沪科版化学高一年级第二学期5．1从黑火药到酸雨学案

5.1从黑火药到酸雨（1）
★知识要点
一、硫
1.自然界中硫的存在
含量低（硫元素在地壳中含量仅占0.05%),分布广。
游离态——火山口附近。
化合态——芒硝、石膏、硫铁矿、黄铜矿等含硫化合物，生物体内蛋白质中。
2.硫的物理性质
淡黄色固体，不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2。
可利用硫易溶于CS2的特点分离或除去硫，如可用CS2洗涤沾有硫粉的试管。
3.化学性质
硫是比较活泼的非金属元素。硫的原子结构示意图： 。
S原子最外层有6个电子，能得到2个电子成为-2价
的硫，最高正价为+6价，此外硫的常见化合价还有+4价等。
硫单质中硫为0价，在化学反应中，其化合价既能降低又能升高，因此硫既能作氧化剂又能作还原剂。
(1)与金属反应
S作氧化剂，与钠、铝、铁、铜、汞等金属单质都能反应，S被还原为。具有可变价态的金属（如铁、铜）只能被硫氧化到较低价态。
①2Na+SNa2S,常温下研磨即可剧烈反应。
②Fe+SFeS,加热条件下反应。停止加热后，混合物仍保持红热状态（说明反应放热）,生成黑褐色固体硫化亚铁。
③2Cu+SCu2S,Cu在S蒸气中燃烧，生成黑色固体硫化亚铜。
④Hg+SHgS,实验室可利用此反应处理洒落的汞滴。
(2)与非金属反应
①与氢气，硫作氧化剂：H2+SH2S;
②与氧气，硫作还原剂：S+O2SO2。
在空气中燃烧产生微弱的淡蓝色火焰，在纯氧中燃烧产生明亮的蓝紫色火焰。在点燃条件下，即使O2过量反应产物也是SO2,S和O2单质间化合产物不能写成SO3。
(3)黑火药反应：S+2KNO3+3C→K2S+N2+3CO2。
该反应中，S和KNO3为氧化剂，C为还原剂。
二、硫化氢
无色，有臭鸡蛋气味有毒气体，比空气重（标准状况下密度p==1.52g/L),能溶于水，水溶液为氢硫酸。
1.化学性质
硫化氢气体具还原性，具体表现为能在O2中燃烧，能被CI2、SO2等氧化，能使酸性高锰酸钾褪色等。
(1)可燃性
氧气充足时，硫化氢气体完全燃烧：2H2S+3O22SO2+2H2O;
氧气不足时，硫化氢气体不完全燃烧：2H2S+O22S+2H2O。
(2)与SO2反应
2H2S+SO2→3S+2H2O
H2S与SO2在集气瓶内混合后，可在瓶壁观察到有水珠和淡黄色粉末出现。
(3)与卤素单质反应
H2S+Cl2→S+2HCl,其他卤素单质，如Br2、I2等，也能与H2S发生相似反应。
以上反应中，卤素单质作氧化剂，S是氧化产物，由此可比较氧化性，如：CI2>S。
(4)不稳定性：H2SH2+S。
H2S不稳定，受热易分解。该反应中，H2S既是氧化剂（H被还原）,又是还原剂（S被氧化）。
2.氢硫酸性质
H2S的水溶液为氢硫酸，为二元弱酸。
(1)酸的通性
表现为能使酸碱指示剂变色；与活动性顺序在H前的活泼金属的单质反应，置换出H2;与碱反应；与碱性氧化物反应；与某些盐反应。
如：H2S+2NaOH→Na2S+2H2O,H2S+NaOH→NaHS+H2O;
H2S+CuSO4→CuS+H2SO4,H2S+Pb(NO3)2→PbS+2HNO3。
