2020年高中化学新教材同步必修第二册 第5章 第一节 第3课时　不同价态含硫物质的转化

第3课时不同价态含硫物质的转化[核心素养发展目标]1.了解含硫物质在自然界中的存在与转化，熟悉自然界中常见的含硫物质的类别及硫元素的化合价。2.根据硫元素化合价会分析含硫物质的性质，并能设计实验实现不同价态硫元素的相互转化。一、自然界中硫的存在与转化1.硫元素广泛存在于自然界中，是植物生长不可缺少的元素，组成生命体的蛋白质中含有硫元素。2.自然界中游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层里，煤中也含有少量硫。3.自然界中化合态的硫广泛存在于硫酸盐、硫化物、火山喷发时释放的气体中、地下水里、动植物体内。自然界中有丰富的含硫元素物质，如下图(1)将以上含硫物质，填入下列“价—类”二维图中(2)完成以上转化的化学方程式：①H2Seq\o(=,\s\up7(△))H2＋S↓②S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2③2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3④SO3＋H2O=H2SO4⑤SO2＋H2OH2SO3⑥2H2SO3＋O2=2H2SO4相关链接自然界中不同价态硫元素之间的转化大气中SO2主要有三个来源：化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的分解作用。在自然状态下，大气中的SO2，一部分被绿色植物吸收；一部分则与大气中的水结合，经过一系列反应形成H2SO4，随降水落入土壤或水体中，以硫酸盐的形式被植物的根系吸收，转变成蛋白质等有机物，进而被各级消费者所利用，动植物的遗体被微生物分解后，又能将硫元素释放到土壤或大气中，这样就形成一个完整的循环。1.下列关于硫的叙述中不正确的是()A.在自然界中既有化合态的硫又有游离态的硫B.游离态的硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层里C.实验室常用酒精除去附着在试管壁上的硫黄D.硫是黑火药的主要成分之一答案C解析硫在自然界中既能以化合态(主要为硫化物和硫酸盐)又能以游离态(火山喷口附近或地壳岩层)的形式存在。硫单质俗称硫黄，是一种黄色或淡黄色固体，难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳，常用二硫化碳除去试管内壁附着的硫单质。2.硫在自然界中的循环过程如下图所示，下列说法不正确的是()A.石油和煤等化石燃料中含有硫元素B.大气中的二氧化硫只来源于火山喷发产生的气体C.地壳中的硫元素常以硫化物和硫酸盐的形式存在D.动植物遗体被微生物分解后，可产生SOeq\o\al(2－,4)和SO2答案B解析大气中的二氧化硫主要来源于化石燃料的燃烧、火山喷发和微生物的分解。二、实验室中研究不同价态含硫物质的转化1.转化原理(1)硫元素常见价态及其转化关系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)通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。(3)低价态的硫向高价态转化时需加入氧化剂，高价态的硫向低价态转化时需加入还原剂。2.实验设计设计实验实现不同价态硫转化，遵循的原则是科学性、可行性、安全性和绿色化。预期转化选择试剂实验操作和现象实验结论H2eq\o(S,\s\up6(－2))→eq\o(S,\s\up6(0))二氧化硫、硫化氢、蒸馏水将H2S和SO2通入水中，生成淡黄色沉淀(或溶液变浑浊)SO2与H2S反应生成单质硫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溶液将SO2通入新制氯水中，溶液浅黄绿色褪去；再向溶液中滴入氯化钡溶液，产生白色沉淀二氧化硫在水中能被强氧化剂氧化为SOeq\o\al(2－,4)H2SO4→SO2浓硫酸、铜片加热铜片和浓硫酸的混合物，有刺激性气味气体生成浓硫酸被金属铜还原为SO2不同价态硫元素间转化的思维模型1.同价态硫(＋4价)化合物之间的相互转化关系如图。写出图中序号所示反应的化学方程式。①Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O；②SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O；③H2SO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SO2↑。2.当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降，可用下图表示(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写出③④⑤的化学方程式(选考)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写出①②⑤的化学方程式(选考)①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________。