2025年高考化学一轮复习（新高考版）大单元2 第5章　第21讲　硫及其化合物的相互转化

第21讲硫及其化合物的相互转化[复习目标]1.通过完成不同价态、类别含硫物质的转化关系，进一步提升从价、类不同视角探究物质性质的学科素养。2.进一步巩固硫及其典型代表物的性质及应用。1．在下面空白处，将S、FeS、SO2、Na2SO3、NaHSO3、SO3、H2SO4等物质的相互转化建构成一张关系图。2．完成图中序号对应的化学方程式(合理即可)。①SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl(或SO2＋H2O2=H2SO4)；②2H2SO4(浓)＋Cueq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O；③SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O；④Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O；⑤NaHSO3＋NaOH=Na2SO3＋H2O(或NaHSO3＋Na2CO3=Na2SO3＋NaHCO3)；⑥Na2SO3＋SO2＋H2O=2NaHSO3；⑦2Na2SO3＋O2=2Na2SO4；⑧4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2；⑨CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O；⑩Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS；⑪2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3；⑫SO2＋2H2S=3S＋2H2O。一、硫的转化微观过程分析1．天然气是一种重要的化工原料和燃料。常含有少量H2S。一种在酸性介质中进行天然气脱硫的原理示意图如图所示。下列说法正确的是()A．整个脱硫过程中Fe2(SO4)3溶液并未参与反应B．整个脱硫过程中参加反应的n(H2S)∶n(O2)＝2∶1C．脱硫过程需不断补充FeSO4D．CH4是天然气脱硫过程的催化剂答案B解析脱硫过程中Fe2(SO4)3与H2S发生反应：Fe2(SO4)3＋H2S=2FeSO4＋H2SO4＋S↓，然后发生反应：4FeSO4＋O2＋2H2SO4=2Fe2(SO4)3＋2H2O，总反应方程式为2H2S＋O2=2S↓＋2H2O，故参加反应的n(H2S)∶n(O2)＝2∶1，A错误、B正确；脱硫过程反应产生中间产物FeSO4，后该物质又被消耗，FeSO4的物质的量不变，其在流程中循环利用，因此不需补充FeSO4，C错误；CH4在反应过程中没有参加反应，因此不是天然气脱硫过程的催化剂，D错误。2．含硫煤燃烧会产生大气污染物，为防治该污染，某工厂设计了新的治污方法，同时可得到化工产品，该工艺流程如图所示，下列叙述不正确的是()A．该过程中可得到化工产品H2SO4B．该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2C．该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和SD．图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4答案C解析根据工艺流程图可知，该工艺中Fe2(SO4)3溶液吸收SO2生成FeSO4和H2SO4，该反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4，该工艺不仅吸收了二氧化硫，还得到了化工产品硫酸，A、B、D正确；该过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫，C错误。3．(2024·哈尔滨模拟)干法氧化铁脱硫除去大气污染物H2S的原理如图所示。下列说法不正确的是()A．Fe2O3·H2O为该反应的催化剂B．脱硫反应为3H2S＋Fe2O3·H2O=Fe2S3·H2O＋3H2OC．再生过程中，硫元素被还原D．总反应为2H2S＋O2eq\o(=,\s\up7(催化剂))2S↓＋2H2O答案C解析根据题图可知，Fe2O3·H2O先参与反应后又生成，为该反应的催化剂，A正确；根据题图可知，脱硫过程中H2S和Fe2O3·H2O反应生成Fe2S3·H2O和H2O，B正确；再生过程中，Fe2S3·H2O转化为S单质，硫元素的化合价升高，被氧化，C错误；根据转化关系可知，总反应为2H2S＋O2eq\o(=,\s\up7(催化剂))2S↓＋2H2O，D正确。二、实验室中实现硫及其化合物的转化4．某小组同学设计实验实现几种价态硫元素的转化。