课时2 硫酸及硫酸根离子的检验

硫在过量的空气中燃烧生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ ，无法直接生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；接触室内发生的反应为二氧化硫与氧气发生催化氧化反应生成三氧化硫，该反应为可逆反应，反应的化学方程式为 $ {\rm 2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}+{\mathrm{O}}_{2}\stackrel{催化剂}{\underset{△}{⇌}}2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；三氧化硫与水反应放出大量的热，若用蒸馏水吸收三氧化硫会形成酸雾，降低吸收效率， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；浓硫酸使蔗糖变黑面包实验中，浓硫酸使蔗糖中的 $ {\rm \mathrm{H}} $ 、 $ {\rm \mathrm{O}} $ 原子以 $ 2:1 $ 的比例脱去，表现脱水性，同时有刺激性气味气体产生，为碳与浓硫酸发生氧化还原反应生成的二氧化硫气体，体现浓硫酸的氧化性， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

（1） 化学式中各元素化合价的代数和等于 $ {\rm 0， {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}}_{2}} $ 中 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 为 $ +2 $ 价，故 $ {\rm \mathrm{S}} $ 的化合价为 $ -1 $ 。

（2） 由题图结合元素守恒分析，Ⅰ中反应的另一反应物为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ ，反应过程中 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{S}} $ 化合价升高， $ {\rm \mathrm{O}} $ 化合价降低，根据氧化还原反应配平可得，Ⅰ中反应的化学方程式为 $ {\rm 3{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}}_{2}+8{\mathrm{O}}_{2}\xlongequal{△}{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{3}{\mathrm{O}}_{4}+6{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ ；由上述反应的化学方程式可知，若反应中消耗了 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}}_{2}} $ ，则生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的物质的量为 $ 2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 。

（3） 由题图可知，Ⅱ中反应是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 被催化氧化为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ ，化学方程式为 $ {\rm 2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}+{\mathrm{O}}_{2}\stackrel{催化剂}{\underset{400\sim 500{℃}}{⇌}}2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ 。

（4） ① 反应中 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的 $ {\rm \mathrm{S}} $ 由 $ +4 $ 价升高到 $ +6 $ 价， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 中 $ {\rm \mathrm{O}} $ 由 $ -1 $ 价降低到 $ -2 $ 价，尿素中各元素化合价均未改变，其中 $ {\rm \mathrm{N}} $ 元素转化为铵根离子， $ {\rm \mathrm{C}} $ 转化为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 气体，则用尿素/ $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 溶液吸收 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的化学方程式为 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}+\mathrm{C}\mathrm{O}({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{2})_{2}+{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}({\mathrm{N}\mathrm{H}}_{4})_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}+{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ 。

② $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 受热易分解，故使用尿素/ $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 溶液吸收 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 时，温度过高， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 在溶液中的溶解度降低且 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 分解速率大，浓度显著降低，从而导致相同时间内的 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 去除率下降。

①中苹果块会干瘪，体现了浓硫酸的吸水性， $ {\rm \mathrm{A}} $ 不符合题意；②中胆矾晶体失去结晶水后变白，体现了浓硫酸的吸水性， $ {\rm \mathrm{B}} $ 不符合题意；③中小试管内有固体析出，体现了浓硫酸的吸水性， $ {\rm \mathrm{C}} $ 不符合题意；④中 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 试纸脱水炭化而变黑，体现了浓硫酸的脱水性， $ {\rm \mathrm{D}} $ 符合题意。

常温下， $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 遇浓硫酸发生钝化，钝化过程中发生了化学反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；浓硫酸与 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ 不反应，可以干燥 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；铜与浓硫酸在加热条件下发生反应，部分 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 被还原，生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ ，作氧化剂，铜作还原剂， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；实验室中用浓硫酸与亚硫酸钠反应制取二氧化硫，其原理是用强酸制弱酸，因而在此反应中浓硫酸表现的是酸性， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

浓硫酸与蔗糖脱水形成的炭黑反应生成的 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 能使品红溶液褪色，体现浓硫酸的强氧化性， $ {\rm \mathrm{A}} $ 符合题意；浓硫酸具有脱水性，能将蔗糖中的 $ {\rm \mathrm{H}} $ 原子和 $ {\rm \mathrm{O}} $ 原子按 $ 2:1 $ 的比例脱除，蔗糖中加入浓硫酸，白色固体变黑，体现浓硫酸的脱水性， $ {\rm \mathrm{B}} $ 不符合题意；浓硫酸脱水过程中会释放大量热，发生反应： $ {\rm \mathrm{C}+2{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}(浓)\xlongequal{△}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}↑+2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}↑+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，产生大量气体，使固体体积膨胀， $ {\rm \mathrm{C}} $ 不符合题意；该过程中，蔗糖发生化学反应，发生了化学键的断裂， $ {\rm \mathrm{D}} $ 不符合题意。