CuS、PbS均为不溶于酸的黑色沉淀，该性质可用于H2S和S2-的检验。
(2)强还原性
氢硫酸露置于空气中容易出现浑浊变质：2H2S+O2→2S↓+2H2O;
氢硫酸能使溴水褪色：H2S+Br2→S↓+2HBr。
3. 实验室制法
(1)反应原理：FeS+H2SO4(稀）→H2S+FeSO4或FeS+2HCl(稀）→H2S+
FeCl2。
盐酸有挥发性，所以一般不宜选用浓盐酸制备H2S;由于H2S有还原性，不宜选用强氧化性的酸，如硝酸、浓硫酸
(2)气体发生装置
根据制备H2S的反应原理和条件，可用固液不加热型装置制取气体，与实验室制H2、CO2等气体采用的气体发生装置相同。
(3)检验：能使湿润的醋酸铅试纸变黑。也可将气体通入硫酸铜溶液或硝酸铅溶液，有黑色沉淀生成。
(4)净化和干燥
除去H2S气体中可能混有的HCl气体，可采用饱和的NaHS溶液：
HCI+NaHS→H2S+NaCl
除去H2S气体中的水蒸气，可选无水CaCl2或P2O5作干燥剂，不能选用碱石灰（碱性）或浓硫酸（强氧化性）:H2S+H2SO4(浓）→S+SO2+2H2O。
(5)收集方法：向上排气法。
(6)尾气吸收：H2S有毒，多余的H2S气体可用NaOH或CuSO4溶液吸收。
学法指导
硫元素及其化合物知识的学习
元素化合物知识的学习，是中学化学的核心内容之一，是认识化学基本概念、基础理论，进行化学计算，开展化学实验等的载体。对于硫及其化合物的学习可以通过以下方法展开。
1.应用卤族元素结构和性质的关系，迁移至对硫及其化合物的学习过程
高一第一学期学习了以氯为代表的卤族元素及其化合物，知道了结构和性质的关系是贯穿元素化合物学习始终的主线，对于硫及其化合物知识的学习仍应牢牢扣住这点展开。同时，同为非金属元素，硫与氯在原子结构上既有相似也有不同，可以在与氯的比较过程中进行分析推理演绎，认识硫及其化合物的性质。这部分涉及许多反应的实验现象、化学方程式等，知识点多，记忆量大，相关内容容易混淆。学习中要善于归纳通性；寻找差异，体会结构与性质的关系，较之单纯的死记硬背有事半功倍之效，并能为后续学习其他元素及其化合物提供知识和方去的铺垫。
2.抓住化合价的变化，应用氧化还原规律分析和认知相关反应
含硫物质多种多样，一定的条件下可以相互转化。含不同价态硫的物质通过氧化还原反应规律联系在一起。在高一第一学期初步学习了氧化还原反应等化学基本原理的基础上，对这些转化过程的认识应能抓住硫元素的化合价的变化情况，在对氧化还原反应基本规律的理解中记忆和书写有关反应的化学方程式，认识硫在四种不同价态时所代表的物质所具有的氧化性或还原性，分析简单的氧化还原反应。同时，在此过程中也能进一步提升对氧化还原反应相关规律的认识。
3.应用物质的分类及其转化的概念，分析含相同价态硫元素的不同物质之间的转化通过非氧化还原反应可以实现含有相同价态硫元素的不同物质之间的转化（如SO2、H2SO3、NaHSO3、Na2SO3之间的相互转化等）。回顾酸、碱、盐、氧化物等之间的转化关系，应用物质间的转化关系去分析、解决这类问题，可以达到举一反三、触类旁通的效果，对建构系统、完备的元素化合物知识网络具有重要的意义。
