高中化學必修1：3.2.1 不同價態(tài)硫元素之間的轉(zhuǎn)化

高中化學必修課程PAGEPAGE1第2節(jié)硫的轉(zhuǎn)化第1課時不同價態(tài)硫元素之間的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程，并能通過實驗探究了解不同價態(tài)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，增強科學探究與創(chuàng)新意識。2.能從物質(zhì)類別和化合價的角度認識硫、二氧化硫、三氧化硫的性質(zhì)，并能設(shè)計實驗進行驗證，分析、解釋有關(guān)的實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)證據(jù)推理和模型認知能力。一、自然界中的硫1.自然界中不同價態(tài)硫元素之間的轉(zhuǎn)化(1)硫的存在①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。②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)。(2)自然界中不同價態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化(3)不同類別含硫物質(zhì)中硫元素的化合價硫元素化合價物質(zhì)類別氫化物單質(zhì)氧化物含氧酸含氧酸鹽＋6－－SO3H2SO4Na2SO4＋4－－SO2H2SO3Na2SO30－S－－－－2H2S－－－－2.認識硫單質(zhì)(1)物理性質(zhì)①單質(zhì)硫俗稱硫黃，是一種黃色或淡黃色的固體，很脆，易研成粉末；②不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳；③熔點和沸點都不高。(2)同素異形體①概念：由同一種元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì)。②硫的同素異形體有多種，如正交硫和單斜硫等。③常見非金屬元素的同素異形體：金剛石和石墨、白磷和紅磷、O2和O3等。(3)硫的性質(zhì)實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象用灼熱的玻璃棒觸及一端，當混合物呈紅熱狀態(tài)后，移開玻璃棒，混合物繼續(xù)保持紅熱，最終生成黑色固體熔化后的硫粉在氧氣中燃燒，發(fā)出藍紫色火焰，同時可聞到刺激性氣味實驗結(jié)論該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)生成黑色的硫化亞鐵(FeS)硫能夠在氧氣中燃燒，反應(yīng)生成二氧化硫(SO2)(4)化學性質(zhì)①寫出下列反應(yīng)的化學方程式②硫與熱堿液反應(yīng)生成金屬硫化物和亞硫酸鹽。如3S＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(△))2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，該反應(yīng)中硫體現(xiàn)氧化性和還原性。該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1。(5)硫黃的用途硫黃主要用于制造硫酸、化肥、火柴及殺蟲劑等，還用于制造火藥、煙花爆竹等。(1)從物質(zhì)類別和元素化合價角度理解硫的化學性質(zhì)：H2eq\o(S,\s\up6(－2))、Na2eq\o(S,\s\up6(－2))、Feeq\o(S,\s\up6(－2))eq\o(,\s\up7(被還原))eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(→,\s\up7(被氧化))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2、eq\o(S,\s\up6(＋4))Oeq\o\al(2－,3)、eq\o(S,\s\up6(＋6))Oeq\o\al(2－,4)(2)硫在一定條件下與大多數(shù)金屬反應(yīng)生成相應(yīng)的金屬硫化物，與變價金屬反應(yīng)生成其低價金屬硫化物。(3)硫與氧氣反應(yīng)，不論氧氣是否足量、濃度如何，其一步反應(yīng)都只能生成SO2，不能生成SO3。(1)試管內(nèi)壁上附有硫單質(zhì)時，能否用酒精洗滌，如不能，用什么洗滌？提示因為硫微溶于酒精，所以不能用酒精洗滌。應(yīng)用二硫化碳或熱的氫氧化鈉溶液溶解洗滌。(2)單質(zhì)間發(fā)生化合反應(yīng)，能否生成Fe2S3或CuS?提示不能。單質(zhì)硫與變價金屬鐵或銅化合只能生成FeS或Cu2S。(3)鐵與硫反應(yīng)生成FeS，與氯氣反應(yīng)生成FeCl3，能否說明氯氣的氧化性比硫強？提示能。氯氣將鐵氧化為＋3價，而硫只能將鐵氧化為＋2價。