实验活动5(二)

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价态转化氧化还原硫化合物实验探究

实验活动5(二)

一张图理清-2、0、+4、+6价硫的转化路径、反应规律与实验细节

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价态转化氧化还原硫化合物实验探究

实验活动5(二)

一张图理清-2、0、+4、+6价硫的转化路径、反应规律与实验细节

1第 1 页 · 实验活动5(二)

酸性高锰酸钾溶液

实验里紫红色液体一加进去就褪色——这不是偶然。酸性高锰酸钾溶液是氧化还原滴定中最常出场的'主角',今天拆开看它由什么组成、为什么非要'酸'、能氧化谁。

溶液构成
KMnO₄溶于水,加入稀H₂SO₄提供酸性环境
强氧化性来源
Mn元素从+7价降至+2价,得电子能力极强
自带颜色信号
溶液本身紫红色,反应后褪色即为终点,无需另加指示剂
必须用稀硫酸
盐酸中Cl⁻会被氧化,硝酸本身有氧化性,干扰反应
典型应用
滴定Fe²⁺、C₂O₄²⁻、H₂O₂等还原性物质
自带颜色信号的探测器对应 →酸性高锰酸钾溶液

紫红色相当于探测器自带的指示灯;遇到还原剂,指示灯自身被消耗灭掉=目标已被处理

MnO4+8H++5eMn2++4H2O\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}
2第 2 页 · 酸性高锰酸钾溶液

NaOH 溶液吸收酸性气体

上一节我们用酸性高锰酸钾溶液吸收了还原性气体 SO2。但 CO2、HCl 这类本身没有还原性的酸性气体,KMnO4 拿它们没辙。这类气体的克星是碱。

作用对象
只针对酸性气体:CO2、SO2、HCl 等;遇 H2、CO、NH3 无效
反应本质
酸碱中和,酸性气体溶于水显酸性,再与 OH⁻ 结合生成盐和水
典型反应
酸性气体对应生成钠盐:CO2→Na2CO3,SO2→Na2SO3,HCl→NaCl
核心应用
尾气吸收防污染、气体除杂(如除 HCl 留 H2)、定量测定 CO2 含量
边界与陷阱
CO2 过量时生成 NaHCO3 而非 Na2CO3;不能用于干燥 NH3 等碱性气体
活性炭除异味对应 →NaOH 吸收酸性气体

活性炭靠物理吸附、什么味道都吃;NaOH 靠化学反应,只针对酸性气体——选择性更强但范围更窄

CO2+2NaOHNa2CO3+H2OSO2+2NaOHNa2SO3+H2OHCl+NaOHNaCl+H2OCO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O \\ SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O \\ HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O
3第 3 页 · NaOH 溶液吸收酸性气体

浓硫酸的性质

上一节我们用酸性高锰酸钾检验了 SO₂,用 NaOH 吸收了尾气——但 SO₂ 是从哪里来的?为什么偏偏是浓硫酸才能产生它?这就要回到浓硫酸本身的性质。

强氧化性
浓 H₂SO₄ 中 +6 价 S 夺电子能力很强,能氧化 Cu、C 等还原剂
脱水性
按 H:O = 2:1 从有机物中夺取氢氧元素,重新化合成水
吸水性
吸收游离态的水分子,可用于干燥气体(属物理吸收)
高沸点难挥发
沸点 338℃,常用作制 HCl、HNO₃ 等易挥发酸的原料
擦桌子 vs 拆木桌取水对应 →吸水性 vs 脱水性

吸水是搬走已存在的水分子;脱水是从分子里把 H、O 元素「拆」出来再组合成水

Cu+2H2SO4()ΔCuSO4+SO2+2H2OCu + 2H_2SO_4(\text{浓}) \xrightarrow{\Delta} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O
4第 4 页 · 浓硫酸的性质

铜与浓硫酸的氧化还原反应

上一页我们见识了浓硫酸的强氧化性,它具体强到什么程度?——连金属活动性顺序中排在氢之后的铜,加热时也被它「啃掉」一层。

反应方程式
Cu + 2H₂SO₄(浓) =△= CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
浓硫酸双重身份
一半作酸生成 CuSO₄,另一半作氧化剂被还原成 SO₂
硫元素化合价变化
+6 价 S 得 2e⁻ 降到 +4 价进入 SO₂,体现强氧化性
稀硫酸不反应
稀 H₂SO₄ 无强氧化性,不能氧化 Cu;必须浓且加热
两个演员各演一角对应 →两份浓硫酸各司其职

演员A只当酸搭起 CuSO₄,演员B只当氧化剂抢走铜的电子,自己降成 SO₂

Cu2eCu2+H2SO4+2H++2eSO2+2H2OCu - 2e^- \to Cu^{2+} \quad H_2SO_4 + 2H^+ + 2e^- \to SO_2\uparrow + 2H_2O
5第 5 页 · 铜与浓硫酸的氧化还原反应

铁与硫粉反应生成硫化亚铁

上页浓硫酸里 +6 价的硫很凶猛,能把铜氧化到 +2。本页把硫单质直接丢给铁粉:加热到一定程度它们就「打」起来了——这一架到底谁抢走谁的电子?产物又是什么?

