新教材高中化第5章化工生产中的重要非金属元素第节能力课时含硫物质的转化及其综合实验案新人教版必修第二册

PAGE8-含硫物质的转化及其综合实验探究任务1．掌握含硫物质的转化及其应用。2．探究SO2、CO2的检验和浓硫酸的强氧化性。含硫物质的转化及应用1．不同价态硫元素之间的相互转化不同价态硫元素之间的相互转化主要通过氧化还原反应实现。上述转化中，从左到右，硫元素化合价升高，需加入氧化剂；从右到左，硫元素化合价降低，需加入还原剂。2．相同价态硫元素之间的转化以上两种转化关系均属于相同价态硫元素之间的转化，从左到右的转化，加入碱可以实现；从右到左的转化，加入酸可以实现。提醒：(1)硫在自然界中主要以化合态存在，在火山口或地壳的岩层存在少量游离态。(2)硫的不同价态所对应的常见化合物①含有－2价硫的物质有酸：H2S，盐：Na2S、NaHS等。②含有＋4价硫的物质有氧化物：SO2，酸：H2SO3，盐：Na2SO3、NaHSO3等。③含有＋6价硫的物质有氧化物：SO3，酸：H2SO4，盐：Na2SO4、NaHSO4等。【典例1】SO2的排放是造成酸雨的主要因素。形成酸雨的原理之一可简单表示如下：请回答下列问题：(1)A、B、D的化学式分别为________、________、________。(2)在上述反应中不是氧化还原反应的是________。(3)在实验室可以用Cu与浓H2SO4反应制SO2，其化学方程式为________________________________________。(4)写出A→B，D→C的化学方程式分别为___________，________________________。(5)写出A通入足量石灰水的离子方程式为________________。[解析]根据含硫燃料的燃烧可知A为SO2，B为SO3，C为H2SO4，D为H2SO3。[答案](1)SO2SO3H2SO3(2)反应c、反应d(3)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(4)2SO2＋O22SO32H2SO3＋O2=2H2SO4(5)SO2＋Ca2＋＋2OH－=CaSO3↓＋H2O1．下列有关硫及其化合物的说法正确的是()A．SO2、H2SO3均具有还原性，故浓硫酸均能氧化SO2和H2SO3B．H2S与浓硫酸在不同的条件下反应的氧化产物只能是SO2C．单质eq\o(→,\s\up10(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up10(＋H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up10(＋NaOH或HCl))盐，能按照上述转化关系直接转化的可以是硫D．硫黄制备硫酸经历两步：Seq\o(→,\s\up10(O2/点燃))SO3eq\o(→,\s\up10(H2O))H2SO4C[A项，SO2、H2SO3虽然有还原性，但均不能与浓硫酸发生氧化还原反应，因为＋4价硫与＋6价硫之间无中间价；B项，氧化产物可能是S或SO2；D项，S与O2反应生成SO2，不能生成SO3。]2．已知X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑。A与X反应的转化关系如图所示，其中反应条件及部分产物已略去，则下列有关说法正确的是()A．X能使蔗糖变黑的现象主要体现了X的强氧化性B．若A为铁，则足量A与X在室温下即可完全反应C．若A为碳单质，则将C通入少量的澄清石灰水中，一定可以观察到有白色沉淀产生D．工业上，B转化为D的反应条件为高温、常压、催化剂D[X为一种常见酸的浓溶液，能使蔗糖粉末变黑，则X是浓硫酸，D和水反应生成硫酸，则D是三氧化硫，B和氧气反应生成三氧化硫，则B是二氧化硫。浓硫酸使蔗糖变黑的现象主要体现了浓硫酸的脱水性，A错误；若A是铁，室温下，铁遇浓硫酸发生钝化，所以不能完全反应，B错误；若A是碳，浓硫酸和碳反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，足量的二氧化碳可与氢氧化钙反应生成可溶性的碳酸氢钙，C错误；工业上，二氧化硫转化为三氧化硫的反应条件为高温、常压、催化剂，D正确。]含硫物质的综合实验探究1．SO2和CO2混合气体的检验和除杂方法(1)除去CO2中混有的SO2，常将混合气体通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶洗气。(2)检验SO2和CO2混合气体中CO2的方法2．SO2的制备及性质探究(1)实验装置说明：B、C验证SO2还原性，D验证SO2氧化性，E验证SO2漂白性，F吸尾气，防污染。