5.1.4硫及其化合物不同价态含硫物质的转化（导学案）高一化学（人教版2019）

第五章化学生产中的重要非金属元素第一节硫及其化合物第四课时不同价态含硫物质的转化【学习目标】1.通过阅读教材“资料卡片—自然界中硫的存在和转化”内容，了解含硫物质进入大气的主要途径，知道二氧化硫进入大气能形成酸雨危害环境，增强环保意识，培养社会责任感。2.根据硫元素的不同价态，了解硫元素不同价态间的转化及反应条件的控制，理解硫及其化合物的相互转化原理，熟悉常见的化学方程式3.通过实验探究，知道含不同价态硫元素的物质可以相互转化，并能设计实验进行探究或验证，知道二氧化硫进入大气能形成酸雨危害环境，增强环保意识，培养社会责任感。【学习重点】不同价态含硫物质的转化及实验探究【学习难点】不同价态含硫物质的转化原理【课前预习】旧知回顾：1.若将等物质的量的SO2和Cl2同时通入品红溶液中，溶液的漂白性会更强吗？为什么？【答案要点】不是。若将等物质的量的SO2和Cl2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。2.若设计实验鉴别SO2和CO2应注意哪些问题？【答案要点】①鉴别SO2和CO2，不能用澄清的石灰水，因为二者通入澄清石灰水时，现象相同：开始产生白色沉淀，后来沉淀又逐渐溶解。②要检验SO2、CO2混合气体中的CO2，必须先除去SO2(一般用溴水或KMnO4酸性溶液)，再通入澄清的石灰水。新知预习：1.简述硫元素在自然界的存在？【答案要点】自然界中游离态的硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层里，化合态的硫主要以硫化物和_硫酸盐形式存在。2.从氧化还原反应的视角分析不同价态硫元素之间如何进行相互转化？【答案要点】不同价态硫元素之间的相互转化主要通过氧化还原反应实现。如下图所示：上述转化中，从左到右，硫元素化合价升高，需加入氧化剂；从右到左，硫元素化合价降低，需加入还原剂。【课中探究】情景导入：视频播放—自然界中不同含硫物质的转化（见PPT）一、不同价态含硫物质的转化关系活动一、自然界中硫的存在和转化任务一、阅读教材P7页“资料卡片”内容，思考硫元素在自然界的存在形态及转化关系分别什么？【答案要点】①硫元素在自然界中的转化可用下图表示：自然界中硫的转化自然界中硫的转化②硫在自然界以游离态（存在于火山喷口附近或地壳的岩层里，煤中也含有少量硫。）和化合态（主要以硫化物和硫酸盐的形式存在）两种形态存在。例如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)、石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)。火山口附近的硫单质会被大气中是氧气氧化成二氧化硫，二氧化硫可被进一步氧化成三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和硫酸。如图：任务二、讨论交流：根据硫元素在自然界的转化关系，思考硫及其化合物的转化原理有哪些？【答案要点】①不同价态硫元素之间的相互转化主要通过氧化还原反应实现，如：2H2S+3O2=2SO2+2H2O、2H2SO3+O2=2H2SO4等。②相同价态硫元素之间的转化主要根据酸、碱、盐及其氧化物的性质实现。如SO3+H2O=H2SO4、SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O等。【对应训练】1.硫磺在空气中燃烧生成气体甲，甲溶于水得溶液乙，向乙溶液中滴加溴水，乙溶液褪色变成丙。甲、乙、丙均含有硫元素，则它们正确的顺序是（）A．SO3、H2SO4、H2SO3 B．SO2、H2SO3、H2SO4C．SO3、H2SO3、H2SO4 D．SO2、H2SO4、H2SO3【答案】B【解析】硫磺在空气中燃烧生成气体甲SO2，甲SO2溶于水得溶液乙H2SO3，向乙H2SO3溶液中滴加溴水，乙溶液褪色变成丙H2SO4，则甲、乙、丙分别为SO2、H2SO3、H2SO4，答案B。2．关于反应H2SO4＋Na2SO3=Na2SO4＋SO2↑＋H2O所涉及的物质，下列说法错误的是（）A．浓H2SO4能与SO2发生氧化还原反应 B．Na2SO3容易被空气中的O2氧化变质C．浓硫酸与铜在常温下反应生成SO2 D．SO2是导致酸雨的主要有害污染物【答案】A【解析】A．反应中元素化合价不变，属于非氧化还原反应，故A错误；B．Na2SO3具有还原性，容易被空气中的O2氧化为Na2SO4，故B正确；C．浓硫酸具有强氧化性与铜在常温下反应生成SO2，故C正确；D．