2024年高中化学新教材同步必修第二册 第5章 第1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。2.能从物质类别及化合价的角度预测常见含硫化合物的转化关系。一、自然界中硫的存在与转化1．自然界中硫的存在(1)游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。(2)化合态的硫广泛存在于动植物体内和海洋、大气、地壳中：动植物体内岩层深处和海底的无氧环境中地表附近的富氧环境中大气层中含硫蛋白质等金属硫化物，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等硫酸盐，如石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等少量的H2S、SO2、SO3等2.自然界中不同价态含硫物质的转化写出上述转化的化学方程式：①2H2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2SO2＋2H2O；②2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3；③SO3＋H2O=H2SO4；④S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2。1．判断正误(1)由于－2价和＋4价硫不稳定，自然界中含硫物质都以硫酸盐的形式存在()(2)在自然界中，空气中的O2和H2O对硫的转化起到重要的作用()(3)大气中存在大量的氧气，因此自然界中硫的转化都是氧化还原反应()(4)在岩层深处和海底无氧环境下，硫元素通常以硫酸盐的形式存在()(5)因为单质硫易与氧气反应，故自然界中不会存在游离态的硫()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．硫在自然界中的循环过程如图所示，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思考1在含硫化合物的价—类二维图中填写相应物质，并根据硫元素化合价的变化，分析各种物质在反应中表现的是氧化性还是还原性，并写出序号标注的反应的化学方程式。①2H2S＋O2(少量)eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O＋2S或SO2＋2H2S=3S＋2H2O。②SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl。③2H2SO4(浓)＋Cueq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。1．实验设计：不同价态含硫物质的转化(1)设计实验实现不同价态含硫物质的转化，遵循的原则是科学性、可行性、安全性和绿色化。(2)设计实验方案预期转化(价态变化)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溶液中能被强氧化剂氧化为SOeq\o\al(2－,4)H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4→eq\o(S,\s\up6(＋4))O2浓硫酸、铜片加热铜片和浓硫酸的混合物，生成有刺激性气味的气体浓硫酸被金属铜还原为SO2总结：硫元素常见的化合价有－2、0、＋4、＋6，可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。低价态eq\o(,\s\up7(加入氧化剂，发生氧化反应),\s\do5(加入还原剂，发生还原反应))高价态特别提醒①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。②同一元素相邻价态的微粒间不发生氧化还原反应。如S和H2S、SO2和浓H2SO4。③含硫物质的连续氧化过程：思考2从物质转化的角度，列举从硫单质制备硫酸钠可能的途径。提示2．相同价态含硫物质之间的转化总结：相同价态的不同含硫物质间的转化是通过与酸、碱反应实现的，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。思考3根据上述转化关系，写出SO2在少量、过量条件下分别与氢氧化钠溶液反应的离子方程式。提示SO2少量：SO2＋2OH－=SOeq\o\al(2－,3)＋H2OSO2过量：SO2＋OH－=HSOeq\o\al(－,3)1．