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游离态:硫单质俗称硫黄,主要存在于火山口附近或地壳的岩层中
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化合态:主要以 硫化物 和 硫酸盐 的形式存在
黄铁矿 黄铜矿 石膏 芒硝 $\ce{FeS2}$ $\ce{CuFeS2}$ $\ce{CaSO4 \cdot 2H2O}$ $\ce{Na2SO4 \cdot 10H2O}$ $\ce{S}$ 的常见化合价:$-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+6,+7,+8$ (无$+5$ 价)
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色态:黄色晶体,质脆,易研成粉末
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溶解性:难溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳
$\ce{CS2}$ ,易溶于热煤油(化工题常考)因此二硫化碳可用于洗涤内壁附着硫单质的试管
硫单质既表现 氧化性 ,又表现 还原性
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与
$\ce{H2}$ 反应:$\ce{H2 +S\xlongequal{\Delta}H2S}$硫化氢,$\ce{H2S}$,臭鸡蛋味,有毒
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与
$\ce{O2}$ 反应:$\ce{O2 +S\xlongequal{点燃}SO2}$无论氧气是否过量,产物均为二氧化硫(三氧化硫只在特殊的催化条件下生成)。发出明亮的蓝紫色火焰
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与金属反应
$\ce{Fe +S\xlongequal{\Delta} \overset{+2}{Fe}S}\newline \ce{2Cu +S\xlongequal{\Delta} \overset{+1}{Cu2}S}\quad$ $\ce{S}$ 的氧化性比$\ce{F、Cl}$ 弱,只能生成金属的低价态;$\ce{Hg +S\xlongequal{} HgS}$ 用于覆盖实验室撒落的汞以处理汞。
纯硫酸是无色、黏稠的油状液体,沸点高、难挥发。常用的浓硫酸的质量分数是
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难挥发性:用于制备挥发性酸(如
$\ce{HCl、HNO3}$ )$\ce{NaCl +H2SO4(浓)\xlongequal{微热}NaHSO4 +HCl ^}$ $\ce{NaNO3 + H2SO4 (浓)\xlongequal{微热}NaHSO4 + HNO3↑}$ -
强酸性
制磷酸:$\ce{Ca3(PO4)2 +3H2SO4(浓)\xlongequal{}3CaSO4 +2H3PO4}$
> 一般使用 $70\%$ 的浓硫酸,因为 $98\%$ 的浓硫酸氢离子浓度过小
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吸水性
浓硫酸具有 强烈的吸水能力 ,能 吸收空气中的水分 ,甚至能 吸收结晶水合物的水 ,故浓硫酸常用作 干燥剂 ,干燥一些 不与浓硫酸反应的气体 。
用浓
$\ce{H2SO4}$ 可干燥$\ce{O2、H2、N2、CO2、Cl2、HCl、CO2、CO、CH4}$ 等气体,但不能干燥$\ce{NH3、H2S、HI、HBr}$ 等气体运用:在乙酸乙酯的制备实验中,用浓硫酸吸水,促进反应正向移动,提高乙酸乙酯的产率
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脱水性
浓硫酸具有很强的腐蚀性,能按氢、氧原子
$2:1$ 的比例脱去纸、棉布、木条等有机物中的氢、氧元素;浓硫酸具有强腐蚀性与脱水性有很大关系,如浓硫酸会使蓝色石蕊试纸先变红,后变黑(碳化)- 蔗糖的脱水实验:$\begin{cases}Frist.&\ce{C12H22O11->[浓H2SO4]12C +11H2O}\Second.&\ce{C +H2SO4(浓)\xlongequal{\Delta}CO2 ^ +2SO2 ^ +2H2O}\end{cases}\$
既体现浓硫酸的 脱水性 又体现 强氧化性
- 醇的消去反应:$\ce{C2H5OH->[浓 H2SO4][170°C]CH2=CH2 ^ +H2O}$
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强氧化性
硫酸中的硫元素处于最高价态。浓硫酸 能与许多物质发生氧化还原反应,是常见的氧化剂
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与铜反应:$\ce{Cu +2H2SO4(浓)\xlongequal{\Delta}CuSO4 +SO2 ^ +2H2O}$
不浓不热不反应
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与木炭反应:$\ce{C +H2SO4(浓)\xlongequal{\Delta}CO2 ^ +2SO2 ^ +2H2O}$