可选用的实验药品如下：①Na2SO3溶液②浓硫酸③Na2S溶液④稀硫酸⑤酸性KMnO4溶液⑥品红溶液⑦铜片实验序号预期转化选择试剂(填序号)证明实现转化的现象ⅰeq\o(S,\s\up6(＋4))→eq\o(S,\s\up6(＋6))ⅱ①③④淡黄色沉淀ⅲeq\o(S,\s\up6(＋6))→eq\o(S,\s\up6(＋4))②⑥⑦(1)实验ⅰ选择的试剂是①和________(填序号)，证明实现转化的现象是_________________，该转化利用了Na2SO3的________性。(2)实验ⅱ实现了________价S向________价S的转化。(3)实验ⅲ中发生反应的化学方程式是____________________________________________，证明实现转化的现象是_____________________________________________________________。答案(1)⑤酸性KMnO4溶液褪色还原(2)＋4(或－2)0(3)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O将产生的气体通入品红溶液，品红溶液褪色三、工艺流程中硫的转化5．硫代硫酸钠是一种常用的滴定剂，利用硫化亚铜制取硫代硫酸钠晶体的步骤如图所示。试回答下列问题。(1)反应釜中发生反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)当eq\f(nO2,nCu2S)＝________时，固体A和气体B的利用率最高。若eq\f(nO2,nCu2S)高于该比值，则产品中会混有________杂质。(3)Na2S2O3的应用——测定KBrO3的纯度(杂质不参与反应)取mgKBrO3样品溶于适量水中，加入稀硫酸酸化，加入过量KI溶液，将反应后溶液稀释为250mL。取25mL置于锥形瓶中，加入指示剂，用cmol·L－1的Na2S2O3溶液滴定，重复实验3次，平均消耗Na2S2O3溶液的体积为VmL(已知：I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))。①向KBrO3溶液中加入过量KI溶液，发生反应的离子方程式为_______________________。②滴定过程中所用的指示剂为__________，KBrO3样品的纯度为__________%。答案(1)S＋SO2＋2NaHCO3=Na2S2O3＋H2O＋2CO2(2)eq\f(3,2)亚硫酸钠(3)①BrOeq\o\al(－,3)＋6I－＋6H＋=3I2↓＋Br－＋3H2O②淀粉溶液eq\f(167cV,6m)解析(1)Cu2S在空气中煅烧可以发生两种反应，①Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2CuO＋S，②Cu2S＋2O2eq\o(=,\s\up7(高温))SO2＋2CuO；则可推断产生的黄色固体为S，反应釜中S和SO2与过量NaHCO3反应，化学方程式为S＋SO2＋2NaHCO3=Na2S2O3＋H2O＋2CO2。(2)由S＋SO2＋2NaHCO3=Na2S2O3＋H2O＋2CO2可知，n(S)∶n(SO2)为1∶1时，固体A与气体B的利用率最高，①＋②可得：2Cu2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(高温))4CuO＋S＋SO2，当eq\f(nO2,nCu2S)＝eq\f(3,2)时，利用率最高，若高于此值，二氧化硫会与碳酸氢钠反应生成亚硫酸钠。(3)②滴定过程中所用指示剂为淀粉溶液，因为淀粉遇碘变蓝，消耗Na2S2O3的物质的量为cmol·L－1×V×10－3L＝cV×10－3mol，根据关系式：KBrO3～3I2～6S2Oeq\o\al(2－,3)，25mL溶液中KBrO3的物质的量为eq\f(1,6)×cV×10－3mol，则250mL溶液中KBrO3的物质的量为eq\f(1,6)×cV×10－2mol，纯度为eq\f(\f(1,6)×cV×10－2mol×167g·mol－1,mg)×100%＝eq\f(167cV,6m)%。1．(2021·辽宁，8)含S元素的某钠盐a能发生如图转化。下列说法错误的是()A．a可能为正盐，也可能为酸式盐B．c为不溶于盐酸的白色沉淀C．d为含极性键的非极性分子D．反应②中还可能生成淡黄色沉淀答案C解析由题干信息可知，盐a溶液与足量的稀盐酸反应产生刺激性气味气体d，d能使KMnO4溶液褪色，故d为SO2，则盐a为Na2SO3或者NaHSO3，也可能是Na2S2O3，盐a溶液与足量Cl2反应后生成SOeq\o\al(2－,4)，与BaCl2溶液反应得到沉淀c，故c为BaSO4，据此分析解题。由分析可知，a可能为正盐，也可能为酸式盐，A正确；c为BaSO4，故c为不溶于盐酸的白色沉淀，B正确；d为SO2，是含有极性键的极性分子，C错误；盐a为Na2SO3或者NaHSO3，也可能是Na2S2O3，Na2S2O3与稀盐酸可发生反应：Na2S2O3＋2HCl=2NaCl＋S↓＋SO2↑＋H2O，故反应②中还可能生成淡黄色沉淀，D正确。