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基础课时3　不同价态含硫物质的转化
学习目标　1.认识硫元素在物质中可以具有不同价态,可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的转化。2.能从物质类别、元素价态变化的视角,说明硫及其化合物的转化路径,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。
一、自然界中硫的存在与转化
问题探究
问题1　火山喷发时,喷口附近会产生硫酸或亚硫酸。你能简单表示出硫酸或亚硫酸是如何转化生成的吗 (示例:SO3—→H2SO4)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　向Na2S溶液中通入二氧化硫气体会反应生成黄色的硫沉淀,你能利用氧化还原反应的知识分析负二价硫和正四价硫的表现的性质吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　根据浓硫酸与铜发生的反应,从氧化还原的角度分析硫酸表现的性质及实质。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题4　把硫粉和还原铁粉混合均匀,用在酒精灯加热的玻璃棒插在混合物中间,发现粉末剧烈反应,移开玻璃棒继续保持红热。该反应是放热反应还是吸热反应 从氧化还原反应角度分析说明硫表现什么性质 反应过程中还可能发生哪些反应
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
借助硫元素的价类二维图理解物质间的转化关系
(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现。如:
其中②③④反应的化学方程式分别为H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O;Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑;SO2+Na2SO3+H2O===2NaHSO3。
(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。硫元素常见的化合价有-2、0、+4、+6价,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。
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,可用下图表示。
①含硫物质的连续氧化
硫元素
②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。
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.硫在自然界只有游离态
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
2.下列过程中硫元素被还原的是 (　　)
A.S→SO2 B.H2SO4→SO2
C.Na2S→H2S D.H2S→S
3. 硫及其化合物的类别与价态关系如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.a在空气中充分燃烧可生成b
B.d的浓溶液可以干燥气体b
C.a与铁粉混合加热生成Fe2S3
D.c可与水反应生成d
二、实验室中研究不同价态含硫物质的转化
1.硫的化合价与性质的关系
2.实验探究含硫物质的转化
序 号 转化目标 (价态变化) 转化前 含硫物质 选择 试剂 转化后 含硫物质 预期现象
① -2→0 Na2S溶液 或H2S 溶液 氯水 S 溶液黄绿色褪去,有黄色沉淀产生
② -2→+4 H2S O2 SO2 充分燃烧,产生刺激性气味气体
序 号 转化目标 (价态变化) 转化前 含硫物质 选择 试剂 转化后 含硫物质 预期现象
③ 0→-2 S粉末 Na Na2S 产生轻微的爆炸声
④ 0→+4 S粉末 浓硫酸 SO2 有刺激性气味气体产生
⑤ +4→0 SO2 H2S S 有黄色固体产生
⑥ +6→+4 浓硫酸 Cu SO2 红色固体溶解,有刺激性气味气体产生;加入水中稀释溶液变蓝
⑦ +4→+6 Na2SO3 溶液 KMnO4 溶液 Na2SO4 溶液紫红色褪去
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.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
2.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(填序号) 证明实现转化的现象
ⅰ
ⅱ ①、③、④ 黄色沉淀
ⅲ ②、⑦、⑥
(1)实验ⅰ选择的试剂是①和　　　　　　(填序号),该转化利用了Na2SO3的　　　　　　性。
(2)实验ⅱ实现了　　　　价S向　　　　价S的转化。
(3)实验ⅲ中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
:课后完成　第五章　基础课时3
阶段重点突破练(一)基础课时3　不同价态含硫物质的转化
学习目标　1.认识硫元素在物质中可以具有不同价态,可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的转化。2.能从物质类别、元素价态变化的视角,说明硫及其化合物的转化路径,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。
