硫及其化合物(一)

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硫单质硫化物含氧酸盐变价规律

硫及其化合物(一)

穿透硫从-2到+6的价态主线,掌握含硫物质间的反应与转化

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硫单质硫化物含氧酸盐变价规律

硫及其化合物(一)

穿透硫从-2到+6的价态主线,掌握含硫物质间的反应与转化

1第 1 页 · 硫及其化合物(一)

硫元素

火山喷发时的刺鼻气味、温泉边的'臭鸡蛋'味——这些都来自硫元素。这一页我们从原子尺度认识它:它是谁?它有什么特点?

周期表位置
第三周期第ⅥA族(氧族),原子序数16,典型非金属
电子构型
[Ne]3s²3p⁴,最外层6电子,既易得电子也易失电子
主要化合价
-2、0、+4、+6;低价还原,高价氧化,中间价态兼具
同素异形体
常见有斜方硫(α-S)、单斜硫(β-S)、弹性硫;常态为S₈环
典型应用
制硫酸、橡胶硫化、黑火药、农药、硫磺软膏等
碳的同素异形体对应 →硫的同素异形体

同种原子不同排列,性质迥异(金刚石vs石墨);斜方硫与单斜硫亦如此

[Ne]3s23p4[Ne]\,3s^{2}\,3p^{4}
2第 2 页 · 硫元素

化学方程式与离子方程式书

化学方程式与离子方程式书写:定义、要点与典型应用

化学方程式与离子方程式书
化学方程式与离子方程式书写:定义、要点与典型应用
3第 3 页 · 化学方程式与离子方程式书

硫单质的物理性质

上一页我们把硫写进了不少化学方程式,但那只是符号。这一页来看真实存在的硫单质——摸得到、看得着的那些物理性质。

色态
淡黄色晶体,质脆易研成粉末
熔沸点
熔点约113°C,沸点约445°C
同素异形体
斜方硫(α-S)与单斜硫(β-S),95.6°C下互相转化
分子结构
由S₈环状分子构成,呈皇冠形排列
八个人拉手围成圈对应 →S₈环状分子

8个S原子以共价键首尾相连,弯成闭合皇冠形——这种环张力决定了硫的化学活性

S8S_8
4第 4 页 · 硫单质的物理性质

可逆反应的识别与表示

前面写化学方程式都用单向箭头 →,但工业制硫酸核心反应 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ 实际上进行不到底——同一容器里,SO₃ 也会分解回 SO₂ 和 O₂。这种双向都能进行的反应,就叫可逆反应。

定义
同一条件下,正反应和逆反应能同时进行的反应
符号 ⇌
用双向箭头代替 → 或 =,强调两方向同时存在
不能进行到底
存在动态平衡:正逆反应速率相等时,表观看似停止
边界判断
理论上几乎所有反应都可逆;通常按实际条件下能否明显观察两方向区分
硫的典型例
2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃,接触法制硫酸的关键反应
上下楼梯同时进行的人流对应 →可逆反应的两个方向

上楼下楼同时进行;上下速度相等时人数看似不变——正是动态平衡的图像

5第 5 页 · 可逆反应的识别与表示

硫单质的化学性质

上页看了硫的「长相」,那它遇到其他物质会怎样?硫像两面派:遇到活泼金属抢电子,遇到更强的对手就让出电子。

与金属反应
与Fe、Cu共热生成硫化物(如FeS),S为-2价
与氧气反应
空气中燃烧生成SO₂,S升至+4价,体现还原性
与氢气反应
高温下与H₂化合生成H₂S,硫显-2价
变价规律
硫常见-2、+4、+6价;遇弱氧化剂显-2价,遇强氧化剂显正价
欺软怕硬的人对应 →硫的变价行为

对手弱则抢电子(作氧化剂),对手强则让电子(作还原剂)

Fe+SΔFeSS+O2点燃SO2H2+SΔH2S\text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{\Delta} \text{FeS} \\ \text{S} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} \text{SO}_2 \\ \text{H}_2 + \text{S} \xrightarrow{\Delta} \text{H}_2\text{S}
6第 6 页 · 硫单质的化学性质

