专题18主族非金属硫的化合物原卷版.docx

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专题18主族非金属硫的化合物原卷版

系列一主族非金属

专题8硫的化合物

一、硫化氢

硫化氢通常是一种无色、易燃、有臭鸡蛋气味的气体，有毒，溶解度较小，溶解比为1:

2.6，空气中含有体积分数为0.1%的H2S会引起头痛晕眩等症状，吸入大量H2S会造成昏迷或死亡。

1．制备方法

硫蒸气和氢气直接化合：

S+H2

H2S，实验室里用FeS与稀H2SO4或稀盐酸反应制备H2S：

FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑。

该反应可以使用启普发生器。

2．结构特征：

S原子sp3杂化，生成2个σ键，2对孤对电子，分子构型为V形。

3．化学性质

（1）不稳定性：

H2S

H2＋S

（2）弱酸性：

H2S的水溶液叫氢硫酸，是一种二元弱酸。

H2S

H＋＋HS－、HS－

H＋＋S2－。

（3）可燃性：

在空气中点燃，O2过量时生成SO2和H2O，2H2S＋3O2

2SO2＋2H2O；O2不足或温度较低时生成单质硫和水，2H2S＋O2===2S↓＋2H2O。

（4）还原性

H2S无论在酸性或碱性环境下，都具有强还原性，能被卤素单质、O2、SO2、FeCl3、KMnO4（H＋）等氧化：

H2S＋I2===2HI＋S↓，2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋

2MnO

＋5H2S＋6H＋===2Mn2＋＋5S↓＋8H2O。

H2S水溶液在空气中放置后变浊，就是空气中O2将H2S氧化为游离态的硫造成的。

自然界中游离态硫易在火山地区出现，是因为H2S常含于火山喷射气中被空气氧化形成自然硫。

（5）沉淀反应

H2S可作沉淀剂能使溶液中某些金属离子形成硫化物沉淀，H2S中毒就是由于它与血红素中的Fe2+作用形成FeS沉淀，从而使Fe2+失去原来正常的生理作用。

H2S气体通入CuSO4溶液中产生不溶于H2SO4的黑色沉淀CuS：

H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。

此方法用于实验室里除去H2S气体，注意该反应是弱酸制强酸。

【习题1】在氢硫酸溶液中，通入或加入少量的下列物质：

①O2；②Cl2；③SO2；④CuSO4；⑤NH3能使溶液的导电能力增强的是

A．①②③B．②④⑤C．①④⑤D．②③④

【习题2】某溶液中含有Fe2＋、Al3＋、Ag＋、Cu2＋，为分别得到各含一种金属阳离子的沉淀物。

可采取①通入H2S气体，②通过CO2气体，③加入盐酸，④加入氢氧化钠溶液四个步骤，每次通入或加入试剂均过量，且每次都把沉淀物滤出，其正确的操作顺序是（）

A．③①④②B．①③④②

C．④②①③D．④②③①

【习题3】H2S在水中的电离方程式为___________________________。

（1）向H2S溶液中加入浓盐酸时，电离平衡向_________（填左、右、不）移动，c（H＋）_______（填增大、减小、不变），c（S2－）_________（填增大、减小、不变）。

（2）向H2S溶液中加入NaOH固体，电离平衡向_______（填左、右、不）移动，c（H＋）______（填增大、减小、不变），c（S2－）_________（填增大、减小、不变）。

（3）若要使H2S溶液中c（HS－）增大，且使H2S的电离平衡逆向移动，可以加入____________。

（4）向H2S溶液中加水，c（HS－）_____（填增大、减小、不变），溶液pH___（填增大、减小、不变）

【习题4】已知氢硫酸（H2S）的电离平衡常数为:

Ka1（H2S）=9.1×10—8，Ka2（H2S）=1.1×10-12。

H2S溶液中c（总）=c（H2S）+c（HS—）+c（S2—）。

室温下向25.00mL0.1000mol·L—1'H2S溶液中逐滴滴入NaOH溶液。

下列说法正确的是

A．随着NaOH溶液滴入，溶液中水的电离程度不断增大

B．c（Na+）=c（总）的溶液:

c（Na+）>c（S2—）>c（H2S）>c（H+）

C．pH=7的溶液:

c（Na+）>c（S2—）>c（HS—）>c（OH—）=c（H+）

D．c（H+）=9.1×10-8mol·L-1时:

c（H2S）+2c（S2—）+c（OH—）=c（Na+）+c（H—）

【习题5】H2S存在于多种燃气中，脱除燃气中H2S的方法很多。

（1）2019年3月《sciencedirect》介绍的化学链技术脱除H2S的原理如图所示。

①“H2S氧化”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

②“HI分解”时，每1molHI分解生成碘蒸气和氢气时，吸收13kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：

