高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展本专题重难点突破学案 苏教版必修1

专题4 硫、氮和可持续发展
本专题重难点突破
一比较法理解二氧化硫的重要性质1．物质的漂白性比较
(1)漂白性分类比较
漂白类型
漂白原理常见代表物
漂白特点
加合型与有机色质结合，形成
不稳定的无色化合物
SO2
一定条件下，SO2放出，
又恢复原色
氧化型将有色物质氧化为无色
物质
氯水、HClO、
Ca(ClO)2、O3、H2O2、Na2O2
褪色后不能恢复原色
吸附型吸附作用
物理变化
活性炭
通过一定的处理可以重
复使用
(2)SO2和Cl2的漂白性拓展
向品红溶液、石蕊溶液和溶有酚酞的NaOH溶液中通入SO2、Cl2或SO2和Cl2，相关的变化和现象为
[特别提示] 若将等物质的量的Cl2和SO2气体相混合，在溶液中会发生反应：SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl，从而失去漂白能力。

2．SO2和CO2性质的比较(常温下)
二氧化硫二氧化碳
物理气味有刺激性气味无味
性质
毒性有毒无毒
溶解性易溶(与水的体积比1∶40)可溶(与水的体积比1∶1)
化学性质与水反应SO2＋H2O H2SO3CO2＋H2O H2CO3
与碱反应
SO2和CO2通入澄清石灰水中，都先生成沉淀，当气体过量时沉淀又溶解
Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O、
CaSO3＋SO2＋H2O===Ca(HSO3)2
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O、
CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2
与碱性
氧化物
反应
SO2＋CaO===CaSO3CO2＋CaO===CaCO3
弱氧化性SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O CO
2＋C=====
高温
2CO
还原性
SO2能被KMnO4(H＋)、X2(X＝Cl、Br、
I)、Fe3＋等氧化剂氧化
无
漂白性有，不稳定无
对环境的影响形成酸雨引起温室效应
鉴别①利用二氧化硫的还原性，用酸性高锰酸钾溶液、溴水、FeCl3溶液、H2O2等鉴别
②利用二氧化硫的漂白性，用品红溶液鉴别
3.检验CO2和SO2混合气体中存在CO2和SO2气体的方法
4．除去CO2中少量SO2的方法
除去CO2中的SO2不能选用品红溶液，可利用SO2的还原性选择KMnO4(H＋)溶液、溴水、H2O2等氧化剂，或用饱和NaHCO3溶液：NaHCO3＋SO2===NaHSO3＋CO2。

【典例1】下列实验能证明某无色气体为SO2的是( )
①能使澄清石灰水变浑浊②能使湿润的蓝色石蕊试纸变红③能使品红溶液褪色，加热后又显红色④能使溴水褪色，再滴加酸化的BaCl2溶液有白色沉淀产生
A．①②③④ B．①③④
C．③④ D．②③④
解析能使澄清石灰水变浑浊的气体有SO2、CO2；能使湿润的蓝色石蕊试纸变红的气体为酸性气体(如：HCl、HBr、SO2、CO2等)；能使品红溶液褪色的气体有Cl2、SO2，但Cl2有颜色，褪色后加热又显红色的只有SO2；能使溴水褪色，再滴加酸化的BaCl2溶液有白色沉淀生成，
只有SO 2气体符合。

答案 C
【典例2】 浓H 2SO 4和木炭在加热时发生反应的化学方程式：
2H 2SO 4(浓)＋C=====△
CO 2↑＋2H 2O ＋2SO 2↑
请从图中选用所需的仪器(可重复选用)组成一套进行该反应并检验反应产物的装置。

现提供浓H 2SO 4、木炭和酸性KMnO 4溶液，其他固、液试剂自选。

(连接和固定仪器所用的玻璃管、胶管、铁夹、铁架台及加热装置等均略去)
将所选的仪器按连接顺序由上至下填入下表，并写出该仪器中应加试剂的名称及作用。

选用的仪器(填字母)
加入的试剂
作用
解析 木炭和浓硫酸的反应符合固＋液――→△
气体，故选C 为反应装置。

反应产物有H 2O 、CO 2和SO 2，故应先用无水CuSO 4粉末检验H 2O 的存在。

CO 2和SO 2均可使澄清石灰水变浑浊，故应先检验SO 2(用品红溶液)，并用酸性KMnO 4溶液除净SO 2，再次用品红溶液确认SO 2已被完全吸收(此处品红溶液不褪色)，最后用澄清石灰水检验CO 2的存在。