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其他
- 在常温下,浓
$\ce{H2SO4}$ 与$\ce{Fe、Al}$ 反应,生成了致密、坚固的氧化膜阻止金属与浓$\ce{H2SO4}$ 接触,从而保护了金属。因此常温下可用$\ce{Fe、Al}$ 制容器盛放浓$\ce{H2SO4}$ ;浓$\ce{H2SO4}$ 与$\ce{Fe、Al}$ 可以反应,浓$\ce{H2SO4}$ 与$\ce{Cu}$ 常温下不反应 - 金属单质或低价金属的盐与浓
$\ce{H2SO4}$ 反应时,浓$\ce{H2SO4}$ 既显氧化性又显酸性(与铜反应
- 在常温下,浓
无色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易溶于水(1 体积的水能溶解约 40 体积的二氧化硫),可用于杀菌消毒(向葡萄酒中加入适量二氧化硫)
Ⅰ
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与水反应:$\ce{\overset{+4}{S}O2 +H2O <=> H2\overset{+4}{S}O3}$
$\ce{H2SO3}$ 为二元酸;$\ce{SO2\sim H2SO3\overset{完全}{\sim} 2OH-}$$\ce{H2SO3}$ 为中强酸,$\ce{HSO^-_3}$ 电离大于水解,因此$\ce{NaHSO3}$ 显酸性($\ce{H3PO4}$ 同理) -
与碱反应:
- 少量
$\ce{SO2}$ 通入$\ce{NaOH}$ 溶液:$\ce{SO2 +2OH- \xlongequal{}SO^2-_3 +H2O}$ - 过量
$\ce{SO2}$ 通入$\ce{NaOH}$ 溶液:$\ce{SO2 +OH- \xlongequal{} HSO^-_3 }$
- 少量
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制备:$\ce{Na2SO3 +H2SO4(浓) \xlongequal{} Na2SO4 +SO2 ^ +H2O}$
Ⅱ
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还原性
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二氧化硫在适当的温度并有催化剂存在的条件下,可以被氧气氧化,生成三氧化硫
$\ce{2SO2 +O2 <=>[V2O5][\Delta]2SO3}$ 三氧化硫也是一种酸性氧化物,溶于水时与水发生剧烈反应,生成硫酸
$\ce{SO3 +H2O\xlongequal{}H2SO4}$ 应用:工业制备硫酸(接触法制硫酸)
工业上一般以硫磺(
$\ce{S}$ )或其它含疏物(如黄铁矿$\ce{FeS2}$ )为原料来制备硫酸。金属冶炼时产生的含二氧化硫废气经回收后也可用于制备硫酸$\ce{4FeS2 +11O2\xlongequal{高温}2Fe2O3 +8SO2}$ 或$\ce{S +O2\xlongequal{点燃}SO2}$ $\ce{2SO2 +O2 <=>[V2O5][\Delta]2SO3}$ $\ce{SO3 +H2O\xlongequal{}H2SO4}$ (一般工业上不用水吸收三氧化硫,而是使用二氧化硫,因为三氧化硫溶于水大量放热,水沸腾形成酸雾,酸雾随着气流离开,减少对三氧化硫的吸收效果)
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能被
$\ce{H2O2、Cl2、Br2、I2、Fe^3+、KMnO4、HNO3、ClO-}$ 等强氧化剂氧化生成$\ce{SO^2-_4}$ $\ce{SO2 +H2O2\xlongequal{}H2SO4}$ $\ce{SO2 +Cl2(Br2/I2) +2H2O\xlongequal{}H2SO4 +2HCl(HBr/HI)}$ $\ce{SO2 +2Fe^3+ +2H2O\xlongequal{}SO^2-_4 +2Fe^2+ + 4H+}$ $\ce{5SO2 +2MnO^-_4 +2H2O \xlongequal{} 2Mn^2+ +5SO^2-_4 +4H+}$
二氧化硫不与浓硫酸反应,因为两者如果反应,会归中反应至+5 价,而+5 价的硫化物不稳定
因此,二氧化硫可以用浓硫酸干燥
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氧化性
$\ce{SO2}$ 与$\ce{H2S}$ 反应:$\ce{SO2 +2H2S\xlongequal{}3S +2H2O}$ > $\ce{H2S}$ 已是最低价态,只能表现还原性,二氧化硫表现氧化性
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漂白性
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$\ce{SO2}$ 具有漂白作用,能使 品红溶液 等有色物质褪色 -
漂白的原理是
$\ce{SO2}$ 与有色物质结合生成了不稳定的无色物质,与其氧化性无关。加热后又显红色,是由于不稳定的无色物质又分解为原来的 物质 -
$\ce{SO2}$ 能漂白品红、鲜花等有机色素,不能漂白酸碱指示剂,如酚酞、石蕊等 -
工业上常用
$\ce{SO2}$ 来漂白纸浆、毛、丝、草帽辫等,还用于消毒、杀菌等
