高中化学必修1：3.2.1 不同价态硫元素之间的转化

高中化学必修课程PAGEPAGE1第2节硫的转化第1课时不同价态硫元素之间的转化[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过程，并能通过实验探究了解不同价态含硫物质的相互转化，增强科学探究与创新意识。2.能从物质类别和化合价的角度认识硫、二氧化硫、三氧化硫的性质，并能设计实验进行验证，分析、解释有关的实验现象，培养证据推理和模型认知能力。一、自然界中的硫1.自然界中不同价态硫元素之间的转化(1)硫的存在①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。②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。(2)自然界中不同价态硫元素间的转化(3)不同类别含硫物质中硫元素的化合价硫元素化合价物质类别氢化物单质氧化物含氧酸含氧酸盐＋6－－SO3H2SO4Na2SO4＋4－－SO2H2SO3Na2SO30－S－－－－2H2S－－－－2.认识硫单质(1)物理性质①单质硫俗称硫黄，是一种黄色或淡黄色的固体，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熔点和沸点都不高。(2)同素异形体①概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质。②硫的同素异形体有多种，如正交硫和单斜硫等。③常见非金属元素的同素异形体：金刚石和石墨、白磷和红磷、O2和O3等。(3)硫的性质实验探究实验操作实验现象用灼热的玻璃棒触及一端，当混合物呈红热状态后，移开玻璃棒，混合物继续保持红热，最终生成黑色固体熔化后的硫粉在氧气中燃烧，发出蓝紫色火焰，同时可闻到刺激性气味实验结论该反应为放热反应，反应生成黑色的硫化亚铁(FeS)硫能够在氧气中燃烧，反应生成二氧化硫(SO2)(4)化学性质①写出下列反应的化学方程式②硫与热碱液反应生成金属硫化物和亚硫酸盐。如3S＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(△))2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，该反应中硫体现氧化性和还原性。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。(5)硫黄的用途硫黄主要用于制造硫酸、化肥、火柴及杀虫剂等，还用于制造火药、烟花爆竹等。(1)从物质类别和元素化合价角度理解硫的化学性质：H2eq\o(S,\s\up6(－2))、Na2eq\o(S,\s\up6(－2))、Feeq\o(S,\s\up6(－2))eq\o(,\s\up7(被还原))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)硫在一定条件下与大多数金属反应生成相应的金属硫化物，与变价金属反应生成其低价金属硫化物。(3)硫与氧气反应，不论氧气是否足量、浓度如何，其一步反应都只能生成SO2，不能生成SO3。(1)试管内壁上附有硫单质时，能否用酒精洗涤，如不能，用什么洗涤？提示因为硫微溶于酒精，所以不能用酒精洗涤。应用二硫化碳或热的氢氧化钠溶液溶解洗涤。(2)单质间发生化合反应，能否生成Fe2S3或CuS?提示不能。单质硫与变价金属铁或铜化合只能生成FeS或Cu2S。(3)铁与硫反应生成FeS，与氯气反应生成FeCl3，能否说明氯气的氧化性比硫强？提示能。氯气将铁氧化为＋3价，而硫只能将铁氧化为＋2价。相关链接硫与银、汞的反应及其应用一般说来，S不能使具有可变化合价的金属显高价，且S与大多数金属的反应需在加热条件下才能完成，但是S与Hg、Ag等不活泼金属的反应在常温下就能进行，且能使Hg显高价。①利用Ag和S的反应可以鉴别出真假银：用一布条沾上少量硫黄粉末在待鉴别的器皿表面用力摩擦，若摩擦处出现黑斑则说明是真银，否则为假银。②利用Hg和S的反应可以消除温度计、气压计、血压计等被打破后汞的毒害，所以若汞不慎洒落在地面上，要立即打开门窗通风，并尽量设法收集起来，残余的部分可覆盖硫粉处理，以免汞蒸气中毒。二、实验室里研究不同价态硫元素之间的转化1.实验原理硫元素常见的化合价有－2、0、＋4和＋6，其中－2价为硫元素的最低化合价，＋6价为硫元素的最高化合价。根据氧化还原反应的规律，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.实验探究预期转化选择试剂实验操作和现象实验结论H2O、H2S、SO2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→H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4SO2、新制氯水、氯化钡溶液将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SO2在水中能被强氧化剂氧化为SOeq\o\al(2－,4)H2SO4→SO2铜片、浓硫酸加热铜片和浓硫酸的混合物，有刺激性气味气体生成H2SO4被金属铜还原为SO2不同价态硫元素间转化的思维模型相关链接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))三、二氧化硫的性质1.物理性质二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。2.实验探究实验操作实验现象溶液颜色变红色溶液先变红，振荡后褪色，再加热后溶液颜色恢复红色实验结论SO2的水溶液显酸性SO2具有漂白性，能与品红生成无色化合物，但生成的化合物不稳定3.