氧化还原反应中氧化性和还

上一页我们看到 SO₂ 遇到 Cl₂ 会被氧化,但遇到 O₂ 反而要催化加热才能被氧化——同样是氧化剂,反应难易差这么多。这就要看氧化性强弱。

氧化性与还原性
物质得电子、化合价降低的能力叫氧化性;失电子、化合价升高的能力叫还原性
判断核心:化合价
反应后化合价降低的是氧化剂,体现氧化性;升高的是还原剂,体现还原性
强弱比较的标尺
同一还原剂与不同氧化剂反应越剧烈,氧化剂氧化性越强;反之亦然
典型应用:判断反应
强制弱规律:强氧化剂与强还原剂反应,生成弱还原产物和弱氧化产物
拔河比赛对应 →氧化剂与还原剂较量

强氧化剂力气大,一把把还原剂拽过来,自己也要消耗变弱;弱队拽不动强队,反应根本不发生

强氧化剂+强还原剂弱还原产物+弱氧化产物\text{强氧化剂}+\text{强还原剂}\to\text{弱还原产物}+\text{弱氧化产物}
7第 7 页 · 氧化还原反应中氧化性和还

二氧化硫

硫在空气中燃烧的产物——二氧化硫,既是酸雨的元凶,也是葡萄酒防腐的功臣,更是工业制硫酸的核心中间体。

定义与成键
SO₂,S 为 +4 价(中间价态),是亚硫酸 H₂SO₃ 的酸酐;分子呈角形,存在大 π 键
物理性质
无色、有刺激性气味、有毒气体;密度大于空气;易液化(-10℃),易溶于水(约 1:40)
酸性氧化物
与水、碱、碱性氧化物反应;SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃;与 NaOH 视量比得正盐或酸式盐
还原性为主
+4 价易升至 +6:可被 O₂、Cl₂、Br₂、HNO₃ 等氧化;弱氧化性:与 H₂S 归中反应生成 S
特征性漂白
与品红等色素化合成不稳定无色物质,加热复色(区别于 HClO 的氧化型永久漂白);用于纸浆、葡萄酒防腐
临时纹身贴对应 →SO₂ 漂白(可逆)

SO₂ 像把色素暂时「遮住」,加热后化合物分解、颜色回归;HClO 直接破坏色素分子,无法复原

SO2+H2OH2SO3SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3
8第 8 页 · 二氧化硫

酸性氧化物

上一页我们看到 SO₂ 跟 NaOH 反应生成盐和水——这正是它被叫作「酸性氧化物」的关键行为。那什么样的氧化物才算酸性氧化物?边界在哪里?

核心定义
能与碱反应生成盐和水的氧化物,这是最严格的判据
与水反应
多数酸性氧化物可溶于水生成对应含氧酸,但 SiO₂ 不溶,是例外
酸酐对应
含氧酸脱去 H₂O 后的剩余部分即为该酸的酸酐;多数酸性氧化物是某含氧酸的酸酐
范围边界
非金属氧化物不一定是酸性氧化物,CO、NO 等不成盐氧化物就不算
本人与身份证对应 →含氧酸与酸酐

酸酐是含氧酸的'身份证'——H₂SO₄ 的身份证是 SO₃

CO2+2NaOHNa2CO3+H2O\text{CO}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}
9第 9 页 · 酸性氧化物

酸碱性和酸性氧化物的判断

上页说二氧化硫是酸性氧化物,凭什么这么判断?NO₂ 跟水也能生成硝酸,算不算?CO 不跟碱反应,凭什么也不算?这一页我们就把判定的硬边界——'只生成盐和水'——划清楚。

酸性氧化物
与碱反应只生成盐和水的氧化物(产物不能多也不能少)
碱性氧化物
与酸反应只生成盐和水的氧化物(产物不能多也不能少)
酸酐对应关系
含氧酸脱去水后剩下的氧化物,就是该酸的酸酐
判定硬条件
产物只能有盐和水;反应物之一必须是氧化物
不成盐氧化物
NO、CO 等不能与酸碱成盐,既不是酸性也不是碱性氧化物
酸脱去水分后的骨架对应 →酸性氧化物(酸酐)

含氧酸相当于带水的完整结构,酸酐是脱去水后剩下的骨架,遇碱能重新拼回盐和水

H2SO3SO2+H2O;SO2+2NaOHNa2SO3+H2OH_2SO_3 \xrightarrow{} SO_2 + H_2O; \quad SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O
10第 10 页 · 酸碱性和酸性氧化物的判断

亚硫酸

上一页已确认 SO₂ 是酸性氧化物:它与水联系后能让溶液显酸性。现在继续追问:水中真的“装着”亚硫酸吗?它的电离为何要分两步?