(2)制备SO2的原理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Na2SO3＋H2SO4浓=Na2SO4＋SO2↑＋H2O,Cu＋2H2SO4浓\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O))(3)除杂：SO2中HCl可以用饱和NaHSO3溶液除去，可用浓硫酸干燥。(4)收集：可用向上排空气法收集。【典例2】某化学兴趣小组为了探究常温下某非金属氧化物形成的未知气体的成分。该小组成员将气体通入澄清石灰水中，发现澄清石灰水变浑浊，持续通入，发现浑浊又变澄清，由此该小组成员对该气体的成分提出猜想。[提出猜想]猜想1：____________________________________________；猜想2：____________________________________________；猜想3：____________________________________________。为了验证猜想，该小组设计实验加以探究。[实验探究]该小组同学按下图所示装置，将气体从a端通入，则：(1)B中应该装________(填字母)。A．NaCl溶液 B．酸性KMnO4溶液C．盐酸 D．澄清石灰水(2)A中品红溶液的作用是_______________________________。(3)D中澄清石灰水的作用是____________________________。通过该实验，该小组同学观察到以下三个实验现象：①A中品红溶液褪色②C中品红溶液不褪色③D中澄清石灰水变浑浊[得出结论](4)由上述现象，该小组同学确认该气体为________。[解析]SO2和CO2在某些性质方面较相似，如都能使澄清石灰水变浑浊，若通入的气体过量，则浑浊都可消失，但SO2具有还原性，能被强氧化剂氧化，且SO2可使品红溶液褪色，而CO2不具备这些性质，可利用这些差异性鉴别CO2、SO2的存在与否。[答案]气体为CO2气体为SO2气体为CO2和SO2的混合气体(1)B(2)检验该气体中是否含有SO2(3)检验该气体中是否含有CO2(4)CO2和SO2的混合气体[变式]C装置的作用是________________，若没有C装置，则B中的现象是________________，说明含CO2。[答案]验证SO2是否除尽溶液变浅3．某化学课外兴趣小组为探究铜与浓硫酸的反应情况，用如图所示装置进行有关实验。请回答：(1)装置A中发生反应的化学方程式为___________________。(2)装置D中试管口放置的棉花应事先用一种液体浸湿，这种液体是________，其作用是_______________________。(3)装置B的作用是贮存多余的气体。当D处有明显的现象后，关闭止水夹K并移去酒精灯，但由于余热的作用，A处仍有气体产生，此时B中现象是____________________。B中应放置的液体是________(填字母)。A．水 B．酸性KMnO4溶液C．浓溴水 D．饱和NaHSO3溶液(4)实验中，取一定质量的铜片和一定体积18mol·L－1的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕，发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。①有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是_________________________________________________________。②下列药品中能用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是________(填字母)。A．铁粉 B．BaCl2溶液C．银粉 D．NaHCO3溶液[解析](1)Cu可与浓硫酸发生反应：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(2)因为SO2是污染性气体，不能排入大气中，故D中试管口放置的棉花应事先用NaOH溶液浸湿，以吸收多余的SO2，防止污染空气。(3)余热使反应继续进行，生成的多余气体可贮存于B中，排出的液体进入长颈漏斗，为减少SO2的溶解，B内应盛放饱和NaHSO3溶液。(4)随着反应的进行，H2SO4被不断消耗，且反应生成水，使硫酸溶液的浓度逐渐减小，当变为稀硫酸时，反应将会停止，而铜与稀硫酸不反应；可向反应结束后的烧瓶中加入铁粉或NaHCO3溶液，若有气泡产生，则可证明确有余酸。