答案
选用的仪器(填字母)
加入的试剂 作用 C 浓H 2SO 4和木炭 产生气体 B 无水CuSO 4 检出H 2O A 品红溶液 检出SO 2 A 酸性KMnO 4溶液 吸收SO 2
A 品红溶液 确认SO 2已被完全吸收
A
澄清石灰水
检出CO 2
二 浓硫酸与稀硫酸的比较与判断
1．浓硫酸、稀硫酸的比较
名称
浓H 2SO 4 稀H 2SO 4 溶质的主要存在形式
H 2SO 4分子 H ＋
、SO 2－
4 导电性
纯H 2SO 4几乎不导电
强
2.浓硫酸、稀硫酸的判断方法
各取少量试样，做以下实验，都可区分。

(1)称量：取等体积，重者为浓硫酸(用手掂掂也能分辨出来)。

(2)放出H2：分别加入到有Fe片的试管中，放出气体者为稀硫酸。

(3)脱水性：用玻璃棒分别蘸取试样在纸上写字，在常温下，一会儿变黑者为浓硫酸。

也可用木屑、蔗糖等做相似的实验。

(4)吸水性：加到CuSO4·5H2O晶体中，使晶体变白者为浓硫酸；得蓝色溶液者为稀硫酸。

(5)吸水性：各取等质量试样，敞口放置一段时间后称量，增重者为浓硫酸。

(6)氧化性：分别加入到有Cu片的试管中，加热，放出刺激性气味气体者为浓硫酸。

(7)酸碱指示剂：在蓝色石蕊试纸上滴1～2滴溶液，变红色者为稀硫酸，一会儿变黑者为浓硫酸。

【典例3】工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
[探究一]
(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是__________________________________
________________________________________________________________________。

(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe3＋外还可能含有Fe2＋。

若要确认其中的Fe2＋，应选用________(填字母)。

a．KSCN溶液和氯水b．铁粉和KSCN溶液
c ．浓氨水
d ．酸性KMnO 4溶液
②乙同学取336 mL(标准状况)气体Y 通入足量溴水中，发生反应：SO 2＋Br 2＋2H 2O===2HBr ＋H 2SO 4，然后加入足量BaCl 2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33 g 。

由此推知气体Y 中SO 2的体积分数为____________。

[探究二]
分析上述实验中SO 2体积分数的结果，丙同学认为气体Y 中还可能含有H 2和Q 气体。

为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(3)装置B 中试剂的作用是________________________________________________ _______________________________________________________________________。

(4)认为气体Y 中还含有气体Q 的理由是____________________________________ ___________________________________________________________(用化学方程式表示)。

(5)为确认Q 的存在，需在装置中添加M 于________(填字母)。

a ．A 之前 b ．A ～B 间 c ．B ～C 间
d ．C ～D 间
(6)如果气体Y 中含有H 2，预计实验现象应是__________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)铁钉表面被钝化(或其他合理答案) (2)①d ②66.7%(或其他合理答案) (3)检验SO 2是否除尽
(4)C ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O (5)c (6)D 中固体由黑变红且E 中固体由白变蓝
解析 (1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性，能使铁钉钝化阻止反应进一步进行。

(2)＋2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾溶液褪色，溶液中已经有＋3价铁离子，选择a 会造成干扰。

选c 生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨。

(3)A 除去SO 2，B 可以检验A 中是否完全除去SO 2。

(5)Q 为CO 2，它与二氧化硫一样都能使澄清石灰水变浑浊，选择a 或b 受二氧化硫的影响无法判断Q 的存在；选择d ，Q 会被碱石灰吸收。

(6)氢气还原氧化铜生成的水蒸气能使白色的无水硫酸铜粉末变蓝色。

三 喷泉实验原理分析(加试要求)
喷泉实验是氨气易溶于水的外在体现，这种有趣的实验需要把握其实验原理，然后应用原理设计其他物质的喷泉实验。

1．喷泉实验基本原理
从原理上分析使容器内外产生较大压强差的情况有以下两种：
(1)容器内气体极易溶于水(或容器内气体易与溶液反应)，使容器内的压强迅速减小，在外界大气压的作用下，外部液体快速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。

(2)容器内的液体由于受热挥发或由于发生化学反应使容器内部产生了大量的气体，使容器内的压强增大，促使容器内的气体迅速向外流动，也能形成喷泉。

喷雾器、火山喷发就是此原理。

2．能产生喷泉的“气体＋液体”组合
下表列出的气体遇相应的吸收剂，就能形成喷泉。

气体HCl NH3CO2、Cl2、SO2NO2＋O2H2S
吸收剂水或碱溶液水或酸溶液碱溶液水或碱溶液碱溶液或CuSO4溶液
3.喷泉实验常见的几种装置
(1)图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶解于烧杯和滴管中的液体，使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差形成“喷泉”。

(2)图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热，瓶内气体膨胀，打开止水夹，赶出玻璃管内的空气，使瓶内气体与液体接触而溶解，使烧瓶内压强减小形成压强差而形成“喷泉”。