答案(1)③2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\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硫单质及其化合物之间的转化规律(1)邻位价态原则当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降，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)相邻价态的粒子不发生氧化还原反应：如S和H2S、S和SO2、SO2和浓硫酸之间不发生氧化还原反应。(3)归中规律当硫元素的高价态粒子与低价态粒子反应时，一般生成中间价态，如2H2S＋SO2=3S＋2H2O，2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4=3Na2SO4＋3S↓＋3H2O。(4)含硫物质的连续氧化规律硫元素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.实验证明铜在低温下不能和氧气发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应。但工业上却是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取硫酸铜溶液的。(1)写出铜屑在上述状态下发生的一系列反应的化学方程式：______________________；__________________________________________________________________________。(2)利用铜和浓硫酸在加热条件下也能制备硫酸铜溶液，其化学方程式为________________________________________________________________________。(3)以上两种方法是前者好还是后者好：________，原因是________________________________________________________________________。答案(1)2Cu＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CuOCuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O(2)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(3)前者好制得相同质量的产品，前者消耗的硫酸少，而且后者生成的SO2会造成大气污染解析第一种方法中，Cu与O2反应后的生成物迅速溶解在热的稀硫酸中生成CuSO4；第二种方法是在加热条件下使铜与浓硫酸反应，H2SO4会被还原为SO2，H2SO4的利用率低且生成的气体有毒。2.A、B、C、D、E五种物质中含有同一种元素，A是淡黄色固体，其相互转化关系如图所示，回答下列问题：(1)写出B、E的化学式：B__________、E_______________________________________。(2)写出C→D的化学方程式：___________________________________________________________________________________________________________________________。(3)将足量的物质C通入BaCl2溶液中，下列说法正确的是________(填序号)。①溶液没有明显变化②溶液中出现白色沉淀③若继续通入Cl2，则溶液中出现白色沉淀答案(1)H2SH2SO4(2)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(3)①③解析(1)淡黄色的固体有S和Na2O2，根据A的相关反应可以判断A是S，从而得出B、E分别是H2S、H2SO4。(2)C→D的化学方程式为2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3。(3)SO2与BaCl2不发生反应，若继续通入Cl2，与SO2、H2O反应生成H2SO4，则溶液中出现白色沉淀。课时对点练A组基础对点练题组一自然界中硫的存在与转化1.下列关于硫的叙述中不正确的是()A.硫是一种组成某些蛋白质的生命元素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态的形式存在D.硫是一种淡黄色的难溶于水的固体答案C解析硫在自然界中既能以化合态(主要为硫化物和硫酸盐)又能以游离态(火山喷口附近或地壳岩层)的形式存在。硫俗称硫黄，是一种黄色固体，难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳，常用二硫化碳除去试管内壁附着的硫单质。2.下图有关硫元素循环说法不合理的是()A.煤、石油中的硫元素燃烧时能生成SO2B.动物尸体腐败过程产生的H2S气体会进入大气C.循环过程中硫元素既发生氧化反应又发生还原反应D.大气中的硫元素会全部转化成H2SO4随雨水降到土壤里答案D解析A项，煤、石油中的硫元素燃烧时能生成SO2，正确；B项，动物尸体腐败过程产生的H2S气体会进入大气，正确；C项，循环过程中硫元素既发生氧化反应又发生还原反应，正确；D项，大气中的硫元素部分转化成亚硫酸，进一步转化为H2SO4随雨水降到土壤里，错误。题组二不同价态含硫物质的性质与转化3.下列有关浓硫酸性质的叙述错误的是()A.在反应：NaCl＋H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))NaHSO4＋HCl↑中，浓硫酸表现酸性B.