疑难解答
1.如何比较氯元素和硫元素的非金属性及单质硫和氯气的氧化性？
(1)非金属性：CI>S
非金属性通常衡量元素的原子得电子的能力。元素原子越容易得电子，非金属性越强；反之，越不容易得电子，非金属性越弱。非金属性是原子没有形成化学键时表现出来的内在固有属性，取决于原子本身的结构特点。
S和CI原子具有相同的电子层数，S的核电荷数小于CI,因此S的核外电子受核的吸引力比Cl的小，S得电子的能力比CI小，S的非金属性小于Cl。
(2)单质氧化性：氯气>硫
氧化性是指物质在一定条件下发生氧化还原反应时表现出来的性质。
氯气的氧化性比单质硫强，通常可以通过一些实验事实说明。如：
①分别与可变价态的金属化合，氯气能使之氧化到更高价态，而S只能将其氧化到较低价态，如FeCl3和FeS、CuCl2和Cu2S。
②氯气能置换出S,如：Cl2+Na2S→S+2NaCl
③分别与氢气化合，氯气更容易反应，生成的气态氢化物HCI比H2S更稳定。
(3)元素非金属性和单质氧化性的关系
在反应条件相同，组成、结构相似的情况下，通常可以用外在性质的描述反映内在的结构，如：可由单质氧化性越强、气态氢化物越稳定、最高价氧化物对应水化物酸性越强等，表示元素的非金属性越强。
很多时候，元素的非金属性强，其单质的氧化性也强，但这并不是绝对的。单质的氧化性不仅与元素本身得电子能力有关，还与反应条件及原子在构成物质时的成键情况等有关。因此严格地讲，这两者应是不同的概念，既有一定联系又有本质区别。
2.常见的常温下不能共存的气体有哪些？
常温下H2S与SO2不共存，反应生成S(黄色粉末）和水。除此以外常温下不能共存的气体，常见的还有：
H2与F2,冷暗条件下就能发生爆炸；
NH3与HCI,接触会产生白烟（产物为氯化安固体小颗粒）;
NO与O2,无色NO遇到O2立即转变为红棕色NO2气体；
CI2与H2S,CI2氧化性大于S,能置换出S;等等。
3.H2S通入CuSO4溶液能生成黑色沉淀，H2S通入FeSO4溶液是否也有相似现象？
H2S通入FeSO4溶液不能产生黑色沉淀，这与金属硫化物的溶解性有关。常见金属硫化物的溶解性为：
能溶于水的：Na2S,K2S,(NH4)2S等；
难溶于水，能溶于稀酸的：ZnS(白色）,FeS(黑色）等；
难溶于水，也难溶于稀酸的：CuS(黑色）,PbS(黑色）,Ag2S(黑色）等。
由于CuS不溶于水也不溶于稀硫酸，H2S通入CuSO4溶液能反应生成硫酸和CuS沉淀H2S+CuSO4→CuS+H2SO4,复分解反应能够进行。而FeS虽然不溶于水，但能溶于稀硫酸，无法得到FeS沉淀，不满足复分解反应发生的条件。因此通常可用硫酸铜或醋酸铅等溶液检验H2S。
实验室利用FeS能溶于稀硫酸，以稀硫酸和FeS为反应物制备H2S气体。
例题解析
例1.下列化合物中能由单质直接化合而得到的是 ( )。
A.Fe2S3 B.Cu2S C.FeCl3 D.FeCl2
【答案】BC
【解析】S既有氧化性也有还原性。S表现氧化性时，氧化性较弱，与变价金属反应，只能将金属氧化到较低价态，如FeS、Cu2S;Cl2的氧化性比S强，并可将变价金属氧化到较高价态，得到FeCl3、CuCl2。
