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第五章
化工生產中的重要非金屬元素
第一節
硫及其化合物
在新聞報道中，我們經常聽到有關酸雨的報道。酸雨對我們的環境和生活產生了巨大的影響，今天我們學習一種會導致酸雨污染的物質---硫
硫是一種重要的非金屬元素，位于元素周期表的第三周期、第VIA族。
硫原子的最外電子層有6個電子，在化學反應中容易得到2個電子，形成－2價硫的化合物。
與同主族的氧元素相比，硫元素的原子多一個電子層，得電子能力相對較弱，而失電子能力則相對較強。
這也是我們在富含氧氣的地表附近找到的含硫化合物中，硫常常為＋4價或＋6價，而氧為－2價的原因。
火山噴口處的硫
硫元素在自然界中的存在形式
(1) 游離態：硫單質俗名______，主要存在于_______ 附近或地殼的巖層里。
(2) 化合態：主要以金屬硫化物和硫酸鹽的形式存在，如硫鐵礦(FeS2)、黃銅礦(CuFeS2)、石膏(____________) 和芒硝(Na2SO4·10H2O)等。
硫黃
火山口
CaSO4·2H2O
硫的存在
一
硫和二氧化硫
1．硫的物理性質
硫 (俗稱硫黃) 是一種_____色晶體，質脆，易研成粉末。硫難溶于水，微溶于酒精，易溶于 ____________。
黃
二硫化碳
數據
硫
熔點：113℃
沸點：445 ℃
密度：2.06 g/cm3
硫的化學性質
硫的化學性質比較活潑，能與許多金屬單質及非金屬單質發生化學反應。
① 跟金屬反應
鐵 Fe＋S FeS (黑色)
△
硫化亞鐵
銅 2Cu＋S Cu2S (黑色)
△
硫化亞銅
汞 Hg＋S HgS (除汞)
硫的氧化性較弱，與Cu、Fe等變價金屬反應生成低價的硫化物。
② 跟非金屬反應
S＋H2 H2S
△
反應現象：臭雞蛋氣味
硫化氫
S＋O2 SO2
點燃
反應現象：(火焰)空氣中：淡藍色，
純氧中：明亮藍紫色
硫在氧氣中燃燒
③ 跟非金屬反應
3S＋6NaOH 2Na2S＋Na2SO3＋3H2O
S＋2H2SO4 (濃) 3SO2↑＋2H2O
思 考
(1) S、Cl2與Fe、Cu反應的產物有何差異？原因是什么？
硫是一種弱氧化劑，與可變價金屬 (如Fe、Cu) 反應時，生成低價金屬硫化物，而Cl2的氧化性強于S，與可變價金屬作用，生成高價態氯化物。
(2) 如何洗滌附著在試管內壁上的硫？
可用 CS2 或熱 NaOH 溶液洗滌試管內壁的硫。
2. 硫的氧化物——SO2
① 物理性質：
無色有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水。在通常情況下，1體積水可以溶解40體積SO2 ( 1∶40 )。
② 化理性質：
SO2是一種酸性氧化物
SO2中硫元素為＋4價，屬于中間價態，SO2 既有還原性又有氧化性．
【實驗 5－1】
如圖5-2所示，把充滿SO2、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內頁面的上升。待液面高度不再明顯變化時，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定溶液的酸堿度(保留該溶液供實驗5-2使用)。
實驗現象：
SO2溶于水，生成亞硫酸(H2SO3)，溶液顯酸性.
亞硫酸不穩定，同時又容易分解，生成二氧化硫和水。
化學上通常把向生成物方向進行的反應叫做正反應，向反應物方向進行的反應叫做逆反應。
像這種在同一條件下，既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的反應，叫做可逆反應。
二氧化硫與水的反應就可以表示為：
__________________________________
SO2＋ H2O H2SO3
注意：形成的亞硫酸在空氣中長時間放置會發生反應：
_________________________________________
2H2SO3＋O2＝2H2SO4
二氧化硫在適當的溫度并有催化劑存在的條件下，可以被氧氣氧化，生成三氧化硫。三氧化硫也是一種酸性氧化物，溶于水時與水發生劇烈反應，生成硫酸。
2SO2＋ O2 SO3
催化劑
△
SO2＋ H2O ＝ H2SO4
二氧化硫還能與硫化氫反應，生成硫和水。
SO2＋2H2S ＝ 3S↓＋2H2O
從以上反應可以看出，二氧化硫既具有氧化性又具有還原性。
① 酸性氧化物通性
c. 與堿反應：與NaOH溶液反應：
_______________________________.
a. 與H2O反應：________________________
b. 與堿性氧化物反應與CaO反應：________________.