在反应：HCOOHeq\o(→,\s\up7(浓硫酸),\s\do5(△))CO↑＋H2O中，浓硫酸只表现脱水性C.在反应：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O中，浓硫酸只表现氧化性D.浓硫酸具有吸水性，因而能使CuSO4·5H2O转化为CuSO4答案C解析浓硫酸与氯化钠中元素化合价无变化，浓硫酸只提供H＋，表现为酸性，A项正确；甲酸中的H和O能被浓硫酸以H2O的形式脱出，B项正确；金属与浓硫酸的反应，浓硫酸既表现氧化性也表现酸性，C项错误；CuSO4·5H2O中的水分子被浓硫酸夺取表现为吸水性，D项正确。4.下列变化需要加入氧化剂才能实现的是()A.S2－→HS－ B.Na2SO3→SO2C.SO2→S D.H2S→S答案D解析本题要求加入氧化剂发生的变化，一定是硫元素化合价升高的变化。5.Na2SO3中＋4价的硫元素，既有氧化性，又有还原性。要证明Na2SO3具有还原性，需选用的试剂是()A.硫化钠溶液 B.盐酸C.氯化钙溶液 D.溴水答案D解析要证明Na2SO3具有还原性，应选用具有氧化性的溴水。6.单质X与浓硫酸共热，反应中X与硫酸的物质的量之比为1∶2，则X元素在生成物中的化合价可能为()①＋1②＋2③＋3④＋4A.②④B.③④C.①②D.①③答案A解析若X为金属，X＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))XSO4＋SO2↑＋2H2O，则X为＋2价。若X为非金属，X＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))XO2＋2SO2↑＋2H2O，则X为＋4价。7.在加热条件下：H2Seq\o(=,\s\up7(△))S↓＋H2，硫元素在此反应中表现出()A.酸性 B.不稳定性C.氧化性 D.还原性答案D解析反应中硫元素的化合价由－2价升高为0价，表现还原性。8.如图表示某固态单质A及其化合物之间的转化关系(某些产物和反应条件已略去)。化合物B在常温常压下为气体，B和C的相对分子质量之比为4∶5，化合物D是重要的工业原料。(1)写出A在加热条件下与H2反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(2)写出E与A的氢化物反应生成A的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。(3)写出一个由D生成B的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)H2＋Seq\o(=,\s\up7(△))H2S(2)H2SO3＋2H2S=3S↓＋3H2O(3)C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(合理即可)解析常见的固态单质除了金属之外还有B、C、Si、P、S、I2，而能与空气中氧气反应生成气体化合物的只有C、S。由A在加热条件下可与氢气反应，可知A是单质硫；从B、C的相对分子质量之比为4∶5，确定B是SO2，C是SO3，D是H2SO4，E为H2SO3。9.已知铁和硫的反应为S＋Feeq\o(=,\s\up7(△))FeS，为检测铁和硫的反应产物中铁的化合价，某同学设计了如下实验(部分实验过程)：已知3S＋6KOHeq\o(=,\s\up7(△))2K2S＋K2SO3＋3H2O，请回答下列问题。(1)混合粉末A中硫粉需过量的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。(2)操作②的作用是________________________________________________________。(3)操作③中稀硫酸煮沸的目的是______________________________________________________________________________________________________________________。(4)为检测产物中铁的价态，对溶液D的实验操作是_____________________________________________________________________________________________________。答案(1)铁粉过量时，滤渣C中所含铁粉与H2SO4反应，生成的Fe2＋干扰实验，过量的铁粉还能与可能存在的Fe3＋反应，影响实验检测(2)除去过量的硫粉(3)防止H2SO4溶液中溶解的氧气氧化生成的Fe2＋(4)取少量溶液D加入KSCN溶液，观察溶液是否变为红色解析铁和硫反应生成FeS，要检测产物中铁的化合价，必须排除Fe和Fe3＋的干扰。(1)硫粉过量的目的是保证Fe全部反应。(2)加入KOH溶液的目的是除去过量的硫粉。(3)氧气能够将Fe2＋氧化成Fe3＋，所以溶解滤渣C的稀硫酸要先加热煮沸以排除其中所含的氧气。B组综合强化练1.(2019·合肥八中高一月考)下列物质制备实验设计中，能体现“经济、高效、环保”精神的最佳方案是()A.铜与浓硫酸共热制备硫酸铜B.Cu(OH)2与稀硫酸反应制备硫酸铜C.先灼烧废铜屑生成氧化铜，然后再用浓硫酸溶解制备硫酸铜D.适当温度下，使铜片在持续通入空气的稀硫酸中溶解制备硫酸铜答案D解析选项A，该法有环境污染物SO2生成；选项B，该法原料有Cu(OH)2，不经济；选项C，该法需要灼烧，耗能过多。2.