________。

③“Bunsen反应”的离子方程式为________。

（2）电化学干法氧化法脱除H2S的原理如图所示。

阳极发生的电极反应为________；阴极上COS发生的电极反应为________。

（3）用Fe2（SO4）3吸收液脱除H2S法包含的反应如下：

（Ⅰ）H2S（g）

H2S（aq）

（Ⅱ）H2S（aq）

H＋+HS-

（Ⅲ）HS－+2Fe3＋=S↓+2Fe2＋+H＋

一定条件下测得脱硫率与Fe3＋浓度的关系如图所示。

①吸收液经过滤出S后，滤液需进行再生，较经济的再生方法是________。

②图中当Fe3＋的浓度大于10g·L－1时，浓度越大，脱硫率越低，这是由于________。

【习题6】近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。

回答下列问题：

（1）下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统（Ⅰ）和系统（Ⅱ）制氢的热化学方程式分别为________________、______________，制得等量H2所需能量较少的是_____________（填“系统（Ⅰ）”或“系统（Ⅱ）”）。

（2）羰基硫（COS）可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。

H2S与CO2在高温下发生反应：

H2S（g）+CO2（g）

COS（g）+H2O（g）。

在610K时，将1molCO2与1molH2S充入2L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

①H2S的平衡转化率

=_______%，反应平衡常数K=________。

②在620K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率

_____

，该反应的

H_____0。

（填“>”、“<”或“=”）

③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）

A．N2B．H2SC．COSD．CO2

（3）25℃，在0.10mol·L-1H2S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S2-）关系如下图（忽略溶液体积的变化、H2S的挥发）。

①硫化氢的电离方程式为__________________________。

②向硫化氢溶液中加入CuSO4溶液时，硫化氢的电离平衡向______（“左”或“右”）移动，c（S2－）_____________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