相關(guān)鏈接硫與銀、汞的反應(yīng)及其應(yīng)用一般說來，S不能使具有可變化合價的金屬顯高價，且S與大多數(shù)金屬的反應(yīng)需在加熱條件下才能完成，但是S與Hg、Ag等不活潑金屬的反應(yīng)在常溫下就能進行，且能使Hg顯高價。①利用Ag和S的反應(yīng)可以鑒別出真假銀：用一布條沾上少量硫黃粉末在待鑒別的器皿表面用力摩擦，若摩擦處出現(xiàn)黑斑則說明是真銀，否則為假銀。②利用Hg和S的反應(yīng)可以消除溫度計、氣壓計、血壓計等被打破后汞的毒害，所以若汞不慎灑落在地面上，要立即打開門窗通風，并盡量設(shè)法收集起來，殘余的部分可覆蓋硫粉處理，以免汞蒸氣中毒。二、實驗室里研究不同價態(tài)硫元素之間的轉(zhuǎn)化1.實驗原理硫元素常見的化合價有－2、0、＋4和＋6，其中－2價為硫元素的最低化合價，＋6價為硫元素的最高化合價。根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律，低價態(tài)的硫向高價態(tài)轉(zhuǎn)化時需加入氧化劑，高價態(tài)的硫向低價態(tài)轉(zhuǎn)化時需加入還原劑。2.實驗探究預(yù)期轉(zhuǎn)化選擇試劑實驗操作和現(xiàn)象實驗結(jié)論H2O、H2S、SO2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(yīng)生成單質(zhì)硫eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4SO2、新制氯水、氯化鋇溶液將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SO2在水中能被強氧化劑氧化為SOeq\o\al(2－,4)H2SO4→SO2銅片、濃硫酸加熱銅片和濃硫酸的混合物，有刺激性氣味氣體生成H2SO4被金屬銅還原為SO2不同價態(tài)硫元素間轉(zhuǎn)化的思維模型相關(guān)鏈接硫單質(zhì)及其化合物之間的轉(zhuǎn)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(yīng)：如S和H2S、S和SO2、SO2和濃硫酸之間不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(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(yīng)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))三、二氧化硫的性質(zhì)1.物理性質(zhì)二氧化硫是一種無色、有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水。2.實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象溶液顏色變紅色溶液先變紅，振蕩后褪色，再加熱后溶液顏色恢復(fù)紅色實驗結(jié)論SO2的水溶液顯酸性SO2具有漂白性，能與品紅生成無色化合物，但生成的化合物不穩(wěn)定3.化學性質(zhì)(1)二氧化硫與氯氣的漂白性比較(2)可逆反應(yīng)的含義可逆反應(yīng)是在相同條件下能同時向正、反兩個方向進行的反應(yīng)。(1)二氧化硫溶于水，所得溶液中硫元素存在于哪幾種微粒中？提示SO2、H2SO3、HSOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)。二氧化硫溶于水，與水反應(yīng)生成亞硫酸，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；亞硫酸不能完全電離，電離方程式為：H2SO3H＋＋HSOeq\o\al(－,3)，HSOeq\o\al(－,3)H＋＋SOeq\o\al(2－,3)。(2)氯氣和二氧化硫都能使品紅溶液褪色，原理是否相同？若將等物質(zhì)的量的氯氣和二氧化硫氣體相混合后漂白能力是否會增強？提示氯氣使品紅溶液褪色是因為氯氣與水反應(yīng)生成的次氯酸具有強氧化性，可以將有色物質(zhì)氧化成無色物質(zhì)，此過程是不可逆的，而二氧化硫使品紅溶液褪色是可逆的。若將等物質(zhì)的量的氯氣和二氧化硫氣體相混合后，在溶液中發(fā)生反應(yīng)SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl，從而失去漂白能力。(3)易錯辨析①褪色不都是漂白，有機色質(zhì)(如紙張、布條)被氧化或因為發(fā)生化合反應(yīng)而褪色稱為漂白，無機離子或分子因為發(fā)生氧化還原反應(yīng)而褪色不叫漂白，如SO2將MnOeq\o\al(－,4)還原為Mn2＋，不是漂白。②SO2的漂白是“化合型”漂白，即與有色物質(zhì)化合生成無色不穩(wěn)定化合物，與SO2是酸性氣體、有還原性無關(guān)。SO2的漂白具有選擇性，不能漂白酸堿指示劑。