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第5章 化工生产中的重要非金属元素
实验活动5 不同价态含硫物质的转化
导入一
自然界中硫的存在与转化如下图所示,请按元素化合价将其中的含硫物质进行分类。
-2价:H2S、As4S4、As2S3、HgS；-1价:FeS2；0价:S；
+4价:SO2、H2SO3；+6价:SO3、H2SO4、CaSO4·2H2O、Na2SO4·10H2O。
在一定条件下,自然界中不同价态的含硫物质可以实现相互转化,那如何在实验室里实现不同价态含硫物质的相互转化呢
导入二
硫元素的“价-态”二维图如下,理解物质间的转化关系。
通过上图的启发和提示,请同学们思考一下,在实验室如何实现不同价态含硫物质的相互转化
导入二
依据氧化还原反应原理可知:实现物质由低价态到高价态的转化,需要选择合适的氧化剂;实现物质由高价态向低价态的转化,需要选择合适的还原剂。
同学们在设计实验的同时,需要考虑到实验要遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。接下来让我们选择合适的试剂,通过实验操作来验证不同价态含硫物质之间的转化规律。
一、不同价态含硫物质的相互转化
【实验1】Na2S→S
1.实验操作:在两支试管中分别加入1 mL Na2S溶液,向其中一支边振荡边滴加 H2SO3溶液,另一支边振荡边滴加酸性 KMnO4溶液,用浸 NaOH 溶液的棉团分别塞住两个试管口,观察并记录实验现象。
2.实验现象:滴入 H2SO3溶液的试管中,出现淡黄色浑浊现象;滴入酸性 KMnO4溶液的试管中,溶液紫红色逐渐消失,并出现淡黄色浑浊现象。
3.反应原理:2S2- +3H2SO3 3S↓+3H2O+2SO32- 、
5S2- + 2MnO4- +16H+ 2Mn2+ + 8H2O + 5S↓。
一、不同价态含硫物质的相互转化
1.实验装置:
2.实验操作：如上图所示连接仪器装置，向试管中加入 1 mL 浓硫酸和一小块铜片，塞上带导管的单孔橡胶塞，加热，观察并记录实验现象。
【实验2】H2SO4 →SO2
一、不同价态含硫物质的相互转化
3.实验现象:浓硫酸和铜片反应产生气泡,品红溶液颜色逐渐变浅直至褪色。
4.反应条件:铜与浓硫酸反应需要加热。
5.反应原理:Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 。
一、不同价态含硫物质的相互转化
【实验3】S→FeS
1.实验操作:将 0.5 g 硫粉和 1.0 g 铁粉均匀混合,放在陶土网上堆成条状。用灼热的玻璃棒触及混合粉末的一端,当混合物呈红热状态时,移开玻璃棒,观察并记录实验现象。
2.实验现象:刚开始无现象,玻璃棒呈红热状态后,反应迅速,并有黑色固体生成。
3.反应原理:Fe+S FeS。
一、不同价态含硫物质的相互转化
交流与讨论
1.铁粉和硫粉在空气中混合燃烧，可能发生哪些化学反应？
提示：可能发生铁和氧气、铁和硫、硫和氧气的反应。
2.在实验过程中你遇到了哪些问题 你是如何解决的
提示:在实验 1 中可能遇到实验现象不明显的问题，在操作中要注意充分摇动试管;实验 2 中的反应过于剧烈,要注意控制加热的温度;实验 3 中不能引燃,用灼热的玻璃棒触及反应混合物粉末的一端,混合物呈红热状态就移开玻璃棒。
一、不同价态含硫物质的相互转化
3.若试管内壁附着有单质硫时，可加入NaOH 溶液加热,然后洗涤,即可除去,试分析其反应原理并写出相关反应的化学方程式
提示:单质硫的化合价为0价,既可升高也可降低,当与 NaOH 溶液反应时,硫发生歧化反应生成易溶于水的 Na2S和 Na2SO3,反应的化学方程式为
3S + 6NaOH 2Na2S+Na2SO3+3H2O
一、不同价态含硫物质的相互转化
4.SO2具有还原性,浓硫酸具有强氧化性,能否用浓硫酸干燥 SO2
提示:能。SO2中的硫元素显 +4 价,硫酸中的硫元素显 +6 价,硫元素的化合价在 +4、+6 价之间不存在中间价态,SO2 虽具有还原性,但不能被浓硫酸氧化,故可以用浓硫酸干燥 SO2。
二、不同价态含硫化合物的转化规律
1.硫元素最高价(+6)只有氧化性,最低价(-2)只有还原性;中间价(0、+4)既有氧化性,又有还原性。使硫元素由高价态向低价态转化,需要加入还原剂;使硫元素由低价态向高价态转化,需要加入氧化剂。
2.硫及其化合物之间的相互转化:
①2H2S+O2 2S↓+2H2O(或2H2S+3O2 2SO2+2H2O)
②2H2S+SO2 3S+2H2O
③S+O2 SO2
二、不同价态含硫化合物的转化规律
④2SO2+O2 2SO3
⑤2Na2SO3+O2 2Na2SO4
⑥H2O+SO2 H2SO3
⑦2NaOH+SO2 Na2SO3+H2O
⑧SO3+H2O H2SO4
⑨2NaOH+H2SO4 Na2SO4+2H2O
⑩BaCl2+H2SO4 BaSO4↓+2HCl
二、不同价态含硫化合物的转化规律
归纳总结
不同价态含硫物质间的相互转化符合氧化还原反应规律:
相同价态含硫化合物间的相互转化符合酸碱反应转化规律。
二、不同价态含硫化合物的转化规律
1.下列转化需要加入氧化剂才能实现的是 ( )
A.H2S→SO2
B.H2SO4→SO2
C.SO42- →BaSO4
D.SO32- →SO2
A
二、不同价态含硫化合物的转化规律
2.下列离子反应方程式书写正确的是 ( )
A.硫化亚铁与盐酸反应:S2- +2H+ H2S↑
B.SO2通入溴水中:SO2+Br2+2H2O SO42- +2Br- +4H+
C.硫酸和氢氧化钡溶液混合:H+ +SO42- +Ba2+ +OH- BaSO4↓+H2O
D.亚硫酸与氢氧化钠溶液混合:H+ +OH- H2O
B
二、不同价态含硫化合物的转化规律
3.将SO2通入BaCl2溶液,未见沉淀,通入另一气体X仍无沉淀,则X
可能是 ( )
A.H2S B.NH3
C.Cl2 D.CO2
D
总结
不同价态含硫物质间的相互转化:
课堂练习
1.甲、乙、丙、丁四种物质之间的转化关系如下所示,则下列说法错
误的是 ( )
A.若甲是C,则乙可能是 O2
B.若甲是Fe,则乙可能是Cl2
C.若甲是 NaOH 溶液,则乙可能是SO2
D.若甲是 H2S,则乙可能是 O2
B
课堂练习
2.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( )
A.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 1 mol 稀硫酸时,转移 6 mol 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%
C
课堂练习
3.含硫煤燃烧会产生大气污染物,为防治该污染,某工厂设计了新的
治污方法,同时可得到化工产品,该工艺流程如图所示,下列叙述不
正确的是 ( )
A.该过程中可得到化工产品 H2SO4
B.该工艺流程的目的是除去煤燃烧时产生的SO2
C.该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S
D.图中涉及的反应之一为 Fe2(SO4)3 +SO2 +2H2O 2FeSO4+2H2SO4
C
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