某兴趣小组探究SO2气体还原Fe3＋，他们使用的药品和装置如下图所示，下列说法不合理的是()A.能表明I－的还原性弱于SO2的现象是B中蓝色溶液褪色B.装置C的作用是吸收SO2尾气，防止污染空气C.为了验证A中发生了氧化还原反应，加入KMnO4溶液，紫红色褪去D.为了验证A中发生了氧化还原反应，加入用稀盐酸酸化的BaCl2溶液，产生白色沉淀答案C解析溶液蓝色褪去，说明二氧化硫和碘单质反应，I2＋SO2＋2H2O=2HI＋H2SO4，依据氧化还原反应中还原剂的还原性大于还原产物，二氧化硫还原性大于碘离子；二氧化硫是污染性气体不能排放到空气中，需要用氢氧化钠溶液吸收，因此装置C的作用是吸收SO2尾气，防止污染空气；二氧化硫、亚铁离子和氯离子都具有还原性，都可以和高锰酸钾溶液发生反应使之褪色，不能验证A中发生了氧化还原反应；铁离子氧化二氧化硫为硫酸，2Fe3＋＋SO2＋2H2O=2Fe2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，加入氯化钡生成白色沉淀说明反应进行生成了硫酸根离子。3.(2019·武汉期末)已知硫代硫酸钠可作为脱氧剂，25.0mL0.100mol·L－1的Na2S2O3溶液恰好把224mL(标准状况下)Cl2转化为Cl－，则S2Oeq\o\al(2－,3)将转化为()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.如图所示的转化关系。据此回答下列问题：(1)写出A、B的名称：A________，B________。(2)写出C、D、E的化学式：C__________，D__________，E________。(3)写出气体X转化为气体Y的化学方程式：__________________________________。(4)写出生成沉淀E的离子方程式：__________________________________________。答案(1)硫化钠亚硫酸钠(2)H2SO4H2SS(3)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(4)2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋6H＋=3S↓＋3H2O解析本题为框图推断题，首先寻找解题的“突破口”，一般情况下，物质的颜色、状态、气味，反应现象，反应条件和反应类型可作为突破口。本题的突破口在于气体X与氧气在一定条件下生成气体Y，根据相关反应可推知X为SO2，Y为SO3。Y与水反应生成C，则C为H2SO4。X与过量NaOH溶液反应生成B，则B为Na2SO3。由D燃烧生成X(SO2)，且D为气体可推知，D为H2S。D与过量NaOH溶液反应生成A，则A为Na2S。由A、B、C在溶液中反应生成沉淀E可知，E为S。5.(2018·湖北宜昌一中高一期末)已知甲、乙、丙为常见单质，A、B、C、D、E、F、G、X均为常见的化合物；A、B、C、D、E、X等的焰色反应均呈黄色；B和X的摩尔质量相同，E的相对分子质量比D的相对分子质量大16。在一定条件下，各物质相互转化关系如图所示。(1)写出X和G的化学式：X________，G________。(2)写出有关变化的化学方程式。D＋丙：_______________________________________________________________________。C＋G：_______________________________________________________________________。(3)写出B与H2O反应的离子方程式：_____________________________________________；若消耗0.5molB，转移电子________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的焰色反应均呈黄色，则均含有钠元素，甲、乙、丙为常见的单质，甲和乙反应生成X，甲和丙反应生成A，可推知甲为钠；甲、乙能与单质丙连续两次反应，可能是甲、乙分别被连续氧化，B和水反应又生成单质丙，则丙为氧气，B为过氧化钠，A为氧化钠，C为氢氧化钠；B和X的摩尔质量相同，则X为硫化钠，乙为单质硫，F为二氧化硫，G为三氧化硫；E的相对分子质量比D的相对分子质量大16，则E为硫酸钠，D为亚硫酸钠，将上述物质代入各转化关系，符合题意。(1)X为硫化钠，化学式为Na2S；G为三氧化硫，化学式为SO3。(2)D为亚硫酸钠，丙为氧气，亚硫酸钠被氧气氧化为硫酸钠，化学方程式为2Na2SO3＋O2=2Na2SO4；C为氢氧化钠，G为三氧化硫，氢氧化钠与三氧化硫反应生成硫酸钠和水，化学方程式为SO3＋2NaOH=Na2SO4＋H2O。(3)B2＋2H2O=4Na＋mol电子。6.在学习了硫的转化后，某学生绘制了如图转化关系。(1)写出指定物质的化学式：A______________________，B_______________________，D_________________________________。(2)写出“H2SO4→C”的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________(写一个即可)。(3)写出A与SO2相互转化的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________。(4)写出一个由SO2直接生成H2SO4的化学方程式：_________