SO2＋H2O H2SO3
CaO＋SO2＝CaSO3
SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O
② 氧化性：與H2S反應：________________________.
SO2＋2H2S＝3S↓＋2H2O
③ 還原性：SO2能被O2、X2(Cl2、Br2、I2)、KMnO4(H＋)
溶液等強氧化劑氧化。
b. 與X2反應：______________________________
c. 5SO2＋2MnO4－＋2H2O＝2Mn2＋＋5SO42－＋4H＋
a. 與O2反應：__________________，該反應為可逆反應.
X2＋SO2＋2H2O＝2HX＋H2SO4　
2SO2＋O2 SO3
催化劑
△
【實驗 5－2】
用試管取2mL在實驗5-1中得到的溶液，向其中滴入1~2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液的顏色變化。然后加熱試管，注意通風，再觀察溶液的變化。(如圖5-3)
實驗現象：
加入品紅后，紅色逐漸消失；加熱后，又恢復紅色
結論：
二氧化硫具有漂白性，會生成不穩定的化合物，加熱化合物分解，又會恢復紅色。
注意：
SO2遇到紫色石蕊試液，紫色石蕊試液變紅不褪色。
SO2可與某些有色物質生成不穩定的無色物質，但見光、加熱或長時間放置，不穩定物質又分解為原有色物質和SO2。
④ 漂白性漂白原理
SO2＋H2O＋有色物質→化合不穩定無色物質→有色物質.
△
SO2的漂白性
二氧化硫具有漂白作用，工業上常用二氧化硫來漂白紙漿、毛、絲等。
二氧化硫的漂白作用是由于它能與某些有色物質生成不穩定的無色物質。這些無色物質容易分解而使有色物質恢復原來的顏色。
此外，二氧化硫可用于殺菌消毒，還是一種食品添加劑。
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食品中的二氧化硫
食品中添加適量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如，在葡萄酒釀制過程中，葡萄汁中某些細菌的繁殖會影響發酵，添加適量的二氧化硫可以起到殺菌的作用。二氧化硫又是一種抗氧化劑，能防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保質作用，并有助于保持葡萄酒的天然果香味。
盡管二氧化硫在蜜餞、干果、食糖、果酒等食品的加工中起著重要作用，但如果使用不當就有可能造成食品中二氧化硫的殘留量超標從而對人體健康造成不利影響。為保證消費者健康，我國在食品添加劑使用標準中規定了二氧化硫在食品中的使用范圍和最大使用量，如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量為0.25g/L。
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⑤ 各物質漂白性比較
氧化型 加合型 吸附型
物 質 HClO、Ca(ClO)2 Na2O2、H2O2 SO2 活性炭
原 理 將有色物質氧化成無色物質 生成不穩定的無色物質 較大表面積，吸附有色物質
效 果 永久 暫時 永久
實 質 氧化還原反應 非氧化還原反應 物理性質
二氧化硫的制法
1) 原理：Na2SO3＋H2SO4(濃)＝Na2SO4 ＋H2O ＋SO2↑
2) 原料：亞硫酸鈉粉末和濃硫酸
3) 發生裝置：固＋液
4) 除雜裝置：濃硫酸
5) 收集裝置：向上排空氣法
6) 尾氣處理裝置：用氫氧化鈉溶液吸收SO2
SO2的污染
① SO2有刺激性氣味，有毒，排入空氣中會污染空氣
② SO2和NO2是形成酸雨的主要物質
③ 酸雨的PH值小于5.6
正常雨水的PH＝5.6，是因為溶有CO2
探討：酸雨的形成過程
④ 酸雨的防治：
開發新能源，安裝工業脫硫裝置，尾氣處理。
硫的氧化物——SO3
(1) 物理性質：
SO3的熔點16.8 ℃，沸點44.8 ℃，在標準狀態下SO3為固態。
(2) 化學性質——酸性氧化物的通性：
①與H2O反應：SO3＋H2O＝H2SO4
②與CaO反應：SO3＋CaO＝CaSO4
③與Ca(OH)2溶液反應：
SO3＋Ca(OH)2＝CaSO4↓＋H2O
H2S 氣體
① 硫化氫是一種無色、有臭雞蛋氣味的氣體，劇毒。
② 水溶液的弱酸性 (氫硫酸)
H2S H＋＋HS－ ， HS－ H＋＋S2－
③ 還原性：H2S能被SO2、O2、Cl2、Fe3＋等氧化
2FeCl3＋H2S＝2FeCl2＋S↓＋2HCl，
SO2＋2H2S＝3S↓＋2H2O
氧化產物一般是S，相鄰價態變化!
