1、专题十七 氧、硫及其化合物和环境保护 考点一 氧、硫及其化合物 10.(2013 广东理综,23,6 分)下列实验的现象与对应结论均正确的是()选项 操作 现象 结论 A 将浓硫酸滴到蔗糖表面 固体变黑膨胀 浓硫酸有脱水性和强氧化性 B 常温下将 Al 片放入浓硝酸中 无明显现象 Al 与浓硝酸不反应 C 将一小块 Na 放入无水乙醇中 产生气泡 Na 能置换出醇羟基中的氢 D 将水蒸气通过灼热的铁粉 粉末变红 铁与水在高温下发生反应 答案 AC 浓硫酸有脱水性,能使蔗糖变黑;浓硫酸又有强氧化性,能发生反应 C+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2O,生成的气体使固体体积膨胀,A 项正确
2、。常温下,Al 遇浓硝酸发生钝化,是因为 Al 与浓硝酸反应生成的一层致密的氧化物保护膜阻碍反应进一步进行,B 项错误。2Na+2C2H5OH 2C2H5ONa+H2,C项正确。3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe3O4 是黑色晶体,D 项错误。评析 本题综合考查元素及其化合物的知识。本题易因误认为钝化是不发生反应而错选 B;因将水蒸气与 Fe 在高温下反应的产物误认为是 Fe2O3 而错选 D。理解现象的本质,熟记常见反应的化学方程式是解答该类题的关键。难度中等。11.(2016 江苏单科,18,12 分)过氧化钙(CaO28H2O)是一种在水产养殖中广泛使用的供氧剂。(1)Ca(
3、OH)2 悬浊液与 H2O2 溶液反应可制备 CaO28H2O。Ca(OH)2+H2O2+6H2O CaO28H2O 反应时通常加入过量的 Ca(OH)2,其目的是 。(2)向池塘水中加入一定量 CaO28H2O 后,池塘水中浓度增加的离子有 (填序号)。A.Ca2+B.H+C.C -D.OH-(3)水中溶解氧的测定方法如下:向一定量水样中加入适量 MnSO4 和碱性 KI 溶液,生成 MnO(OH)2 沉淀,密封静置;加入适量稀 H2SO4,待 MnO(OH)2 与 I-完全反应生成 Mn2+和 I2 后,以淀粉作指示剂,用 Na2S2O3 标准溶液滴定至终点。测定过程中物质的转化关系如下:
4、O2MnO(OH)2I2S4 -写出 O2 将 Mn2+氧化成 MnO(OH)2 的离子方程式:。取加过一定量 CaO28H2O 的池塘水样 100.00 mL,按上述方法测定水样的溶解氧,消耗 0.010 00 molL-1Na2S2O3 标准溶液 13.50 mL。计算该水样中的溶解氧(以 mgL-1 表示),写出计算过程。答案(12 分)(1)提高 H2O2 的利用率(2)AD(3)2Mn2+O2+4OH-2MnO(OH)2 在 100.00 mL 水样中 I2+2S2 -2I-+S4 -n(I2)=-=6.75010-5 mol nMnO(OH)2=n(I2)=6.75010-5 mo
5、l n(O2)=nMnO(OH)2=6.75010-5 mol=3.37510-5 mol 水中溶解氧=-=10.80 mgL-1 解析(1)Ca(OH)2 过量可提高 H2O2 的利用率。(2)CaO28H2O 加入水中可生成 Ca(OH)2 和 H2O2。(3)1 mol O2 得 4 mol e-,1 mol Mn2+失 2 mol e-,故 O2 与 Mn2+按物质的量之比 12 反应。12.(2014 江苏单科,20,14 分,)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。(1)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
6、过程中阳极区发生如下反应:S2-2e-S(n-1)S+S2-写出电解时阴极的电极反应式:。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 。(2)将 H2S 和空气的混合气体通入 FeCl3、FeCl2、CuCl2 的混合溶液中反应回收 S,其物质转化如图所示。在图示的转化中,化合价不变的元素是 。反应中当有 1 mol H2S 转化为硫单质时,保持溶液中 Fe3+的物质的量不变,需消耗 O2 的物质的量为 。在温度一定和不补加溶液的条件下,缓慢通入混合气体,并充分搅拌。欲使生成的硫单质中不含 CuS,可采取的措施有 。(3)H2S 在高温下分解生成硫蒸气和 H2。若反应在不同温
