第五章　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学案（含答案）

实验活动5　不同价态含硫物质的转化
【实验目的】
1．通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。
2．应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。
【实验用品】
1．器材：试管、天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、陶土网、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴。
2．试剂：浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、H2SO3溶液、品红溶液。
【实验步骤】
1．－2价、＋4价硫转化为0价的硫及－2价硫转化为0价的硫
(1)实验操作
(2)实验现象
甲：有________________生成。
乙：紫红色________，产生________________。
(3)实验结论
S2-能被H2SO3及酸性KMnO4________生成________。
2．＋6价的硫转化为＋4价的硫
实验装置
实验现象 加热有________生成，品红溶液逐渐变为________
实验结论 浓硫酸和Cu反应的化学方程式： 2H2SO4(浓)＋Cu
3.0价的硫转化为－2价的硫
(1)实验装置及操作
(2)实验现象：混合物继续保持________，最后生成________固体。
(3)硫粉和铁粉反应的方程式：Fe＋SFeS。
【问题探究】
1.在上述实验中，含硫物质中硫元素的价态发生了怎样的变化？
2.实验1中用浸有NaOH溶液的棉团塞住试管口的作用是什么？
3.SO2具有还原性，浓硫酸具有强氧化性，能否用浓硫酸干燥SO2气体？
4.铁粉和硫粉在空气中混合燃烧时，可能发生哪些化学反应？
即学即练
1.实验室研究不同价态元素的转化，对于物质的制备和应用至关重要。实验室可以用如图所示装置研究S(＋6价)→S(＋4价)。
(1)装置C的作用是________________。
(2)装置B、D盛放的试剂应分别为______、______(填字母)。
a．BaCl2溶液 b．KI淀粉溶液
c．FeSO4溶液 d．NaOH溶液
e．品红溶液
(3)实验结束后，发现装置A中溶液几乎为无色，且试管中有较多的白色固体。试管中溶液显无色，体现了浓硫酸的________性。
(4)实验结束后，若要证明装置A中白色固体为无水CuSO4，需要采取的操作是________________________________________________________________。
2.亚硫酸钠是一种无机物，化学式为Na2SO3，是常见的亚硫酸盐，是白色、单斜晶体或粉末。对眼睛、皮肤、黏膜有刺激作用，可污染水源。受高热分解产生有毒的硫化物烟气。工业上主要用于制亚硫酸纤维素酯、硫代硫酸钠、有机化学药品、漂白织物等，还用作还原剂、防腐剂、去氯剂等。
请回答：
(1)亚硫酸钠分解的化学方程式为4Na2SO3Na2S＋3Na2SO4，从氧化还原反应的角度分析亚硫酸钠具有__________________________性质。
(2)现有试剂：溴水、硫化钠溶液、亚硫酸钠溶液、稀硫酸、氢氧化钠溶液、亚硫酸溶液。
①要证明亚硫酸溶液具有还原性，应选用________试剂；会观察到现象为________，写出反应的离子方程式：__________________________________________。
②要证明亚硫酸钠溶液具有氧化性，应选用__________________试剂；会观察到现象为__________________，写出反应的离子方程式：__________________________。
3.[2024·北京西城区高一期末]亚硫酸钠(Na2SO3)是一种重要的化工产品，常用作防腐剂、漂白剂、脱氯剂等。为探究 Na2SO3 的性质，进行了如下实验。
[性质预测]
(1)Na2SO3 中硫元素的化合价是________价，属于 S 元素的中间价态，既具有氧化性，又具有还原性。
[实验验证]
资料：酸性条件下，KMnO4 被还原为无色的 Mn2+。
[分析解释]
(2)实验ⅰ中，反应的离子方程式是__________________________________。
(3)实验ⅱ中，能说明 Na2S 在酸性条件下被氧化的实验现象是________________________________________。
[继续探究]
(4)甲同学认为实验ⅱ 的现象不能直接得出“Na2SO3具有氧化性”。
①对淡黄色浑浊产生的原因作出如下假设：
假设a：酸性溶液中的具有氧化性，可产生S；
假设b：空气中存在O2，在酸性条件下，由于________________________________(用离子方程式表示)，可产生S；
假设c：酸性溶液中的具有氧化性，可产生S。
②设计实验ⅲ证实了假设a和b不是产生S的主要原因。
实验ⅲ：向Na2S溶液中加入________(填试剂名称)，产生有臭鸡蛋气味的气体，溶液未变浑浊。
(5)结合实验ⅱ和ⅲ，用离子方程式解释实验ⅱ中产生淡黄色浑浊的原因：________________________________。