判断正误(1)将SO2通入氢硫酸中，若出现淡黄色浑浊，则证明SO2具有氧化性()(2)硫化氢气体与浓硫酸的反应用双线桥表示电子转移为()(3)H2S与O2反应，氧气不足生成单质S，氧气过量可以生成SO2()(4)SO2＋2H2S=3S＋2H2O的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1()答案(1)√(2)√(3)√(4)×2．(2023·甘肃永昌期中)“价—类”二维图是元素化合物学习的重要工具，部分含硫物质的分类与相应硫元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是()A．将d转化为e后溶液酸性增强B．将足量的e加入含f的溶液中，可以闻到臭鸡蛋气味C．将c通入含有a的溶液中，可以生成淡黄色固体D．将f转化为g需要加入氧化剂答案B解析由关系图可知：a为H2S，b为S，c为SO2，d为H2SO3，e为H2SO4，f为亚硫酸盐，g为硫酸盐；d为H2SO3，e为H2SO4，将d转化为e后溶液酸性增强，A项正确；将足量的H2SO4加入到含亚硫酸盐的溶液中，产生的是二氧化硫气体，B项错误；将SO2通入含有H2S的溶液中，可以生成淡黄色固体S，C项正确；f为亚硫酸盐，g为硫酸盐，将f转化为g，化合物中S元素化合价升高，因此需要加入氧化剂，D项正确。含硫物质的性质与转化1．如图是硫元素在自然界中的循环示意图，下列说法不正确的是()A．硫在自然界只有化合态B．煤中含有硫元素，燃煤中加入生石灰可脱硫C．硫具有弱氧化性，和变价金属反应，通常将金属氧化成低价态D．硫化氢溶于水得到氢硫酸，氢硫酸是弱酸，能与碱、碱性氧化物反应答案A2．下列转化能一步实现且需要加入氧化剂才能实现的是()①S→FeS②S→SO2③S→SO3④H2S→SA．①②B．③④C．①③D．②④答案D解析①Fe＋Seq\o(=,\s\up7(△))FeS，Fe为还原剂；②S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2，O2为氧化剂；③S不能直接转化为SO3；④H2S＋Cl2=2HCl＋S↓，Cl2为氧化剂。3．(2023·石家庄第一中学高一期中)双碱法脱硫过程如图所示，下列说法错误的是()A．过程Ⅰ中，SO2未被氧化B．双碱法脱硫过程中，Ca(OH)2可以循环利用C．过程Ⅱ中，1molO2可氧化2molNa2SO3D．总反应为2Ca(OH)2＋2SO2＋O2=2CaSO4＋2H2O答案B解析由题干图示信息可知，过程Ⅰ反应的化学方程式为2NaOH＋SO2=Na2SO3＋H2O，反应中SO2未被氧化，A项正确；由题干图示信息可知，双碱法脱硫过程中，过程Ⅰ反应的化学方程式为2NaOH＋SO2=Na2SO3＋H2O，过程Ⅱ反应的化学方程式为2Na2SO3＋O2＋2Ca(OH)2=2CaSO4＋4NaOH，故Ca(OH)2不可以循环利用，而NaOH可以循环利用，B项错误；由过程Ⅱ反应的化学方程式可知过程Ⅱ中，1molO2氧化2molNa2SO3，C项正确；由过程Ⅰ反应的化学方程式和过程Ⅱ反应的化学方程式可知总反应为2Ca(OH)2＋2SO2＋O2=2CaSO4＋2H2O，D项正确。4．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等的焰色试验均呈黄色；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)写出有关反应的化学方程式。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的焰色试验均呈黄色，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。题组一自然界中硫的转化1．(2023·洛阳高一期末)火山喷发是硫元素在自然界中转化的重要途径，反应过程如图所示。下列说法错误的是()A．SO3由SO2氧化产生B．FeS2等矿物转化为石膏时，需要暴露于地球表面C．火山喷发时收集的雨水，放置一段时间后pH变大D．火山喷发口附近可能发现硫黄答案C解析SO2发生氧化反应生成SO3，A正确；FeS2等矿物暴露于地球表面才能被氧化，最终转化为石膏，B正确；硫酸型酸雨中含有亚硫酸，放置一段时间会被氧气氧化为硫酸，雨水的酸性增强，pH变小，C错误；火山喷发的气体中可能会含有硫蒸气，当它们到达地面后会在喷口附近凝结，形成硫黄，D正确。2．下列有关硫元素循环的说法不合理的是()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变成酸雨答案D题组二硫元素的“价—类”二维图3．(2023·安徽阜阳高一期中)如图是硫元素的“价—类”二维图，图中箭头表示物质之间的相互转化。下列有关说法错误的是()A．