硫单质 → SO₂ → SO₃ → 硫酸,一条清晰的价态升级链(−2 → 0 → +4 → +6)。这一章的分,全靠三根柱子:浓硫酸三大特性、SO₂ 的漂白与还原之分、SO₄²⁻ 检验排干扰。把每个反应讲成人话、再动手拨一拨,选择与实验题就稳了。
俗称硫黄。淡黄色固体,不溶于水,微溶于酒精,易溶于 CS₂(二硫化碳)。硫处于 0 价,既有氧化性也有还原性。
| 反应 | 方程式 | 说明 |
|---|---|---|
| 与铁(变价金属) | Fe + S →(Δ) FeS | 只得 +2 价 FeS,不是 +3 价 → 说明硫氧化性较弱 |
| 与铜 | 2Cu + S →(Δ) Cu₂S | 只得 +1 价 Cu₂S(而非 CuS)→ 再证硫氧化性弱 |
| 与氧气(燃烧) | S + O₂ →(点燃) SO₂ | 发出蓝紫色火焰,硫被氧化到 +4 价(还原性) |
| 与氢气 | H₂ + S ⇌(Δ) H₂S | 硫作氧化剂,降到 −2 价 |
⚠ 硫的氧化性较弱:与变价金属反应只把金属氧化到低价(Fe→FeS 而非 Fe₂S₃,Cu→Cu₂S 而非 CuS)。对比氯气(强氧化性):Fe + Cl₂ → FeCl₃(直接到 +3 价)。这是常见考点。
📌 硫的清洗: 试管壁上的硫可用 CS₂ 或热的 NaOH 溶液洗去:3S + 6NaOH →(Δ) 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O(硫的歧化)。
点任一价态节点,看它上下"升降"的典型物质与反应方向。理解"低价还原(往上)、高价氧化(往下)、+4 价两头跑"。
物理性质: 无色、有刺激性气味、有毒气体,密度比空气大,易液化,易溶于水(1体积水溶约 40 体积 SO₂)。
与碱反应:SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O(碱足量);SO₂(过量) + NaOH → NaHSO₃。
SO₂ 能与某些有色物质(如品红)结合生成不稳定的无色物质,使其褪色。这种漂白是可逆的:加热又恢复原来的颜色。
⚠ SO₂ 漂白 不能漂白酸碱指示剂(它使石蕊变红但不褪色);SO₂ 漂白具有选择性和可逆性。而氯水靠强氧化性把色素彻底破坏,是永久漂白、加热不恢复。二者原理完全不同。
+4 价硫想升到 +6 价,遇强氧化剂被氧化:
⚠ SO₂ 使溴水 / 酸性 KMnO₄ 褪色,是还原性(被氧化),不是漂白!这两者褪色不可逆、加热不恢复。别把"还原褪色"当成"漂白褪色"。
遇更强还原剂时 SO₂ 也可作氧化剂:SO₂ + 2H₂S → 3S↓ + 2H₂O(硫从 +4 与 −2 归中为 0)。
用品红溶液:通入 SO₂ 后品红褪色,加热又恢复红色 → 证明是 SO₂。
给两杯品红溶液分别通 SO₂ 与氯水,都褪色。点"加热":只有 SO₂ 那杯恢复红色,氯水那杯依旧无色——这就是"可逆 vs 永久"的命门。
选一种氧化剂,持续通入 SO₂。看颜色随反应逐渐消退——这是 +4 价硫被氧化成 +6 价(SO₄²⁻),不是漂白,加热也不会恢复。
常温下为无色固体(熔点低,标准状况下也可视作液态/固态),是硫酸的酸酐。与水剧烈反应放大量热:SO₃ + H₂O → H₂SO₄。
强酸,完全电离出 H⁺,具备:使指示剂变红、与活泼金属放 H₂、与碱中和、与碱性氧化物、与某些盐反应。此时起作用的是 H⁺,硫本身不变价。
如:Fe + H₂SO₄(稀) → FeSO₄ + H₂↑(生成 +2 价、放氢气);Zn + H₂SO₄(稀) → ZnSO₄ + H₂↑。
吸收气体或物质中的游离水分子,自身不变。可干燥 H₂、O₂、CO₂、SO₂、HCl、Cl₂ 等,不能干燥碱性气体 NH₃ 和还原性气体 H₂S(会反应)。
按 H:O = 2:1 从有机物里"夺"出氢氧变成水,留下黑色的碳。经典现象:滴到蔗糖上变黑膨胀成"黑面包"、使纸张/木条炭化变黑。
① 与铜加热(经典方程):
② 与碳加热:C + 2H₂SO₄(浓) →(Δ) CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O。
③ 常温使 Fe、Al 钝化: 冷的浓硫酸使铁、铝表面生成致密氧化膜而停止反应。钝化是化学变化,不是"不反应"。所以可用铁/铝罐车装运冷浓硫酸。
⚠ 稀硫酸与金属反应靠 H⁺ 放 H₂;浓硫酸与金属(如铜)靠 +6 价硫的强氧化性放 SO₂,且不放氢气。别把浓、稀硫酸的产物搞混。加热到反应后期硫酸变稀,反应会停止。
点一种特性,看对应的实验现象动画:吸水(干燥气体)、脱水(蔗糖变黑面包)、强氧化(与铜加热放 SO₂)。
两者都是无色酸性氧化物、都能使澄清石灰水变浑浊,所以不能只用石灰水区分。关键抓 SO₂ 独有的漂白性和还原性:
| 试剂 | SO₂ | CO₂ | 能否鉴别 |
|---|---|---|---|
| 品红溶液 | 褪色,加热恢复 | 不褪色 | ✅ 首选 |
| 溴水 / 酸性 KMnO₄ | 褪色(被氧化) | 不褪色 | ✅ 可(证还原性) |
| 澄清石灰水 | 变浑浊 | 变浑浊 | ❌ 不能区分 |
⚠ 若气体中同时含 SO₂ 和 CO₂,要检验 CO₂ 需先除尽 SO₂(用酸性 KMnO₄ 或溴水),再用品红验证 SO₂ 已除净,最后才用石灰水检 CO₂。顺序不能乱。
标准步骤: 取待测液,先加足量稀盐酸酸化(观察无沉淀、无气体),再滴加 BaCl₂ 溶液,若产生白色沉淀(BaSO₄,不溶于稀硝酸/稀盐酸)→ 含 SO₄²⁻。
| 干扰离子 | 不排除的后果 | 盐酸如何排除 |
|---|---|---|
| CO₃²⁻ / SO₃²⁻ | 也与 Ba²⁺ 生成白色沉淀(BaCO₃/BaSO₃) | 它们溶于盐酸放气,先加盐酸即除去 |
| Ag⁺ | 与 Cl⁻ 生成白色 AgCl 沉淀 | 先加盐酸使 Ag⁺ 提前沉淀被排除/识别 |
⚠ 为什么不用稀硝酸 + Ba(NO₃)₂?因为若溶液含 SO₃²⁻,硝酸的强氧化性会把 SO₃²⁻ 氧化成 SO₄²⁻,造成"假阳性"误判!所以规范做法用盐酸 + BaCl₂。也不能只加 BaCl₂ 不加盐酸(排不掉 CO₃²⁻/SO₃²⁻/Ag⁺)。
选一种待测液成分,严格按"①加足量稀盐酸 → ②加 BaCl₂"走流程,看每一步现象与最终结论。体会为什么盐酸这一步不能省。
向上升(失电子、还原性):S→SO₂、SO₂→SO₃、H₂S→S。向下降(得电子、氧化性):浓硫酸→SO₂、SO₂→S。+4 价的 SO₂ 是十字路口,既能被氧化上到 +6,也能被还原下到 0。
燃煤/含硫燃料排放 SO₂ 进入大气,经两条途径变成硫酸,随雨水降下(pH < 5.6 即为酸雨):
危害: 腐蚀建筑与金属、酸化土壤与水体、危害植被。防治: 燃煤脱硫(加生石灰/石灰石)、开发清洁能源、尾气处理。
⚠ 新降酸雨的 pH 会随放置时间逐渐减小(更酸),因为 H₂SO₃ 被空气中 O₂ 继续氧化成更强的 H₂SO₄。
点"播放",看含硫燃料燃烧 → 排放 SO₂ → 大气中氧化 → 生成硫酸 → 随雨降下的完整链条,以及雨水 pH 逐步降低。
1. SO₂ 漂白是可逆的(加热恢复),且不能漂白酸碱指示剂(只使石蕊变红不褪色)。氯水漂白是永久的。
2. SO₂ 使溴水 / 酸性 KMnO₄ 褪色是还原性(被氧化),不是漂白!加热不恢复。
3. 浓硫酸使 Fe、Al 钝化是化学变化(生成致密氧化膜),不是"不反应"。加热则会剧烈反应。
4. 检验 SO₄²⁻ 先加足量稀盐酸排除 CO₃²⁻ / SO₃²⁻ / Ag⁺ 干扰,再加 BaCl₂。不用硝酸(会把 SO₃²⁻ 氧化成 SO₄²⁻ 误判)。
5. 稀硫酸与金属放 H₂(靠 H⁺);浓硫酸与铜放 SO₂(靠 +6 价硫强氧化性),二者产物别混。
6. 硫氧化性较弱:Fe + S → FeS(+2),不是 Fe₂S₃;Cu + S → Cu₂S(+1),不是 CuS。
7. SO₂ 与足量石灰水都变浑浊,不能用石灰水区分 SO₂ 和 CO₂;要用品红。
8. 浓硫酸不能干燥 NH₃(碱性,会反应)和 H₂S(还原性,会被氧化)。
▸ 用"价态-性质"一张表统摄全章: 低价(−2)只还原、高价(+6)只氧化、中价(0/+4)两头跑。任何含硫反应先标价态升降,氧化剂/还原剂立刻现形,配平也用电子守恒秒解。
▸ "漂白"要分四类机制: ① 吸附漂白(活性炭,物理);② 氧化漂白(氯水/H₂O₂/O₃/Na₂O₂,永久);③ 化合漂白(SO₂,可逆);④ 还原褪色(SO₂ 使溴水/KMnO₄ 褪色,本质是氧化还原,不算漂白)。看清 SO₂ 一物身兼③④两种"褪色"是拉开差距的点。
▸ 浓硫酸与金属反应的动态视角: 随反应进行硫酸被消耗、变稀,后期铜与稀硫酸不再反应,故铜不能被浓硫酸"吃干净"。这解释了很多定量实验里"剩余金属/气体量小于理论"的现象。
▸ SO₄²⁻ 检验的逻辑闭环: 目的是排除一切"会与 Ba²⁺ 生成白沉淀"或"会被氧化生成 SO₄²⁻"的干扰。先盐酸(排 CO₃²⁻/SO₃²⁻/Ag⁺、且不引入氧化性)是这条逻辑的最优解。理解"为什么不用硝酸"比记住步骤更重要。
▸ 尾气处理与绿色化学: 含 SO₂ 尾气常用 NaOH 溶液吸收(SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O),既防污染又回收。把"环境-资源"视角带进实验设计题能拿全分。
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