2020年高中化學新教材同步必修第二冊 第5章 第一節(jié) 第3課時　不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉化

第3課時不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉化[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.了解含硫物質(zhì)在自然界中的存在與轉化，熟悉自然界中常見的含硫物質(zhì)的類別及硫元素的化合價。2.根據(jù)硫元素化合價會分析含硫物質(zhì)的性質(zhì)，并能設計實驗實現(xiàn)不同價態(tài)硫元素的相互轉化。一、自然界中硫的存在與轉化1.硫元素廣泛存在于自然界中，是植物生長不可缺少的元素，組成生命體的蛋白質(zhì)中含有硫元素。2.自然界中游離態(tài)的硫存在于火山口附近或地殼的巖層里，煤中也含有少量硫。3.自然界中化合態(tài)的硫廣泛存在于硫酸鹽、硫化物、火山噴發(fā)時釋放的氣體中、地下水里、動植物體內(nèi)。自然界中有豐富的含硫元素物質(zhì)，如下圖(1)將以上含硫物質(zhì)，填入下列“價—類”二維圖中(2)完成以上轉化的化學方程式：①H2Seq\o(=,\s\up7(△))H2＋S↓②S＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))SO2③2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3④SO3＋H2O=H2SO4⑤SO2＋H2OH2SO3⑥2H2SO3＋O2=2H2SO4相關鏈接自然界中不同價態(tài)硫元素之間的轉化大氣中SO2主要有三個來源：化石燃料的燃燒、火山爆發(fā)和微生物的分解作用。在自然狀態(tài)下，大氣中的SO2，一部分被綠色植物吸收；一部分則與大氣中的水結合，經(jīng)過一系列反應形成H2SO4，隨降水落入土壤或水體中，以硫酸鹽的形式被植物的根系吸收，轉變成蛋白質(zhì)等有機物，進而被各級消費者所利用，動植物的遺體被微生物分解后，又能將硫元素釋放到土壤或大氣中，這樣就形成一個完整的循環(huán)。1.下列關于硫的敘述中不正確的是()A.在自然界中既有化合態(tài)的硫又有游離態(tài)的硫B.游離態(tài)的硫存在于火山噴口附近或地殼的巖層里C.實驗室常用酒精除去附著在試管壁上的硫黃D.硫是黑火藥的主要成分之一答案C解析硫在自然界中既能以化合態(tài)(主要為硫化物和硫酸鹽)又能以游離態(tài)(火山噴口附近或地殼巖層)的形式存在。硫單質(zhì)俗稱硫黃，是一種黃色或淡黃色固體，難溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳，常用二硫化碳除去試管內(nèi)壁附著的硫單質(zhì)。2.硫在自然界中的循環(huán)過程如下圖所示，下列說法不正確的是()A.石油和煤等化石燃料中含有硫元素B.大氣中的二氧化硫只來源于火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣體C.地殼中的硫元素常以硫化物和硫酸鹽的形式存在D.動植物遺體被微生物分解后，可產(chǎn)生SOeq\o\al(2－,4)和SO2答案B解析大氣中的二氧化硫主要來源于化石燃料的燃燒、火山噴發(fā)和微生物的分解。二、實驗室中研究不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉化1.轉化原理(1)硫元素常見價態(tài)及其轉化關系eq\o(S,\s\up6(－2))eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))eq\o(S,\s\up6(＋6))(2)通過氧化還原反應實現(xiàn)不同價態(tài)含硫物質(zhì)的相互轉化。(3)低價態(tài)的硫向高價態(tài)轉化時需加入氧化劑，高價態(tài)的硫向低價態(tài)轉化時需加入還原劑。2.實驗設計設計實驗實現(xiàn)不同價態(tài)硫轉化，遵循的原則是科學性、可行性、安全性和綠色化。預期轉化選擇試劑實驗操作和現(xiàn)象實驗結論H2eq\o(S,\s\up6(－2))→eq\o(S,\s\up6(0))二氧化硫、硫化氫、蒸餾水將H2S和SO2通入水中，生成淡黃色沉淀(或溶液變渾濁)SO2與H2S反應生成單質(zhì)硫eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4二氧化硫、新制氯水、BaCl2溶液將SO2通入新制氯水中，溶液淺黃綠色褪去；再向溶液中滴入氯化鋇溶液，產(chǎn)生白色沉淀二氧化硫在水中能被強氧化劑氧化為SOeq\o\al(2－,4)H2SO4→SO2濃硫酸、銅片加熱銅片和濃硫酸的混合物，有刺激性氣味氣體生成濃硫酸被金屬銅還原為SO2不同價態(tài)硫元素間轉化的思維模型1.同價態(tài)硫(＋4價)化合物之間的相互轉化關系如圖。寫出圖中序號所示反應的化學方程式。①Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O；②SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O；③H2SO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SO2↑。2.當硫元素的化合價升高或降低時，一般升高或降低到其相鄰的價態(tài)，即臺階式升降，可用下圖表示(1)H2Seq\o(,\s\up7(①O2不足),\s\do5(④H2、△))Seq\o(,\s\up7(②O2),\s\do5(⑤H2S))SO2eq\o(→,\s\up7(③O2))SO3寫出③④⑤的化學方程式(選考)③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________。(2)Na2Seq\o(,\s\up7(①O2),\s\do5(②NaOH))Seq\o(,\s\up7(③NaOH),\s\do5(④Na2S、H＋))Na2SO3eq\o(→,\s\up7(⑤O2))Na2SO4寫出①②⑤的化學方程式(選考)①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________。答案(1)③2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3④S＋H2eq\o(=,\s\up7(△))H2S⑤SO2＋2H2S=3S＋2H2O(2)①2Na2S＋O2＋2H2O=4NaOH＋2S↓②3S＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(△))2Na2S＋Na2SO3＋3H2O⑤2Na2SO3＋O2=2Na2SO4硫單質(zhì)及其化合物之間的轉化規(guī)律(1)鄰位價態(tài)原則當硫元素的化合價升高或降低時，一般升高或降低到其相鄰的價態(tài)，即臺階式升降，如H2eq\o(S,\s\up6(－2))eq\o(,\s\up7(O2不足),\s\do5(H2，△))eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(,\s\up7(O2),\s\do5(H2S))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2eq\o(→,\s\up7(O2))eq\o(S,\s\up6(＋6))O3(2)相鄰價態(tài)的粒子不發(fā)生氧化還原反應：如S和H2S、S和SO2、SO2和濃硫酸之間不發(fā)生氧化還原反應。(3)歸中規(guī)律當硫元素的高價態(tài)粒子與低價態(tài)粒子反應時，一般生成中間價態(tài)，如2H2S＋SO2=3S＋2H2O，2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4=3Na2SO4＋3S↓＋3H2O。(4)含硫物質(zhì)的連續(xù)氧化規(guī)律硫元素eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(H2S\o(→,\s\up7(足量O2))SO2\o(→,\s\up7(O2))SO3\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4,S\o(→,\s\up7(O2))SO2\o(→,\s\up7(O2))SO3\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4))1.實驗證明銅在低溫下不能和氧氣發(fā)生反應，也不能和稀硫酸共熱發(fā)生反應。但工業(yè)上卻是將廢銅屑倒入熱的稀硫酸中并不斷地通入空氣來制取硫酸銅溶液的。(1)寫出銅屑在上述狀態(tài)下發(fā)生的一系列反應的化學方程式：______________________；__________________________________________________________________________。(2)利用銅和濃硫酸在加熱條件下也能制備硫酸銅溶液，其化學方程式為________________________________________________________________________。(3)以上兩種方法是前者好還是后者好：________，原因是________________________________________________________________________。答案(1)2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuOCuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O(2)Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(3)前者好制得相同質(zhì)量的產(chǎn)品，前者消耗的硫酸少，而且后者生成的SO2會造成大氣污染解析第一種方法中，Cu與O2反應后的生成物迅速溶解在熱的稀硫酸中生成CuSO4；第二種方法是在加熱條件下使銅與濃硫酸反應，H2SO4會被還原為SO2，H2SO4的利用率低且生成的氣體有毒。