《创新课堂》第五章 4 第一节 第3课时 不同价态含硫物质的转化 讲义（教师版）化学必修二人教版

第3课时　不同价态含硫物质的转化
【学习目标】　 1.了解含硫物质在自然界中的存在与转化，熟悉自然界中常见的含硫物质的类别及硫元素的化合价。　2.能根据硫元素的化合价分析含硫物质的性质，并能设计实验实现不同价态含硫物质的相互转化。　3.能运用硫及其化合物的知识分析讨论生产、生活中简单的化学问题(如环境保护等)。
知识点一　自然界中硫的存在和转化
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1．自然界中硫的存在
(1)游离态的硫存在于______________或________________。
(2)化合态的硫广泛存在于动植物体内、海洋、大气和地壳中。
动植物体内 岩层深处和海底的无氧环境中 地表附近的富氧环境中 大气层中
含硫蛋白质等 金属硫化物，如黄铁矿(______)、黄铜矿(________)等　 硫酸盐，如石膏(__________)、芒硝(____________)等 少量的H2S、SO2、SO3等
2.不同价态含硫物质的转化
写出上述转化的化学方程式：
①__________________________________________；
②_________________________________________________；
③___________________________________________________；
④____________________________________________________。
[答案自填] 火山口附近　地壳的岩层中
FeS2　CuFeS2　CaSO4·2H2O
Na2SO4·10H2O　2H2S＋3O22SO2＋2H2O
2SO2＋O22SO3　SO3＋H2O===H2SO4
S＋O2SO2
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(1)因为单质硫易与氧气反应，所以自然界不存在游离态的硫(　　)
(2)煤中含有硫元素，燃煤中加入生石灰可脱硫(　　)
(3)在自然界中，空气中的O2和H2O对硫的转化起到重要作用(　　)
(4)由于－2价和＋4价硫不稳定，因此自然界中含硫物质都以硫酸盐的形式存在(　　)
(5)由于大气中存在大量的氧气，因此自然界中硫的转化都是氧化还原反应(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×
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1．硫在自然界的循环过程如下图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．火山喷发、森林火灾会产生SO2
B．氢、氧两种元素没有参与硫的循环
C．工厂产生的烟气应经脱硫处理后再排放
D．硫在自然界的循环过程中，涉及了氧化还原反应
解析：选B。由题图可知，火山喷发、森林火灾都会产生SO2，故A正确；动物、植物和微生物残体的腐败会产生H2S，H2S燃烧产生SO2，所以氢、氧两种元素均参与了硫的循环，故B错误；工厂产生的烟气应经脱硫处理后再排放，故C正确；由题图可知，H2S→SO2、SO2→SO过程中均有元素化合价的变化，均属于氧化还原反应，所以硫在自然界的循环过程中，涉及了氧化还原反应，故D正确。
2．(2024·洛阳高一期末)火山喷发是硫元素在自然界中转化的重要途径，转化过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)
A．SO3由SO2氧化产生
B．FeS2等矿物转化为石膏时，需要暴露于地球表面
C．火山喷发时收集的雨水，放置一段时间后pH变大
D．火山喷发口附近可能发现硫黄
解析：选C。SO2发生氧化反应生成SO3，A正确；FeS2等矿物暴露于地球表面才能被氧化，最终转化为石膏，B正确；SO2溶于水中生成亚硫酸，亚硫酸会被氧气氧化为硫酸，雨水的酸性增强，pH变小，C错误；火山喷发的气体中可能会含有硫蒸气，当它们到达地面后会在火山喷发口附近凝结，形成硫黄，D正确。
3．科学家研究发现，火山喷发时会带出H2S气体，其中H2S转化为S的过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．过程一中H2S燃烧能得到S或SO2
B．O2越充足越有利于S的转化
C．过程二中SO2体现了还原性
D．喷发的H2S经过两个过程可以完全转化为硫黄，残余气体不会造成大气污染
解析：选A。H2S完全燃烧生成SO2，不完全燃烧生成S，A选项正确；O2过多，H2S容易转化成SO2，不利于得到S，B选项错误；过程二中SO2与H2S反应生成S，SO2中硫元素的化合价降低，体现了氧化性，C选项错误；火山喷发的过程中，H2S不可能完全转化为硫黄，残余气体中含有H2S，会造成大气污染，D选项错误。
知识点二　不同价态含硫物质的转化
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1．硫元素的“价—类”二维图
写出下列转化的化学方程式：
①H2S→S：_______________________________________________；
②SO2→S：_______________________________________________；
③SO2→H2SO4：__________________________________________；
④H2SO4→SO2：___________________________________________。
2．不同价态含硫物质的转化
(1)含硫物质的性质及转化关系
(2)实验方案设计
实验设计要遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。