4．某化学小组欲探究不同价态硫元素间的转化，请回答下列问题：
(1)请帮他们完成以下实验报告：
实验目的：探究三种价态(0价、＋4价、＋6价)硫元素间的相互转化。
选用试剂：硫黄、浓硫酸、二氧化硫、氯水、硫化氢、铜片、氧气。
实验记录(画“—”部分不必填写)：
实验编号 预期的转化 选择的试剂 实验现象 结论(用化学方程式表示)
① S―→SO2 硫黄、氧气 —
② SO2―→S 二氧化硫、硫化氢 —
③ SO2―→H2SO4 二氧化硫、氯水 氯水褪色
④ 浓硫酸―→SO2 —
问题讨论：从三种价态(0价、＋4价、＋6价)硫元素间的相互转化还可得到规律：当硫元素处于最低价时只有________性，处于最高价时只有________性，处于中间价时既有________性，又有________性。
(2)根据以上规律判断，下列物质中既有氧化性，又有还原性的有________(填字母)。
A．Cl2 B．Na
C．Na＋ D．Cl－
E．SO2
实验活动5　不同价态含硫物质的转化
[实验步骤]
1．(2)淡黄色沉淀　褪色　淡黄色沉淀　(3)氧化　单质S
2．气泡　无色
3．(2)红热　黑色
[问题探究]
1．提示：
转化前的含硫物质 转化后的含硫物质 价态变化
Na2S S －2→0
H2SO3 S ＋4→0
H2SO4 SO2 ＋6→＋4
S FeS 0→－2
2.提示：吸收实验过程中可能产生的有毒气体硫化氢和二氧化硫。
3．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价、＋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，因此可以用浓硫酸干燥SO2气体。
4．提示：①Fe与S反应，②S与O2反应，③Fe与O2反应等。
即学即练
1．解析：(1)装置C是安全瓶，作用是防止倒吸。(2)装置B是检验二氧化硫的，盛放试剂为品红溶液，D用于尾气处理，选用氢氧化钠溶液。 (3)浓硫酸具有吸水性，使装置A中固体变为白色。(4)若要证明装置A中白色固体为无水CuSO4，需要采取的操作是将冷却后的装置A中物质缓缓加入适量水中，并搅拌，观察溶液颜色变化。
答案：(1)防倒吸(或作安全瓶)　(2)e　d　(3)吸水　(4)将冷却后的装置A中物质缓缓加入适量水中，并搅拌，观察溶液颜色变化
2．解析：(1)Na2SO3中的S是＋4价既可以被氧化成＋6价也可以被还原成－2价，所以Na2SO3既具有氧化性又具有还原性。(2)①要证明Na2SO3具有还原性，可以选用比较强的氧化剂，并且要有比较明显的现象，应选择溴水比较合适。当溴水被还原成Br－的时候溶液颜色褪去，反应的离子方程式为＋2Br－＋4H＋；②Na2SO3中的S虽具有氧化性，但氧化性偏弱，所以在选择试剂时应该选择比较强的还原剂Na2S与其反应，而且现象比较明显，生成单质S使溶液变浑浊，产生淡黄色沉淀，离子反应方程为＋2S2－===3S↓＋3H2O。
答案：(1)氧化性又表现还原性
(2)①溴水　溴水褪色　＋2Br－＋4H＋　②硫化钠溶液、稀硫酸　有淡黄色沉淀生成　＋2S2－===3S↓＋3H2O
3．解析：(1)Na2SO3中氧元素为－2价，钠元素为＋1价，故硫元素的化合价是＋4价。(2)由资料可知，酸性条件下，KMnO4被还原为无色的Mn2＋，Na2SO3与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为＋2Mn2＋＋3H2O。(3)向Na2SO3溶液中加入Na2S溶液，无明显现象；再加入稀硫酸，产生淡黄色浑浊，生成S，说明Na2S在酸性条件下被氧化。(4)①空气中存在O2，在酸性条件下，反应的离子方程式为4H＋＋2S2－＋O2===2S↓＋2H2O。②实验ⅲ：向Na2S溶液中加入稀硫酸，产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S)，溶液未变浑浊，说明没有S生成，稀硫酸可以提供假设a的和H＋，提供b中的H＋。(5)实验ⅲ证实了假设a和b不是产生S的主要原因，实验ⅱ中Na2SO3和Na2S反应生成S，离子方程式为＋2S2－===3S↓＋3H2O。
答案：(1)＋4　＋2Mn2＋＋3H2O　(3)加入Na2S溶液，无明显现象；再加入稀硫酸，产生淡黄色浑浊
(4)①4H＋＋2S2－＋O2===2S↓＋2H2O
②稀硫酸　＋2S2－===3S↓＋3H2O
4．解析：(1)①硫黄在氧气中燃烧，产生蓝紫色火焰；②SO2具有弱氧化性，可氧化H2S中－2价的硫元素：SO2＋2H2S===3S＋2H2O；③SO2具有较强还原性，可被Cl2氧化：SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl；④浓硫酸具有强氧化性，可被Cu还原而生成SO2。(2)Cl2中氯元素为0价，处于中间价态；SO2中硫元素为＋4价，处于中间价态，因而Cl2和SO2既有氧化性，又有还原性。
答案：(1)如表所示
实验编号 预期的转化 选择的试剂 实验现象 结论(用化学方程式表示)
① 蓝紫色火焰 —
② — SO2＋2H2S=== 3S＋2H2O
③ SO2＋Cl2＋2H2O=== H2SO4＋2HCl
④ 铜片、浓硫酸 — Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
还原　氧化　氧化(或还原)　还原(或氧化)
(2)AE