2.A、B、C、D、E五種物質(zhì)中含有同一種元素，A是淡黃色固體，其相互轉化關系如圖所示，回答下列問題：(1)寫出B、E的化學式：B__________、E_______________________________________。(2)寫出C→D的化學方程式：___________________________________________________________________________________________________________________________。(3)將足量的物質(zhì)C通入BaCl2溶液中，下列說法正確的是________(填序號)。①溶液沒有明顯變化②溶液中出現(xiàn)白色沉淀③若繼續(xù)通入Cl2，則溶液中出現(xiàn)白色沉淀答案(1)H2SH2SO4(2)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3(3)①③解析(1)淡黃色的固體有S和Na2O2，根據(jù)A的相關反應可以判斷A是S，從而得出B、E分別是H2S、H2SO4。(2)C→D的化學方程式為2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3。(3)SO2與BaCl2不發(fā)生反應，若繼續(xù)通入Cl2，與SO2、H2O反應生成H2SO4，則溶液中出現(xiàn)白色沉淀。課時對點練A組基礎對點練題組一自然界中硫的存在與轉化1.下列關于硫的敘述中不正確的是()A.硫是一種組成某些蛋白質(zhì)的生命元素B.石油、煤等化石燃料中常含有硫元素C.硫在自然界中只能以化合態(tài)的形式存在D.硫是一種淡黃色的難溶于水的固體答案C解析硫在自然界中既能以化合態(tài)(主要為硫化物和硫酸鹽)又能以游離態(tài)(火山噴口附近或地殼巖層)的形式存在。硫俗稱硫黃，是一種黃色固體，難溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳，常用二硫化碳除去試管內(nèi)壁附著的硫單質(zhì)。2.下圖有關硫元素循環(huán)說法不合理的是()A.煤、石油中的硫元素燃燒時能生成SO2B.動物尸體腐敗過程產(chǎn)生的H2S氣體會進入大氣C.循環(huán)過程中硫元素既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應D.大氣中的硫元素會全部轉化成H2SO4隨雨水降到土壤里答案D解析A項，煤、石油中的硫元素燃燒時能生成SO2，正確；B項，動物尸體腐敗過程產(chǎn)生的H2S氣體會進入大氣，正確；C項，循環(huán)過程中硫元素既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應，正確；D項，大氣中的硫元素部分轉化成亞硫酸，進一步轉化為H2SO4隨雨水降到土壤里，錯誤。題組二不同價態(tài)含硫物質(zhì)的性質(zhì)與轉化3.下列有關濃硫酸性質(zhì)的敘述錯誤的是()A.在反應：NaCl＋H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))NaHSO4＋HCl↑中，濃硫酸表現(xiàn)酸性B.在反應：HCOOHeq\o(→,\s\up7(濃硫酸),\s\do5(△))CO↑＋H2O中，濃硫酸只表現(xiàn)脫水性C.在反應：Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O中，濃硫酸只表現(xiàn)氧化性D.濃硫酸具有吸水性，因而能使CuSO4·5H2O轉化為CuSO4答案C解析濃硫酸與氯化鈉中元素化合價無變化，濃硫酸只提供H＋，表現(xiàn)為酸性，A項正確；甲酸中的H和O能被濃硫酸以H2O的形式脫出，B項正確；金屬與濃硫酸的反應，濃硫酸既表現(xiàn)氧化性也表現(xiàn)酸性，C項錯誤；CuSO4·5H2O中的水分子被濃硫酸奪取表現(xiàn)為吸水性，D項正確。4.下列變化需要加入氧化劑才能實現(xiàn)的是()A.S2－→HS－ B.Na2SO3→SO2C.SO2→S D.H2S→S答案D解析本題要求加入氧化劑發(fā)生的變化，一定是硫元素化合價升高的變化。5.Na2SO3中＋4價的硫元素，既有氧化性，又有還原性。要證明Na2SO3具有還原性，需選用的試劑是()A.硫化鈉溶液 B.鹽酸C.氯化鈣溶液 D.溴水答案D解析要證明Na2SO3具有還原性，應選用具有氧化性的溴水。6.單質(zhì)X與濃硫酸共熱，反應中X與硫酸的物質(zhì)的量之比為1∶2，則X元素在生成物中的化合價可能為()①＋1②＋2③＋3④＋4A.②④B.③④C.①②D.①③答案A解析若X為金屬，X＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))XSO4＋SO2↑＋2H2O，則X為＋2價。若X為非金屬，X＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))XO2＋2SO2↑＋2H2O，則X為＋4價。7.在加熱條件下：H2Seq\o(=,\s\up7(△))S↓＋H2，硫元素在此反應中表現(xiàn)出()A.酸性 B.不穩(wěn)定性C.氧化性 D.