④可燃性：O2＋2H2S ═══ 2S＋2H2O
點燃
3O2＋2H2S ═══ 2SO2＋2H2O
點燃
隨堂練習
1. 下列物質中，不能由單質直接化合生成 (　　)
① CuS　② FeS　③ SO3　④ H2S　⑤ FeCl2
A．①③⑤　　　　　　B．①②③⑤
C．①②④⑤ D．全部
A
【分析】①Cu和S反應生成Cu2S；
② FeS可以由兩者反應生成； ③ S和O2反應生成SO2；
④ H2S可以由兩者反應生成； ⑤ Fe和Cl2反應生成FeCl3。
解 析
2. 將SO2分別通入下表所列的溶液中，填寫有關問題.
反應物 反應現象 SO2的性質
溴水 褪色 還原性
酸性KMnO4溶液 褪色 還原性
氫硫酸(H2S溶液) 有淡黃色物質生成 氧化性
滴有酚酞NaOH溶液 褪色 酸性氧化物
石蕊溶液 變紅 水溶液酸性
品紅溶液 褪色 漂白性
3. 下列實驗中能證明某氣體一定為SO2的是(　　)
①使澄清石灰水變渾濁 ；②使濕潤的藍色石蕊試紙變紅；③使品紅溶液褪色；④通入足量NaOH溶液中，再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，該沉淀溶于稀鹽酸；⑤通入溴水中，能使溴水褪色，再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀產生。
A．都能證明　　　　　　 B．都不能證明
C．③④⑤均能證明 D．只有⑤能證明
D
解 析
解析：選D。①二氧化碳也能使澄清石灰水變渾濁；②酸性氣體都能使濕潤的藍色石蕊試紙變紅，如HCl；③有氧化性的氣體也可以使品紅溶液褪色，如氯氣；④二氧化碳通入足量氫氧化鈉溶液中能生成碳酸鈉，再加入氯化鋇溶液也產生溶于稀鹽酸的白色沉淀。⑤SO2與溴水反應的化學方程式為：SO2＋Br2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4，再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀產生，可證明有SO42－生成，兩種現象結合可以證明氣體為SO2。
二、硫酸
下圖濃硫酸的稀釋，哪個是正確的？
？
一、硫酸的物理性質
硫 酸
(1) 純硫酸是一種無色油狀液體，沸點高，難揮發。
(2) 沸點：338 ℃ (難揮發酸)，
密度：密度為 1.84 g / cm3 (比水大).
(3) 溶解性：濃H2SO4與水以_______比互溶，溶解時可
放出大量的熱.
任意
(4) 濃硫酸的稀釋方法：將___________沿器壁慢慢注入
_____中，并用玻璃棒不斷攪拌。
濃硫酸
水
二、硫酸的制備
硫酸是重要的化工原料，可用于生產化肥、農藥、炸藥、染料和鹽類等。
工業上一般以硫黃或其他含硫礦物(如黃鐵礦)為原料來制備硫酸。金屬冶煉時產生的含二氧化硫廢氣經回收后也可用于制備硫酸。
1.生產原理：
4FeS2＋11O2 ════ 2Fe2O3＋8SO2
高溫
(S＋O2 ════ SO2 )
點燃
2SO2＋O2 SO3
催化劑
△
SO3＋H2O ════ H2SO4
2. 反應化學方程式：
三、硫酸的化學性質
1.稀硫酸的性質
硫酸的稀溶液可以完全電離：
__________________________
H2SO4══ 2H＋＋SO42－
硫酸在水里很容易電離出氫離子，具有酸性。
2.稀硫酸具有酸的五個通性：
① 跟酸堿指示劑反應；
② 跟活潑金屬反應；
③ 跟堿性氧化物反應；
④ 跟堿起中和反應；
⑤ 跟某些鹽反應。
3. 濃硫酸的化學性質
①濃硫酸：
主要以分子形式存在，所以具有和稀硫酸不同的化學性質。
濃硫酸還具有很強的吸水性和脫水性等特殊的性質。
它能吸收存在于周圍環境中的水分，也能將蔗糖、紙張、棉布和木材等有機物中的氫和氧按水的組成比脫去.