预期转化(价态变化) 选择试剂 实验操作和现象 实验结论
H2→ 二氧化硫、硫化氢、蒸馏水 将H2S和SO2通入水中，生成______色沉淀 SO2与H2S反应生成________________________________
O2→
O2→H2O4 二氧化硫、新制氯水、BaCl2溶液 将SO2通入新制氯水中，溶液______________；再向溶液中滴入氯化钡溶液，产生____________________________________ SO2在水中能被强氧化剂氧化为____________________________
H2O4→O2 浓硫酸、铜片 加热铜片和浓硫酸的混合物，放出____________气味的气体 浓硫酸被金属铜还原为________________________________
3.相同价态含硫物质的转化
写出上述转化的化学方程式：
①___________________________________________；
②________________________________________________；
③_________________________________________________；
④_________________________________________________；
⑤___________________________________________。
以上两种转化关系均属于相同价态含硫物质之间的转化，从左到右的转化，加入碱可以实现；从右到左的转化，加入酸可以实现。
4．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
H2 O2O3
(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。
(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)歧化规律
S具有多种价态，可发生反应“中间价→高价和低价”的歧化反应，如3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O。
(5)含硫物质的连续氧化规律
硫元素
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　亚硫酸钠中＋4价的硫既有氧化性又有还原性。现有试剂：氯水、硫化钠溶液、亚硫酸钠溶液、稀硫酸、氢氧化钠溶液。
(1)要证明亚硫酸钠具有还原性，应选用什么试剂？会观察到什么现象？写出反应的离子方程式。
(2)要证明亚硫酸钠具有氧化性，应选用什么试剂？会观察到什么现象？写出反应的离子方程式。
(3)如何通过实验证明亚硫酸钠已被氧化？
提示：(1)氯水；氯水褪色；SO＋Cl2＋H2O===SO＋2Cl－＋2H＋ 。
(2)硫化钠溶液、稀硫酸；有黄色沉淀生成；6H＋＋SO＋2S2－===3S↓＋3H2O。
(3)取少量亚硫酸钠溶液于试管中，先加足量盐酸酸化，至不再产生气泡，再加少量BaCl2溶液，若出现白色沉淀，则亚硫酸钠已被氧化。
[答案自填] 2H2S＋O22S＋2H2O　SO2＋2H2S===3S＋2H2O　SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl　Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　黄　硫单质　浅黄绿色褪去
白色沉淀　SO　有刺激性　SO2　H2S＋NaOH===NaHS＋H2O　NaHS＋NaOH===Na2S＋H2O　Na2S＋2HCl===2NaCl＋H2S↑　NaHSO3＋NaOH===Na2SO3＋H2O　Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3
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1．含硫物质间发生转化：SSO2SO3H2SO4Al2(SO4)3，其中硫元素化合价发生变化的过程是(　　)
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
答案：A
2．(2024·茂名高一期末)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
解析：选C。铁与硫在加热条件下反应生成硫化亚铁，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，Fe3＋将SO2氧化为SO，硫元素化合价从＋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。
3．下图所示是某一短周期元素的“价—类”二维图，箭头表示物质间的转化均能一步完成，a、g的焰色均为黄色。下列说法错误的是(　　)
A．x为O2，y为H2O
B．c为S，e为SO3
C．f的稀溶液具有强氧化性
D．反应a→b的离子方程式可能是S2－＋2H＋===H2S↑
解析：选C。a、g的焰色均为黄色，说明含有钠元素；根据题图可知，该元素最低化合价为－2价，为第ⅥA族元素，且存在＋4价，说明该元素为硫元素。根据物质类别可知，b为硫化氢，c为硫单质，d为二氧化硫，结合物质转化关系可知，x为氧气，e为三氧化硫，f为硫酸，y为水，g可为硫酸钠，a可为硫化钠。稀硫酸的氧化性不强，因此C项错误。
INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．(2024·无锡高一期末)下图为火山喷发时硫元素的转化示意图，其中甲、乙在常温下均为气体，丙为液体，丁为固体。下列关于甲、乙、丙、丁的判断不正确的是(　　)
A．甲只具有还原性
B．乙、丙均为酸性氧化物
C．乙既具有氧化性，又具有还原性
D．丁为黄色或淡黄色固体