SO2能和水反应生成H2SO3，是导致酸雨的主要有害污染物，故D正确；选A。活动二、建构含硫物质的价类二维图任务一、讨论交流：如何根据氧化还原反应原理构建含硫物质的价类二维图？【答案要点】①价态与性质：a.－2价硫处于最低价态，只有还原性，可被O2、Cl2等氧化剂氧化为S；b.0价、＋4价硫处于中间价态，既有氧化性又有还原性；c.＋6价硫处于最高价态，只有氧化性。②价态规律：a.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(化合价只靠拢不交叉),即台阶式升降,可用下图表示:b.相邻价态的同种元素的微粒间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。c.不同价态硫元素间的转化,均属于氧化还原反应，需要选择合适的氧化剂或者还原剂。证明硫单质、SO2具有还原性要选择氧化剂，如酸性KMnO4溶液、氯水等；证明浓硫酸具有氧化性要选择还原剂，如金属单质、硫单质、H2S等；证明SO2具有氧化性要选择还原剂，如H2S、Na2S等。③根据以上分析，含硫物质的价类二维图如下：任务二、问题探究：根据含硫物质的价类二维图，不同价态硫元素间转化的思维模型是什么？结合所学知识，思考含硫物质有哪些不同转化关系？【答案要点】①转化的思维模型：②转化类型：a,直线型转化关系：S(固体)eq\o(→,\s\up7(O2))SO2eq\o(→,\s\up7(O2))SO3eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4或H2Seq\o(→,\s\up7(O2))S(固体)eq\o(→,\s\up7(O2))SO2eq\o(→,\s\up7(O2))SO3eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4b.交叉型转化关系:c,三角型转化关系：【对应训练】1．下图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是（）A．操作Ⅱ发生反应的离子方程式为：2Fe2++4H++O2=2Fe3++2H2OB．溶液b中阳离子只有Fe2+C．溶液a转化为溶液b的反应中，SO2被氧化D．加入FeO可以使溶液c转化为溶液a【答案】C【解析】Fe3+有氧化性，SO2有还原性，Fe2(SO4)3被SO2还原为FeSO4，溶液b主要溶质为FeSO4、H2SO4，可能含Fe2(SO4)3或SO2，空气中氧气将FeSO4及可能存在的SO2氧化得溶液a循环使用。A．电荷不守恒，操作Ⅱ发生反应的离子方程式为：4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O，A错误；B．操作I中发生反应的离子方程式为：2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SOeq\o\al(2－,4)+4H+，溶液中阳离子有Fe2+、H+，若SO2少量，则还有Fe3+，B错误；C．溶液a转化为溶液b的反应中，SO2被Fe3+氧化，C正确；D．溶液c中含有Fe2(SO4)3、H2SO4等物质，加入FeO后会生成FeSO4，D错误。答案选C。2．物质类别和核心元素的价态是学习元素及其化合物性质的重要认识视角。如图是某元素的“价类二维图”，其中单质b是黄色固体，f、h均为正盐，且焰色都是黄色。下列说法不正确的是（）A．a和c反应可以生成bB．用BaCl2溶液可以鉴别f和h的溶液C．e的浓溶液可用铝槽车运输D．c能使品红溶液褪色【答案】B【解析】单质b是黄色固体，所以b是硫，f、h均为正盐，且焰色都是黄色，根据示意图可知a是H2S，c是SO2，d是SO3，e是硫酸，f是硫酸钠，g是亚硫酸，h是亚硫酸钠，据此解答。A.二氧化硫具有氧化性，能氧化硫化氢，二者反应可以生成单质硫，A正确；B.亚硫酸钠和硫酸钠均能与氯化钡反应生成白色沉淀，不用BaCl2溶液鉴别二者，B错误；C.常温下铝在浓硫酸中钝化，因此e的浓溶液可用铝槽车运输，C正确；D.二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色，D正确；二、实验探究不同价态含硫物质的转化活动一、实验室中研究不同价态含硫物质的转化原理任务一、根据教材P8页“探究”内容，思考硫元素常见价态及其转化关系是什么？【答案要点】①硫元素常见价态及转化：eq\o(S,\s\up6(－2))eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))eq\o(S,\s\up6(＋6))②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。