2SO4＋HCl或SO2＋2H2O＋Cl2＝ H2SO4＋2HCl。 (2)C。

(3)不可取。因SO2的排放总量没有减少，所进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害。 (4)煤、石油是不可再生的化石燃料，其资源是有限的；其次，燃烧后产生的SO2、氮氧化物等严重污染大气，形成酸雨；燃烧后产生的CO2又导致地球表面气温升高(“温室效应”)。 H2可作为新的能源，其优点为：①H2可以用水作原料来制取，有广泛的来源；②H2燃烧时放热多，放出的热量约为同质量的汽油的三倍；③氢燃料的最大优点是燃烧的产物的水，不污染环境，还可循环利用。

10、(1)C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O ； (2)④→②→①→③。

(3)验证产物气流中的SO2；将产物气流中SO2全部氧化吸收；确认产物气流中SO2已被B瓶溶液全部吸收。

(4)无水硫酸铜(或变色硅胶)；水蒸气；由于产物气流通过①、③时会带出水蒸气，所以②必须在①、③之前。

(5)澄清石灰水；CO2(二氧化碳)。