例2.将4g硫粉和8.4g铁粉混合后在密闭容器中隔绝空气加热，充分反应并冷却后，加人足量稀硫酸。求：(1)生成气体的体积在标准状况下为多少？
(2)生成气体质量为多少？
Fe和S反应得Fes,两种反应物的量均已知，需先进行过量判断，即根据Fe和S的物质的量判断反应中过量的物质，由不过量的物质计算产物。
Fe+SFeS
1 1 1
n(Fe)=8.4/56=0.15mol,n(S)=4/32=0.125mol,Fe过量。
n(FeS)=n(S)=0.125mol;并有过量Fe剩余：
n(Fe余）=0.15-0.125=0.025mol。
反应后混合物中加入硫酸，生成气体有：
n(H2S)=n(FeS)=0.125mol,n(H2)=n(Fe余）=0.025mol
(1)V=22.4×(0.125+0.025)=22.4×0.15=3.36L。
(2)m=0.125×34+0.025×2=4.3g。
注意：①Fe过量时，所得气体除H2S外，还有H2。
②分析反应化学方程式中相关物质的量的关系可以发现，无论铁是否过量，生成气体的物质的量的总和，总是等于原混合物中铁的物质的量，即n(气体，总）=n(Fe,总）
例3. 某容器可能含有H2S、CI2、HCI三种气体中的若干种，用湿润的蓝色石蕊试纸检验时，试纸先变红，后褪色。这种气体中一定含有
______,可能含有_____,一定没有_______.
【答案】CI2,HCI,H2S
【解析】CI2溶于水生成盐酸、次氯酸：Cl2+H2O-HCl+HCIO,溶液呈酸性，且HCIO具强氧化性，有漂白作用。因此使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，一定有CI2。CI2与H2S不能共存，CI2+H2S→2HCl+S↓，既有Cl2,则一定无H2S。氯水也呈酸性，无法判断是否含有HCl。
例4.把70mLH2S和90mLO2(标准状况）混合，在一定条件下点燃，使之完全反应后恢复到原来状况，可得到SO2的体积是（不考虑SO2在水中的溶解） ( )。
A.50ml B.55mL C.60mL D.70mL
【答案】B
【解析】由阿伏加德罗定律，相同条件下气体体积之比即为物质的量之比。
H2S和O2反应，有两种情况：2H2S+3O22SO2+2H2O
2H2S+O22S+2H2O
本题中H2S和O2体积比7:9,介于2:3和2:1之间，由①和②式可判断燃烧产物中既有SO2,也有S。此题可有多种解法。
解法一：由反应①，
2H2S+3O22SO2+2H2O
2 3 2
60 90 60
H2S过量10mL,过量H2S与SO2不能共存，消耗一部分SO2,
2H2S+SO2→3S+2H2O
2 1
10 5,剩余SO2,V(SO2)=60-5=55mL
解法二：由反应②，
2H2S+O22S+2H2O
2 1 2
70 35 70
可见氧气过量，过量氧气体积：V=90-35=55mL,过量氧气和S继续反应生成SO2。
根据反应S+O2SO2,1LO2转化为1LSO2,气体体积不发生变化，V(SO2)=55mL
解法三：设按①式进行反应的H2SxmL,按②式进行反应的H2SymL,则
x+y=70 X=55
1.5x+0.5y=90 ' y=15,SO2由反应①生成，V(SO2)=x=55mL。
解法四：由题意，写出反应的总的化学方程式，其中H2S和O2系数比为7:9,产物为SO2、S和水，将化学方程式配平
7H2S+9O21.5S+5.5SO2+7H2O。
按相关系数比，很容易求得V(SO2)=55mL。
例5.在标准状况下，将3.36LH2S气体通入一定量的NaOH溶液中全部被吸收，氢氧化钠也完全反应。然后在低温下小心蒸干，得到不含结晶水的固体10.6g,问所得固体含什么物质，质量各为多少？
【答案】NaHS2.8g,Na2S7.8g。
【解析】本题可通过极端假设来判断反应的产物。
NaOH过量，H2S+2NaOH→Na2S+2H2O
NaOH不足，H2S+NaOH→NaHS+H2O
n(H2S)==0.15mol,根据S元素守恒分析。
如全部生成Na2S,m=0.15×78=11.7g;如全部生成NaHS,m=0.15×56=8.4g,由题意，现得到固体质量10.6g,介于8.4~11.7g之间，。所得固体含NaHS和Na2S。
设含NaHSxmol,Na2Symol。
x+y=0.15, 56x+78y=10.6.x=0.05.m(NaHS)=2.8g .y=0.1,m(Na2S)=7.8g
巩固练习
一、选择题
1.下列关于硫的叙述中不正确的是( )。
A.粘附在试管壁上的硫可用CS2或热的烧碱溶液清洗。
B.硫既有氧化性也有还原性。
C.硫在自然界中仅以化合态形式存在。
D.硫粉和铜粉共热生成黑色的硫化亚铜。
2.以下能说明氯气氧化性比硫强的最主要事实是( )。
A.在通常情况下，硫为浅黄色固体，而氯为黄绿色气体。
B.硫不溶于水，而氯气溶于水。
C.跟金属或氢气反应时，硫最终显-2价，而氯最终显一1价。
D.跟同种变价金属（如铜或铁）反应时，金属被硫氧化到低价态，被氯气氧化到高价态。
3.比较氧和硫元素的下列性质，前者小于后者的有( )。
①单质的沸点②单质的氧化性③阴离子的还原性
④与H2反应的能力⑤氢化物的稳定性⑥阴离子半径
A. ①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.①③⑥
4.某金属分别和足量的氯气及硫反应，与0.1mol该金属反应时，消耗氯气为0.15mol,消耗硫为0.1mol,则该金属可能是( )。
A.Fe B.Cu C.Na D.Al
5.已知非金属性的强弱顺序为I>S,则下列各化学方程式中，错误的是( )。
A.Cl2+2KI→2KCl+I2 B.H2S+Br2→2HBr+S
C.S+2KI→2K2S+I2 D.H2S+I2→2HI+S
6.下列有关硫化氢的叙述中正确的是( )。
A.氢硫酸因含有-2价的硫，所以只有还原性。
B.硫化氢与硫酸亚铁溶液反应，有黑色沉淀硫化亚铁生成。
C.实验室制取硫化氢时，只能用稀盐酸或稀硫酸，不能用浓硫酸或稀硝酸。
D.硫化氢不能与硫化钠溶液反应
二、填空题
7.将8g硫完全燃烧，生成二氧化硫气体，放出热量74.2kJ,则硫燃烧的热化学方程式为：____________________.