③当调节溶液pH=13时，溶液中的c（H2S）+c（HS－）=_____mol·L-1。

【习题7】将H2S转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。

（1）H2S的转化

Ⅰ

克劳斯法

Ⅱ

铁盐氧化法

Ⅲ

光分解法

①反应Ⅰ的化学方程式是____________________________。

②反应Ⅱ：

____+1H2S== ____Fe2++____S↓+____（将反应补充完整）。

③反应Ⅲ体现了H2S的稳定性弱于H2O。

结合原子结构解释二者稳定性差异的原因：

_________________。

（2）反应Ⅲ硫的产率低，反应Ⅱ的原子利用率低。

我国科研人员设想将两个反应耦合，实现由H2S高效产生S和H2，电子转移过程如图。

过程甲、乙中，氧化剂分别是__________________。

（3）按照设计，科研人员研究如下。

①首先研究过程乙是否可行，装置如图。

经检验，n极区产生了Fe3+，p极产生了H2。

n极区产生Fe3+的可能原因：

ⅰ．Fe2+-e-=Fe3+

ⅱ．2H2O-4e-=O2+4H+，___________________（写离子方程式）。

经确认，ⅰ是产生Fe3+的原因。

过程乙可行。

②光照产生Fe3+后，向n极区注入H2S溶液，有S生成，持续产生电流，p极产生H2。

研究S产生的原因，设计如下实验方案：

__________________________________________。

经确认，S是由Fe3+氧化H2S所得，H2S不能直接放电。

过程甲可行。

（4）综上，反应Ⅱ、Ⅲ能耦合，同时能高效产生H2和S，其工作原理如图。

进一步研究发现，除了Fe3+/Fe2+外，I3-/I-也能实现如图所示循环过程。

结合化学用语，说明I3-/I-能够使S源源不断产生的原因：

____________________________________________。

【习题8】工业废水中的硫化物在酸性条件下会转化为毒性很大的H2S气体逸出。

某课外小组用碘量法测定废水中的硫化物（以Na2S计）浓度，实验装置如图所示，实验步骤及测定原理如下：

Ⅰ．取样、吹气、固硫：

向如图所示的装置中先通入氮气一段时间，然后向装有水样的反应瓶中加入足量盐酸并水浴加热一段时间，继续通入氮气。

Ⅱ．滴定：

将两个吸收管中溶液混合后，向其中加入0.010mol·L−1的碘标准溶液200.00mL，待充分反应（ZnS+I2

ZnI2+S）后将吸收液全部置于锥形瓶中，并加入少量的淀粉溶液，在酸性条件下用0.010mol·L−1的硫代硫酸钠标准溶液滴定过量的碘（已知：

2

+I2

2I−+

）。

回答下列问题：

（1）步骤Ⅰ中开始通入N2的目的是_____________________，吸收管中发生的固硫反应的离子方程式为_____________________________。

（2）取用硫代硫酸钠标准溶液应使用_________（填“酸”或“碱”）式滴定管，确定滴定终点的现象依据是__________________________。

（3）若滴定终点时消耗V1mL硫代硫酸钠标准溶液，则水样中c（Na2S）=________，若只用一个吸收管，会导致测量结果__________（填“偏高”或“偏低”）。

（4）下图中三套装置均可用于实验室制备少量的H2S（试剂是FeS与稀酸X），使用b制备H2S的最大优点是________________，盐酸、硫酸、硝酸为三大强酸，X不能是三大强酸中的______________（填化学式）。

将生成的H2S与ClO2混合通入水中，然后再加入少量稀盐酸酸化的氯化钡溶液，发现有白色沉淀生成，写出ClO2与H2S在水中反应的离子方程式：

______________________。

二、金属硫化物

1.轻金属硫化物

轻金属硫化物包括碱金属、碱土金属和铝的硫化物。

易溶于水，易水解。

如：

Na2S+H2O

NaOH+NaHS，由于氢硫酸是很弱的酸，故所有硫化物在水溶液中均发生不同程度的水解作用。

如0.10mol/LNa2S溶液的水解度约为58%，Al2S3完全水解为Al（OH）3和H2S，由此可知，这类彻底水解的硫化物不能在溶液中制取；即使是溶硫化物，如PbS，其溶解的部分也明显水解。

硫化钠（Na2S）是实验室中的常用试剂，白色晶体，熔点1172℃，在空气中易潮解。

化学工业中用它作重金属离子沉淀剂。

（NH4）2S（硫化铵）0℃以上分解，阴离子和阳离子互相促进水解，在溶液中不能析出（NH4）2S

2.金属离子与S2－沉淀剂生成的重金属硫化物一般具有特征颜色。

重金属硫化物难溶于水，根据Ksp不同，在酸中的溶解性也不相同。

大致可以分为如下几类：

①在0.3mol/L的盐酸中可以溶解的硫化物，如FeS，Fe2S3，CoS，NiS，Cr2S3，MnS和ZnS等。

②不溶于0.3mol/L盐酸，但可以溶于浓盐酸的硫化物，如PbS，CdS，SnS等。

③盐酸中不溶解，但可以溶于浓硝酸的硫化物，如CuS和Ag2S。

④硝酸中不溶解，但溶于王水的硫化物，如HgS。

3.金属离子的分离

金属硫化物在水中有不同的溶解性和特征颜色，在分析化学中常用来鉴别和分离不同的金属离子。

例如某酸性溶液中含有Cu2+，Zn2+，Ag+三种离子，可以用如下方案将其分离：

利用生成AgCl沉淀将Ag+和Cu2+，Zn2+分离；再利用CuS和ZnS在稀盐酸中溶解性的差别，将Cu2+和Zn2+分离。

【习题1】某温度时，CuS、MnS在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，下列说法错误的是

A．在含有CuS和MnS固体的溶液中c（Cu2＋）∶c（Mn2＋）＝1∶2×10－23

B．向CuSO4溶液中加入MnS发生反应：

Cu2＋（aq）＋MnS（s）

CuS（s）＋Mn2＋（aq）

C．a点对应的Ksp等于b点对应的Ksp

D．该温度下，Ksp（CuS）小于Ksp（MnS）

【习题2】化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2+：

Cu2+（aq）+MnS（s）

CuS（s）+Mn2+（aq），下列说法错误的是（　　）

A．MnS的

比CuS的

大

B．该反应达到平衡时：

C．往平衡体系中加入少量

固体后，

变大

D．

的浊液中加入少量可溶性

固体后，

变大

【习题3】某同学为检验CuS在不同酸中的溶解性，取4份黑色CuS粉末试样置于试管中，分别加入醋酸、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸溶液。