一、自然界中硫的存在与转化
问题探究
问题1　火山喷发时,喷口附近会产生硫酸或亚硫酸。你能简单表示出硫酸或亚硫酸是如何转化生成的吗 (示例:SO3H2SO4)
提示　
问题2　向Na2S溶液中通入二氧化硫气体会反应生成黄色的硫沉淀,你能利用氧化还原反应的知识分析负二价硫和正四价硫的表现的性质吗
提示　硫元素有-2、0、+4、+6几种价态,Na2S中-2价硫只具有还原性,失电子,化合价升高,生成硫单质;SO2中的S为+4价,得电子化合价降低生成硫单质,表现氧化性。
问题3　根据浓硫酸与铜发生的反应,从氧化还原的角度分析硫酸表现的性质及实质。
提示　反应生成硫酸铜和二氧化硫,说明浓硫酸中+6硫的氧化性很强,能氧化活动性很弱的金属铜而被还原为+4价硫,表现氧化性。
问题4　把硫粉和还原铁粉混合均匀,用在酒精灯加热的玻璃棒插在混合物中间,发现粉末剧烈反应,移开玻璃棒继续保持红热。该反应是放热反应还是吸热反应 从氧化还原反应角度分析说明硫表现什么性质 反应过程中还可能发生哪些反应
提示　停止加热后,药品继续保持红热,说明反应继续进行,该反应为放热反应,单质硫为0价,化合价可以降低为-2价,表现氧化性。可能发生的反应:Fe+SFeS;S+O2SO2(有刺激性气味的气体生成);3Fe+2O2Fe3O4。
【探究归纳】
借助硫元素的价类二维图理解物质间的转化关系
(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现。
如:
其中②③④反应的化学方程式分别为H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O;Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑;SO2+Na2SO3+H2O===2NaHSO3。
(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。硫元素常见的化合价有-2、0、+4、+6价,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。
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,可用下图表示。
①含硫物质的连续氧化
硫元素
②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。
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.硫在自然界只有游离态
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　A
解析　A项,S元素在自然界中既有S单质,也有H2S、S、有机硫,故硫元素在自然界既有游离态又有化合态;B项,煤中含有硫元素,煤燃烧时其中的S变为SO2,可与CaO、O2反应产生CaSO4,可减少大气中S的含量,达到脱硫的目的;C项,S原子最外层有6个电子,原子半径比较大,因而S的氧化性比较弱,在和变价金属反应时,通常将变价金属氧化成低价态;D项,硫化氢溶于水得到氢硫酸,氢硫酸是二元弱酸,具有酸的通性,能与碱、碱性氧化物反应产生盐和水。
2.下列过程中硫元素被还原的是 (　　)
A.S→SO2 B.H2SO4→SO2
C.Na2S→H2S D.H2S→S
答案　B
解析　A项,S→SO2,硫元素化合价从0价升高到+4价,被氧化;B项,H2SO4→SO2,硫元素化合价从+6价降低到+4价,被还原;C项,Na2S→H2S,硫元素始终为-2价,S元素的化合价没有变化;D项,H2S→S,硫元素化合价从-2价升高到0价,被氧化。
3. 硫及其化合物的类别与价态关系如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.a在空气中充分燃烧可生成b
B.d的浓溶液可以干燥气体b
C.a与铁粉混合加热生成Fe2S3
D.c可与水反应生成d
答案　C
解析　由图可知,a、b、c、d分别为硫单质、二氧化硫、三氧化硫、硫酸。硫和氧气燃烧生成二氧化硫,A正确;浓硫酸具有吸水性,能干燥二氧化硫气体,B正确;硫氧化性较弱,和铁单质反应生成硫化亚铁(FeS),C错误;三氧化硫为酸性氧化物,和水生成硫酸,D正确。
二、实验室中研究不同价态含硫物质的转化
1.硫的化合价与性质的关系
2.实验探究含硫物质的转化
序 号 转化目标 (价态变化) 转化前 含硫物质 选择试剂 转化后含硫物质 预期现象
① -2→0 Na2S溶液 或H2S溶液 氯水 S 溶液黄绿色褪去,有黄色沉淀产生
② -2→+4 H2S O2 SO2 充分燃烧,产生刺激性气味气体
③ 0→-2 S粉末 Na Na2S 产生轻微的爆炸声
④ 0→+4 S粉末 浓硫酸 SO2 有刺激性气味气体产生
⑤ +4→0 SO2 H2S S 有黄色固体产生
⑥ +6→+4 浓硫酸 Cu SO2 红色固体溶解,有刺激性气味气体产生;加入水中稀释溶液变蓝
⑦ +4→+6 Na2SO3溶液 KMnO4溶液 Na2SO4 溶液紫红色褪去
1.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。
2.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(填序号) 证明实现转化的现象
ⅰ
ⅱ ①、③、④ 黄色沉淀
ⅲ ②、⑦、⑥
(1)实验ⅰ选择的试剂是①和　　　　　　(填序号),该转化利用了Na2SO3的　　　　　　性。
(2)实验ⅱ实现了　　　　价S向　　　　价S的转化。
