濃硫酸是強氧化劑，可被還原劑還原生成二氧化硫。其還原過程的離子半反應式可寫作：
\[\begin{array}{l} {\rm{2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}\mathop {\rm{S}}\limits^{ + 6} {\mkern 1mu} {{\rm{O}}_{\rm{4}}}\left( {\rm{l}} \right)\;{\rm{ + }}\;{\rm{2}}{{\rm{e}}^ - }\; \to \ {\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}^{{\rm{2}} - }\left( {{\rm{aq}}} \right)\;{\rm{ + }}\;\mathop {\rm{S}}\limits^{ + 4} {\mkern 1mu} {{\rm{O}}_{\rm{2}}}\left( {\rm{g}} \right)\;{\rm{ + }}\;{\rm{2}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\left( {\rm{l}} \right) \end{array}\]常用作氧化劑的濃硫酸是指濃度為 \(98\%\) 的硫酸，以 \({{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\) 表示。濃硫酸主要可與三種物質發生氧化還原反應：
請同學們點擊下面相應的按鍵，了解濃硫酸作為氧化劑所涉及的化學反應。
在加熱的條件下，濃硫酸不但可與活潑性較強的金屬（例如：鎂、鋅）發生氧化還原反應，也可與活潑性較低的金屬（例如：銅）發生氧化還原反應。仔細觀察下面的影片，並完成相應的題目。
根據影片中的內容，完成下面的題目。
題解：
在加熱的條件下，濃硫酸可被銅還原成 \(\text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\)，這是一種酸性氣體，可使品紅溶液褪色。其化學反應式如下：
\[\text{Cu}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ 2{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{CuS}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]濃硫酸在加熱的條件下亦可以氧化非金屬（例如：碳和硫）。
濃硫酸與碳：
\[\text{C}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ 2{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{2S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]濃硫酸與硫：
\[\text{S}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ 3\text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]根據上面的描述，完成下面的問題。
濃硫酸與碳的反應過程中：
濃硫酸與硫的反應過程中：
題解：
與碳或硫反應時，濃硫酸的氧化數降低，是氧化劑。濃硫酸發生還原反應，生成物為還原產物。
下表展示了鹵化物（包括：氯化物、溴化物和碘化物）與濃硫酸發生反應涉及的反應式以及可觀察到的現象。請判斷反應過程中，酸所體現的性質。
| 鹵化物 | 反應式 | 酸的性質 | 現象描述 |
|---|---|---|---|
| 氯化物 | \(\text{NaCl}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{NaHS}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{HCl}\left( \text{g} \right)\) |
酸性 氧化性 |
白霧 \(\text{HCl}\left( \text{aq} \right)\) |
| 溴化物 |
\(\text{NaBr}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{NaHS}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{HBr}\left( \text{g} \right) \\ \\ \) \(\text{2HBr}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{2H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) |
酸性 氧化性 |
紅棕色煙霧 \(\text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\) |
| 碘化物 |
\(\text{NaI}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{NaHS}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{HI}\left( \text{g} \right) \\ \\ \) \(\text{8HI}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{4}{{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{4H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) |
酸性 氧化性 |
黑色固體 \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{s} \right)\) |
|
題解：
|
|||
硝酸也是一種強氧化劑，可被金屬或非金屬還原。硝酸的濃度不同，其還原產物也不同。
濃硝酸被還原時，會生成二氧化氮（\(\text{N}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\)）：
\(\begin{array}{l} \mathop {\rm{N}}\limits^{ + 5} {{\rm{O}}_{\rm{3}}}^ - \left( {{\rm{aq}}} \right)\;{\rm{ + }}\;{\rm{2}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\left( {{\rm{aq}}} \right)\;{\rm{ + }}\;{{\rm{e}}^ - }\; \to \; \mathop {\rm{N}}\limits^{ + 4} {{\rm{O}}_{\rm{2}}}\left( {\rm{g}} \right)\;{\rm{ + }}\;{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\left( {\rm{l}} \right) \end{array}\)稀硝酸被還原時，會生成一氧化氮（\(\text{NO}\left( \text{g} \right)\)）：
\(\begin{array}{l} \mathop {\rm{N}}\limits^{ + 5} {{\rm{O}}_{\rm{3}}}^ - \left( {{\rm{aq}}} \right)\;{\rm{ + }}\;{\rm{4}}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}}\left( {{\rm{aq}}} \right)\;{\rm{ + }}\;3{{\rm{e}}^ - }\; \to \ \mathop {\rm{N}}\limits^{ + 2} {\rm{O}}\left( {\rm{g}} \right)\;{\rm{ + }}\;2{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\left( {\rm{l}} \right) \end{array}\)注意：實驗室中常用濃硝酸的摩爾濃度為 \(\text{16}\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)，稀硝酸的摩爾濃度為 \(\text{2}\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)。
請同學們點擊下面相應的按鍵，了解不同濃度的硝酸作為氧化劑所涉及的化學反應。
在室溫下，不同濃度的硝酸都可與活潑金屬（例如：鋅）發生反應。下表中，展示了濃硝酸或稀硝酸與金屬鋅反應涉及的化學反應式以及可觀察到的現象。
| 硝酸 | 反應式 | 現象 |
|---|---|---|
| 濃硝酸 | \(\text{Zn}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ 4\text{HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{Zn}{{\left( \text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}} \right)}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2N}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ 2{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) | 棕色氣體 |
| 稀硝酸 | \(\text{3Zn}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{8HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ 3\text{Zn}{{\left( \text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}} \right)}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2NO}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{4}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) | 無色氣體 |