2．(2021·山东，8)工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如图，下列说法错误的是()A．吸收过程中有气体生成B．结晶后母液中含有NaHCO3C．气流干燥湿料时温度不宜过高D．中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3答案B解析根据流程图分析可知，吸收过程中有二氧化碳生成，A正确；结晶后母液中含饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸，没有NaHCO3，B错误；NaHSO3高温时易分解变质，所以气流干燥过程中温度不宜过高，C正确；结合上述分析可知，中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3，D正确。3．(2018·浙江11月选考，28)某同学用下列装置完成了浓硫酸和SO2性质实验(夹持装置已省略)。请回答：(1)下列说法正确的是________(填字母)。A．反应后，将试管Ⅰ中的白色固体加入水中，溶液呈蓝色B．取下试管Ⅲ并不断振荡，试管中出现浑浊，是因为生成了BaSO4C．试管Ⅳ中KMnO4溶液褪色，说明SO2具有氧化性D．试管Ⅴ中的NaOH溶液可用Na2CO3溶液代替(2)取下试管Ⅱ，在该试管口套上气球，将无色溶液加热恢复至红色，冷却后，发现溶液颜色再次变浅。解释“无色→红色→颜色变浅”变化的原因：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)ABD(2)SO2遇品红溶液生成不稳定无色物质，受热释放SO2，溶液恢复红色；温度降低，SO2在品红溶液中溶解度增大，溶液颜色变浅解析根据装置图可以判断，Ⅰ生成SO2，Ⅱ验证SO2，Ⅲ验证SO2是否和BaCl2反应，Ⅳ验证SO2的还原性，Ⅴ吸收剩余的SO2，防止污染。(1)A项，白色固体应为CuSO4，加水，溶液呈蓝色；B项，由于在Ⅲ中生成了H2SO3，H2SO3很容易被O2氧化生成H2SO4，所以生成BaSO4沉淀；D项，由于Na2CO3水解呈碱性，所以也可以吸收SO2气体。课时精练1．用下列两种途径制取H2SO4，某些反应条件和产物已省略，下列有关说法不正确的是()途径①Seq\o(→,\s\up7(浓硝酸))H2SO4；途径②Seq\o(→,\s\up7(O2))SO2eq\o(→,\s\up7(O2))SO3eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4A．途径①反应中体现了浓硝酸的强氧化性和酸性B．途径②的第二步反应在实际生产中可以通过增大O2的浓度来降低成本C．由途径①和②分别制取1molH2SO4，理论上各消耗1molS，各转移6mol电子D．途径②与途径①相比更能体现“绿色化学”的理念答案A解析途径①反应的化学方程式为S＋6HNO3(浓)=H2SO4＋6NO2↑＋2H2O，浓硝酸只体现了强氧化性，没有体现酸性，故A错误；氧气来源于空气，价格较低，增大氧气的浓度可提高二氧化硫的转化率，从而降低成本，故B正确；途径①和②中硫元素的价态都是从0价升高到＋6价，故C正确；途径①中会产生NO2有毒气体，故D正确。2．硫在空气中燃烧生成气体A，把A溶于水得溶液B，向B中滴加溴水，溴水褪色，B变成C，向C中加Na2S产生气体D，把D通入B溶液得浅黄色沉淀E。A、B、C、D、E都含同一种元素。下列各物质按A、B、C、D、E顺序排列的是()A．SO2、H2SO4、H2SO3、H2S、SB．SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、SC．SO2、H2SO3、H2SO4、SO3、Na2S2O3D．SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3答案B解析硫在空气中燃烧生成SO2，SO2溶于水得H2SO3，向H2SO3中滴加溴水生成H2SO4和HBr，向H2SO4溶液中加Na2S产生气体H2S，H2S与H2SO3反应产生浅黄色沉淀S，故B项正确。3．(2023·长春模拟)在“价—类”二维图中融入“杠杆模型”，可直观辨析部分物质转化及其定量关系。图中的字母分别代表硫及其常见化合物，下列相关推断不合理的是()A．b、d、f既具有氧化性又具有还原性B．硫酸型酸雨的形成过程涉及b到c的转化C．a溶液与b溶液反应过程中有淡黄色沉淀生成D．d在加热条件下与强碱溶液反应生成e和f，且n(e)∶n(f)＝1∶2答案D解析根据图中信息，b为H2SO3，d为S，f为亚硫酸盐，其中S元素都处于中间价态，既有氧化性，又有还原性，A正确；硫酸型酸雨的形成涉及H2SO3被氧气氧化转化为H2SO4，B正确；a为H2S，b为H2SO3，a溶液与b溶液反应过程中有淡黄色沉淀生成，C正确；d为S，e为S2－形成的盐，f为SOeq\o\al(2－,3)形成的盐，由3S＋6OH－eq\o(=,\s\up7(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O可得，n(e)∶n(f)＝2∶1，D错误。