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将
$\ce{SO2}$ 通入含酚酞的$\ce{NaOH}$ 溶液中,溶液褪色,与其漂白性无关,$\ce{SO2}$ 溶于水形成$\ce{SO^-_3}$ ,与$\ce{NaOH}$ 中和,使得溶液由碱性变酸性,因此酚酞变色 -
$\ce{SO2}$ 使溴水、高锰酸钾褪色,与其漂白性无关,是由于其 还原性
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氯水的漂白原理与
$\ce{SO2}$ 不同,氯水的漂白原理是$\ce{Cl2}$ 与$\ce{H2O}$ 反应后生成了$\ce{HClO}$ 具有 强氧化性,将有色的物质氧化为无色的物质,褪色后不能恢复原来的颜色 - 将氯水与
$\ce{SO2}$ 混合,会使得漂白性消失($\ce{SO2 +Cl2 +2H2O\xlongequal{}H2SO4 +2HCl}$ )
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不加热型制备
反应原理:$\ce{Na2SO3 +H2SO4(浓) \xlongequal{} Na2SO4 +SO2 ^ +H2O}$
离子方程式:$\ce{SO^{2-}_3 +2H+ \xlongequal{} SO2 ^ +H2O}$
一般使用
$75%$ 的浓硫酸,$98%$ 的浓硫酸氢离子浓度过小;但也不能过小,因为会导致反应速率慢、$\ce{SO2}$ 过多溶解在水中 -
加热型制备
$\ce{Cu +2H2SO4(浓) \xlongequal{\Delta} CuSO4 +SO2 ^ +2H2O}$ (不浓不热不反应)常考有关阿伏伽德罗常数问题,无法根据
$\ce{Cu}$ 的量判断实际生成的$\ce{SO2}$ ,因为浓硫酸浓度随反应降低而停止反应 -
干燥:使用浓
$\ce{H2SO4}$ 干燥(两者不反应) -
收集:密度比空气大,向上排空气法
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尾气处理:$\ce{NaOH}$ 溶液
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物理性质:标况下为无色固体,常温下为无色液体,熔点为
$16.8°\ce{C}$ , 易升华,极易溶于水并放出大量热 -
化学性质:
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与水反应:$\ce{SO3 +H2O=H2SO4}$
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与碱性氧化物反应
$\ce{CaO +SO3 = CaSO4}$ $\ce{Na2O +SO3 = Na2SO4}$ -
与碱反应:$\ce{SO3 +2OH- = SO^2-_4 +CO2}$
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与某些盐溶液反应:$\ce{SO3 +Ba^2+ +H2O = BaSO4 v +2H+}$
用于鉴别
$\ce{SO2}$ 与$\ce{SO3}$ :$\ce{SO2}$ 加入$\ce{BaCl2}$ 溶液中无沉淀
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原理:在溶液中,$\ce{SO^2-_4}$ 可与
$\ce{Ba^2+}$ 反应,生成 不溶于稀盐酸 的白色$\ce{BaSO4}$ 沉淀强酸根形成的沉淀往往难溶于强酸,例如
$\ce{BaSO4}$ 、$\ce{AgCl}$ 不溶于盐酸、硝酸 -
操作方法
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取少许待测液于洁净试管中,先加入足量稀盐酸酸化
$\ce{Ba^2+}$ 与$\ce{SO^2-_4、CO^2-_3、SO^2-_3}$ 形成沉淀,$\ce{Ag+}$ 与$\ce{Cl-}$ 形成沉淀;稀盐酸可排除$\ce{CO^2-_3、SO^2-_3、Cl-}$ 的干扰 -
上一步后无明显现象(若有沉淀,则静置后取上层清液),滴加
$\ce{BaCl2}$ 溶液 -
若有白色沉淀产生,则说明待测液中含有
$\ce{SO^2-_4}$ 若无白色沉淀产生,则说明待测液中不含
$\ce{SO^2-_4}$
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注意事项
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不能只加入
$\ce{BaCl2}$ ,且盐酸和$\ce{BaCl2}$ 的顺序不可以颠倒例如:待测液先加入
$\ce{BaCl2}$ ,发现白色沉淀,再加入稀盐酸,观察到沉淀不消失,不可判断是$\ce{SO^2-_4}$ 因为虽然排除了
$\ce{BaCO3}$ 和$\ce{BaSO3}$ 的干扰,但也有可能是$\ce{AgCl}$ ($\ce{HCl}$ 不会使$\ce{AgCl}$ 沉淀消失) -
不可以引入硝酸根,例如不可以加
$\ce{HNO3}$ 酸化或是加$\ce{Ba(NO3)2}$
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