值得注意的是：在室溫下，濃硝酸可以鈍化金屬鐵和鋁，而稀硝酸則不能。
下面的影片中，展示了不同濃度的硝酸與金屬銅發生反應所需的條件以及產生的現象。請根據影片中的內容完成下面的表格。
| 硝酸 | 反應條件 | 反應式 | 現象 |
|---|---|---|---|
| 濃硝酸 |
|
\(\text{Cu}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{4HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{Cu}{{\left( \text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}} \right)}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2N}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ 2{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) |
|
| 稀硝酸 |
|
\(\text{3Cu}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ 8\text{HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ 3\text{Cu}{{\left( \text{N}{{\text{O}}_{\text{3}}} \right)}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{2NO}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ 4{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) |
|
|
題解： 稀硝酸與銅反應時，產生的一氧化氮會與空氣中的氧結合，形成紅棕色氣體二氧化氮。 \[\text{2}\underset{\color{red}{無色}}{\mathop{\text{NO}}}\,\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \to \ \text{2}\underset{\color{red}{紅棕色}}{\mathop{\text{N}{{\text{O}}_{\text{2}}}}}\,\left( \text{g} \right)\] |
|||
在加熱的條件下，濃硝酸可與非金屬（例如：碳、硫）反應；而稀硝酸則不能。下表展示了在加熱條件下，濃硝酸與碳和硫發生反應所涉及的化學反應式。
| 硝酸 | 反應式 | 現象 |
|---|---|---|
| 碳 | \(\text{C}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{4HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{4N}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) | 棕色氣體 |
| 硫 | \(\text{S}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ 6\text{HN}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \to \ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ 6\text{N}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\) | 棕色氣體 |
值得注意的是：濃硝酸與硫之間的氧化還原反應是分為兩個步驟進行的：
鹵族元素的氧化能力由上至下依次降低。因此，位於上方的元素可以將位於下方的元素從其鹽溶液中置換出來。鹵素的水溶液具有和鹵素相似的化學性質。
在實驗中，有時候可以利用新制的鹵素水溶液代替鹵素進行化學反應。點擊以下按鍵，仔細觀察影片並回答相應的問題。
涉及的反應式為：
\(\text{C}{{\text{l}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\) \(\text{NaBr}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \) \(\text{NaCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \(\text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\)
涉及的反應式為：
\(\text{C}{{\text{l}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\) \(\text{KI}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \) \(\text{KCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\)
結論：
涉及的反應式為：
\(\text{B}{{\text{r}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\) \(\text{KI}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \) \(\text{KBr}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \) \({{\text{I}}_{\text{2}}}\left( \text{aq} \right)\)
結論：
將氯通入水中，可發生氧化還原反應：
\[\text{C}{{\text{l}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\ \to \ \text{HCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{HOCl}\left( \text{aq} \right)\]反應過程中，一部份氯的氧化數減少，發生還原反應；一部份氯的氧化數增加，發生氧化反應。因此，氯既是氧化劑也是還原劑。像這樣，氧化反應和還原反應發生在同一分子內部處於相同氧化數的同一元素之間，即物質內元素的自身氧化還原反應稱為歧化反應。
氯也能與鹼液發生歧化反應：
氯通入冷的稀氫氧化鈉溶液時，會生成氯化鈉和次氯酸鈉。
\[\text{C}{{\text{l}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ 2\text{NaOH}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{NaCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{NaOCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]氯通入熱的濃氫氧化鈉溶液時，會生成氯化鈉和氯酸鈉。
\[\text{3C}{{\text{l}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{6NaOH}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{5NaCl}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{NaCl}{{\text{O}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]二氧化硫分子中，硫元素的氧化數為 \(+4\)。所以，它既可被氧化成硫酸根離子（硫的氧化數為 \(+6\)）；也可被還原成元素硫（硫的氧化數為 \(0\)）。
下面的影片展示了二氧化硫性質的組合實驗，仔細觀察試管中溶液的變化。想一想，它們體現了二氧化硫怎樣的性質，並完成下面的題目。
將二氧化硫氣體通入氫硫酸溶液時，可觀察到以下哪項/哪些現象？
褪色
變紅
白色沉澱
無明顯變化
將二氧化硫氣體通入高錳酸鉀溶液時，可觀察到以下哪項/哪些現象？
褪色
變紅
白色沉澱
無明顯變化
二氧化硫具有酸性、氧化性和還原性以及形成絡合物的能力。根據你所學知識，思考二氧化硫與下面的物質反應過程涉及二氧化硫的哪種性質？
題解：
二氧化硫氣體通入硫化氫溶液產生白色沉澱，是因為兩者之間發生氧化還原反應，生成硫。其中，二氧化硫作為氧化劑。
\[\text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{S}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{3S}\left( \text{s} \right)\ \text{+}\ \text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]二氧化硫氣體通入高錳酸鉀溶液使溶液褪色，是因為兩者之間發生氧化還原反應，產生無色的錳(II)離子。其中，二氧化硫作為還原劑。
\[5 \text{SO}_{2}( \text{g} ) + 2 \text{KMnO}_{4}( \text{aq} ) + 2\text{H}_{2}\text{O}( \text{l} ) \to 2\text{MnSO}_{4}( \text{aq} ) + \text{K}_{2}\text{SO}_{4}( \text{aq} ) + 2\text{H}_{2}\text{SO}_{4}( \text{aq} )\]