4.如图是硫元素在自然界中的循环示意图，下列说法不正确的是()A．海水中的硫元素主要以S2－形式存在B．煤中含有硫元素，燃煤中加入生石灰可脱硫C．硫具有弱氧化性，和变价金属反应，通常将金属氧化成低价态D．硫化氢溶于水得到氢硫酸，氢硫酸是弱酸，能与碱、碱性氧化物反应答案A5．如图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是()A．向溶液B中滴加KSCN溶液，溶液可能变为红色B．溶液B转化为溶液C发生反应的离子方程式为4H＋＋2Fe2＋＋O2=2Fe3＋＋2H2OC．溶液酸性：A>B>CD．加氧化亚铁可以使溶液C转化为溶液A答案A解析SO2与Fe3＋发生氧化还原反应生成Fe2＋，若二氧化硫足量，则溶液中无Fe3＋，加入KSCN溶液，溶液不变红色；若二氧化硫不足，则溶液中有Fe3＋，加入KSCN溶液，溶液变红色，A正确；离子方程式中电荷不守恒，B错误；溶液A转化为溶液B后溶液酸性增强，C错误；FeO与H＋反应生成Fe2＋，故溶液C不能转化为溶液A，D错误。6．“蓝天保卫战”需要持续进行大气治理，有效处理SO2、NO2等大气污染物。化学研究为生产、生活处理废气，防止大气污染做出重要贡献。将SO2转化为K2SO4的工艺流程如图，下列说法正确的是()A．通入空气的目的是将CO2完全吹出B．反应时应将CaCO3粉碎C．固体产物A是CaSO3D．“高温”时只发生CaCO3的分解反应答案B解析通入空气的目的是将CaSO3氧化为CaSO4，故A、C错误；“高温”时发生反应：CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋SO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSO3、2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2CaSO4，故D错误。7．(2023·石家庄高三联考)硫及其化合物的“价—类”二维图体现了化学变化之美。下列有关说法正确的是()A．硫在过量的氧气中燃烧直接生成YB．将X通入BaCl2溶液中有白色沉淀生成C．M的无水固体粉末显蓝色D．N与Z反应可生成X答案D解析硫燃烧只能得到SO2，A项错误；盐酸的酸性大于亚硫酸的酸性，故SO2不与BaCl2溶液反应，B项错误；无水CuSO4为白色，C项错误；Na2S2O3与H2SO4反应生成SO2、S、H2O、Na2SO4，D项正确。8．硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2和CuCl2的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图所示(CuS不溶于水)。下列说法不正确的是()A．过程①中，生成CuS的反应为H2S＋Cu2＋=CuS↓＋2H＋B．过程②中，Fe3＋作氧化剂C．转化图中化合价不变的元素只有铜和氯D．回收S的总反应为2H2S＋O2=2H2O＋2S↓答案C解析过程②中，Fe3＋转化为Fe2＋，Fe3＋作氧化剂，B正确；根据图中转化可知，转化过程中化合价不变的元素除了有铜、氯之外还有氢，C错误；根据图中转化可知，反应物为H2S和O2，生成物为S，根据原子守恒，还有水生成，总反应是2H2S＋O2=2H2O＋2S↓，D正确。9．S和O可组成一系列负二价阴离子，结构如图。下列说法正确的是()硫酸根离子焦硫酸根离子过二硫酸根离子硫代硫酸根离子A.电负性：O>S，该系列离子中不存在非极性共价键B．焦硫酸钠溶于水所得溶液呈酸性C．硫酸根离子和硫代硫酸根离子空间结构均为正四面体D．过二硫酸根离子具有极强氧化性，原因是其中S元素处于＋7价答案B解析焦硫酸钠溶于水生成NaHSO4，为强酸的酸式盐，溶液呈酸性，故B正确；由图可知，硫酸根离子空间结构为正四面体，其中1个O原子被S取代，导致硫代硫酸根离子中空间结构为四面体，但不是正四面体，故C错误；过二硫酸根离子中含有过氧键，S为＋6价，其具有较强的氧化性是因为其中含有过氧键，故D错误。10．(2023·河北唐山二模)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂，广泛用于纺织工业。某种Na2S2O4的生产工艺流程如图所示，若在实验室模拟该工艺流程，下列说法正确的是()A．可用银氨溶液鉴别甲酸中是否含有甲醛B．NaCl溶解度大于Na2S2O4·2H2O的溶解度C．过滤操作中需要用的玻璃仪器只有漏斗、烧杯D．