c、f、g分别转化为d、e、h的反应都可以是化合反应B．a与c可以发生氧化还原反应，且氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2C．c与过氧化钠反应得到的产物是g和O2D．b存在于火山口附近或地壳的岩层中答案C解析硫的＋4价氧化物、酸及盐转化为＋6价相应化合物都可以通过氧气氧化，这些反应都是化合反应，A项正确；硫化氢与二氧化硫反应生成硫和水：SO2＋2H2S=3S＋2H2O，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，B项正确；过氧化钠具有氧化性，SO2具有还原性，SO2与过氧化钠反应生成硫酸钠，C项错误；游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中，D项正确。4．(2022·山东淄博高一期末)在“价—类”二维图中融入“杠杆模型”，可直观辨析部分物质转化及其定量关系。如图所示，图中的字母分别代表硫及其常见化合物，下列推断不合理的是()A．b、d、f既具有氧化性又具有还原性B．硫酸型酸雨的形成过程涉及b到c的转化C．d与c在一定条件下反应可生成b或aD．d在加热条件下与强碱溶液反应生成e和f，且n(e)∶n(f)＝2∶1答案C解析根据“价—类”二维图可知，a为H2S，b为H2SO3，c为H2SO4，d为S单质，e为－2价的硫化物，f为＋4价亚硫酸盐，g为＋6价的硫酸盐。b为H2SO3，d为S，f为亚硫酸盐，其中S元素都处于中间价态，既有氧化性又有还原性，A正确；酸雨形成涉及H2SO3转化为H2SO4，B正确；d为S，S在加热条件下与强碱溶液反应生成硫化物和亚硫酸盐，两者物质的量之比为2∶1，D正确。题组三含硫物质的相互转化5．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H2SO4均能氧化SO2和H2SO3B．H2S与浓H2SO4在不同的条件下反应的氧化产物只能是SO2C．单质eq\o(→,\s\up7(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(＋H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up7(＋NaOH或HCl))盐，能按照上述转化关系直接转化的可以是硫元素D．硫黄制备硫酸经历两步：Seq\o(→,\s\up7(O2/点燃))SO3eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4答案C解析价硫与＋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的燃烧反应只生成SO2，不能生成SO3。6．(2023·石家庄高一期末)下列关于不同价态含硫物质的转化实验中，硫元素的化合价变化合理的是()A．图Ⅰ：0价→＋2价B．图Ⅱ：0价→＋6价C．图Ⅲ：＋4价→＋6价D．图Ⅳ：＋6价→＋4价答案C解析铁与硫加热生成硫化亚铁，硫元素化合价从0价变为－2价，A项错误；硫与氧气反应生成二氧化硫，硫元素化合价从0价变为＋4价，B项错误；FeCl3溶液中通入SO2，生成FeCl2、H2SO4、HCl，硫元素从＋4价变为＋6价，C项正确；加热CuSO4·5H2O，硫元素的化合价不变，D项错误。7．硫元素的几种化合物存在下列转化关系，下列判断正确的是()浓H2SO4eq\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5(①))SO2eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液),\s\do5(②))Na2SO3溶液eq\o(→,\s\up7(S),\s\do5(③))Na2S2O3eq\o(→,\s\up7(稀H2SO4),\s\do5(④))SA．反应①中生成的SO2具有还原性，故可作漂白剂B．反应④中当消耗1mol硫酸时，转移6mol电子C．可以用CS2清洗做过实验③后附着在试管壁上的硫D．反应④生成S的原子利用率是100%(已知原子利用率为期望产物的总质量与生成物的总质量之比)答案C解析反应①中生成的SO2具有还原性，但作漂白剂的原理是利用二氧化硫可结合有色物质生成不稳定的无色物质，与还原性无关，故A错误；反应④的化学方程式：Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，消耗1mol硫酸时，反应中转移2mol电子，故B错误；硫单质易溶于CS2，故C正确；由化学方程式可知反应④生成S的原子利用率不是100%，故D错误。8．