任务二、讨论交流：阅读检测P9页“方法导引”栏目内容，你是如何理解化学实验设计及探究不同价态含硫物质的转化关系的？并填写表格内容。【答案要点】①化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前，根据一定的实验目的，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法，对实验的原理、试剂、仪器与装置、步骤和方法等所进行的规划。②设计实验实现不同价态硫转化，遵循的原则是科学性、可行性、安全性和绿色化。化学实验设计一般以实验设计方案的形式呈现，通常包括实验课题、实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤及注意事项、实验数据及处理、实验结论与讨论等。③含硫物质的转化实验方案设计：预期转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中能被强氧化剂氧化为SOeq\o\al(2－,4)H2SO4→SO2浓硫酸、铜片加热铜片和浓硫酸的混合物，有刺激性气味气体生成浓硫酸被金属铜还原为SO2【对应训练】1．分别能实现下列从左到右转化的单质是（）A．Mg和S B．Fe和Cl C．Ca和C D．Cu和Si【答案】C【解析】A．Mg与氧气反应生成MgO，MgO是碱性氧化物，MgO与水不反应；S与氧气反应生成SO2，SO2是酸性氧化物，SO2与水反应生成亚硫酸，亚硫酸与碱或碱性氧化物反应生成亚硫酸盐，故A不符合题意；B．Fe与氧气反应生成Fe3O4，Fe3O4不是碱性氧化物，且Fe3O4与水不反应，故B不符合题意；C．Ca与氧气反应生成CaO，CaO是碱性氧化物，CaO与水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2是碱，Ca(OH)2与盐酸反应生成盐CaCl2；C与氧气反应生成CO2，CO2是酸性氧化物，CO2与水反应生成碳酸，碳酸与碱反应生成碳酸盐，故C符合题意；D．Cu与氧气反应生成CuO，CuO是碱性氧化物，但是CuO与水不反应，故D不符合题意。故选C。2．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．该工艺流程是用来除去煤燃烧时产生的SO2B．该过程中可得到化工产品H2SO4C．图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4D．该过程中化合价发生改变的元素只有Fe和S【答案】D【解析】由图可知发生反应为：Fe2(SO4)3+SO2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4，同时4FeSO4+2H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+2H2O，总反应为2SO2+O2+2H2O=2H2SO4。A．根据总反应2SO2+O2+2H2O=2H2SO4可知该工艺流程是用来除去煤燃烧时产生的SO2，A正确；B．根据总反应为2SO2+O2+2H2O=2H2SO4可知该过程中可得到化工产品H2SO4，B正确；C．Fe2(SO4)3与SO2反应生成FeSO4和H2SO4，其反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4，C正确；D．该过程中Fe2(SO4)3与SO2反应生成FeSO4和H2SO4，同时FeSO4、O2和H2SO4反应生成Fe2(SO4)3，则反应过程中Fe、O和S的化合价发生改变，D错误；故合理选项是D。活动二、实验验证含硫物质的转化任务一、联系教材P8页“探究”栏目，根据下表实验步骤完成实验，并填写表格内容。【答案要点】实验操作实验现象原理分析在一支试管中加入1mLNa2S溶液，边振荡边滴加H2SO3溶液，用浸NaOH溶液的棉团塞住试管口试管中产生淡黄色沉淀Na2S中2价硫与H2SO3（或SO2）中+4价硫发生归中反应，生成中间价态0价的硫单质。SO2为酸性氧化物与碱反应。2S2+SO2+4H+=3S↓+2H2OSO2+2OH=SOeq\o\al(2－,3)+H2O在一支试管中加入1mLNa2S溶液，边振荡边滴加酸性KMnO4溶液紫红色褪去，试管中产生淡黄色沉淀Na2S中2价硫被酸性KMnO4溶液氧化成硫单质，本身被还原成Mn2+。