(3)实验ⅲ中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)⑤　还原　(2)+4价(或-2价)　0　(3)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
解析　(1)实验ⅰ实现+4价的硫转化为+6价的硫,可选择的试剂为①和⑤,现象是酸性KMnO4溶液褪色,该转化利用了Na2SO3的还原性。(2)实验ⅱ选用了试剂Na2SO3溶液、Na2S溶液、稀硫酸,发生了归中反应,方程式为Na2SO3+2Na2S+3H2SO4===3Na2SO4+3S↓+3H2O,实现了+4价(或-2价)的硫转化为0价的硫。(3)实验ⅲ选用的试剂为②、⑦、⑥,发生的反应为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,证明实现转化的现象是将产生气体通入品红溶液,品红褪色。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)自然界中硫的存在与转化
1.下列含硫物质中,硫元素只有还原性的是 (　　)
A.H2S B.S
C.SO2 D.H2SO4
答案　A
解析　硫元素最高价为+6价,最低价为-2价,当硫元素呈现-2价时只有还原性。
2.多数含硫化合物具有强还原性,下列含硫化合物能在空气中稳定存在的是 (　　)
A.硫化钠 B.亚硫酸钠
C.亚硫酸 D.硫酸钠
答案　D
解析　硫化钠、亚硫酸钠及亚硫酸中硫元素的化合价均非最高价态,它们在空气中能被氧气氧化。
3.硫在空气中燃烧生成气体A,把气体A溶于水得溶液B,向溶液B中滴加溴水,溴水褪色,B变成C,在溶液C中加入Na2S产生气体D,把气体D通入溶液B得黄色沉淀E。A、B、C、D、E都含同一种元素。则A、B、C、D、E分别是 (　　)
A.SO2、H2SO4、H2SO3、H2S、S
B.SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、S
C.SO2、H2SO3、H2SO4、SO3、Na2S2O3
D.SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3
答案　B
解析　硫在空气中燃烧生成SO2,SO2溶于水得亚硫酸,向亚硫酸中滴加溴水,生成H2SO4和HBr,在硫酸中加入Na2S产生H2S,H2S与H2SO3反应产生黄色沉淀S,故B正确。
4.(2024·福建南平市高一期末质量检测)硫元素及其化合物之间存在如图所示的相互转化,下列说法正确的是 (　　)
A.反应③可以在氧气不足情况下实现
B.反应⑥可以加入酸性高锰酸钾溶液实现
C.反应⑦只与水化合反应实现
D.反应⑧可以通过复分解反应实现
答案　D
解析　H2S完全燃烧生成SO2,氧气不足,H2S会被氧气氧化为硫单质,A错误;二氧化硫具有还原性,高锰酸钾具有氧化性,两者反应生成硫酸根离子,B错误;二氧化硫需被氧化剂氧化为+6价硫,只和水反应不能生成硫酸,C错误;硫酸和亚硫酸钠生成硫酸钠、二氧化硫和水,为复分解反应,D正确。
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H2SO3
B.H2S与浓H2SO4在不同的条件下反应的氧化产物只能是SO2
C.单质氧化物酸或碱盐,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:SSO3H2SO4
答案　C
解析　A项,SO2、H2SO3虽然有还原性,但与浓H2SO4之间不能发生氧化还原反应,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的燃烧反应只生成SO2,不能生成SO3。
6.硫元素的几种化合物及其单质存在下列转化关系(反应条件省略)。
H2SO4(浓)SO2Na2SO3Na2S2O3S
下列判断不正确的是 (　　)
A.反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
B.反应②表明SO2具有酸性氧化物的性质
C.反应③属于四大基本反应类型中的化合反应
D.反应④中稀H2SO4作氧化剂
答案　D
解析　反应①为浓硫酸氧化铜单质的反应,浓硫酸作氧化剂被还原成SO2,化合价降低2价,Cu作还原剂被氧化成Cu2+,化合价升高2价,所以氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1,故A正确;二氧化硫与NaOH反应生成盐和水,表明二氧化硫为酸性氧化物,故B正确;反应③为Na2SO3+S===Na2S2O3,生成物只有一种,属于四大基本反应类型中的化合反应,故C正确;反应④的化学方程式:Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,稀硫酸既不是氧化剂也不是还原剂,故D错误。
(二)实验室中研究不同价态含硫物质的转化
7.Na2SO3中+4价的硫元素,既有氧化性,又有还原性。要证明Na2SO3具有还原性,需选用的试剂是 (　　)
A.硫化钠溶液 B.盐酸
C.氯化钙溶液 D.溴水
答案　D
解析　要证明Na2SO3具有还原性,应选用具有氧化性的溴水。
8.灼烧绿矾的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O。将绿矾灼烧后生成的气体通入下图装置,下列叙述不正确的是 (　　)
A.①中棉团颜色褪去
B.②中棉团颜色褪去,体现了SO2的还原性
C.③中同时有BaSO3和BaSO4生成