7、度下达到平衡时,混合气体中各组分的体积分数如图所示,H2S 在高温下分解反应的化学方程式为。答案(14 分)(1)2H2O+2e-H2+2OH-+2H+(n-1)S+H2S(2)Cu、H、Cl(或铜、氢、氯)0.5 mol 提高混合气体中空气的比例(3)2H2S 2H2+S2 解析(1)由电解原理知,阴极发生还原反应,又因为是碱性溶液中,所以电极反应式为 2H2O+2e-H2+2OH-。由题意知,-在酸性条件下生成单质 S,所以离子方程式为 -+2H+(n-1)S+H2S。(2)由题中图示知,在该转化过程中,溶液中的 H+和 Cl-的化合价未变,Cu2+CuSCu2+,Cu 元素化合价没有变化
8、。由题意知,O2 氧化 H2S,根据得失电子守恒有:n(O2)=n(S)=n(H2S)=1 mol=0.5 mol。欲使生成的硫单质中不含 CuS,可根据上述分析,增大 O2 的量,把 CuS 中的 S 氧化出来。评析 本题以单质硫为载体,考查了电解原理、元素化合物的性质、氧化还原反应、化学反应原理等知识。综合性强,难度大。13.(2014 江苏单科,16,12 分)烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含 Al2O3、SiO2 等)制备碱式硫酸铝Al2(SO4)x(OH)6-2x溶液,并用于烟气脱硫研究。(1)酸浸时反应的化学方程式为 ;滤渣的主要成分为 (填化学式)。(2)
9、加 CaCO3 调节溶液的 pH 至 3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使 Al2(SO4)3 转化为 Al2(SO4)x(OH)6-2x。滤渣的主要成分为 (填化学式);若溶液的 pH 偏高,将会导致溶液中铝元素的含量降低,其原因是 (用离子方程式表示)。(3)上述流程中经完全热分解放出的 SO2 量总是小于吸收的 SO2 量,其主要原因是 ;与吸收 SO2 前的溶液相比,热分解后循环利用的溶液的 pH 将 (填“增大”“减小”或“不变”)。答案(12 分)(1)Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2O SiO2(2)CaSO4 3CaCO3+2Al3+3S -+3H2O 2A
10、l(OH)3+3CaSO4+3CO2(3)溶液中的部分 S -被氧化成 S -减小 解析(1)酸浸时 Al2O3 与 H2SO4 发生反应,SiO2 不溶于 H2SO4,形成滤渣。(2)依题意,滤渣的主要成分是CaSO4;若溶液 pH 偏高,会使 Al3+水解程度增大,生成 Al(OH)3,导致溶液中铝元素的含量降低。(3)过滤所得滤液用于吸收含 SO2 的烟气,反应得 H2SO3,热分解时部分 H2SO3 被氧化成 H2SO4,导致经完全热分解放出的 SO2量小于吸收的 SO2 量,且热分解后循环利用的溶液的 pH 减小。14.(2012 安徽理综,27,15 分,)亚硫酸盐是一种常见食品添
11、加剂。为检测某食品中亚硫酸盐含量(通常以 1 kg样品中含 SO2 的质量计),某研究小组设计了如下两种实验流程:(1)气体 A 的主要成分是 。为防止煮沸时发生暴沸,必须先向烧瓶中加入 ;通入 N2 的目的是 。(2)写出甲方案第步反应的离子方程式:。(3)甲方案第步滴定前,滴定管需用 NaOH 标准溶液润洗,其操作方法是 。(4)若用盐酸代替稀硫酸处理样品,则按乙方案实验测定的结果 (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(5)若取样品 w g,按乙方案测得消耗 0.010 00 molL-1 I2 溶液 V mL,则 1 kg 样品中含 SO2 的质量是 g(用含 w、V 的代数式表示)。答
12、案(15 分)(1)N2 和 SO2 碎瓷片(或沸石)使产生的 SO2 全部逸出(2)SO2+H2O2 2H+S -(3)向滴定管注入少量标准液,倾斜转动滴定管润洗全部内壁后从尖嘴放出液体,重复操作 23 次(4)无影响(5)解析(1)因为操作中用 N2 吹出 SO2 气体,所以 A 中除 SO2 外,还含有 N2。煮沸时,可以加入碎瓷片(或沸石)防止暴沸;通入 N2 既可以防止空气中的 O2 氧化亚硫酸盐,又可以使 SO2 从溶液中全部逸出,有利于 SO2 被完全吸收。(2)H2O2 能将 SO2 氧化为 H2SO4,离子方程式为 SO2+H2O2 2H+S -。(3)装标准液之前首先用标准