化学性质(1)二氧化硫与氯气的漂白性比较(2)可逆反应的含义可逆反应是在相同条件下能同时向正、反两个方向进行的反应。(1)二氧化硫溶于水，所得溶液中硫元素存在于哪几种微粒中？提示SO2、H2SO3、HSOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)。二氧化硫溶于水，与水反应生成亚硫酸，该反应为可逆反应；亚硫酸不能完全电离，电离方程式为：H2SO3H＋＋HSOeq\o\al(－,3)，HSOeq\o\al(－,3)H＋＋SOeq\o\al(2－,3)。(2)氯气和二氧化硫都能使品红溶液褪色，原理是否相同？若将等物质的量的氯气和二氧化硫气体相混合后漂白能力是否会增强？提示氯气使品红溶液褪色是因为氯气与水反应生成的次氯酸具有强氧化性，可以将有色物质氧化成无色物质，此过程是不可逆的，而二氧化硫使品红溶液褪色是可逆的。若将等物质的量的氯气和二氧化硫气体相混合后，在溶液中发生反应SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl，从而失去漂白能力。(3)易错辨析①褪色不都是漂白，有机色质(如纸张、布条)被氧化或因为发生化合反应而褪色称为漂白，无机离子或分子因为发生氧化还原反应而褪色不叫漂白，如SO2将MnOeq\o\al(－,4)还原为Mn2＋，不是漂白。②SO2的漂白是“化合型”漂白，即与有色物质化合生成无色不稳定化合物，与SO2是酸性气体、有还原性无关。SO2的漂白具有选择性，不能漂白酸碱指示剂。相关链接(1)根据SO2分子中S的价态可知，SO2中的S在反应中既可得到电子也可失去电子，既具有氧化性又具有还原性。SO2的性质可总结为“三性一特性”：“三性”指氧化性(主要指SO2＋2H2S=3S↓＋2H2O)、还原性(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(能使品红溶液褪色，但加热后溶液又恢复红色)。(2)三氧化硫的性质与制法①标准状况下，SO3是一种无色固体，熔点(16.8℃)、沸点(44.8℃)较低。②SO3是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，主要反应如下：③工业上可将SO2催化氧化制得SO3，然后将SO3溶于水制取硫酸。涉及的主要反应为2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3、SO3＋H2O=H2SO4(工业实际生产中是用98.3%的浓硫酸吸收SO3)。1.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。2.某物质只由一种元素组成，该物质不可能是()A.混合物 B.纯净物C.单质 D.化合物[答案]D[解析]该物质不可能是化合物，可能是一种单质或是几种单质的混合物，如氧气和臭氧。3.0.1mol某单质与足量的硫充分反应后，质量增加1.6g，则该单质是()A.CuB.FeC.AlD.Ca[答案]A[解析]由题意可知，1.6g即为参与反应的硫的质量，则n(S)＝0.05mol，该单质与硫的物质的量之比为2∶1，因此该单质为铜。4.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。5.下列反应中，SO2做还原剂的是()A.SO2＋NaOH=NaHSO3B.SO2＋H2O2=H2SO4C.SO2＋2H2S=3S↓＋2H2OD.2Mg＋3SO2=S＋2MgSO3[答案]B[解析]选项B中，二氧化硫中硫元素化合价升高，二氧化硫做还原剂。6.下列变化，需要加入还原剂才能实现的是()A.H2SO4→SO2 B.H2S→SO2C.S→SO2 D.SOeq\o\al(2－,3)→SO2[答案]A[解析]含硫物质与加入的还原剂反应时，硫元素的化合价降低。7.下列气体中，无色有毒、能污染大气，能用碱液吸收的是()A.一氧化碳B.二氧化碳C.二氧化硫D.氯气[答案]C[解析]一氧化碳、二氧化硫、氯气有毒，一氧化碳不能与碱液反应，氯气为黄绿色。8.下列反应中，不能说明SO2是酸性氧化物的是()A.SO2＋H2OH2SO3B.SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2OC.2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3D.SO2＋CaO=CaSO3[答案]C[解析]酸性氧化物的性质主要是与碱反应生成盐和水、与水反应只生成相应酸、与碱性氧化物反应生成盐，而C项中SO2被氧化，只能说明SO2具有还原性。9.下列变化可以说明SO2具有漂白性的是()A.SO2通入溴水中，溴水褪色B.SO2通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液的紫红色褪去C.SO2通入品红溶液中，溶液的红色褪去D.SO2通入滴有酚酞的氢氧化钠溶液中，溶液的红色褪去[答案]C[解析]A、B项，二氧化硫气体通入溴水或酸性高锰酸钾溶液中，溶液褪色，体现了二氧化硫的还原性，错误；C项，二氧化硫使品红溶液褪色，体现了二氧化硫的漂白性，正确；D项，滴有酚酞的氢氧化钠溶液呈红色，通入SO2后发生反应：SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O，溶液的红色褪去，体现了SO2是酸性氧化物的性质，错误。10.如下图，利用培养皿探究SO2的性质。实验时向Na2SO3固体上滴几滴浓硫酸，立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象的描述或所做的解释不正确的是()选项实验现象解释ABaCl2溶液变浑浊SO2与BaCl2溶液反应产生了BaSO3沉淀BNa2S溶液变浑浊SO2与