5S2+2MnO4+16H+=5S↓+2Mn2++8H2O任务二、问题探究：将SO2气体分别通入BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液能否产生沉淀？如何防止SO2可能对环境产生的污染？【答案要点】①SO2气体通入BaCl2溶液无明显现象，因为酸性H2SO3<HCl，不能发生反应生成BaSO3沉淀。SO2气体通入Ba(NO3)2溶液，由于的水溶液呈酸性，酸性条件下NO3具有强氧化性，能将SO2氧化成SOeq\o\al(2－,4)，SOeq\o\al(2－,4)与Ba2+结合生成BaSO4沉淀。②SO2气体有毒，为防止SO2对环境造成污染，可用强碱（如NaOH）溶液吸收：SO2+2OH=SOeq\o\al(2－,3)+H2O。【对应训练】1．已知含硫元素的几种物质间具有如图转化关系。NA表示阿伏加德罗常数值，下列说法正确的是（）A．反应①中3.2gS充分燃烧后生成2.24LSO2B．NA个SO2分子与足量氧气经反应③可以制得NA个SO3分子C．反应②中若转移2NA个电子，生成1.5molSD．只要氧气过量，硫可以一步转化为SO3【答案】C【解析】A．温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，则无法计算反应①中3.2gS充分燃烧后生成的SO2体积，选项A错误；B．③为可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以NA个SO2分子与足量氧气经反应③不能制得NA个SO3分子，选项B错误；C．反应②的方程式为2H2S+SO2=3S+2H2O，生成3molS转移电子的物质的量为4mol，转移2NA个电子时，转移电子的物质的量为2mol，生成S的物质的量=2mol×3mol/4mol=1.5mol，选项C正确；D．硫与氧气反应只能生成二氧化硫，不能一步转化为三氧化硫，选项D错误；答案选C。2．下列有关含硫物质转化判断正确的是（）A．0.1molCu与足量的硫充分反应，生成物的质量比该单质的质量增加了1.6gB．如图是铜与浓硫酸反应的实验装置。B中盛装的是浓硫酸，作用是干燥SO2C．Cu投入稀硫酸中加热，没有明显变化，加入一定量的H2O2溶液，金属Cu逐渐溶解，反应中H2O2起催化作用D．向铜与浓硫酸反应后的混合溶液中加水，判断有无铜离子【答案】A【解析】A．Cu与S混合加热发生反应产生Cu2S，若Cu物质的量是0.1mol，则反应产生0.05molCu2S，消耗S的物质的量是0.05mol，因此固体质量增加了0.05mol×32g/mol=1.6g，A正确；B．在如图铜与浓硫酸反应的实验装置中，B中盛装的应该是饱和NaHSO3溶液，作用是储存SO2，并可作安全瓶，防止倒吸的作用，B错误；C．H2O2溶液具有强氧化性，在酸性条件下将Cu氧化为Cu2+，反应方程式为：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O，在该反应中H2O2的作用是氧化剂，C错误；D．反应后溶液中含有大量浓硫酸，要根据硫酸的稀释原则进行操作，即应该待溶液冷却后，取少量溶液加入到盛有水的容器中，根据溶液是否变为蓝色，确定其中是否含有Cu2+，D错误；故合理选项是A。【课后巩固】1下列关于Na2SO3性质的预测中，不合理的是（）A．具有氧化性 B．具有还原性C．能与KOH溶液反应 D．能与稀硫酸反应【答案】C【解析】A项，Na2SO3中S元素化合价为＋4，S元素化合价可以降低，Na2SO3具有弱氧化性，合理；B项，Na2SO3中S元素化合价为＋4，S元素化合价可以升高，Na2SO3具有还原性，合理；C项，Na2SO3和KOH溶液不反应，不合理；D项，Na2SO3能与稀硫酸反应生成硫酸钠、二氧化硫、水，合理。2．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)。浓H2SO4SO2Na2SO3Na2S2O3S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∶1B．反应②表明SO2具有酸性氧化物的性质C．反应③的原子利用率是100%D．反应④中稀H2SO4作氧化剂【答案】D【解析】A．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；B．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；C．反应③为Na2SO3+S=Na2S2O3，生成物只有一种，原子利用率是100%，故C正确；D．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；综上所述答案为D。