還原性答案D解析反應中硫元素的化合價由－2價升高為0價，表現(xiàn)還原性。8.如圖表示某固態(tài)單質(zhì)A及其化合物之間的轉化關系(某些產(chǎn)物和反應條件已略去)?；衔顱在常溫常壓下為氣體，B和C的相對分子質(zhì)量之比為4∶5，化合物D是重要的工業(yè)原料。(1)寫出A在加熱條件下與H2反應的化學方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)寫出E與A的氫化物反應生成A的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出一個由D生成B的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)H2＋Seq\o(=,\s\up7(△))H2S(2)H2SO3＋2H2S=3S↓＋3H2O(3)C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(合理即可)解析常見的固態(tài)單質(zhì)除了金屬之外還有B、C、Si、P、S、I2，而能與空氣中氧氣反應生成氣體化合物的只有C、S。由A在加熱條件下可與氫氣反應，可知A是單質(zhì)硫；從B、C的相對分子質(zhì)量之比為4∶5，確定B是SO2，C是SO3，D是H2SO4，E為H2SO3。9.已知鐵和硫的反應為S＋Feeq\o(=,\s\up7(△))FeS，為檢測鐵和硫的反應產(chǎn)物中鐵的化合價，某同學設計了如下實驗(部分實驗過程)：已知3S＋6KOHeq\o(=,\s\up7(△))2K2S＋K2SO3＋3H2O，請回答下列問題。(1)混合粉末A中硫粉需過量的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。(2)操作②的作用是________________________________________________________。(3)操作③中稀硫酸煮沸的目的是______________________________________________________________________________________________________________________。(4)為檢測產(chǎn)物中鐵的價態(tài)，對溶液D的實驗操作是_____________________________________________________________________________________________________。答案(1)鐵粉過量時，濾渣C中所含鐵粉與H2SO4反應，生成的Fe2＋干擾實驗，過量的鐵粉還能與可能存在的Fe3＋反應，影響實驗檢測(2)除去過量的硫粉(3)防止H2SO4溶液中溶解的氧氣氧化生成的Fe2＋(4)取少量溶液D加入KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)榧t色解析鐵和硫反應生成FeS，要檢測產(chǎn)物中鐵的化合價，必須排除Fe和Fe3＋的干擾。(1)硫粉過量的目的是保證Fe全部反應。(2)加入KOH溶液的目的是除去過量的硫粉。(3)氧氣能夠?qū)e2＋氧化成Fe3＋，所以溶解濾渣C的稀硫酸要先加熱煮沸以排除其中所含的氧氣。B組綜合強化練1.(2019·合肥八中高一月考)下列物質(zhì)制備實驗設計中，能體現(xiàn)“經(jīng)濟、高效、環(huán)?！本竦淖罴逊桨甘?)A.銅與濃硫酸共熱制備硫酸銅B.Cu(OH)2與稀硫酸反應制備硫酸銅C.先灼燒廢銅屑生成氧化銅，然后再用濃硫酸溶解制備硫酸銅D.適當溫度下，使銅片在持續(xù)通入空氣的稀硫酸中溶解制備硫酸銅答案D解析選項A，該法有環(huán)境污染物SO2生成；選項B，該法原料有Cu(OH)2，不經(jīng)濟；選項C，該法需要灼燒，耗能過多。2.某興趣小組探究SO2氣體還原Fe3＋，他們使用的藥品和裝置如下圖所示，下列說法不合理的是()A.能表明I－的還原性弱于SO2的現(xiàn)象是B中藍色溶液褪色B.裝置C的作用是吸收SO2尾氣，防止污染空氣C.為了驗證A中發(fā)生了氧化還原反應，加入KMnO4溶液，紫紅色褪去D.為了驗證A中發(fā)生了氧化還原反應，加入用稀鹽酸酸化的BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀答案C解析溶液藍色褪去，說明二氧化硫和碘單質(zhì)反應，I2＋SO2＋2H2O=2HI＋H2SO4，依據(jù)氧化還原反應中還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物，二氧化硫還原性大于碘離子；二氧化硫是污染性氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，因此裝置C的作用是吸收SO2尾氣，防止污染空氣；二氧化硫、亞鐵離子和氯離子都具有還原性，都可以和高錳酸鉀溶液發(fā)生反應使之褪色，不能驗證A中發(fā)生了氧化還原反應；鐵離子氧化二氧化硫為硫酸，2Fe3＋＋SO2＋2H2O=2Fe2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，加入氯化鋇生成白色沉淀說明反應進行生成了硫酸根離子。