存在边界
SO₂ 溶于水主要是水合物种,H₂SO₃ 是描述酸性的有效模型
二元弱酸
按教材模型,亚硫酸可分步释放 H⁺,第一级为主
第一级电离
H₂SO₃ ⇌ H⁺ + HSO₃⁻,pKa₁ 约 1.8
第二级电离
HSO₃⁻ ⇌ H⁺ + SO₃²⁻,pKa₂ 约 7.2
+4价两面性
亚硫酸易被氧化为 +6 价,遇强还原剂也可降至 0 价
开盖后的碳酸饮料对应 →SO₂ 水溶液的酸性

CO₂ 水中只有部分按 H₂CO₃ 模型处理,H₂SO₃ 也不是可稳定分离的纯净酸

H2SO3H++HSO3,HSO3H++SO32\mathrm{H_2SO_3\rightleftharpoons H^++HSO_3^-},\quad \mathrm{HSO_3^-\rightleftharpoons H^++SO_3^{2-}}
11第 11 页 · 亚硫酸

离子检验与排除干扰

测 SO₄²⁻ 时溶液里若有 SO₃²⁻,直接加 BaCl₂ 都会出白沉——分不清。检验离子时,「谁会搅局」和「怎么让搅局者闭嘴」是核心问题。

干扰离子
和待测离子对同一试剂产生相似现象的离子
加酸排气法
加稀盐酸让 SO₃²⁻、CO₃²⁻ 等以气体形式离开
氧化转化法
用氧化剂把 SO₃²⁻ 转为 SO₄²⁻ 或无害离子
检验顺序
排除干扰必须在加特征试剂之前完成
警察查案对应 →离子检验

抓真凶前先把嫌疑人清场,再让真凶在特征试剂下显形

12第 12 页 · 离子检验与排除干扰

可逆反应

前几页讲硫燃烧生成二氧化硫,似乎一路走到底。但不少反应其实是「双向道」——二氧化硫溶进水里生成亚硫酸时,水里同时存在「生成」和「分解」两个方向。这种反应,就叫可逆反应。

定义
同一条件下,朝正反应方向和逆反应方向同时进行的化学反应
「同一条件」
温度、压强、催化剂等条件改变,方向就会失衡;跨条件讨论正逆无意义
符号
用「⇌」(可逆符号)替代单向箭头「→」,明确表达正逆并存
无法彻底
反应物不可能 100% 转化为产物,最终停在某个比例上(动态平衡的伏笔)
漏斗同时进水和漏水对应 →可逆反应达成平衡时

宏观水位看似稳定,水其实一直在双向流动——速度相等时表现成静止

$\mathrm{SO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_2\mathrm{SO}_3$
13第 13 页 · 可逆反应

本节要点

  • 硫为变价元素,强氧化剂前显还原性,强还原剂前显氧化性
  • SO₂ 兼为酸性氧化物与还原剂,漂白机理是化合而非氧化
  • 可逆反应需同条件且正逆同时进行,符号用 ⇌ 不能用 =
  • 亚硫酸根检验:先盐酸排除干扰,再加 BaCl₂ 才有效
延伸主题:浓硫酸的强氧化性与脱水性硫酸型酸雨的形成与防治硫代硫酸钠的特征反应
14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先独立写出判断依据,再展开参考答案;看看自己能否把性质与证据对应起来。

1为什么生成物中有水不能作为反应可逆的证据?判断可逆还必须满足什么条件?

参考答案可逆性要求正、逆反应在相同条件下都能进行。生成水只说明发生了反应;还要证明反应物能由生成物按原条件重新生成。

2某混合气体可能含SO₂和CO₂,怎样设计两种彼此独立的实验来确认SO₂?

参考答案一条利用SO₂的还原性,如使酸性高锰酸钾褪色;另一条利用漂白性,使品红褪色。还应排除其他还原性气体,并用石灰水等排除CO₂干扰。

3SO₂使品红褪色与使石蕊变红都是颜色变化,机理一定相同吗?怎样用对照实验区分?

参考答案不同。品红褪色体现漂白性,常解释为生成不稳定的无色物质;石蕊变红主要体现酸性。可用pH相同且无漂白性的酸液作对照,再观察品红是否褪色及加热是否恢复。

15第 15 页 · 课后思考
硫及其化合物(一) · 知识图解