② 吸水性：(做干燥劑) 吸收游離的水
常用來干燥中性氣體和酸性氣體：H2、O2、CO2、SO2、Cl2、 HCl 等.
不能用濃硫酸干燥的氣體有：堿性氣體—NH3、還原性氣體—H2S、HBr、HI.
③ 脫水性：
將有機物中的氫、氧元素按 2∶1 的比例脫去。如：蔗糖脫水。(圖示如下)
現象：蔗糖顏色逐漸變黑，混合物體積迅速膨脹，產生
有刺激性氣味氣體.
反應方程式如下：
__________________________________________
C12H22O11 ═════ 12＋11H2O
濃硫酸
濃硫酸還具有很強的氧化性，能氧化大多數金屬單質和部分非金屬單質。
【實驗 5－3】
在帶導管的橡膠塞側面挖一個凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲。在試管中加入 2 mL濃硫酸，塞好橡膠塞使銅絲與濃硫酸接觸。加熱，將產生的氣體通入品紅溶液觀察實驗現象。向外拉銅絲，終止反應。冷卻后，將試管里的物質慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里，觀察溶液的顏色.
注意
濃硫酸具有很強的腐蝕性，在實驗中應注意安全防護!
增大接觸面積，加快反應速率
1. 將銅片改為銅絲有什么好處
反應注意事項：
2. 現象：銅絲由紅色變黑色，逐漸溶解，產生無色、有
刺激性氣味的氣體。
3. 調節銅絲的高度，減少SO2 對環境的污染
4. 冷卻后，把試管里的液體倒入盛有水的試管里得到藍
色溶液。(得到了什么？)
CuSO4
反應解讀：
在加熱條件下，濃硫酸和銅反應，生成硫酸銅，SO2和H2O。
在這個反應里，濃硫酸氧化了銅，自身被還原成二氧化硫。濃硫酸是氧化劑，銅是還原劑。
2H2SO4(濃) ＋Cu ═══ CuSO4＋SO2 ↑＋2H2O
△
在上述反應中，硫酸表現出了__________和______。
強氧化性
酸性
④ 強氧化性：
(1) 冷的濃H2SO4，如遇鐵、鋁等鈍化
(2) 加熱時濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應，生成_________________本身一般被還原成______。
高價金屬硫酸鹽
汽車鐵罐拉濃硫酸
SO2
⑤ 濃硫酸與C的反應以及產物檢驗：
在加熱時，濃硫酸也能與木炭發生反應，生成二氧化碳、二氧化硫和水。
2H2SO4 (濃) ＋C ════ 2SO2 ↑＋CO2 ↑ ＋ 2H2O
△
還原劑
氧化劑
思考：如何用實驗方法證明木炭與濃硫酸反應的產物？
檢驗SO2
品紅
KMnO4
石灰水
品紅
無水硫酸銅
檢驗水
除去SO2
檢驗CO2
檢驗SO2是否除盡
C 和濃硫酸產物檢測
思考與討論
(1) 硫酸具有酸的哪些共同的性質？請舉例寫出相關反應的離子方程式。
與活潑金屬反應如：Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑
與堿性氧化物作用如： MgO＋2H＋＝Mg2＋＋H2O
與堿作用如： H＋＋OH－＝H2O
與鹽作用如： CO32－＋2H＋＝H2O＋CO2↑
(2) 實驗室用硫酸與金屬反應制取氫氣時，往往用稀硫酸，而不用濃硫酸，只是為什么？
濃硫酸不能得到氫氣
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硫酸鹽
硫酸鈣 自然界中的硫酸鈣常以石膏 (CaSO4 2H2O) 的形式存在。石膏被加熱到150℃時，會失去所含大部分結晶水而變成熟石膏 (2CaSO4 H2O)。熟石膏與水混合成糊狀物后會很快凝固，重新變成石膏。利用這種性質，石膏可被用來制作各種模型和醫療用的石膏繃帶。在工業上，石膏還被用來調節水泥的硬化速率。
硫酸鋇 自然界中的硫酸以重晶石 (BaSO4) 的形式存在。重晶石是生產其他領鹽的原料。硫酸鋇不溶于水和酸，且不容易被 X 射線透過，因此在醫療上可被用作消化系統 X 射線檢查的內服藥劑，俗稱“鋇餐”.