D.④中可发生反应:SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
答案　C
解析　SO2可使品红褪色,①中棉团颜色褪去 ,A正确;KMnO4具有氧化性,能氧化SO2,②中棉团颜色褪去,体现了SO2的还原性,B正确;将生成的气体通入BaCl2溶液中发生反应:SO3+H2O===H2SO4,H2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2HCl,由于H2SO3酸性小于HCl,因此不能与BaCl2反应,故无BaSO3生成,C错误;④为吸收尾气(SO2)的装置,可发生反应:SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O,D正确。
9.某化学课外小组利用下图装置探究SO2的性质。
请回答下列问题:
(1)装置甲中A仪器的名称是　　　　　　,烧瓶内发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　 　。
(2)装置乙中出现的现象是　　　　　　　　　　　　。可以证明SO2具有　　　　(填代号)。
A.氧化性 B.还原性
C.漂白性
(3)装置丙中发生的反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　,可以证明SO2具有　　　　(填代号)
A.氧化性 B.还原性
C.漂白性
(4)收集SO2气体可以选择的装置为　　　　(填代号)。
(5)从环保的角度考虑,收集装置的出气口需要连接一个盛有　　　　(填化学式)溶液的洗气瓶,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)分液漏斗　Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)溶液紫色褪去　B
(3)2H2S+SO2===3S↓+2H2O　A
(4)a　(5)NaOH　SO2+2OH-===S+H2O(合理即可)
解析　利用铜与浓硫酸共热制备二氧化硫,通过酸性高锰酸钾溶液检验其还原性,通过氢硫酸检验其氧化性。(1)装置甲中A仪器的名称是分液漏斗,发生的反应为铜和浓硫酸反应制备SO2气体,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;(2)装置乙中,SO2会使酸性KMnO4溶液紫色褪去,证明SO2具有还原性;(3)装置丙中SO2与H2S反应生成S单质,反应的方程式为2H2S+SO2===3S↓+2H2O,体现SO2的氧化性;(4)SO2的密度比空气大,应选用向上排空气法收集,故其收集装置可以选a;(5)二氧化硫具有毒性,要进行尾气处理,可以用氢氧化钠来吸收,发生反应的离子方程式为SO2+2OH-===S+H2O。(合理即可)
B级　素养培优练
10.硫及其化合物的价类二维表如图所示,则下列说法错误的是 (　　)
A.将X与Y混合,可生成黄色固体
B.Y与氯气等物质的量混合后能增强漂白性
C.在蔗糖中倒入W的浓溶液,可验证W的浓溶液具有脱水性和强氧化性
D.从氧化还原角度分析,欲制备Na2S2O3,可用Na2SO3与S反应制得
答案　B
解析　X为气态氢化物,则X为H2S,Y为硫元素的+4价氧化物,则Y为SO2,Z为+4价的盐,则Z可能为Na2SO3,W为+6价的酸,则W为H2SO4,据此解答。A项,将X与Y混合,二氧化硫和硫化氢反应生成黄色固体硫和水;B项,等物质的量SO2与氯气混合后,同时与水反应生成硫酸和盐酸,漂白性消失;C项,在蔗糖中倒入浓硫酸溶液,蔗糖会变黑且疏松多孔,可验证浓硫酸溶液具有脱水性和强氧化性;D项,Na2S2O3中S元素化合价为+2价,Na2SO3与S中S元素化合价分别为+4价和0价,从氧化还原角度分析,可用Na2SO3与S反应制得Na2S2O3。
11.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.该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S
C.该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2
D.图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4
答案　B
解析　A项,由图示可知该过程可得到化工产品硫酸;B项,根据流程图可知,化合价发生变化的元素有铁、硫、氧三种元素;C项,该工艺把二氧化硫最终转化为硫酸;D项,图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4。
12.大气污染物SO2易溶于水,通常表现出较强的还原性,对人体的呼吸系统和中枢神经系统等均有毒性作用。认识和利用SO2的性质可有效防治SO2对环境的污染,并实现SO2的综合利用。某研究团队提出的SO2烟气脱硫工艺流程如下,该流程中脱硫剂反复循环,可实现对烟气中SO2的持续脱除。已知:脱硫塔中发生的主要反应为2CaS+3SO2===2CaSO3+3S、2CaSO3+O2===2CaSO4。
下列有关说法不正确的是 (　　)
A.脱硫塔中反应生成的S为还原产物
B.经冷凝器得到的几种单质S2、S4、S6和S8互为同素异形体
C.将CaSO4和煤粉碎混合,再投入再生塔,有利于反应充分进行
D.再生塔中得到的X主要成分为CaS
答案　A
解析　A项,脱硫塔发生反应2CaS+3SO2===2CaSO3+3S,根据价态规律,CaS→S和SO2→S,则S为氧化产物和还原产物;B项,S2、S4、S6和S8都为S的不同单质,互为同素异形体;C项,将CaSO4和煤粉碎混合,增大反应物接触面积,有利于反应充分进行;D项,“再生塔”中C与CaSO4反应生成CO2和X,根据原子守恒和电子守恒规律,可判断X为CaS。
