高中化学学案专题4第一单元第1课时二氧化硫的性质和应用

专题4硫与环境保护第一单元含硫化合物的性质第1课时二氧化硫的性质和应用一、硫1.硫元素的存在状态：(1)游离态：游离态硫存在于火山喷口的岩层；(2)化合态：化合态主要存在于硫化物和硫酸盐，火山喷出物中还含有硫的氢化物和氧化物。2.硫的物理性质：黄色或淡黄色固体，俗称硫黄，质地脆，易研成粉末，密度比水大，难溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2。3.硫的获取与应用：(1)获取：丹砂的主要成分是HgS，丹砂烧之成水银。(2)应用：黑火药的成分之一是硫。【自主探索】1.(想一想)如何除去试管内壁附着的硫？提示：用二硫化碳溶解除去。2.(情境思考)火山喷发时放出的各种气体。其主要成分有水蒸气、含硫化合物和二氧化碳。含硫的气体主要是哪几种？提示：硫化氢和二氧化硫气体。二、二氧化硫的性质和应用1.物理性质：颜色状态气味密度溶解性毒性无色气体有刺激性气味比空气大易溶于水有毒，吸入二氧化硫对人体有害2.化学性质：(1)酸性氧化物的通性①实验1：用充有80mL二氧化硫的针筒吸入10mL蒸馏水，用橡皮塞堵住针筒的前端，振荡，观察针筒内气体体积的变化，然后用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH。②现象：气体体积减小，pH试纸显红色，即SO2的水溶液显酸性。③写出下列反应的化学方程式a.与水反应：SO2+H2OH2SO3(H2SO3弱酸、可逆反应)b.与碱(如NaOH)反应：SO2+2NaOHNa2SO3+H2O(SO2的尾气吸收)c.与碱性氧化物反应：SO2+CaO===CaSO3。(2)还原性①实验2：向试管中加入5mL二氧化硫水溶液，滴加几滴氯化钡溶液，观察现象；再向试管中滴加5mL3%的过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加几滴稀硫酸，观察实验现象。现象：开始无现象，滴加H2O2溶液后，产生白色沉淀。化学方程式：SO2+H2O2===H2SO4、H2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2HCl。②SO2具有强还原性(S：+4→+6价)，可以被强氧化剂O2、氯水、溴水、碘水、KMnO4等氧化。化学方程式为a.与氧气反应：2SO2+O22SO3；b.与卤素单质(如Cl2)反应：SO2+Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl(3)弱氧化性(S：+4→0价)：SO2与H2S反应的化学方程式为SO2+2H2S===3S↓+2H2O。(4)漂白性：与某些有色物质(如品红)生成不稳定的无色物质，加热或久置可恢复原来的颜色。3.二氧化硫的用途：(1)制造硫酸、食品和干果防腐剂、漂白剂等。(2)用于杀菌、消毒，还可用作抗氧化剂。【自主探索】(情境思考)白色银耳一直是人们餐桌上一道佳品。但经记者走访调查发现，一些看起来非常白而又鲜亮诱人的银耳竟是经过特殊工序处理的。是什么物质将银耳变白了呢？这种银耳能否食用？提示：二氧化硫。二氧化硫有毒，用二氧化硫漂白的银耳不能食用。知识点一硫1.分析硫元素的化合价，硫单质既具有氧化性，又有还原性。2.硫的化学性质(1)还原性(S：0→+4价)：S+O2SO2(现象：硫在氧气中剧烈燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，有刺激性气味的气体SO2产生。)(2)氧化性(S：0→2价)：①与氢气反应：S+H2H2S②与金属单质反应：S+FeFeS、S+2CuCu2S、S+Hg===HgS【合作探究】1.(思维升华)已知反应：Fe+SFeS，结合Fe与Cl2的反应，思考S和Cl2的氧化性有何差异？(宏观辨识与微观探析)提示：Fe与Cl2的反应生成高价态化合物FeCl3，Fe与S的反应生成低价态化合物FeS，说明氯气的氧化性强于硫。2.(情境应用)附在试管内壁的硫也可以用热碱液洗去，硫与热碱液反应生成金属硫化物和亚硫酸盐，如3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O，该反应中硫体现什么性质？