相關(guān)鏈接(1)根據(jù)SO2分子中S的價態(tài)可知，SO2中的S在反應(yīng)中既可得到電子也可失去電子，既具有氧化性又具有還原性。SO2的性質(zhì)可總結(jié)為“三性一特性”：“三性”指氧化性(主要指SO2＋2H2S=3S↓＋2H2O)、還原性(能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色)、酸性氧化物的通性；“一特性”指漂白性(能使品紅溶液褪色，但加熱后溶液又恢復(fù)紅色)。(2)三氧化硫的性質(zhì)與制法①標準狀況下，SO3是一種無色固體，熔點(16.8℃)、沸點(44.8℃)較低。②SO3是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，主要反應(yīng)如下：③工業(yè)上可將SO2催化氧化制得SO3，然后將SO3溶于水制取硫酸。涉及的主要反應(yīng)為2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3、SO3＋H2O=H2SO4(工業(yè)實際生產(chǎn)中是用98.3%的濃硫酸吸收SO3)。1.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。2.某物質(zhì)只由一種元素組成，該物質(zhì)不可能是()A.混合物 B.純凈物C.單質(zhì) D.化合物[答案]D[解析]該物質(zhì)不可能是化合物，可能是一種單質(zhì)或是幾種單質(zhì)的混合物，如氧氣和臭氧。3.0.1mol某單質(zhì)與足量的硫充分反應(yīng)后，質(zhì)量增加1.6g，則該單質(zhì)是()A.CuB.FeC.AlD.Ca[答案]A[解析]由題意可知，1.6g即為參與反應(yīng)的硫的質(zhì)量，則n(S)＝0.05mol，該單質(zhì)與硫的物質(zhì)的量之比為2∶1，因此該單質(zhì)為銅。4.在加熱條件下：H2Seq\o(=,\s\up7(△))S↓＋H2，硫元素在此反應(yīng)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(yīng)中硫元素的化合價由－2價升高為0價，表現(xiàn)還原性。5.下列反應(yīng)中，SO2做還原劑的是()A.SO2＋NaOH=NaHSO3B.SO2＋H2O2=H2SO4C.SO2＋2H2S=3S↓＋2H2OD.2Mg＋3SO2=S＋2MgSO3[答案]B[解析]選項B中，二氧化硫中硫元素化合價升高，二氧化硫做還原劑。6.下列變化，需要加入還原劑才能實現(xiàn)的是()A.H2SO4→SO2 B.H2S→SO2C.S→SO2 D.SOeq\o\al(2－,3)→SO2[答案]A[解析]含硫物質(zhì)與加入的還原劑反應(yīng)時，硫元素的化合價降低。7.下列氣體中，無色有毒、能污染大氣，能用堿液吸收的是()A.一氧化碳B.二氧化碳C.二氧化硫D.氯氣[答案]C[解析]一氧化碳、二氧化硫、氯氣有毒，一氧化碳不能與堿液反應(yīng)，氯氣為黃綠色。8.下列反應(yīng)中，不能說明SO2是酸性氧化物的是()A.SO2＋H2OH2SO3B.SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2OC.2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3D.SO2＋CaO=CaSO3[答案]C[解析]酸性氧化物的性質(zhì)主要是與堿反應(yīng)生成鹽和水、與水反應(yīng)只生成相應(yīng)酸、與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽，而C項中SO2被氧化，只能說明SO2具有還原性。9.下列變化可以說明SO2具有漂白性的是()A.SO2通入溴水中，溴水褪色B.SO2通入酸性高錳酸鉀溶液中，溶液的紫紅色褪去C.SO2通入品紅溶液中，溶液的紅色褪去D.SO2通入滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中，溶液的紅色褪去[答案]C[解析]A、B項，二氧化硫氣體通入溴水或酸性高錳酸鉀溶液中，溶液褪色，體現(xiàn)了二氧化硫的還原性，錯誤；C項，二氧化硫使品紅溶液褪色，體現(xiàn)了二氧化硫的漂白性，正確；D項，滴有酚酞的氫氧化鈉溶液呈紅色，通入SO2后發(fā)生反應(yīng)：SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O，溶液的紅色褪去，體現(xiàn)了SO2是酸性氧化物的性質(zhì)，錯誤。10.如下圖，利用培養(yǎng)皿探究SO2的性質(zhì)。實驗時向Na2SO3固體上滴幾滴濃硫酸，立即用另一表面皿扣在上面。下表中對實驗現(xiàn)象的描述或所做的解釋不正確的是()選項實驗現(xiàn)象解釋ABaCl2溶液變渾濁SO2與BaCl2溶液反應(yīng)產(chǎn)生了BaSO3沉淀BNa2S溶液變渾濁SO2與