13.某研究小组为研究不同价态含硫物质的转化,设计实验如下,请回答有关问题。
[实验方案]　按下图装置进行实验:
[问题讨论]
(1)A中反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　。
(2)B中品红溶液褪色,说明A中反应硫元素的价态由+6价转化为　　　　价。
(3)C中出现黄色沉淀,反应中Na2S作　　　　(填“氧化剂”或“还原剂”,下同),SO2作　　　　。
(4)若D中有S生成,则可说明硫元素的化合价由+4价转化为+6价,检验D中有S生成的方法是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　, D中FeCl3试剂也可用　　　　(填序号)代替。
a.NaCl溶液 b.酸性KMnO4溶液
c.氯水 d.BaCl2溶液
(5)E的作用是　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O　(2)+4　(3)还原剂　氧化剂
(4)取D中反应后的溶液少许于试管中,先加入盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,则证明D中有S生成　bc　(5)吸收SO2尾气,防止污染环境
解析　(1)A为SO2的发生装置,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。(2)品红溶液褪色,说明生成SO2气体,即H2SO4转化为SO2,硫元素的价态由+6价转化为+4价。(3)C中可观察到有黄色沉淀生成,发生反应2Na2S+3SO2===3S↓+2Na2SO3,该反应中,Na2S 中S的化合价由-2价升为0价,Na2S做还原剂,发生氧化反应,SO2的化合价由+4价降为0价,SO2做氧化剂,发生还原反应。(4)D中发生反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++S+4H+,要想证明硫元素的价态转化,只需要证明产物中有S即可,所以取D中反应后的溶液少许于试管中,先加入盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,则证明D中有S生成;D中FeCl3做氧化剂,选项中酸性KMnO4溶液和氯水具有强氧化性,可代替FeCl3溶液。(5)SO2是污染性气体,需要尾气处理,E装置的作用是吸收SO2尾气,防止污染环境。(共51张PPT)
第一节　硫及其化佫物
基础课时 不同价态含硫物质的转化
3
第五章
化工生产中的重要非金属元素
1.认识硫元素在物质中可以具有不同价态,可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的转化。
2.能从物质类别、元素价态变化的视角,说明硫及其化合物的转化路径,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。
学习目标
一、自然界中硫的存在与转化
二、实验室中研究不同价态含硫物质的转化
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、自然界中硫的存在与转化
对点训练
问题探究
问题1　火山喷发时,喷口附近会产生硫酸或亚硫酸。你能简单表示出硫酸或亚硫酸是如何转化生成的吗 (示例:SO3 H2SO4)
―→
问题2　向Na2S溶液中通入二氧化硫气体会反应生成黄色的硫沉淀,你能利用氧化还原反应的知识分析负二价硫和正四价硫的表现的性质吗
提示　硫元素有-2、0、+4、+6几种价态,Na2S中-2价硫只具有还原性,失电子,化合价升高,生成硫单质;SO2中的S为+4价,得电子化合价降低生成硫单质,表现氧化性。
问题3　根据浓硫酸与铜发生的反应,从氧化还原的角度分析硫酸表现的性质及实质。
提示　反应生成硫酸铜和二氧化硫,说明浓硫酸中+6硫的氧化性很强,能氧化活动性很弱的金属铜而被还原为+4价硫,表现氧化性。
问题4　把硫粉和还原铁粉混合均匀,用在酒精灯加热的玻璃棒插在混合物中间,发现粉末剧烈反应,移开玻璃棒继续保持红热。该反应是放热反应还是吸热反应 从氧化还原反应角度分析说明硫表现什么性质 反应过程中还可能发生哪些反应
提示　停止加热后,药品继续保持红热,说明反应继续进行,该反应为放热反应,单质硫为0价,化合价可以降低为-2价,表现氧化性。可能发生的反应:Fe+S FeS;S+O2 SO2(有刺激性气味的气体生成);3Fe+2O2 Fe3O4。
【探究归纳】
借助硫元素的价类二维图理解物质间的转化关系
(1)相同价态硫的转化是通过酸、碱反应实现。如:
其中②③④反应的化学方程式分别为H2SO3+2NaOH===Na2SO3+2H2O;Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑;SO2+Na2SO3+H2O===2NaHSO3。
(2)不同价态硫的转化是通过氧化还原反应实现的。硫元素常见的化合价有-2、0、+4、+6价,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。
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,可用下图表示。
①含硫物质的连续氧化
硫元素
②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。