解析：选A。由题述转化关系可推知甲、乙、丙、丁分别为H2S、SO2、SO3、S。H2S中－2价的硫元素只具有还原性，＋1价的氢元素具有氧化性，A错误。
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)：
浓硫酸SO2Na2SO3Na2S2O3S
下列判断不正确的是(　　)
A．反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
B．反应②表明SO2具有酸性氧化物的性质
C．反应③的原子利用率是100%
D．反应④中稀硫酸是氧化剂
解析：选D。反应①为浓硫酸氧化铜单质的反应，浓硫酸是氧化剂，被还原成SO2，硫元素化合价降低2价，Cu是还原剂，被氧化成Cu2＋，铜元素化合价升高2价，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1，故A正确；二氧化硫与NaOH反应生成盐和水，说明二氧化硫为酸性氧化物，故B正确；反应③的化学方程式为Na2SO3＋S===Na2S2O3，生成物只有一种，原子利用率是100%，故C正确；反应④的化学方程式为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。
3．物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的重要视角。下图是硫及其化合物的“价—类”二维图，下列说法不正确的是(　　)
A．向d的水溶液中滴加几滴紫色石蕊溶液，溶液变红色，说明d的水溶液呈酸性
B．分别向d、e的溶液中滴加少量BaCl2溶液，均可产生白色沉淀
C．由d转化为e需加入氧化剂
D．将a与c混合，可生成黄色固体
解析：选B。d为H2SO3，H2SO3能使紫色石蕊溶液变红，说明其水溶液呈酸性，故A正确；d为H2SO3，其酸性比HCl的弱，加入BaCl2溶液，不会产生白色沉淀，故B错误；H2SO3转化为H2SO4，S元素化合价升高，被氧化，需加入氧化剂，故C正确；a是H2S，c是SO2，二者混合发生归中反应生成黄色固体S，故D正确。
4．干法氧化铁脱硫除去大气污染物H2S的原理如下图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．Fe2O3·H2O为该反应的催化剂
B．脱硫反应为3H2S＋Fe2O3·H2O===Fe2S3·H2O＋3H2O
C．再生过程中，硫元素被还原
D．总反应的化学方程式为2H2S＋O22S＋2H2O
解析：选C。根据转化过程可知，Fe2O3·H2O先参与反应后生成，故Fe2O3·H2O为该反应的催化剂，A正确；根据题图可知，脱硫过程中H2S和Fe2O3·H2O反应生成Fe2S3·H2O和H2O，化学方程式为3H2S＋Fe2O3·H2O===Fe2S3·H2O＋3H2O，B正确；再生过程中，Fe2S3·H2O转化为S单质，硫元素的化合价升高，被氧化，C错误；根据转化关系可知，总反应的化学方程式为2H2S＋O22S＋2H2O，D正确。
5．胆矾(或蓝矾)在日常生活中有广泛应用，如配制农药波尔多液、用作游泳池的消毒剂。某小组以辉铜矿粉(主要成分是Cu2S)为原料制备胆矾及副产品的简易流程如下图所示：
请回答下列问题：
(1)胆矾的化学式为________________。
(2)反应1中被氧化的元素为________(填元素符号)；反应5中80 g SO3与足量水反应生成________mol H2SO4。
(3)反应3的化学方程式为____________________________________
___________________________________________________________。
(4)反应6的离子方程式为_____________________________________
___________________________________________________________。
(5)Na2SO3在空气中易变质生成__________(填化学式)。
(6)胆矾的溶解度随温度变化如下图所示。
从CuSO4溶液中提取胆矾，采用的“一系列操作”包括蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、低温干燥。
解析：(1)硫酸铜晶体俗称胆矾、蓝矾，化学式为CuSO4·5H2O。
(2)反应1是Cu2S在空气中高温煅烧，反应的化学方程式为2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2，在该反应中Cu元素化合价不变，S元素化合价升高，失去电子被氧化，O元素化合价降低，得到电子被还原，所以该反应中被氧化的元素为S元素；反应5是SO3与H2O反应生成H2SO4，化学方程式为SO3＋H2O===H2SO4，80 g SO3的物质的量是1 mol，被水充分吸收后生成1 mol H2SO4。
(3)反应3是Cu2S与Cu2O高温煅烧生成Cu和SO2，化学方程式为Cu2S＋2Cu2O6Cu＋SO2↑。
(4)反应6是Cu与H2O2、H2SO4溶液在加热条件下反应生成CuSO4和H2O，该反应的离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋2H2O。
(5)Na2SO3中S元素化合价为＋4价，具有较强的还原性，容易被空气中的O2氧化为Na2SO4。
(6)根据题图可知，CuSO4·5H2O的溶解度随温度的升高而增大，故从CuSO4溶液中提取胆矾，采用的“一系列操作”包括蒸发浓缩、降温结晶(或冷却结晶)、过滤、洗涤、低温干燥。
答案：(1)CuSO4·5H2O　(2)S　1　(3)Cu2S＋2Cu2O6Cu＋SO2↑　(4)Cu＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋2H2O　(5)Na2SO4　(6)降温结晶(或冷却结晶)