硫酸銅 硫酸銅 (CuSO4) 是白色的粉末，結合水后會變成藍色晶體，俗稱膽磯(CuSO4 5H2O)。硫酸銅的這一性質可以用來檢驗酒精中是否含少量水。膽磯可以和石灰乳混合制成一種常用的農藥——波爾多液。
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四、硫酸鹽
一些含 _________________叫做礬。
膽礬_______________，綠礬________________，
皓礬_______________，明礬_________________，
生石膏_____________，熟石膏_______________，
重晶石_____________。
結晶水的硫酸鹽
CuSO4·5H2O
FeSO4·7H2O
ZnSO4·7H2O
Kal(SO4)2·12H2O
BaSO4
2CaSO4·H2O
CaSO4·2H2O
隨堂練習
1. 下列溶液中通入SO2一定不會產生沉淀的是(　　)
A．Ba(OH)2　　　　　 B．Ba(NO3)2
C．Na2S D．BaCl2
D
【分析】A中生成BaSO3，B中生成BaSO4，C中有S生成。
解 析
2. 下列關于濃硫酸的敘述正確的是 ( )
A. 濃硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化
B. 濃硫酸在常溫下可迅速與銅片反應放出二氧化硫
氣體
C. 濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氨氣、氫氣等氣體
D. 濃硫酸在常溫下能夠使鐵、鋁等金屬鈍化
D
解 析
【分析】 A、蔗糖炭化是濃硫酸脫水性；
B、濃硫酸和銅反應需要加熱；
C、濃硫酸不能干燥氨氣；
D、濃硫酸可以使鐵、鋁鈍化.
3. 足量Cu 與2mol的濃硫酸反應，在標準狀態下制得的
SO2 體積為什么小于 22.4 L
答：因為濃硫酸消耗變為稀硫酸，不與銅反應，所以在標準狀態下制的 SO2 體積小于 22.4 L。
4. 硫酸廠有一輛存放過濃硫酸的鐵槽車。某工人違反操作規程，邊吸煙邊用水沖洗鐵槽車，結果發生了爆炸。下列對引起爆炸的原因說法正確的是(　　)
A. 濃硫酸遇明火爆炸
B. 濃硫酸遇水發熱爆炸
C. 鐵與水(常溫下)反應產生的氧化物爆炸
D. 稀釋后的硫酸與鐵反應產生的氫氣在空氣中遇明火而爆炸
D
【分析】濃硫酸可以和鐵在常溫下鈍化，但是稀硫酸可以和鐵反應。
解 析
5. 濃硫酸在下列轉化中，既表現出氧化性又表現出酸性的是(　 　)
A．Cu→CuSO4 B．C→CO2
C．Fe(OH)3→Fe2(SO4)3 D ．Fe2O3→Fe2(SO4)3
A
解 析
【分析】銅和濃硫酸反應既表現酸性又表現氧化性
2H2SO4 (濃)＋Cu ═══ CuSO4＋SO2 ↑＋2H2O。
△
三
硫酸根離子的檢驗
SO42－ 的檢驗，硫的單質、化合物之間的轉化。
【實驗 5－4】
在三支試管中分別加入少量稀硫酸、Na2SO4 溶液和Na2CO3 溶液，然后各滴入幾滴 BaCl2 溶液，觀察現象再分別加入少量稀鹽酸，振蕩，觀察現象。從這個實驗中你能得出什么結論 寫出相關反應的離子方程式。
注意
BaCl2、Ba(OH)2 等可溶性鋇的化合物和BaCO3 有毒! 使用時須做好個人防護，相關廢棄物應進行無害化處理。
反應現象：滴加BaCl2溶液產生白色沉淀，滴加鹽酸后，
有氣泡產生，沉淀的量減少。
在溶液中，SO42－可與Ba2＋反應，生成不溶于稀鹽酸的白色 BaSO4 沉淀。
Ba2＋＋ SO42－ ＝ BaSO4 ↓
Ba2＋＋CO32－ ＝ BaCO3↓
BaCO3＋2H＋＝ Ba2＋＋H2O＋CO2↑
溶液中的 CO32－ 也能與 Ba2＋ 反應生成白色沉淀，但 BaCO3 沉淀可以與稀鹽酸反應，放出 CO2。