[答案](1)Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(2)NaOH溶液(其他合理答案均可)吸收多余的二氧化硫，防止污染空气(3)瓶中液面下降，而长颈漏斗中液面上升D(4)①反应过程中硫酸被消耗，浓硫酸逐渐变稀，而铜不和稀硫酸反应②AD情境一SO2在生产生活中的应用[素材一]食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如，在葡萄酒酿制过程中，葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵，添加适量的二氧化硫可以起到杀菌的作用。二氧化硫又是一种抗氧化剂，能防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保质作用，并有助于保持葡萄酒的天然果香味。[素材二]某化学兴趣小组从新闻中得知，管理部门从银耳中检验出二氧化硫；于是查阅资料得知：二氧化硫是食品加工过程中常用的漂白剂、防腐剂和抗氧化剂。不法商贩常常采用加热硫黄的方法来熏制食品，达到漂白的目的。1．素材一中体现了SO2的哪些应用？这些应用的原理分别是什么？提示：杀菌消毒，原理是SO2与H2O反应生成的H2SO3具有氧化性；抗氧化剂，原理是SO2具有还原性，易被氧化。2．素材二中，SO2产生的反应原理是什么？提示：S加热燃烧生成SO2。3．SO2在食品中使用时应注意什么问题？提示：注意适量，不能超标，食品漂白不能使用硫黄熏制。情境二浓硫酸的性质探究[素材三]某同学在研究Fe与H2SO4的反应时，进行了如图所示的实验。1．实验Ⅰ中现象是什么？写出反应的离子方程式。提示：有气体生成，Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。2．实验Ⅱ中，铁丝表面迅速变黑，反应很快停止，其原因是什么？体现了浓硫酸的什么性质？提示：浓硫酸使铁丝迅速形成一层氧化物保护膜阻止反应。体现了浓硫酸的强氧化性。3．实验Ⅲ中，B中的现象是什么？说明了什么问题？提示：品红溶液红色逐渐褪去，说明A中生成SO2气体。4．装置C的作用是什么？提示：吸收尾气中的SO2气体，防止污染环境。5．若检测到D处有可燃性气体，这种气体可能是什么？提示：H2。6．对比实验Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，同学们得出以下结论：(1)浓硫酸和稀硫酸都具有氧化性，但原因不同，浓硫酸的氧化性源于＋6价的硫元素，稀硫酸的氧化性源于什么？(2)造成反应多样性的因素有哪些？提示：(1)＋1价的氢元素(或H＋)。(2)浓度、温度等。通过SO2在生产、生活中应用探究和浓、稀H2SO4与Fe的反应，结合问题探究，培养了学生的“科学态度与社会责任、科学探究与创新意识”的化学核心素养。1．下列说法不正确的是()A．硫是一种淡黄色的难溶于水的晶体B．硫的化合物常在火山喷出的气体中和矿泉里C．硫易燃烧，燃烧产物是大气污染物之一D．硫是活泼的非金属，在自然界中只有化合态的硫[答案]D2．浓硫酸在使下列物质发生转化时，只表现强氧化性的是()A．Cu→CuSO4 B．C→CO2C．FeO→Fe2(SO4)3 D．Fe2O3→Fe2(SO4)3[答案]B3．将足量的SO2通入BaCl2溶液中，无明显现象，当加入(或通入)某试剂(或气体)X后有沉淀生成。此试剂(或气体)X可能是()①NaOH溶液②NaCl溶液③氨水④新制氯水⑤H2S⑥CO2A．①②④ B．①③④⑤C．②③⑤⑥ D．④⑤⑥B[将SO2通入BaCl2溶液中无明显现象，当加入NaOH溶液或氨水时，可生成Na2SO3或(NH4)2SO3，进而生成BaSO3沉淀；新制氯水可将SO2氧化为SOeq\o\al(2－,4)，进而生成BaSO4沉淀；H2S能与SO2反应生成单质硫(黄色沉淀)和水。NaCl、CO2都不能与SO2、BaCl2溶液反应，故选B。]4．(素养题)某兴趣小组为了探究SO2气体还原Fe3＋的反应，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，加入酸性KMnO4溶液，紫色褪去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C[C项，若不发生反应，SO2、Cl－均可使酸性KMnO4溶液被还原、紫色褪去，不合理。]5．(素养题)皮蛋，又称松花蛋，因其独特的口味，是不少市民心爱的食物。传统皮蛋的主要原料有生石灰、纯碱、食盐、红茶、植物灰等。央视曝光了某皮蛋生产企业使用工业硫酸铜“炮制”皮蛋，工业硫酸铜中含有大量重金属。硫酸铜是重要的工业原料。对下列有关硫酸铜的制备方法进行讨论。查阅资料可知：铜在低温下不能和O2发生反应，也不能和稀硫酸共热发生反应。(1)工业上是将废铜屑倒入热的稀硫酸中并不断地通入空气来制取CuSO4溶液的。写出铜屑在此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反应也能制备CuSO4溶液，在该反应中硫酸表现出________________，氧化剂与还原剂的物质的量之比是______