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.硫在自然界只有游离态
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
A
解析　A项,S元素在自然界中既有S单质,也有H2S、S、有机硫,故硫元素在自然界既有游离态又有化合态;B项,煤中含有硫元素,煤燃烧时其中的S变为SO2,可与CaO、O2反应产生CaSO4,可减少大气中S的含量,达到脱硫的目的;C项,S原子最外层有6个电子,原子半径比较大,因而S的氧化性比较弱,在和变价金属反应时,通常将变价金属氧化成低价态;D项,硫化氢溶于水得到氢硫酸,氢硫酸是二元弱酸,具有酸的通性,能与碱、碱性氧化物反应产生盐和水。
2.下列过程中硫元素被还原的是 (　　)
A.S→SO2 B.H2SO4→SO2
C.Na2S→H2S D.H2S→S
解析　A项,S→SO2,硫元素化合价从0价升高到+4价,被氧化;B项,H2SO4→SO2,硫元素化合价从+6价降低到+4价,被还原;C项,Na2S→H2S,硫元素始终为-2价,S元素的化合价没有变化;D项,H2S→S,硫元素化合价从-2价升高到0价,被氧化。
B
3. 硫及其化合物的类别与价态关系如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.a在空气中充分燃烧可生成b
B.d的浓溶液可以干燥气体b
C.a与铁粉混合加热生成Fe2S3
D.c可与水反应生成d
解析　由图可知,a、b、c、d分别为硫单质、二氧化硫、三氧化硫、硫酸。硫和氧气燃烧生成二氧化硫,A正确;浓硫酸具有吸水性,能干燥二氧化硫气体,B正确;硫氧化性较弱,和铁单质反应生成硫化亚铁(FeS),C错误;三氧化硫为酸性氧化物,和水生成硫酸,D正确。
C
二、实验室中研究不同价态含硫物质的转化
对点训练
1.硫的化合价与性质的关系
2.实验探究含硫物质的转化
序 号 转化目标 (价态变化) 转化前 含硫物质 选择试剂 转化后含硫物质 预期现象
① -2→0 Na2S溶液 或H2S溶液 氯水 S 溶液黄绿色褪去,有黄色沉淀产生
② -2→+4 H2S O2 SO2 充分燃烧,产生刺激性气味气体
③ 0→-2 S粉末 Na Na2S 产生轻微的爆炸声
序 号 转化目标 (价态变化) 转化前 含硫物质 选择试剂 转化后含硫物质 预期现象
④ 0→+4 S粉末 浓硫酸 SO2 有刺激性气味气体产生
⑤ +4→0 SO2 H2S S 有黄色固体产生
⑥ +6→+4 浓硫酸 Cu SO2 红色固体溶解,有刺激性气味气体产生;加入水中稀释溶液变蓝
⑦ +4→+6 Na2SO3溶液 KMnO4溶液 Na2SO4 溶液紫红色褪去
1.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
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。
2.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(填序号) 证明实现转化的现象
ⅰ
ⅱ ①、③、④ 黄色沉淀
ⅲ ②、⑦、⑥
(1)实验ⅰ选择的试剂是①和　　　(填序号),该转化利用了Na2SO3的________性。
(2)实验ⅱ实现了　　　　　　　价S向　　　　价S的转化。
(3)实验ⅲ中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
⑤
还原
+4价(或-2价)
0
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
解析　(1)实验ⅰ实现+4价的硫转化为+6价的硫,可选择的试剂为①和⑤,现象是酸性KMnO4溶液褪色,该转化利用了Na2SO3的还原性。(2)实验ⅱ选用了试剂Na2SO3溶液、Na2S溶液、稀硫酸,发生了归中反应,方程式为Na2SO3+2Na2S +3H2SO4===3Na2SO4+3S↓+3H2O,实现了+4价(或-2价)的硫转化为0价的硫。(3)实验ⅲ选用的试剂为②、⑦、⑥,发生的反应为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+ O2↑+2H2O,证明实现转化的现象是将产生气体通入品红溶液,品红褪色。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)自然界中硫的存在与转化
1.下列含硫物质中,硫元素只有还原性的是(　　)
A.H2S B.S
C.SO2 D.H2SO4
解析　硫元素最高价为+6价,最低价为-2价,当硫元素呈现-2价时只有还原性。
A
2.多数含硫化合物具有强还原性,下列含硫化合物能在空气中稳定存在的是 (　　)
A.硫化钠 B.亚硫酸钠
C.亚硫酸 D.硫酸钠
解析　硫化钠、亚硫酸钠及亚硫酸中硫元素的化合价均非最高价态,它们在空气中能被氧气氧化。
D
3.硫在空气中燃烧生成气体A,把气体A溶于水得溶液B,向溶液B中滴加溴水,溴水褪色,B变成C,在溶液C中加入Na2S产生气体D,把气体D通入溶液B得黄色沉淀E。A、B、C、D、E都含同一种元素。则A、B、C、D、E分别是 (　　)
A.SO2、H2SO4、H2SO3、H2S、S
B.SO2、H2SO3、H2SO4、H2S、S
C.SO2、H2SO3、H2SO4、SO3、Na2S2O3
D.SO3、H2SO4、H2SO3、SO2、Na2S2O3
解析　硫在空气中燃烧生成SO2,SO2溶于水得亚硫酸,向亚硫酸中滴加溴水,生成H2SO4和HBr,在硫酸中加入Na2S产生H2S,H2S与H2SO3反应产生黄色沉淀S,故B正确。