如图所示，硫酸工业中产生的SO2通过下列过程既能制得H2SO4又能制得H2。下列说法不正确的是()A．该过程可循环利用的物质是I2和HIB．该过程总反应的化学方程式为SO2＋2H2O=H2SO4＋H2C．X物质是I2D．SO2在过程中表现出了还原性与漂白性答案D解析由图可知反应Ⅰ是碘单质与二氧化硫反应生成硫酸和氢碘酸，反应Ⅱ是氢碘酸分解生成氢气和碘单质，该过程可循环利用的物质是I2和HI，A正确；反应Ⅰ：I2＋SO2＋2H2O=2HI＋H2SO4，反应Ⅱ：2HIeq\o(=,\s\up7(△))I2＋H2↑，总反应的化学方程式是SO2＋2H2O=H2SO4＋H2，B、C正确；反应Ⅰ过程中SO2只表现出了还原性，D错误。9．“臭碱”(主要成分是Na2S)、“纯碱”是两种化工产品，下列说法错误的是()A．臭碱和纯碱都属于碱类B．Na2S在空气中易被氧化C．可利用Na2S溶液与稀硫酸反应制备H2SD．臭碱可使氯水褪色答案A解析臭碱的主要成分是Na2S，纯碱的主要成分是Na2CO3，都属于盐类，A错误；Na2S中硫元素为－2价，处于最低价，在空气中易被氧化为硫单质，能被氯水氧化，B、D正确；可利用稀硫酸的强酸性与Na2S溶液制备H2S，C正确。10．在指定条件下，下列选项所示的物质间的转化能实现的是()A．Cu2S(s)eq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5(高温))Cu(s)B．Cu(s)eq\o(→,\s\up7(Fe2SO43))Fe(s)C．Cu(s)eq\o(→,\s\up7(S))CuS(s)D．Cu(s)eq\o(→,\s\up7(H2SO4浓/△))SO2(g)答案D解析高温条件下，Cu2S与O2反应生成Cu2O、SO2气体，A错误；Fe2(SO4)3具有较强氧化性，与Cu反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋Cu=2FeSO4＋CuSO4，B错误；S的氧化性较弱，常温下与Cu不反应，加热条件下反应生成Cu2S，C错误；浓硫酸具有强氧化性，加热条件下浓H2SO4能与Cu反应生成CuSO4、SO2和H2O，D正确。11．(2022·山东济宁高一期末)在实验室进行铁粉和硫粉混合加热的实验，产物又进行了系列实验，流程如图。下列说法正确的是()A．气体A和D含有同一物质，且均为氧化产物B．硫元素至少参加了2个氧化还原反应C．沉淀F可以和NaOH溶液在加热的条件下反应D．若固体B中加浓硫酸，发生反应时被氧化的和被还原的均为同一种元素答案C解析由题图知，气体A中SO2是氧化产物，气体D中SO2是还原产物，A项错误；铁粉和硫粉反应生成FeS，S和O2反应生成SO2，H2S和H2SO4(浓)反应生成S、SO2和H2O，反应中S元素化合价都发生改变，故硫元素至少参加了3个氧化还原反应，B项错误；沉淀F是S，S与NaOH溶液在加热条件下反应生成Na2S、Na2SO3和H2O，C项正确；固体B为FeS，FeS和浓硫酸反应生成Fe2(SO4)3、S、SO2和H2O，其中被氧化的元素为Fe和S，被还原的元素为S，故发生反应时被氧化的和被还原的均不为同一种元素，D项错误。12．(2023·石家庄高一期中)将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图所示。下列说法正确的是()A．在图示的转化中，化合价不变的元素只有铜B．根据图示可知FeCl3、CuCl2均能氧化H2SC．回收S的总反应为2H2S＋O2=2H2O＋2SD．在图示的转化中发生的反应有4Fe2＋＋O2＋2H2O=4Fe3＋＋4OH－答案C解析由图可知，化合价不变的元素有铜和氯，A错误；由图可知，FeCl3能氧化H2S，CuCl2与H2S反应生成CuS和HCl，B错误；由图可知，反应物为硫化氢和氧气，生成物为硫和水，=4Fe3＋＋2H2O，D错误。13．(2023·西安高一期中)研究不同价态硫元素之间的转化是合理利用硫元素的基础。Ⅰ.如图是硫元素的价—类二维图及含硫物质相互转化的部分信息。(1)A的化学式为________。(2)C有毒，写出实验室用足量的NaOH溶液吸收C的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.某小组同学设计实验实现几种价态硫元素的转化。可选用的实验药品如下：①Na2SO3溶液；②浓硫酸；③Na2S溶液；④稀硫酸；⑤酸性KMnO4溶液；⑥品红溶液；⑦铜片。实验序号预期转化选择试剂证明实现转化的现象ⅰeq\o(S,\s\up8(＋4))→eq\o(S,\s\up8(＋6))ⅱ①③④淡黄色沉淀ⅲeq\o(S,\s\up8(＋6))→eq\o(S,\s\up8(＋4))②⑦⑥(3)实验ⅰ选择的试剂是________(填序号)，证明实现转化的现象是________，该转化利用了Na2SO3的________性。