2020-2021学年第二单元 硫及其化合物的相互转化导学案

硫及其化合物的相互转化

1．从物质类别和元素化合价的角度，预测不同价态含硫物质的转化，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

2．学会氧化还原反应的配平原则和基本方法，建立配平氧化还原反应方程式的思维模型。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．硫元素的化合价及对应的常见物质

2．硫及其化合物的相互转化

(1)不同价态的硫的转化是通过氧化还原反应实现的。

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：

如：

H2  O2O3。

写出上述变化对应的化学方程式：

2H2S＋O2(不足)===2S＋2H2O。

S＋O2SO2。

2SO2＋O22SO3。

H2＋SH2S。

2H2S＋SO2===3S＋2H2O。

(2)相同价态硫的转化是通过非氧化还原反应实现的。

如：

其中②、③、④的化学方程式：

②H2SO3＋2NaOH===Na2SO3＋2H2O。

③Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑。

④Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3。

[问题探讨]

1．实现“不同价态含硫物质间的转化”需要考虑哪些因素？

提示：低价态S→较高价态S，需要提供氧化剂；较高价态S→低价态S，需要提供还原剂。事实上，不同价态含硫物质间的转化能否发生，除需要从氧化还原基本概念出发选择相应的氧化剂或还原剂外，还需要考虑反应物的性质、反应条件等因素。

如：S＋Hg===HgS，常温下即能发生，因此实验室通过撒硫黄除去不慎洒落的汞。

S＋FeFeS，该反应必须在加热的条件下才能化合生成FeS。

2SO2＋O22SO3，该反应常温下很难发生，需要一定温度和催化剂才能实现。

2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，Na2SO3固体暴露在空气中易被氧化而变质。

2．可通过哪些反应生成SO2?

提示：(1)非氧化还原反应

用亚硫酸钠固体与约70%的浓硫酸反应制备二氧化硫(SO2实验室制法)：

Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O

①为何用70%左右的浓硫酸？因为硫酸浓度太稀，生成的SO2大量溶于水，不利于SO2气体逸出；硫酸浓度太大，电离出的H＋太少，难与Na2SO3反应。

②实验装置见下图：

因该反应随温度的升高会产生酸雾等杂质，所以图中浓硫酸用于洗气，中间的空集气瓶用于收集二氧化硫，最后盛放5% NaOH溶液的烧杯用于吸收尾气，防止有毒气体污染空气。

(2)氧化还原反应

①硫粉燃烧法：S＋O2SO2

②浓硫酸与Cu反应：2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O

1．常见含硫物质的转化

2．通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质间的转化

(1)价态与性质

①－2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；

②0价、＋4价硫处于中间价态，既有氧化性又有还原性；

③＋6价硫处于最高价态，只有氧化性。

[注意]　浓硫酸在一定条件下与金属或还原性盐反应时既体现强氧化性又体现酸性，如Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋2H2O＋SO2↑。

(2)价态变化规律

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。

(3)含硫物质的连续氧化

硫元素

(4)典型的归中反应

2H2S＋SO2===3S＋2H2O；

2Na2S＋Na2SO3＋3H2SO4===3Na2SO4＋3S↓＋3H2O；

S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O；

H2S＋H2SO4(浓)===S↓＋SO2↑＋2H2O(浓硫酸不能干燥H2S气体)。

(5)相邻价态的微粒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。

3．通过非氧化还原反应实现相同价态含硫物质间的转化

(3)SO3H2SO4Na2SO4BaSO4。

[名师点拨]

探究不同价态硫元素之间相互转化的思路

探究不同价态硫元素之间的相互转化，实际上是探究含有不同价态硫元素的物质之间的相互转化。

首先，要选择含有不同价态硫元素的物质，如含＋4价硫元素的物质可以选择二氧化硫或亚硫酸钠。

其次，实现不同价态硫元素之间的相互转化，依据是氧化还原反应，需要寻找合适的氧化剂或还原剂。

再次，提供表明相应转化实际发生的证据。

1．为实现下列转化，需要加入氧化剂的是(　　)

A．S2－S　　　　　　　       B．SO2S

C．SOSO2               D．H2SO4SO2

解析：选A　需加入氧化剂的应为含硫物质中硫元素化合价升高的反应，故选A项。

2．对于反应3S＋6KOH2K2S＋K2SO3＋3H2O，下列说法正确的是(　　)

A．S是氧化剂，KOH是还原剂

B．还原剂与氧化剂的质量之比是2∶1

C．氧化产物和还原产物的物质的量之比为3∶2

D．若3 mol硫完全反应，则反应中共转移4 mol电子

解析：选D　在反应3S＋6KOH2K2S＋K2SO3＋3H2O中，还原剂和氧化剂都是S；氧化剂和还原剂的质量之比为2∶1；氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2；若3 mol硫完全反应时，1 mol S为还原剂，转化为亚硫酸钾，则反应中共转移了1 mol×(4－0)＝4 mol电子。

3．油画所用颜料含有某种白色的铅化合物，置于空气中，天长日久就会生成黑色的PbS，从而使油画的色彩变暗。可以选用H2O2“清洗”，将PbS转变为白色的PbSO4，而使油画“复原”。填写下列空白：

(1)在清洗过程中H2O2主要体现________(填“氧化”或“还原”)性。

(2)H2O2清洗中发生反应的化学方程式为PbS＋4H2O2===PbSO4＋4H2O，若有0.1 mol PbS参与反应，则在此反应中发生转移的电子为________个。