(3)图丙装置下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从下瓶压入上瓶形成“喷泉”。

4．喷泉实验成功的关键
首先瓶内外压强差要足够大，其次还要注意以下几个方面：
(1)盛气体的烧瓶必须干燥，否则瓶中有液体，会使在实验前已有大量气体溶解，造成压强差不大，形成的喷泉现象不明显。

(2)气体要充满烧瓶。

(3)烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置气密性)。

5．实验结束时，水不能充满整个烧瓶的原因可能是
(1)实验方法得当时：
实验所用气体与水反应后产生另一种不溶于水的气体产物，占据烧瓶内一定体积，使水不能充满烧瓶。

如：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(2)因操作不当而引起时：
①装置漏气；②烧瓶不干燥；③注入的水太少或导管太长，使水只能沿导管上升但无法进入烧瓶内形成喷泉；④气体溶解度不大或溶液选择不当。

喷泉实验中也可以是发生化学反应，只要烧瓶中的气体消耗掉，使烧瓶内外产生压强差，就可以引发漂亮的喷泉产生。

【典例4】利用如图所示的装置，可以验证NH3和HCl的有关性质。

实验前a、b、c活塞均关闭。

(已知HCl极易溶于水且能快速溶解)
(1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)若先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管，可观察到的现象是___________________。

(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象，其操作方法是______________________________________________
________________________________________________________________________。

解析要形成喷泉，必须使烧瓶中的气压急剧减小。

气压减小有物理方法(如挤压胶头滴管使滴管中的水进入烧瓶，NH3被水溶解)和化学方法(如两个烧瓶连通使气体反应)等。

当烧瓶中的气压减小到一定程度后，打开a、b活塞，则Ⅱ中形成喷泉。

先打开a、c活塞，片刻后，关闭a活塞，然后打开b活塞，则Ⅰ中可形成喷泉，Ⅱ中不形成喷泉。

答案(1)先打开a、b活塞，再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管，再打开a、b活塞)
(2)导管口产生白烟
(3)先打开a、c活塞，再挤压胶头滴管(或先打开a活塞，挤压胶头滴管，再打开c活塞)，片刻后，关闭a活塞，然后打开b活塞
四硝酸与金属反应的有关计算方法(加试要求)
硝酸与金属反应时，金属被氧化生成金属阳离子，硝酸被还原为低价氮的化合物。

有关的计
算方法：
1．依据守恒规律计算
(1)电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，N 原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数，由此可求出氮元素被还原后的价态，根据价态确定反应产物。

(2)原子守恒：硝酸与金属反应时，一部分以NO －
3的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N 的物质的量与反应消耗的HNO 3中N 的物质的量相等。

(3)电荷守恒：M n ＋和H ＋所带正电荷总数应等于NO －3所带负电荷总数(因为这种溶液中OH －
浓度很小，可被忽略)。

2．利用离子方程式计算
HNO 3与H 2SO 4混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用HNO 3与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐的NO －
3借助H ＋
仍能继续与金属反应。

【典例5】 将32.64 g 铜与140 mL 一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO 和NO 2混合气体在标准状况下的体积为11.2 L 。

请回答： (1)NO 的体积为________L ，NO 2的体积为________L 。

(2)参加反应的HNO 3的物质的量是__________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L －1
的NaOH 溶液，恰好使溶液中的Cu 2＋
全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为________mol·L －1。

解析 (1)n (Cu)＝32.64 g 64 g·mol －1＝0.51 mol ，设混合气体中NO 的物质的量为x ，NO 2的物质的
量为y 。

根据气体的总体积为11.2 L ，有：x ＋y ＝0.5 mol ①。

根据得失电子守恒有：3x ＋y ＝0.51 mol×2 ②。

(得失电子守恒) 解方程组得：x ＝0.26 mol ，y ＝0.24 mol 。

则：V (NO)＝0.26 mol×22.4 L·mol －1
≈5.8 L， V (NO 2)＝11.2 L －5.8 L ＝5.4 L 。

(2)参加反应的HNO 3分为两部分：一部分没有被还原，显酸性，生成Cu(NO 3)2；另一部分被还原成NO 2和NO ，所以参加反应的HNO 3为 0．51 mol×2＋0.5 mol ＝1.52 mol 。

(3)HNO 3在反应中一部分变成气体，一部分以NO －
3的形式留在溶液中。

变成气体的HNO 3的物质的量为0.5 mol 。

加入NaOH 溶液至恰好使溶液中Cu 2＋
全部转化为沉淀，则溶液中只有NaNO 3，其物质的量为10
－3
aV mol ，也就是以NO －3形式留在溶液中的HNO 3的物质的量为10－3
aV mol 。

所以，c (HNO 3)＝
aV ×10－3＋0.5
0.14
mol·L －1。

答案 (1)5.8 5.4 (2)1.52 mol (3)
aV ×10－3＋0.5
0.14。