13、液润洗滴定管 23 次。(4)滴定原理是 I2+SO2+2H2O 2HI+H2SO4,因此用盐酸代替稀硫酸对乙方案没有影响。(5)设 w g 样品中含 SO2 的物质的量为 n(SO2),则 I2 +SO2+2H2O 2HI+H2SO4 1 mol 1 mol 0.010 00V10-3 mol n(SO2)n(SO2)=0.010 00V10-3 mol 则 1 kg 样品中含 SO2 的质量是:-1 000 g=g。考点二 环境污染与保护 4.(2012 海南单科,1,2 分)化学与环境密切相关,下列有关说法正确的是()A.CO2 属于大气污染物 B.酸雨是 pH 小于 7 的雨水 C.C
14、O2、NO2 或 SO2 都会导致酸雨的形成 D.大气中 CO2 含量的增加会导致温室效应加剧 答案 D CO2 不是大气污染物,也不会导致酸雨的形成;酸雨是 pH1 时,反应后 NO2 的物质的量减少,其原因是 。增加 n(O3),O3 氧化 SO2 的反应几乎不受影响,其可能原因是 。(3)当用 CaSO3 水悬浮液吸收经 O3 预处理的烟气时,清液(pH 约为 8)中 S -将 NO2 转化为 N -,其离子方程式为 。(4)CaSO3 水悬浮液中加入 Na2SO4 溶液,达到平衡后溶液中 c(S -)=用 c(S -)、Ksp(CaSO3)和 Ksp(CaSO4)表示;CaSO3 水悬
15、浮液中加入 Na2SO4 溶液能提高 NO2 的吸收速率,其主要原因是 。答案(14 分)(1)-317.3(2)O3 将 NO2 氧化为更高价氮氧化物(或生成了 N2O5)SO2 与 O3 的反应速率慢(3)S -+2NO2+2OH-S -+2N -+H2O(4)c(S -)CaSO3 转化为 CaSO4 使溶液中 S -的浓度增大,加快 S -与 NO2 的反应速率 解析(1)NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)H=-200.9 kJmol-1,NO(g)+O2(g)NO2(g)H=-58.2 kJmol-1,运用盖斯定律+2 可得出 3NO(g)+O3(g)3NO2(g)H=-
16、200.9 kJmol-1+(-58.2 kJmol-12)=-317.3 kJmol-1。(2)由图中信息可知,当 n(O3)n(NO)1 时,SO2、NO 的量都不随 n(O3)n(NO)的改变而改变,只有 NO2 的量在减小,说明 NO2 与过量的 O3 发生了反应,NO2 被 O3 氧化生成了更高价氮氧化物。由题中信息可知 SO2 与 O3能发生反应,但题图信息显示,随 O3 量的增加,SO2 的量基本不变,说明二者的反应速率很慢,短时间内测不出 SO2的量在改变。(3)依题给信息可知 NO2 被还原生成 N -,则 S -被氧化生成 S -,二者在弱碱性环境中反应。(4)达平衡后溶液
17、中:c(Ca2+)c(S -)=Ksp(CaSO3)、c(Ca2+)c(S -)=Ksp(CaSO4),同一溶液中 c(Ca2+)相等,则有 -=,故 c(S -)=c(S -);Na2SO4 溶液的加入会使 CaSO3 的溶解平衡正向移动,致使c(S -)增大,吸收 NO2 的速率加快。评析 该题考查学生的识图能力,信息处理能力以及表达能力,难度中等。6.(2012 北京理综,25,13 分,)直接排放含 SO2 的烟气会形成酸雨,危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的 SO2。(1)用化学方程式表示 SO2 形成硫酸型酸雨的反应:。(2)在钠碱循环法中,Na2SO3 溶液作为吸收液,可由
18、NaOH 溶液吸收 SO2 制得,该反应的离子方程式是 。(3)吸收液吸收 SO2 的过程中,pH 随 n(S -)n(HS -)变化关系如下表:n(S -)n(HS -)919 11 991 pH 8.2 7.2 6.2 由上表判断,NaHSO3 溶液显 性,用化学平衡原理解释:。当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母)。a.c(Na+)=2c(S -)+c(HS -)b.c(Na+)c(HS -)c(S -)c(H+)=c(OH-)c.c(Na+)+c(H+)=c(S -)+c(HS -)+c(OH-)(4)当吸收液的 pH 降至约为 6 时,需送至电解槽再生。再生示意图如