观察到如下现象：

①CuS不溶于醋酸溶液；②CuS不溶于浓盐酸：

③CuS不溶于浓硫酸；④CuS在浓硝酸中溶解，溶液变蓝，并有红棕色刺激性气体产生。

根据上述现象，该同学得出了以下结论，其中正确的是（）

A．CuS不溶于弱酸，能溶于强酸

B．CuS不溶于非氧化性酸，能溶于氧化性酸

C．CuS溶于硝酸，是因为硝酸氧化性强于硫酸，S2-被氧化，使CuS溶解

D．CuS溶于硝酸，是因为硝酸的酸性大于硫酸和盐酸的酸性，S2-结合H+，放出H2S气体，使CuS溶解

【习题4】某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下流程既去除尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）。

用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+其原因是___________________________，用MnS除去溶液中的Cu2+的离子方程式为_______________。

【习题5】立德粉ZnS．BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

以重晶石（BaSO4）为原料生产立德粉的工艺流程如下：

（1）在回转炉中重晶石与过量焦炭反应生成可溶性硫化钡和一种有毒气体。

①有关反应的化学方程式为_________________________。

②生产上可通过水蒸气变换反应将有毒气体转化为CO2和一种清洁能源气体，提纯该清洁能源气体的方法是______________________。

（2）在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，有关反应的化学方程式为____________________________。

（3）沉淀器中反应的离子方程式为_________________________。

三、多硫化物

硫位于元素周期表第三周期，难以形成p－pπ键，常常自相形成键构成的多硫键。

硫原子不在单质中于结合在一起（如皇冠形的S8），而且还可以连接到S2-中形成多硫离子，如Na2S+（x-1）S=Na2Sx，其中Sx2-是链状结构，在反应中它向其他反应物提供活性硫。

多硫化物会随着溶解的硫的量增多而颜色逐渐加深，实验室中久置的Na2S溶液加入酸会变浑浊，这是因为Na2S被空气中的O2氧化产生的单质硫溶于Na2S生成了多硫化物。

自然界中的黄铁矿FeS2是最典型的多硫化物晶体，可焙烧用于硫酸工业：

4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2。

在农业上用作杀虫剂的“石硫合剂”是多硫化钙（CaS4），多硫化钙在空气中与CO2等酸性物质接触易析出多硫化氢，CaS4+H2O+CO2=CaCO3+H2S，多硫化氢极不稳定：

H2S4=H2S↑+3S↓，分解生成的固态硫阻塞昆虫的气门，使昆虫不能呼吸而窒息死亡。

【习题1】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6+2Li++2e−=3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

【习题2】FeS2结构类似于Na2O2，与酸反应时生成H2S2，H2S2类似于H2O2，易分解。

实验室用稀盐酸制取H2S时，某学生误将FeS2颗粒当作FeS使用，当FeS2反应完后，不可能生成的物质是：

（）

A．H2SB．SC．FeSD．FeCl2

【习题3】一种新型钠硫电池结构示意图如图，下列有关该电池的说法正确的是

A．B极中填充多孔的炭或石墨毡，目的是为了增加导电性

B．电池放电时，A极电极反应为：

2Na++xS+2e-=Na2SX

C．电池放电时，Na+向电极A极移动

D．电池放电的总反应为2Na+xS=Na2SX，每消耗1molNa转移2mol电子

【习题4】钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷（可传导Na+）为电解质，其反应原理如下图所示：

下列说法不正确的是

A．放电时，电极A为负极

B．根据上表数据，该电池工作的适宜温度应控制在350～2050℃

C．充电时，Na+的移动方向为从电极B到电极A

D．充电时，总反应为Na2Sx==2Na+xS（3

【习题5】钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na2Sx）分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷（可传导Na＋）为电解质，其原理如图所示。