(科学探究与创新意识)提示：氧化性和还原性。单质硫的化合价为0价，既可升高也可降低。【典例示范】【典例】关于硫的叙述正确的是 ()A.硫的非金属性较强，所以只以化合态存在于自然界中B.分离黑火药中的硝酸钾、木炭、硫黄要用到二硫化碳、水及过滤操作C.硫与金属或非金属反应时均作氧化剂D.硫的氧化性比氯气强【解题指南】解答本题要明确以下两点：(1)依据硫元素价态的变化确定硫单质的化学性质。(2)混合物分离提纯的方法。【解析】选B。元素在自然界中存在形式虽然与化学活泼性有关，但不能把非金属性强弱作为判断依据，A错误；黑火药成分中的硫黄溶于CS2后过滤，将滤液蒸发得到晶体硫，滤渣再加水溶解过滤，滤渣为炭粉，蒸发滤液，浓缩结晶得到硝酸钾，B正确；S单质显0价，属于中间价态，遇到金属、H2时作氧化剂，遇到O2等强氧化性非金属时作还原剂，C错误；硫与变价金属反应时生成低价态的金属硫化物，而氯气却生成高价态的金属氯化物，氯气氧化性比硫强，D错误。【规律方法】(1)硫单质的氧化性较弱，与具有可变化合价的金属发生反应时，只生成低价态化合物。(2)硫与氧气反应的现象：硫在空气中燃烧火焰为淡蓝色，在纯氧中燃烧火焰为蓝紫色。(3)硫的特殊反应：S+Hg===HgS，此反应常温下进行，故可用硫粉除去少量洒落的汞。分析下列反应中，硫表现氧化性还是还原性。(1)硫与氧气_____(2)硫与氢气_____(3)硫与铁_____(4)硫与铜_____提示：(1)还原性(2)氧化性(3)氧化性(4)氧化性【素养训练】1.下列有关硫的说法中不正确的是 ()A.硫是一种淡黄色的不溶于水的固体，有多种同素异形体B.硫在空气中的燃烧产物是二氧化硫，在纯氧中燃烧产物是三氧化硫C.硫在空气中燃烧时，火焰呈淡蓝色；在氧气中燃烧时，火焰呈蓝紫色D.硫在一定条件下能与某些金属反应，生成金属硫化物【解析】选B。硫在空气中和纯氧中的燃烧产物均为SO2。2.下列化合物不能用相应元素的单质直接化合而成的是 ()①CuS②FeS③Al2S3④Fe2S3⑤Cu2S⑥FeCl2A.②⑤⑥ B.①④⑥C.③④⑤ D.③④⑥【解析】选B。金属Fe和Cu在加热条件下分别与硫单质反应时，只能生成FeS和Cu2S，而不是Fe2S3和CuS。Fe与氧化性强的Cl2反应生成FeCl3，而不是FeCl2。知识点二二氧化硫的性质和应用1.二氧化硫的性质：(1)SO2可以被氧化，也可以被还原，在化学反应中，表现出酸性氧化物的通性、弱氧化性、强还原性。(2)SO2的漂白性：2.二氧化硫实验室制法：实验室用Na2SO3粉末与较浓的硫酸反应制得二氧化硫，化学方程式为Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+H2O。【方法导引】SO2和CO2的鉴别方法SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊，若通入的气体过量，则沉淀都会消失，故不能用澄清石灰水[或Ba(OH)2]鉴别SO2和CO2。通常用以下方法鉴别。试剂品红溶液氢硫酸高锰酸钾溶液溴水碘水(含淀粉)现象及结论使品红溶液褪色的是SO2；不能使品红溶液褪色的是CO2出现浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2使紫色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2使橙色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2使蓝色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2【合作探究】(教材开发)设计检验CO2、SO2同时存在的实验流程，完成下列表格。(科学探究与创新意识)流程设计检验SO2⇒除去SO2⇒检验SO2是否除尽⇒检验CO2选用试剂品红溶液酸性KMnO4溶液品红溶液澄清的石灰水预期现象褪色褪色不褪色变浑浊【典例示范】【典例】某化学兴趣小组为探究SO2的性质，按如图所示装置进行实验。请回答下列问题：(1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是_______，其中发生反应的化学方程式为。