因此在實驗室里，通常將溶液先用稀鹽酸酸化，以排除 CO32－ 等可能造成的干擾，然后加入 BaCl2 溶液來檢驗 SO42－ 的存在。
硫酸根離子的檢驗
先用鹽酸把溶液酸化，無明顯現象，以排除 CO32－、SO32－、Ag＋ 等可能造成的干擾，再加入 BaCl2 溶液，根據是否有白色沉淀出現，來說明原溶液中是否有SO42－ 存在。
注意：
①不能用 HNO3 酸化，因其具有強氧化性；
② 鋇鹽不能用 Ba(NO3)2 溶液，因為在酸性條件下，
SO32－、HSO3－、SO2 等會被溶液中NO3－氧化。
思考與討論
(1) 經溶解、過濾和蒸發操作得到的粗鹽中還含有一些可溶性硫酸鹽及 MgCl2、CaCl2等雜質。如果按照下表所示順序除去它們，應加入什么試劑 寫出相關反應的離子方程式 (可以參考附錄Ⅱ )。
雜質 加入的試劑 離子方程式
硫酸鹽 氯化鋇溶(BaCl2) Ba2＋＋CO32－＝BaCO3↓
MgCl2 NaOH Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓
CaCl2 Na2CO3 Ca2＋＋CO32－＝CaCO3↓
(2) 加入你選擇的試劑除去雜質后，有沒有引入其他離子？用什么方法可以除去這些離子？
引入了 OH－ 離子和 CO32－ 離子，加入適量鹽酸可以除去這些離子。
(3) 設計除去雜質的實驗方案時，除了要考慮所加試劑的種類，還要考慮哪些問題？
離子角度：鈣離子通常加碳酸鈉除去；
鎂離子要加氫氧化鈉除去；
硫酸根離子要加氯化鋇除去；
然后考慮順序：先加氯化鋇再加碳酸鈉，可以保證過量鋇離子通過形成碳酸鋇沉淀被除去,反之過量鋇離子會留下來成為新的雜質。
最后過量的碳酸鈉和氫氧化鈉可以用鹽酸來除去.
四
不同價態含硫物質的轉化
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自然界中硫的存在和轉化
硫元素廣泛存在于自然界中，是植物生長不可缺少的元素，組成生命體的蛋白質中就含有硫。游離態的硫存在于火山口附近或地殼的巖層中。在巖層深處和海底的無氧環境下，硫元素與鐵、銅等金屬元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在，如黃鐵礦(FeS2)、黃銅礦(CuFeS2)等。
在地表附近，由于受氧氣和水的長期作用，硫化物會轉化為硫酸鹽，如石膏 (CaSO4·2H2O)、芒硝 (Na2SO4·10H2O) 等。火山口附近的硫單質會被大氣中的氧氣氧化成二氧化硫，二氧化硫可被進一步氧化生成三氧
化硫二氧化硫和三氧化硫遇水
分別形成亞硫酸和硫酸。
從圖 5-7 可以看出，自然界中的含硫物質在一定條件下能夠相互轉化。
這種轉化在人工條件下也能發生，硫酸的工業生產就是人類通過控制化學反應條件而實現的含硫物質的相互轉化。
那么，在實驗室里如何實現不同價態含硫物質的相互轉化呢
探 究
不同價態含硫物質的轉化
(1) 下圖是人們總結的不同價態硫元素的轉化關系，請盡可能多地列舉每種價態的硫元素所對應的物質，并根據硫元素化合價的變化，分析各種物質在氧化還原反應中表現氧化性還是還原性。
① 不同價態的硫轉化關系
S
－2
S
0
S
＋4
S
＋6
－2e
＋2e
－4e
＋4e
－2e
＋2e
“高價顯氧化性，低價顯還原性，中間價態兩邊轉”
SO2 既有氧化性，又有還原性。
② 不同價態硫的轉化是通過氧化還原反應實現的。
當硫元素的化合價升高或降低時，一般升高或降低到其相鄰的價態，即臺階式升降，可用下圖表示：
H2S＋H2SO4(濃)＝ S↓＋SO2↑＋2H2O
③ 相鄰價態的微粒不發生氧化還原反應
2H2S＋SO2 ═══ 3S↓＋2H2O
2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4 ═══ 3Na2SO4＋3S↓＋3H2O
如 S 和 H2S、S 和 SO2、SO2和濃硫酸之間不發生氧化還原反應.