下列说法正确的是

A．放电时，电极A为正极

B．充电时，Na+从电极A向电极B迁移

C．充电时，电极B反应式为S22--2e-===xS

D．该电池工作的适宜温度应控制在25℃左右

【习题6】硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

由硫化氢获得硫单质有多种方法。

将烧碱吸收H2S后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应:

s2--2e-=S、（n-1）S+S2-=Sn2-

①写出电解时阴极的电极反应式:

____________。

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成:

____________。

四、硫代硫酸钠

Na2S2O3·5H2O俗名海波或大苏打，它是无色透明的晶体，易溶于水，溶于水后呈碱性。

1．化学性质

（1）遇酸立即分解：

在中性溶液或碱性溶液中稳定，在酸性溶液中因为生成的硫代硫酸不稳定而分解，生成单质硫，放出SO2气体：

S2O

＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O。

此反应可以鉴定S2O

（2）Na2S2O3是中等强度的还原剂，能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化：

①2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，此反应用于定量测定碘，称为碘量法。

②Na2S2O3＋4Cl2＋5H2O===Na2SO4＋H2SO4＋8HCl，此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。

③5Na2S2O3＋8KMnO4＋7H2SO4===8MnSO4＋5Na2SO4＋4K2SO4＋7H2O。

2．Na2S2O3的制备

将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量比配成溶液，

然后通入SO2，反应大致可分三步进行：

（1）Na2CO3和SO2反应生成Na2SO3：

Na2CO3＋SO2===Na2SO3＋CO2。

（2）Na2S与SO2反应生成Na2SO3和H2S：

Na2S＋SO2＋H2O===Na2SO3＋H2S，

H2S是强还原剂，遇到SO2时析出硫：

2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O。

（3）Na2SO3和S作用生成Na2S2O3：

Na2SO3＋S===Na2S2O3。

将上面三个反应合并得到总反应：

2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。

溶液蒸发浓缩后，冷却至293～303K时即析出Na2S2O3·5H2O，用上述方法制得的Na2S2O3中常含有Na2SO4和Na2SO3等杂质。

制取硫代硫酸钠的另一种方法是在沸腾的状况下，使Na2SO3溶液同硫粉反应：

Na2SO3＋S

Na2S2O3。

【习题1】硫代硫酸钠（Na2S2O3）不溶于乙醇，20℃、80℃时溶解度依次为70.1、231g/100gH2O。

可用作纸浆漂白时的脱氯剂等。

用工业硫化钠（主要成分Na2S,含少量Na2SO4、Na2CO3等）及纯碱等为原料制备Na2S2O3·5H2O的实验流程如下：

（1）用Na2S2O3 脱除纸浆中多余Cl2的离子反应方程式为_________________________。

（2）“净化”时加入的试剂X 可能是_______________（填化学式）。

（3）“趁热过滤”时，用双层滤纸过滤的原因是______________________________。

（4）制备Na2S2O3的实验装置如下图所示：

①装置连接好并装入药品后，检验装置是否漏气的方法是__________。

②实验过程中打开螺旋夹并调节螺旋夹至适当的位置，一方面使反应产生的SO2气体较均匀地通入Na2S-Na2CO3溶液中，另一方面的作用是__________。

③请设计由三口烧瓶中的反应液制备Na2S2O3·5H2O的实验方案：

拆解装置，__________，将固体放在40℃烘箱中干燥40min,制得Na2S2O3·5H2O （实验中须使用的试剂有：

2mol·L-1NaOH溶液、95%乙醇）。

【习题2】硫代硫酸钠（Na2S2O3）是重要的化工原料，可用作分析试剂及鞣革的还原剂，易溶于水，受热、遇酸易分解。

Na2S2O3·5H2O是无色透明晶体，易溶于水，其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成。

工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O，某化学兴趣小组在实验室中用如图所示装置（加热装置及部分夹持装置已略去）模拟其生产过程并探究其化学性质。

烧瓶C中发生如下反应：

Na2S（aq）+H2O（l）+SO2（g）=Na2SO3（aq）+H2S（aq）①

2H2S（aq）+SO2（g）=3S（s）+2H2O（l）②

S（s）+Na2SO3（aq）Na2S2O3（aq）③

Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O

（1）加入药品之前须进行的操作是_________；装置D的作用是__________________________；装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，其中的试剂最好选用____________（填字母）。

A．蒸馏水　　　　　　　B．饱和Na2SO3溶液

C．饱和NaH