19、下:HS -在阳极放电的电极反应式是 。当阴极室中溶液 pH 升至 8 以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生原理:。答案(1)SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2 2H2SO4(2)2OH-+SO2 H2O+S -(3)酸 HS -存在:HS -H+S -和 HS -+H2O H2SO3+OH-,HS -的电离程度强于水解程度 ab(4)HS -+H2O-2e-S -+3H+H+在阴极得电子生成 H2,溶液中 c(H+)降低,促使 HS -电离生成 S -,且 Na+进入阴极室,吸收液得以再生 解析(3)当 n(S -)n(HS -)=991 时,对应的 pH 为 6.2,可知 N
20、aHSO3 溶液显酸性。原因是 HS -的电离程度强于水解程度。当吸收液呈中性时,c(H+)=c(OH-),由电荷守恒 c(Na+)+c(H+)=2c(S -)+c(HS -)+c(OH-)得 a 正确;当 pH=7.2时,n(S -)n(HS -)=11,则当 pH=7 时,n(S -)n(HS -)11,则 b 正确。(4)阳极发生氧化反应,HS -被氧化,一定会生成 S -,在酸性环境下,氧元素来自 H2O,故有 H2O 参与反应,生成物中有 H+。7.(2012 四川理综,29,16 分,)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题,将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二
21、氧化硫,最终生成硫酸钙。硫酸钙可在下图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应,气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳,从而有利于二氧化碳的回收利用,达到减少碳排放的目的。请回答下列问题:(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中,引发的主要环境问题有 。(填写字母编号)A.温室效应 B.酸雨 C.粉尘污染 D.水体富营养化(2)在烟气脱硫的过程中,所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前,需通一段时间的二氧化碳,以增加其脱硫效率;脱硫时控制浆液的 pH 值,此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为 。亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式
22、为:。(3)已知 1 mol CH4 在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸热 160.1 kJ,1 mol CH4 在氧气中完全燃烧生成气态水时放热 802.3 kJ。写出空气反应器中发生反应的热化学方程式:。(4)回收的 CO2 与苯酚钠在一定条件下反应生成有机物 M,其化学式为 C7H5O3Na,M 经稀硫酸酸化后得到一种药物中间体 N,N 的结构简式为。M 的结构简式为 。分子中无OO,醛基与苯环直接相连的 N 的同分异构体共有 种。答案(16 分)(1)ABC(3 分)(2)Ca(HCO3)2 或碳酸氢钙(2 分)Ca(HSO3)2+O2 CaSO4+H2SO4(3 分)(3)CaS(
23、s)+2O2(g)CaSO4(s);H=-962.4 kJ/mol(3 分)(4)(2 分)6(3 分)解析(2)CO2 通入石灰石浆液中,发生反应:CO2+H2O+CaCO3 Ca(HCO3)2。(3)根据题给信息可以写出甲烷在燃料反应器中发生反应生成气态水的热化学方程式:CaSO4(s)+CH4(g)CaS(s)+CO2(g)+2H2O(g);H=+160.1 kJ/mol 再结合甲烷在氧气中燃烧生成气态水的热化学方程式:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g);H=-802.3 kJ/mol 根据盖斯定律,由-得出空气反应器中发生反应的热化学方程式为:CaS(s)+2O2(g)CaSO4(s);H=-962.4 kJ/mol。(4)采用逆推法可知,M 的结构简式为;符合条件的 N 的同分异构体有 6 种,具体如下:、。评析 本题以二氧化碳捕捉技术和脱硫技术创设问题情境,考查考生在陌生情境中应用化学基础知识解决实际问题的能力。第(3)、(4)小题对考生的能力要求较高,有很好的区分度。