④ 含硫物質的連續氧化
FeS2──→SO2──→SO3──→H2SO4
H2O
O2
O2
S──→SO2──→SO3──→H2SO4
O2
O2
H2O
H2S────→SO2──→SO3──→H2SO4
足量O2
O2
H2O
實驗設計：
(2) 從上述轉化關系中選擇你感興趣的一種或幾種，設計實驗實現其轉化，并填寫下表。
轉化目標(價態變化) 轉化前的 含硫物質 選擇試劑(氧化劑或還原劑) 轉化后的含硫物質 預期現象
－2→0
······
提示：常用的氧化劑有濃硫酸、Cl2、KMnO4等，
還原劑有金屬單質、H2、Na2S等.
(3) 綜合考慮實驗安全和環境保護，選擇一種實驗方案進行實驗。實驗過程中及時觀察和記錄實驗現象，并對其進行分析，通過推理得出結論，就你的結論和發現的問題與同學交流。
硫的相互轉化
化學實驗設計
化學實驗設計是指實驗者在實施化學實驗之前，根據一定的實驗目的，運用化學知識與技能，按照一定的實驗方法，對實驗的原理、試劑、儀器與裝置步驟和方法等所進行的規劃。
方法導引
例如，設計“不同價態含硫物質的轉化”實驗，當確定了要實現的轉化關系后，需要明確轉化前后的含硫物質是哪些，通過怎樣的反應 (氧化/還原) 實現轉化，用到的氧化劑或還原劑是什么，等等。
進行化學實驗設計時，應遵循科學性、可行性、安全性和綠色化原則。
化學實驗設計一般以實驗設計方案的形式呈現，通常包括實驗課題、實驗目的、實驗原理、實驗儀器與試劑、實驗步驟及注意事項、實驗數據及處理、實驗結論與討論等。
化學與職業~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
化工工程師
化工工程師是解決人類在生產、生活等領域面臨的化工相關問題的專業技術人才工作在石油煉制、化肥生產、醫藥開發和環境治理等領域。其主要工作是依據科學原理，統籌各方面的資源，設計化工生產的工藝流程，并監控生產過程，及時解決生產中遇到的技術問題。
化工工程師需要具有高度的社會責任感團隊精神、全局觀念、風險管控意識和創新能力，并具備化學、化工、安全、經濟、環境等方面的專業知識。
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練習與應用
1. 下列物質中的硫元素不能表現出氧化性的是 ( )。
A. Na2S B. S
C. SO2 D. H2SO4
A
【分析】 S的最高化合價只有氧化性，最低化合價只有還原性，中間價態既有氧化性又有還原性。
解 析
2. 下列關于SO2 的敘述正確的是 ( )。
A. SO2 是無色、無臭、有毒的氣體
B. SO2 與 NaOH 溶液反應生成 Na2SO4
C. SO2 能使紫色的 KMnO4 溶液褪色
D. SO2 有毒，不能用作食品添加劑
C
解 析
【分析】
A. SO2是無色、無刺激性氣味、有毒的氣體；
B. SO2與NaOH溶液反應生成Na2SO3；
C. SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色
D. 二氧化硫可作食品添加劑,葡萄酒的配料表中，就有二氧化硫的添加。
3.下列事實與括號中濃硫酸的性質對應關系正確的是
( )。
A.空氣中敞口久置的濃硫酸質量增大(揮發性)
B.濃硫酸在加熱條件下與銅反應 (脫水性)
C.用濃硫酸在紙上書寫的字跡變黑(氧化性)
D.濃硫酸可用來干燥某些氣體( 吸水性 )
D
解 析
【分析】
A .敞口久置的濃硫酸，會吸收空氣中的水分変稀，是濃硫酸的吸水性；
B. 在加熱條件下銅與濃硫酸發生氧化還原反應，表現的是濃硫酸的氧化性和酸性；
C. 濃硫酸在紙上書寫的字跡變黑，表現的是濃硫酸的脫水性；
D. 濃硫酸可以用來干燥氣體，表現的是濃硫酸的吸水性。