B
4.(2024·福建南平市高一期末质量检测)硫元素及其化合物之间存在如图所示的相互转化,下列说法正确的是 (　　)
A.反应③可以在氧气不足情况下实现
B.反应⑥可以加入酸性高锰酸钾溶液实现
C.反应⑦只与水化合反应实现
D.反应⑧可以通过复分解反应实现
D
解析　H2S完全燃烧生成SO2,氧气不足,H2S会被氧气氧化为硫单质,A错误;二氧化硫具有还原性,高锰酸钾具有氧化性,两者反应生成硫酸根离子,B错误;二氧化硫需被氧化剂氧化为+6价硫,只和水反应不能生成硫酸,C错误;硫酸和亚硫酸钠生成硫酸钠、二氧化硫和水,为复分解反应,D正确。
5.下列有关硫及其化合物的说法正确的是 (　　)
C
解析　A项,SO2、H2SO3虽然有还原性,但与浓H2SO4之间不能发生氧化还原反应,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的燃烧反应只生成SO2,不能生成SO3。
6.硫元素的几种化合物及其单质存在下列转化关系(反应条件省略)。
下列判断不正确的是 (　　)
A.反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
B.反应②表明SO2具有酸性氧化物的性质
C.反应③属于四大基本反应类型中的化合反应
D.反应④中稀H2SO4作氧化剂
D
解析　反应①为浓硫酸氧化铜单质的反应,浓硫酸作氧化剂被还原成SO2,化合价降低2价,Cu作还原剂被氧化成Cu2+,化合价升高2价,所以氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1,故A正确;二氧化硫与NaOH反应生成盐和水,表明二氧化硫为酸性氧化物,故B正确;反应③为Na2SO3+S===Na2S2O3,生成物只有一种,属于四大基本反应类型中的化合反应,故C正确;反应④的化学方程式:Na2S2O3+H2SO4=== Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,稀硫酸既不是氧化剂也不是还原剂,故D错误。
(二)实验室中研究不同价态含硫物质的转化
7.Na2SO3中+4价的硫元素,既有氧化性,又有还原性。要证明Na2SO3具有还原性,需选用的试剂是(　　)
A.硫化钠溶液 B.盐酸
C.氯化钙溶液 D.溴水
解析　要证明Na2SO3具有还原性,应选用具有氧化性的溴水。
D
8.灼烧绿矾的化学方程式为2FeSO4·7H2O Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O。将绿矾灼烧后生成的气体通入下图装置,下列叙述不正确的是(　　)
A.①中棉团颜色褪去
B.②中棉团颜色褪去,体现了SO2的还原性
C.③中同时有BaSO3和BaSO4生成
D.④中可发生反应:SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
C
解析　SO2可使品红褪色,①中棉团颜色褪去 ,A正确;KMnO4具有氧化性,能氧化SO2,②中棉团颜色褪去,体现了SO2的还原性,B正确;将生成的气体通入BaCl2溶液中发生反应:SO3+H2O===H2SO4,H2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2HCl,由于H2SO3酸性小于HCl,因此不能与BaCl2反应,故无BaSO3生成,C错误;④为吸收尾气(SO2)的装置,可发生反应:SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O,D正确。
9.某化学课外小组利用下图装置探究SO2的性质。
请回答下列问题:
(1)装置甲中A仪器的名称是　　　　　　,烧瓶内发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(2)装置乙中出现的现象是　　　　　　　。可以证明SO2具有　　(填代号)。
A.氧化性 B.还原性 C.漂白性
分液漏斗
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
溶液紫色褪去
B
解析　利用铜与浓硫酸共热制备二氧化硫,通过酸性高锰酸钾溶液检验其还原性,通过氢硫酸检验其氧化性。(1)装置甲中A仪器的名称是分液漏斗,发生的反应为铜和浓硫酸反应制备SO2气体,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4 +SO2↑+2H2O;(2)装置乙中,SO2会使酸性KMnO4溶液紫色褪去,证明SO2具有还原性;
(3)装置丙中发生的反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　,可以证明SO2具有　　　　(填代号)
A.氧化性 B.还原性 C.漂白性
(4)收集SO2气体可以选择的装置为　　　　(填代号)。
(5)从环保的角度考虑,收集装置的出气口需要连接一个盛有　　　　(填化学式)溶液的洗气瓶,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　 　。
2H2S+SO2===3S↓+2H2O
A
a
NaOH
SO2+2OH-===S+H2O(合理即可)
解析　(3)装置丙中SO2与H2S反应生成S单质,反应的方程式为2H2S+SO2=== 3S↓+2H2O,体现SO2的氧化性;(4)SO2的密度比空气大,应选用向上排空气法收集,故其收集装置可以选a;(5)二氧化硫具有毒性,要进行尾气处理,可以用氢氧化钠来吸收,发生反应的离子方程式为SO2+2OH-===S+H2O。(合理即可)