3．如图是硫元素在自然界中的循环示意图，下列有关说法不正确的是（）A．硫元素在自然界中既有游离态又有化合态B．过程⑤可在土壤的缺氧区实现C．循环过程中硫元素只被还原D．若生物体有机硫中硫元素为2价，则过程③中发生的是还原反应【答案】C【解析】A．硫元素在自然界中有游离态和化合态，两种存在形态，A正确；B．在缺氧的条件下可实现过程⑤的转化，B正确；C．①、②中硫元素均被氧化，C错误；D．若生物体有机硫中硫元素为2价，SOeq\o\al(2－,4)中S为+6价，过程③中S的化合价降低，发生还原反应，D正确。答案选C。4．如图中的字母代表硫及其化合物，相关推断不合理的是（）A．ab溶液反应有d生成B．e和f都存在酸式盐C．硫酸型酸雨的形成过程涉及b→c的转化D．检验g中阴离子所用试剂只需BaCl2溶液【答案】D【解析】根据硫及其化合物的转化关系图可知，a为H2S，b为H2SO3，c为H2SO4，d为S，e为硫化物，f为亚硫酸盐，g为硫酸盐。A项，H2S和H2SO3反应可以生成中间价态的S，正确；B项，若为钠盐，则e为－2价的Na2S或NaHS，f为Na2SO3或NaHSO3，正确；C项，b为H2SO3，c为H2SO4，硫酸型酸雨是H2SO3被空气中氧气氧化为H2SO4，正确；D项，检验硫酸根，应该用盐酸和BaCl2溶液，错误。5．连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，有强还原性，在空气中极易被氧化。用NaHSO3还原法制备保险粉的流程如下：下列说法错误的是（）A．反应1说明酸性：H2SO3＞H2CO3B．反应1结束后，可用盐酸酸化的BaCl2溶液检验NaHSO3是否被氧化C．反应2中消耗的氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2D．反应2最好在无氧条件下进行【答案】C【解析】A项，反应1为二氧化硫通入碳酸钠溶液生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，则说明酸性：H2SO3＞H2CO3，正确；B项，反应1结束后，溶液中为亚硫酸氢钠溶液，不与氯化钡反应，若加入可用盐酸酸化的BaCl2溶液，出现白色沉淀，则沉淀为硫酸钡，可证明NaHSO3被氧化，正确；C项，反应2为2NaHSO3＋ZnNa2S2O4＋Zn(OH)2，亚硫酸氢钠中硫化合价从＋4下降到＋3，是氧化剂；锌化合价从0升高到＋2价，是还原剂，，消耗的氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1，错误；D项，连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，有强还原性，在空气中极易被氧化，反应2最好在无氧条件下进行，正确。6．一定条件下，硫的某种含氧酸H2SOx(x≤4)与H2S可发生如下反应：H2S+H2SOx→S+(x3)SO2+H2O(未配平)，则下列有关的推断合理的是（）A．该反应中，一定有SO2生成B．该反应中，H2S作还原剂，H2SOx作氧化剂C．若x=3，则还原剂与氧化剂的粒子个数之比为1：1D．若x=4，则每生成1个S原子，此时转移的电子为6个【答案】B【解析】若x=3，反应为2H2S+H2SO3=3S↓+3H2O；若x=4，反应为H2S+H2SO4=S↓+SO2+2H2O；A．根据分析，当x=3时，反应为2H2S+H2SO3=3S↓+3H2O，不会生成SO2，故A错误；B．无论x=3还是x=4，在反应中H2S中2价的硫都被氧化成0价的S，H2S作还原剂，x=3时H2SOx作氧化剂被还原成S，x=4时H2SOx作氧化剂被还原成SO2，故B正确；C．若x=3，H2SOx为H2SO3，H2SO3与H2S发生归中反应生成S和H2O，还原剂H2S与氧化剂H2SO3物质的量之比为2:1，故C错误；D．若x=4，若为H2SO4，应是浓H2SO4将H2S氧化成S，而浓硫酸自身被还原成SO2，则每生成1molS，转移2mol电子，故D错误；答案选B。7．硫元素的价类二维图如图所示。下列说法错误的是（）A．a与c、d、e都有可能反应生成bB．d溶液久置于空气中会生成eC．盐g与盐f之间也可能发生反应D．铜与e的浓溶液共热产生的气体通入BaCl2溶液中，无明显现象【答案】D【解析】根据化合价以及物质的类别可知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。A．a为H2S，可以和SO2、H2SO3、H2SO4发生归中反应生成硫单质，A正确；B．H2SO3具有较强的还原性，在空气久置会被氧气氧