(2)实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是___________、_________，这些现象分别说明SO2具有的性质是_________和_________；装置B中发生反应的离子方程式为________________。

(3)装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象________。

(4)尾气可采用___________溶液吸收。

【解题指南】解答该题要注意以下两点(1)SO2的实验室制法。(2)SO2中硫元素的化合价是+4价，处于中间价态，既可以升高被氧化又可以降低被还原，既有氧化性又有还原性。【解析】由图中试剂可知A是制取SO2的装置，SO2通入酸性KMnO4溶液中被氧化，再通入Na2S溶液中，被S2还原成硫单质，最后剩余的SO2不能直接排放，否则会污染空气，可用碱溶液(如NaOH溶液)吸收。答案：(1)蒸馏烧瓶Na2SO3＋H2SO4(浓)=Na2SO4＋SO2↑＋H2O(2)溶液由紫红色变为无色无色溶液中出现黄色浑浊还原性氧化性5SO2＋2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋2H2O=2Mn2＋＋5SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋(3)品红溶液褪色后，关闭分液漏斗的旋塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复为红色(4)NaOH(其他合理答案也可)【深化思考】分别将SO2及Cl2通入品红溶液中并加热，现象有何不同？若分别通入紫色石蕊试液中呢？提示：品红溶液中通入SO2后褪色，加热又恢复为红色；品红溶液中通入Cl2后褪色，加热不显红色。紫色石蕊试液中通入SO2后，溶液变为红色；紫色石蕊试液中通入Cl2后先变红后褪色。【素养训练】二氧化硫是国内外允许使用的一种食品添加剂，在食品工业中扮演保鲜、防腐、抗氧化的角色。SO2有毒，但葡萄酒里都含有SO2，起保鲜、杀菌和抗氧化作用。(1)下列说法不正确的是 ()A.葡萄酒中的SO2对人体无害，是因为它的含量很少B.葡萄酒中的SO2具有抗氧化作用，是因为它具有较强的还原性C.从红葡萄酒的颜色判断，其中的SO2没有漂白性D.葡萄酒倒入酒杯摇一摇，可以减少其中SO2的含量(2)SO2是唯一在葡萄酒生产中普遍应用的添加剂。其在葡萄酒生产工艺中起到杀菌、抗氧化、增酸、改善葡萄酒的味感质量等作用。请分析SO2作为葡萄酒中的添加剂，对人体是否有害。(1)提示：选C。SO2有毒，但是含量在国家规定范围内对人体无害，A正确；二氧化硫具有还原性，具有抗氧化作用，B正确；二氧化硫具有漂白性，但不能漂白红葡萄酒，C错误；葡萄酒倒入酒杯摇一摇，压强减小，气体溶解度减小，D正确。(2)提示：食品添加剂只要在允许的范围内合理使用，就能保证安全无害。【课堂小结】三言两语话重点(1)特殊的颜色：硫单质：淡黄色。(2)必记的四种颜色变化的实质：①SO2通入紫色石蕊试液中，溶液变为红色，体现SO2酸性氧化物的性质。②SO2通入溴水中，溶液褪色，体现SO2还原性。③SO2通入酸性高锰酸钾溶液中，紫红色褪去，体现SO2还原性。④SO2通入品红溶液中，红色褪去，体现SO2漂白性。1.如图所示的实验中，通入足量的SO2后，试管①和②中溶液的颜色分别是 ()A.①为红色，②为红色 B.①为蓝色，②为无色C.①为无色，②为蓝色 D.①为红色，②为无色【解析】选D。SO2溶于水生成亚硫酸，亚硫酸能够使紫色石蕊溶液变红，这体现了SO2是酸性氧化物的性质；SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色。2.下列说法中正确的是 ()A.SO2的漂白原理和氯气的漂白原理相同B.将SO2气体通入BaCl2溶液中有白色沉淀生成C.在SO2+2H2S===3S↓+2H2O反应中，氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2D.SO2和SO3均是酸性氧化物【解析】选D。SO2与有机色素化合生成不稳定的无色物质，而Cl2与H2O反应生成的HClO具有强氧化性，将有机色素氧化为无色物质，故两者漂白原理不同，A错误；将SO2气体通入BaCl2溶液中，无明显现象，没有白色BaSO3沉淀生成，B错误；该反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1，C错误；SO2和SO3都可以和碱反应生成相应的盐和H2O，都是酸性氧化物，D正确。3.(2021·临淄高一检测)将SO2通入不同溶液中相应的实验现象和结论均正确的是 ()选项溶液现象结论A溴水溶液褪色SO2具有氧化性B紫色石蕊试液溶液先变红后褪色SO2具有漂白性C酸性KMnO4溶液溶液由紫红色逐渐变为无色SO2具有还原性D滴有酚酞的NaOH溶液溶液由红色逐渐变为无色SO2溶于水生成强酸【解析】选C。二氧化硫能够使溴水褪色是因为二氧化硫具有还原性，能够还原溴单质，故A错误；二氧化硫为酸性氧化物，能够使紫色石蕊试液变红，但是不能使其褪色，故B错误；二氧化硫具有还原性，能够还原高锰酸根离子生成无色的+2价锰离子，溶液由紫红色逐渐变为无色，故C正确；二氧化硫与水反应生成亚硫酸，所以能够使滴有酚酞的NaOH溶液由红色逐渐变为无色，但是亚硫酸为弱酸，故D错误。4.将二氧化硫气体通入KIO3淀粉溶液中，溶液先变蓝后褪色。此过程中二氧化硫表现出 ()A.酸性B.还原性C.氧化性D.漂白性【解析】选B。将二氧化硫气体通入KIO3淀粉溶液，溶液先变蓝后褪色，说明先生成碘单质，碘单质继续与二氧化硫反应生成HI和H2SO4，发生I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI，二氧化硫表现还原性。5.亚硫酸钠中有+4价的硫，它既有氧化性又有还原性，现有试剂：溴水、Na2S溶液、Na2SO3溶液、稀硫酸、NaOH溶液、氨水。(1)要证明Na2SO3具有还原性，应选用的试剂有_____，看到的现象是____，