B级　素养培优练
10.硫及其化合物的价类二维表如图所示,则下列说法错误的是(　　)
A.将X与Y混合,可生成黄色固体
B.Y与氯气等物质的量混合后能增强漂白性
C.在蔗糖中倒入W的浓溶液,可验证W的浓溶
液具有脱水性和强氧化性
D.从氧化还原角度分析,欲制备Na2S2O3,可用Na2SO3与S反应制得
B
解析　X为气态氢化物,则X为H2S,Y为硫元素的+4价氧化物,则Y为SO2,Z为+4价的盐,则Z可能为Na2SO3,W为+6价的酸,则W为H2SO4,据此解答。A项,将X与Y混合,二氧化硫和硫化氢反应生成黄色固体硫和水;B项,等物质的量SO2与氯气混合后,同时与水反应生成硫酸和盐酸,漂白性消失;C项,在蔗糖中倒入浓硫酸溶液,蔗糖会变黑且疏松多孔,可验证浓硫酸溶液具有脱水性和强氧化性;D项,Na2S2O3中S元素化合价为+2价,Na2SO3与S中S元素化合价分别为+4价和0价,从氧化还原角度分析,可用Na2SO3与S反应制得Na2S2O3。
11.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.该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S
C.该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2
D.图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4
B
解析　A项,由图示可知该过程可得到化工产品硫酸;B项,根据流程图可知,化合价发生变化的元素有铁、硫、氧三种元素;C项,该工艺把二氧化硫最终转化为硫酸;D项,图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O===2FeSO4+2H2SO4。
12.大气污染物SO2易溶于水,通常表现出较强的还原性,对人体的呼吸系统和中枢神经系统等均有毒性作用。认识和利用SO2的性质可有效防治SO2对环境的污染,并实现SO2的综合利用。某研究团队提出的SO2烟气脱硫工艺流程如下,该流程中脱硫剂反复循环,可实现对烟气中SO2的持续脱除。已知:脱硫塔中发生的主要反应为2CaS+3SO2===2CaSO3+3S、2CaSO3+O2===2CaSO4。
下列有关说法不正确的是 (　　)
A.脱硫塔中反应生成的S为还原产物
B.经冷凝器得到的几种单质S2、S4、S6和S8互为同素异形体
C.将CaSO4和煤粉碎混合,再投入再生塔,有利于反应充分进行
D.再生塔中得到的X主要成分为CaS
A
解析　A项,脱硫塔发生反应2CaS+3SO2===2CaSO3+3S,根据价态规律,CaS→S和SO2→S,则S为氧化产物和还原产物;B项,S2、S4、S6和S8都为S的不同单质,互为同素异形体;C项,将CaSO4和煤粉碎混合,增大反应物接触面积,有利于反应充分进行;D项,“再生塔”中C与CaSO4反应生成CO2和X,根据原子守恒和电子守恒规律,可判断X为CaS。
13.某研究小组为研究不同价态含硫物质的转化,设计实验如下,请回答有关问题。
[实验方案]　按下图装置进行实验:
[问题讨论]
(1)A中反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)B中品红溶液褪色,说明A中反应硫元素的价态由+6价转化为　　　　价。
(3)C中出现黄色沉淀,反应中Na2S作　　　　(填“氧化剂”或“还原剂”,下同),SO2作　　　　。
(4)若D中有S生成,则可说明硫元素的化合价由+4价转化为+6价,检验D中有S生成的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　, D中FeCl3试剂也可用　　　　(填序号)代替。
a.NaCl溶液 b.酸性KMnO4溶液 c.氯水 d.BaCl2溶液
(5)E的作用是　　　　　　　　　　　　　　。
Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
+4
还原剂
氧化剂
取D中反应后的溶液少许于试管中,先加入盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,则证明D中有S生成
bc
吸收SO2尾气,防止污染环境
解析　(1)A为SO2的发生装置,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+ SO2↑+2H2O。(2)品红溶液褪色,说明生成SO2气体,即H2SO4转化为SO2,硫元素的价态由+6价转化为+4价。(3)C中可观察到有黄色沉淀生成,发生反应2Na2S+3SO2 ===3S↓+2Na2SO3,该反应中,Na2S 中S的化合价由-2价升为0价,Na2S做还原剂,发生氧化反应,SO2的化合价由+4价降为0价,SO2做氧化剂,发生还原反应。(4)D中发生反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++S+4H+,要想证明硫元素的价态转化,只需要证明产物中有S即可,所以取D中反应后的溶液少许于试管中,先加入盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,若有白色沉淀产生,则证明D中有S生成;D中FeCl3做氧化剂,选项中酸性KMnO4溶液和氯水具有强氧化性,可代替FeCl3溶液。(5)SO2是污染性气体,需要尾气处理,E装置的作用是吸收SO2尾气,防止污染环境。

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