由溶液A制备Na2S2O4溶液过程中，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶2答案B解析甲酸和甲醛都含有醛基，A错误；Na2S2O4溶液加入NaCl晶体冷却，过滤可以得到Na2S2O4·2H2O，B正确；过滤操作中需要用的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，C错误。11．利用空气催化氧化法除掉电石渣浆(含CaO)上清液中的S2－，制取石膏(CaSO4·2H2O)的过程如下：下列说法错误的是()A．CaSO4·2H2O属于盐类和纯净物B．过程Ⅱ中，反应的离子方程式为4MnOeq\o\al(2－,3)＋2S2－＋9H2O=S2Oeq\o\al(2－,3)＋4Mn(OH)2↓＋10OH－C．过程Ⅰ后溶液碱性增强D．将10L上清液中的S2－(S2－浓度为480mg·L－1)转化为SOeq\o\al(2－,4)，理论上共需要0.3molO2答案C解析根据转化关系图，过程Ⅱ中S2－与MnOeq\o\al(2－,3)生成S2Oeq\o\al(2－,3)和Mn(OH)2，根据氧化还原反应得失电子守恒和元素守恒，反应的离子方程式为4MnOeq\o\al(2－,3)＋2S2－＋9H2O=S2Oeq\o\al(2－,3)＋4Mn(OH)2↓＋10OH－，故B正确；分析可知过程Ⅰ中发生反应：2Mn(OH)2＋O2＋4OH－=2MnOeq\o\al(2－,3)＋4H2O，溶液的pH减小，溶液碱性减弱，故C错误；10L上清液中的S2－的物质的量为eq\f(10×480×10－3g,32g·mol－1)＝0.15mol，根据物质转化过程可知，S2－转化为S2Oeq\o\al(2－,3)过程中需要消耗氧气，S2Oeq\o\al(2－,3)转化为SOeq\o\al(2－,4)也需要消耗氧气，在转化过程中，硫元素的化合价由－2价变成＋6价，S2－共失去0.15mol×8＝1.2mol电子，1molO2在反应中得到4mol电子，所以将10L上清液中的S2－转化为SOeq\o\al(2－,4)，理论上共需要O2的物质的量为eq\f(1.2mol,4)＝0.3mol，故D正确。12．(2023·南京高三模拟)实验室通过如图所示装置制备Na2S2O3，反应原理：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2=3Na2S2O3＋CO2。下列有关说法错误的是()A．导管a的作用是有利于硫酸滴入B．装置A中的反应体现硫酸的酸性C．装置B、D作用完全相同D．装置C中先有淡黄色浑浊产生，后又变澄清，说明过程中有硫单质生成答案C解析导管a可以平衡分液漏斗和烧瓶内的气压，有利于硫酸顺利滴入，A正确；装置A中发生反应的化学方程式为H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋H2O＋SO2↑，利用复分解反应制备SO2，该反应体现了硫酸的酸性，B正确；实验过程中可以通过B中产生气泡的速率调节滴加硫酸的速率，同时二氧化硫与C中物质反应易引起倒吸，B还可以起到平衡气压、防倒吸的作用，D的作用仅仅是作安全瓶，起防倒吸的作用，C错误；C中出现淡黄色浑浊，说明C中产生了硫单质，最终又变澄清，说明硫单质又反应了，D正确。13．物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要视角。硫及其化合物与价态变化为坐标的二维转化关系如图所示。完成下列填空：(1)图中X的电子式为__________；其水溶液在空气中放置易变浑浊，写出反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；该变化说明S的非金属性比O__________(填“强”或“弱”)。(2)下列物质用于Na2S2O3制备，从氧化还原反应的角度，理论上有可能的是________(填字母)。a．Na2S＋S b．Z＋Sc．Na2SO3＋Y d．NaHS＋NaHSO3(3)治理含CO、SO2的烟道气，以Fe2O3作催化剂，将CO、SO2在380℃时转化为S和一种无毒气体，写出该治理烟道气反应的化学方程式：___________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)2H2S＋O2=2S↓＋2H2O弱(2)bd(3)2CO＋SO2eq\o(=,\s\up7(Fe2O3),\s\do5(380℃))S＋2CO2解析(1)H2S水溶液在空气中放置易变浑浊是因为H2S被氧气氧化为S，反应的化学方程式为2H2S＋O2=2S↓＋2H2O，所以S的非金属性比O弱。(2)Na2S2O3中S为＋2价，从氧化还原的角度分析，反应物中S的化合价必须分别大于2和小于2，b、d符合题意。14．(2023·辽宁鞍山模拟)硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用作分析试剂及还原剂，受热、遇酸均易分解。某学习小组用如图装置利用绿矾受热分解生成的SO2气体制备硫代硫酸钠。已知：①绿矾受热分解反应为2FeSO4·7H2Oeq\o(=,\s