浓硫酸与木炭的反应需要在加热条件下进行，故甲装置中还缺少加热仪器， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；用丙装置探究 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的还原性，用丁装置探究 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 的漂白性， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；按甲 $ \to $ 丁 $ \to $ 丙顺序连接装置，若丁装置中的品红溶液褪色，证明反应有 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 生成，丙装置可进一步检验并吸收 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；按甲 $ \to $ 丁（检验二氧化硫） $ \to $ 丙（除去二氧化硫，溶液颜色变浅） $ \to $ 乙（澄清石灰水变浑浊）顺序连接装置，可证明木炭的氧化产物是 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

常温下，浓硫酸、稀硫酸和 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 都不反应， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；少量的浓硫酸、稀硫酸滴入紫色石蕊溶液中都能使紫色石蕊溶液变红， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；浓硫酸具有脱水性，浓硫酸能使纸炭化变黑， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；浓硫酸与 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 反应生成有毒的 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 气体，不符合绿色环保的要求， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

滴加 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液，产生白色沉淀，该沉淀可能是 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ ，也可能是 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ 等，所以不能确定溶液中一定含有 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；滴加盐酸酸化的 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液，产生白色沉淀，同样不能排除 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 的干扰，因为 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 在酸性条件下也会生成 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 白色沉淀， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；滴加 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液，产生白色沉淀，加稀盐酸沉淀不溶解，还是不能排除 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 沉淀的可能 $ {\rm (\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 沉淀不溶于酸 $ ) $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；加入盐酸酸化，无明显现象，排除了 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}({\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 反应会产生二氧化碳气体 $ ) $ 、 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}^{2-}({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}^{2-}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 反应会产生二氧化硫气体 $ ) $ 和 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}({\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 反应会生成沉淀 $ ) $ 等的干扰，再加入 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液，有白色沉淀生成，此沉淀只能是 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ ，所以能判断溶液中一定含有 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

废水中只有 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ 可以和 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 反应， $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 的作用是除去 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；试剂 $ \mathrm{a} $ 为 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ ，试剂 $ \mathrm{b} $ 为 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ ，碳酸钠用于除去过量钡离子， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；题给流程图中操作 $ \mathrm{x} $ 为过滤，滤液中含 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，试剂 $ \mathrm{c} $ 为稀盐酸，可除去 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；检验 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}} $ 是否除尽，可取适量待测溶液，先加入盐酸，再加入 $ {\rm {\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 溶液，如果没有白色沉淀生成，说明已经除尽， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

硫酸钙（熟石膏）常用于制作塑像，因其与水混合后很快凝固成型， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确。硫酸钡不溶于水和酸，且不容易被 $ {\rm \mathrm{X}} $ 射线透过，在医疗上可用作检查消化系统的内服药剂，俗称“钡餐”， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确。检验水分常用无水硫酸铜（白色粉末），无水 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 遇水转化为蓝色的胆矾 $ {\rm ({\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}\cdot 5{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O})} $ ，胆矾本身无法检验水， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误。明矾 $ {\rm [\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l} ({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4})_{2}\cdot 12{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O} ]} $ 溶于水后会生成 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{3}} $ 胶体，可以吸附水中的悬浮物和杂质使其聚集而沉降，达到净水目的， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

铜和浓硫酸反应过程中，生成 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 体现浓硫酸的酸性，生成 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 体现浓硫酸的强氧化性， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ \mathrm{a} $ 处的紫色石蕊溶液变红，其原因是反应生成的 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 溶于水生成了 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ ， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液显酸性，使紫色石蕊变红，硫酸是难挥发性酸， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误； $ \mathrm{b} $ 处品红溶液褪色，其原因是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 具有漂白性，而 $ \mathrm{c} $ 处酸性高锰酸钾溶液褪色，其原因是 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}} $ 发生氧化还原反应， $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 体现还原性， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；实验过程中试管底部出现白色固体，其成分为无水 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ ，体现浓硫酸的吸水性， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。