4. 在實驗室中，幾位同學圍繞濃硫酸的化學性質進行了如下實驗探究，將適量的蔗糖放入燒杯中，加人幾滴水，攪拌均勻；然后再加人適量濃硫酸，迅速攪拌，觀察到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，并產生有刺激性氣味的氣體。
(1) 生成的黑色物質是 _________(填化學式)。
C
(2) 有刺激性氣味的氣體的主要成分是_______ (填化學式)，寫出產該氣體的反應的化學方程式：
______________________________________________。
(3) 上述實驗現象表明濃硫酸具有 _____ (填字母 )。
a.酸性 b.吸水性 c. 脫水性 d.強氧化性
SO2
C＋2H2SO4 (濃) ════ CO2↑＋2H2O＋2SO2↑
加熱
cd
5.如何證明酸雨中含有硫酸 請簡述相關的實驗操作步驟。
【解析】使用試劑氯化鋇 (BaCl2) 和排除干擾試劑鹽酸(HCl) 。向待測物溶液滴入幾滴HCl溶液，無明顯現象，再加入幾滴 BaCl2 溶液，震蕩，如果產生白色沉淀，則它是硫酸。
6. 現有兩支分別盛有相同體積濃硫酸和稀硫酸的試管，
請用簡單的方法區別它們。
解答：
1. 向2個試管中都加入鐵片，不反應的是濃硫酸，產生氣泡 的是稀硫酸
2. 各蘸取少量，涂在白紙上，變黑的是濃硫酸，沒明顯變化 的是稀硫酸
3. 將2個試管中的酸倒入一定量水中，水溫明顯升高的是濃硫酸，溫度無明顯變化的是稀硫酸。
7. 某工廠使用的煤中硫的質量分數為0.64%，該工廠每天燃燒這種煤100 t，試計算：
(1) 如果煤中的硫全部轉化為 SO2，該廠每天產生 SO2 的質量及這些 SO2 在標準狀況下的體積；
(2) 如果把產生的 SO2 全部用來生產硫酸，理論上每年(按365天計) 可得到98%的濃硫酸的質量。
(1) 如果煤中的硫全部轉化為 SO2，該廠每天產生 SO2 的質量及這些 SO2 在標準狀況下的體積；
解析：m(S) ＝100t×0.64%＝0.64t＝0.64×106g，
n(S)＝0.64×106g/(32g·mol) ＝2×104mol，
由反應的關系式S～SO2，可知：
n(SO2) ＝n(S) ＝2×104mol，
V(SO2) ＝2×104mol×22.4L/mol＝4.48×105L＝448m3，
答：該工廠每天產生SO2在標準狀況下的體積為448m3．
(2) 如果把產生的 SO2 全部用來生產硫酸，理論上每年(按365天計) 可得到98%的濃硫酸的質量。
解：每天生成SO2為2×104mol，則每年生成SO2為：
2×365×104mol＝7.3×106mol，
由反應的關系式：
SO2～H2SO4，n(H2SO4) ＝7.2×106mol，
則m (H2SO4)＝7.3×106mol×98g/mol＝7.154×108g，
得到98%的濃硫酸(密度為1.84g/cm3)的質量為：
7.158×108g/98% ＝7.304×108g＝730.4t，
答：理論上每年(按360天計)得到98%的濃硫酸 (密度為1.84g/cm3) 的質量為730.4t．
8. 請分析下圖，并上網查閱相關資料，簡述硫在自然界的循環過程，思考人類活動對硫的循環有什么影響。
解答：自然界的硫最初來自黃鐵礦與黃銅礦等礦物，由風化進入土壤當中，再經由植物或微生物的吸收，或經由沖刷進入河流，再流入大海，然后沉積或由途中的微生物繼續利用等。硫也是自然界生態循環中最重要的元素之一。
其中硫酸根是自然界硫最主要的形式之一，除了被生物再吸收利用外。一部分的硫則由生物轉化為硫化氫(如哺乳動物的放屁、硫酸根離子在無氧狀況下被硫酸鹽還原菌還原成硫化氫)，并釋放到大氣當中，或透過微生物反應重新便為硫元素停留在自然界。硫循環會參予微生物與生物之生物化學反應。有些微生物氧化各種硫化合物，有些則進行還原。
本課結束
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