3.(2019·武漢期末)已知硫代硫酸鈉可作為脫氧劑，25.0mL0.100mol·L－1的Na2S2O3溶液恰好把224mL(標準狀況下)Cl2轉化為Cl－，則S2Oeq\o\al(2－,3)將轉化為()A.S2－B.SC.SOeq\o\al(2－,3)D.SOeq\o\al(2－,4)答案D解析n(Na2S2O3)＝0.025L×0.100mol·L－1＝0.0025mol，n(Cl2)＝eq\f(0.224L,22.4L·mol－1)＝0.01mol，×(n－2)mol＝2×0.01mol，解得n＝＋6。4.如圖所示的轉化關系。據(jù)此回答下列問題：(1)寫出A、B的名稱：A________，B________。(2)寫出C、D、E的化學式：C__________，D__________，E________。(3)寫出氣體X轉化為氣體Y的化學方程式：__________________________________。(4)寫出生成沉淀E的離子方程式：__________________________________________。答案(1)硫化鈉亞硫酸鈉(2)H2SO4H2SS(3)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3(4)2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋6H＋=3S↓＋3H2O解析本題為框圖推斷題，首先尋找解題的“突破口”，一般情況下，物質(zhì)的顏色、狀態(tài)、氣味，反應現(xiàn)象，反應條件和反應類型可作為突破口。本題的突破口在于氣體X與氧氣在一定條件下生成氣體Y，根據(jù)相關反應可推知X為SO2，Y為SO3。Y與水反應生成C，則C為H2SO4。X與過量NaOH溶液反應生成B，則B為Na2SO3。由D燃燒生成X(SO2)，且D為氣體可推知，D為H2S。D與過量NaOH溶液反應生成A，則A為Na2S。由A、B、C在溶液中反應生成沉淀E可知，E為S。5.(2018·湖北宜昌一中高一期末)已知甲、乙、丙為常見單質(zhì)，A、B、C、D、E、F、G、X均為常見的化合物；A、B、C、D、E、X等的焰色反應均呈黃色；B和X的摩爾質(zhì)量相同，E的相對分子質(zhì)量比D的相對分子質(zhì)量大16。在一定條件下，各物質(zhì)相互轉化關系如圖所示。(1)寫出X和G的化學式：X________，G________。(2)寫出有關變化的化學方程式。D＋丙：_______________________________________________________________________。C＋G：_______________________________________________________________________。(3)寫出B與H2O反應的離子方程式：_____________________________________________；若消耗0.5molB，轉移電子________mol。答案(1)Na2SSO3(2)2Na2SO3＋O2=2Na2SO4SO3＋2NaOH=Na2SO4＋H2O(3)2Na2O2＋2H2O=4Na＋＋4OH－＋O2↑0.5解析A、B、C、D、E、X的焰色反應均呈黃色，則均含有鈉元素，甲、乙、丙為常見的單質(zhì)，甲和乙反應生成X，甲和丙反應生成A，可推知甲為鈉；甲、乙能與單質(zhì)丙連續(xù)兩次反應，可能是甲、乙分別被連續(xù)氧化，B和水反應又生成單質(zhì)丙，則丙為氧氣，B為過氧化鈉，A為氧化鈉，C為氫氧化鈉；B和X的摩爾質(zhì)量相同，則X為硫化鈉，乙為單質(zhì)硫，F(xiàn)為二氧化硫，G為三氧化硫；E的相對分子質(zhì)量比D的相對分子質(zhì)量大16，則E為硫酸鈉，D為亞硫酸鈉，將上述物質(zhì)代入各轉化關系，符合題意。(1)X為硫化鈉，化學式為Na2S；G為三氧化硫，化學式為SO3。(2)D為亞硫酸鈉，丙為氧氣，亞硫酸鈉被氧氣氧化為硫酸鈉，化學方程式為2Na2SO3＋O2=2Na2SO4；C為氫氧化鈉，G為三氧化硫，氫氧化鈉與三氧化硫反應生成硫酸鈉和水，化學方程式為SO3＋2NaOH=Na2SO4＋H2O。(3)B2＋2H2O=4Na＋mol電子。6.在學習了硫的轉化后，某學生繪制了如圖轉化關系。(1)寫出指定物質(zhì)的化學式：A______________________，B_______________________，D_________________________________。(2)寫出“H2SO4→C”的化學方程式：________________________________________________________________________________________________________(寫一個即可)。(3)寫出A與SO2相互轉化的化學方程式：______________________________________________________________________________________________________________。(4)寫出一個由SO2直接生成H2SO4的化學方程式：_________