(4)实验ⅱ实现了＋4价和－2价S向0价S的转化，写出该转化反应的离子方程式：_________________________________________________________________________________________。每生成3mol硫单质，转移的电子数为________NA。(5)证明实现实验ⅲ转化的现象是________。答案(1)H2S(2)SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O(3)①⑤酸性KMnO4溶液褪色还原(4)SOeq\o\al(2－,3)＋2S2－＋6H＋=3S↓＋3H2O4(5)品红溶液褪色解析(1)A是硫的氢化物，硫元素呈－2价，故A的化学式是H2S。(2)C是硫的氧化物，硫元素呈＋4价，故C为SO2，用足量的NaOH溶液吸收C的化学方程式为SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O。(3)实验ⅰ预期转化为eq\o(S,\s\up8(＋4))→eq\o(S,\s\up8(＋6))，亚硫酸钠中硫元素呈＋4价，具有还原性，能被强氧化剂酸性KMnO4溶液氧化为硫酸根离子，则选择的试剂是①和⑤，反应现象为酸性KMnO4溶液褪色。(4)实验ⅱ实现了＋4价和－2价S向0价S的转化，Na2S溶液中硫元素呈－2价，亚硫酸钠中硫元素呈＋4价，二者在酸性条件下反应生成硫和水，该转化反应的离子方程式为SOeq\o\al(2－,3)＋2S2－＋6H＋=3S↓＋3H2O；由得失电子守恒可知，每生成3mol硫单质，转移的电子数为4NA。(5)实验ⅲ预期转化为eq\o(S,\s\up8(＋6))→eq\o(S,\s\up8(＋4))，选择的试剂为铜、浓硫酸，发生反应的化学方程式是Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O，二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色。14．(2023·福建三明高一检测)已知A是一种不溶于水的固体，在一定条件下有如图所示的转化关系(部分产物略)。试回答下列问题：(1)写出物质的化学式：A_____________________，E____________________。(2)写出有关反应的化学方程式。B＋C→A：___________________________________________________________________；F(浓)＋Cu→C：________________________________________________________________。(3)写出D和F的稀溶液反应的离子方程式：________________________________________。答案(1)SSO3(2)2H2S＋SO2=3S＋2H2O2H2SO4(浓)＋Cueq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(3)FeS＋2H＋=Fe2＋＋H2S↑解析(2)B为H2S，C为SO2，H2S和SO2反应生成硫单质和水，化学方程式为2H2S＋SO2=3S＋2H2O；由H2SO4的浓溶液与Cu反应生成SO2的化学方程式为2H2SO4(浓)＋Cueq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(3)FeS和H2SO4的稀溶液反应的离子方程式为FeS＋2H＋=Fe2＋＋H2S↑。15．(2022·山东烟台高一期末)物质类别和元素化合价是研究物质性质的两个重要角度。回答下列问题：Ⅰ.S在不同价态之间的转化：SO2eq\o(→,\s\up7(①),\s\do5(Na2CO3溶液))Na2SO3溶液eq\o(→,\s\do5(②))Na2S2O3溶液(1)欲制备Na2S2O3溶液，从化合价的角度分析，反应②合理的是________(填字母)。a．Na2SO3＋Na2SO4b．Na2SO3＋Sc．Na2SO3＋Na2S2O5Ⅱ.某兴趣小组模拟工业制取Na2S2O3的装置(夹持和加热装置略)如图所示。(2)装置A中发生反应的化学方程式为______________________________________________；装置B的作用为_________________________________________________________________。