反应方程式与条件
Fe + S =Δ= FeS;需加热引燃,反应剧烈放热,引燃后可自行持续
氧化还原归属
Fe 失 2e⁻ 被氧化(0→+2),S 得 2e⁻ 被还原(0→-2);硫是氧化剂,铁是还原剂
为什么只到 FeS
直接化合中硫的氧化性仅够夺走 Fe 的 4s 两个电子,无法把 Fe 进一步氧化到 +3 价
实验现象
混合物红热发光,硫先熔化、燃烧(淡蓝色火焰),最终得到黑色固体 FeS
氧化剂决定价态
Fe+S 直化合只到 +2;换成 Cl₂,Fe+Cl₂ 点燃得 FeCl₃(Fe 显 +3)
掰手腕对应 →Fe 与 S 的电子争夺

硫只能拽走 Fe 的 2 个电子;换 Cl₂ 这个更强的对手,Fe 就得交出 3 个

Fe+SΔFeSFe + S \xrightarrow{\Delta} FeS
6第 6 页 · 铁与硫粉反应生成硫化亚铁

硫粉的燃烧和化合反应

上一页铁和硫生成硫化亚铁,其实就是一个典型的化合反应。这页把硫粉燃烧放回「化合反应」这个框架里看,顺便厘清一个容易混的概念边界。

化合反应
两种或两种以上物质反应生成一种新物质的反应
多变一
判断核心:反应物≥2 种,生成物只有 1 种
硫在氧气中燃烧
S + O₂ 点燃→ SO₂,发出明亮蓝紫色火焰,产物有刺激性气味
边界提醒
化合反应不一定是氧化还原,如 CaO + H₂O → Ca(OH)₂ 就只是化合
两人组成一个家庭对应 →化合反应

两个独立个体合并为一个整体,对应「多变一」的形式特征

S+O2点燃SO2S + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} SO_2
7第 7 页 · 硫粉的燃烧和化合反应

氧化还原反应原理

氧化还原反应原理:定义、要点与典型应用

氧化还原反应原理
氧化还原反应原理:定义、要点与典型应用
8第 8 页 · 氧化还原反应原理

实验安全与通风

前面铜与浓硫酸产生 SO₂、铁与硫粉需高温——一个放毒气,一个高风险。在深入操作前,必须先理解『实验安全与通风』:它既是保护人,也是保护环境的双重逻辑。

通风的目的
把有毒有害气体稀释排出室外,保护实验者呼吸安全
必须通风的实验
产生 SO₂、Cl₂、NO₂ 等气体;或加热浓硫酸等易挥发强酸
通风设备的优先级
通风橱 > 通风罩 > 敞口操作;尾气吸收与通风同样关键
个人防护基本装备
护目镜、实验服、耐酸碱手套;皮肤沾药品立即用大量水冲洗
厨房抽油烟机对应 →实验室通风橱

炒辣椒开油烟机排呛味,做有毒气体实验开通风橱——都是局部强制排风

9第 9 页 · 实验安全与通风

含硫有毒气体及其危害

前面的实验里,铜与浓硫酸生成 SO₂,铁与硫粉生成的 FeS 遇酸会放 H₂S——这些气体看不见摸不着,却每一种都有危险一面。本页梳理它们的危害与防护要点。

SO₂ 二氧化硫
无色、刺激性气味,溶于水成亚硫酸,是酸雨主因之一,刺激呼吸道。
H₂S 硫化氢
臭鸡蛋气味,极毒;高浓度时麻痹嗅神经,闻不到≠安全,更危险。
SO₃ 三氧化硫
与水剧烈反应生成硫酸雾,强腐蚀性,工业制硫酸的关键中间体。
防护核心
通风橱操作 + NaOH 溶液吸收尾气,把有毒气体转化为无害盐留下。
煤气特意加臭提醒泄漏对应 →H₂S 高浓度反而失去嗅觉

煤气加臭让人警觉;H₂S 反向——浓度越高越闻不到,安全机制反向更隐蔽。

10第 10 页 · 含硫有毒气体及其危害

本节要点

  • 浓硫酸的氧化性来自+6价硫,稀硫酸不具此性质
  • 氧化还原看化合价升降,反应类型只是表层分类
  • 化合与氧化还原是交叉概念,二者不能互推
  • 含硫气体几乎都具毒性,尾气吸收是必答题
  • Fe+S仅得FeS,硫的弱氧化性限定了产物
延伸主题:稀硫酸与浓硫酸微观结构差异SO₂与CO₂在NaOH吸收中的差异尾气吸收装置的通用设计原则
11第 11 页 · 本节要点

课后思考

先自己想,再对照参考答案看思路是否一致。

1为什么铜与浓硫酸反应后期硫酸变稀后反应会停止?

参考答案浓硫酸强氧化性源于高浓度 SO₄²⁻ 的特殊结构;稀硫酸只剩 H⁺ 的弱氧化性,而铜活泼性低于氢,H⁺ 无法氧化铜,故反应停止。

2硫与铁反应只生成 FeS 而非 Fe₂S₃,这说明硫的什么氧化性特征?

参考答案硫的氧化性弱于氧气。O₂ 可把铁氧化到 +3 价,硫只能把铁氧化到 +2 价。这符合「氧化剂越弱,被还原后价态变化越小」的规律。

3实验中 SO₂ 能否用澄清石灰水代替 NaOH 溶液吸收?效果有何不同?

参考答案可以,SO₂ 与石灰水反应生成 CaSO₃ 沉淀。但石灰水浓度低、SO₂ 溶解度有限,吸收不彻底;NaOH 浓度高且溶解度大,吸收更完全。

12第 12 页 · 课后思考