反应的化学方程式为______________。

(2)要证明Na2SO3具有氧化性，应选用的试剂有______________________，看到的现象是___________________________，反应的化学方程式为________。

【解析】(1)+4价硫元素具有还原性，可被氧化剂氧化，在指定的试剂中只有溴水具有强氧化性，由此可知应选溴水。(2)+4价的硫元素具有氧化性，与其还原性相比，氧化性较弱，只有在特定条件下才表现出氧化性，如在酸性条件下，+4价的硫才较易还原成单质硫，因此要证明其氧化性，应选用的试剂是H2SO4、Na2SO3溶液和Na2S溶液。答案：(1)溴水、Na2SO3溶液溴水褪色Br2+H2O+Na2SO3===Na2SO4+2HBr(2)稀硫酸、Na2SO3溶液、Na2S溶液产生淡黄色沉淀2Na2S+Na2SO3+3H2SO4===3Na2SO4+3S↓+3H2O【补偿训练】二氧化硫是重要的工业原料，探究其制备方法和性质具有非常重要的意义。(1)工业上用煅烧黄铁矿(FeS2，其中硫元素为1价)的方法制备SO2：4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3，该反应中被氧化的元素是_____(填元素符号)。当该反应转移2.75mol电子时，生成的二氧化硫在标准状况下的体积为_____L。

(2)实验室中用下列装置测定SO2被催化氧化为SO3的转化率。(已知SO3的熔点为16.8℃，假设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略空气中CO2的影响①当停止通入SO2，熄灭酒精灯后，需要继续通一段时间的氧气，其目的是。

②实验结束后，若装置D增加的质量为mg，装置E中产生白色沉淀的质量为ng，则此条件下二氧化硫的转化率是_______(用含字母的代数式表示，不用化简)。

(3)某学习小组设计用如图所示装置验证二氧化硫的化学性质。①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为_________________。

②为验证二氧化硫的还原性，充分反应后，取试管b中的溶液分成三份，分别进行如下实验。方案Ⅰ：向第一份溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀生成方案Ⅱ：向第二份溶液中加入品红溶液，红色褪去方案Ⅲ：向第三