8.将红热的铜丝放入装满氯气的集气瓶，可以观察到的现象：_________________________,反应的化学方程式为______________;铜丝在硫蒸气中发生反应的化学方程式为______________________,
如反应中转移电子0.5mol,则得到产物的质量为_________________.
9.黑火药是我国古代四大发明之一，其组成可简单地称作：一硫、二硝、三炭。写出黑火药爆炸的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目：________________________________________________.
其中氧化剂是：_____，还原剂是：______。如有1mol硝酸钾参加反应，被硝酸钾氧化的C的质量是_____g。
10.H2S的电子式：_________,属于_________(填“离子”或“共价”）化合物，列举一个与H2S有相同电子数和质子数的微粒_______;
11.H2S气体最重要的化学性质是还原性，它可以和许多氧化剂发生反应，写出下列各反应的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目。
（1）将H2S气体通入溴水，溴水褪色，溶液变浑浊：___________,并比较氧化性：________>________.
(2)H2S气体与SO2气体混合：_____________________,氧化产物和还
原产物的物质的量之比为：_____________.
12.把50mLH2S和60mLO2混合，在一定条件下点燃，使之反应。当反应完全后恢复到原来状况时，产生SO2的体积是______(不考虑SO2在水中溶解）mL。
13.(1)实验室制取H2S气体的化学方程式：_______________________.
(2)为了除去中H2S气体的水蒸气，应该选用下列方法中的( )。
A.将混合气体通过盛氢氧化钠固体的干燥管
B.将混合气体通过盛碱石灰的U型管
C.将混合气体通过盛无水氯化钙的干燥管
D.将混合气体通过盛浓硫酸的洗气瓶
(3)标准状况下，H2S气体的密度为________。用排空气法收集H2S气体，经测定知道混合气体的平均式量为33,则混合气体中H2S的体积分数为____________.
(4)既能检验又能吸收H2S气体的试剂是____,写出相关反应的化学方程式____________________________________.
三、计算题
14.将8g硫粉和16.8g铁粉的混合物隔绝空气加热，充分反应后得到黑色固体。求：
(1)黑色固体中含有什么物质，物质的量是多少？
(2)在反应后的混合物中加入足量稀硫酸，可得到气体体积是多少（STP)?
(3)在反应后的混合物中加入足量稀硫酸，得到气体的质量是多少？




15. 将50g硫粉和铁粉的混合物加热，充分反应后生成硫化亚铁44g,则混合物中硫的质量为多少？





拓展提高
16.硫与KOH溶液共热时，生成硫化钾、亚硫酸钾和水。写出该反应的化学方程式：________________________;该反应中，被氧化的硫与被还原的硫的质量比为_________________________________.
17.某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分，设计了如图所示装置。倾斜A使稀硫酸（足量）与固体M充分反应，和反应停止后，B装置增重，C装置中溶液无变化，反应后进入量气管气体的体积为VmL(已折算成标准状况）,由上述实验事实可知：
(1)①固体M中一定有的物质是________
(填化学式）,理由是____________.
②其中一种物质的质量可以确定为___g(用
代数式表示）。
(2) B装置的名称是___,B装置中反应的化学方程式为____________.
(3)C装置的作用是______。如果实验中没有B装置，则C装置中产生的现象是_______________________.
(4)若稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体，该固体是____，要分离出该固体，在实验操作中，除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是_________.
18.(1)写出下列反应的化学方程式：
少量H2S气体与NaOH溶液反应，_________________________。
足量H2S气体与NaOH溶液反应，__________________________.
(2)填表：将amolH2S气体通入含xmolNaOH的VL溶液中。当a与x为下列比值时，溶液中各留下什么溶质（钠的化合物）。
a/x 溶液中溶质 a/x 溶液中溶质
0<< <<1
= ≥1
(3)含8gNaOH的溶液中通入一定量H2S后，将得到的溶液小心蒸干，称量得到的无水物7.9g。则该无水物中一定含有的物质是 ( )。
A.Na2S B.NaHS C.Na2S和NaHS D.NaOH和Na2S