解析：(1)PbS转变为PbSO4，硫元素化合价升高，PbS体现还原性，故H2O2体现氧化性。(2)由化合价升降守恒可知，PbS → PbSO4 失去8e－，则有0.1 mol PbS参与反应，转移电子个数为0.1×8×6.02×1023＝4.816×1023。

答案：(1)氧化　(2)4.816×1023

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)除胶头滴管、酒精灯外，你认为本实验必不可少的一种玻璃仪器是________。

(2)请帮他们完成以下实验报告：

实验目的：探究三种价态(0、＋4、＋6)硫元素之间的相互转化。

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(画斜线部分不必填写)：

问题讨论：从三种价态(0、＋4、＋6)硫元素之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。

(3)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

解析：(1)该实验的进行还需一种试剂的反应容器，选试管最合适。(2)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：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(3)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)试管

(2)如表所示

还原　氧化　氧化(或还原)　还原(或氧化)

(3)AE

1．遵循的原则

氧化还原反应中发生了电子转移，表现为某些元素化合价的变化。反应过程中电子不会凭空产生或消失，所以氧化还原反应中得失电子总数一定相等。

2．配平步骤

(1)完全反应型　以碳和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫和水为例：

定物质：C＋H2SO4(浓)——CO2＋SO2＋H2O　

依据信息写出主要反应物、生成物的化学式。

找变价：＋H2O4(浓)——O2＋O2＋H2O

标出化合价有变化的元素的化合价。

根据化合价的变化标出电子转移的方向和数目。

根据得失电子守恒确定电子总数(求最小公倍数)。

定系数：1C＋2H2SO4(浓)1CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

先定氧化剂、还原产物，还原剂、氧化产物的计量数，再用观察法配出其他物质的计量数，并添加气体符号，注明反应条件，将单线改为双线。

查守恒：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(物质前计量数“1”可省略)

[注意]　查守恒指检查“化合价升降守恒”“原子守恒”，离子方程式还要检查“电荷守恒”。

(2)部分反应型　以Cu 与稀硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO和H2O为例：

定物质：Cu＋HNO3(稀)——Cu(NO3)2＋NO＋H2O

找变价：＋HO3(稀)——C (NO3)2＋O＋H2O

标变化：Cu0,↑2＋HO3(稀)—— (NO3)2＋N＋2,↓3O＋H2O

求倍数：Cu0,↑2×3＋HO3(稀)—— (NO3)2＋N＋2,↓3×2 O＋H2O

定系数：3Cu＋8HNO3(稀)——3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

查守恒：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

部分被氧化(还原)的物质，确定还原剂(氧化剂)的计量数时应计算参与氧化还原反应的数目和未参与氧化还原反应的数目之和。如此处HNO3的计量数应为产物Cu(NO3)2和NO中N元素的数目之和，即3×2＋2＝8。

[问题探讨]

1．如何书写给定情境下的氧化还原反应方程式？

提示：(1)找到正确的参与氧化还原反应的氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物。

(2)配平氧化还原反应方程式。配平时，先标出元素的化合价，再根据化合价守恒配平氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物。

(3)根据H、O元素守恒或其他元素守恒，补充水等非氧化还原物质，实现质量守恒。

2．已知：KMnO4能与热的经硫酸酸化的FeSO4反应，生成Mn2＋和Fe3＋，写出该反应的离子方程式__________________________________________________________。

提示：第一步：按“氧化剂＋还原剂——还原产物＋氧化产物”的格式把离子方程式初步写成下式。

MnO＋Fe2＋——Mn2＋＋Fe3＋

第二步：根据化合价升降守恒配平。

O＋2＋——2＋＋3＋

↓5×1　↑1×5

MO＋52＋——2＋＋53＋

第三步：反应在硫酸中进行，故在左边补充H＋，实现电荷守恒。

8H＋＋MnO＋5Fe2＋——Mn2＋＋5Fe3＋

第四步：右边补充H2O，实现原子个数守恒或质量守恒，并检查。

8H＋＋MnO＋5Fe2＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O

3．由CO2制取C的太阳能工艺如下图所示：

“热分解系统”发生的反应为2Fe3O46FeO＋O2↑，“重整系统”发生反应的化学方程式为________________________。

提示：从图中可知“重整系统”的反应物为FeO、CO2，生成物为Fe3O4 和C，再根据化合价守恒、原子守恒配平。

答案：6FeO＋CO22Fe3O4＋C

氧化还原反应方程式配平的方法

1．常用方法——化合价升降法

答案： 2　16　3　2　6　6　8

2．其他配平方法

(1)逆向配平法：若反应为自身氧化还原反应，先确定生成物的系数，再确定反应物的系数。

如：    Cl2＋    NaOH——    NaCl＋    NaClO3＋    H2O

答案：3　6　5　1　3

(2)缺项配平法：先配平含反应前后化合价变化元素物质的化学计量数，再通过比较反应物和生成物，观察增、减的原子或离子数，从而确定未知物并配平。

如：    Au3＋＋    BH＋    OH－===    Au＋    BO＋________

答案：8　3　24　8　3　18H2O

(3)合并配平法：某物质中元素的化合价同时升高和降低，可以将这种物质当作一个整体计算化合价变化的总数。

答案：4　11　8　2

[名师点拨]

氧化还原反应配平的原则

(1)得失电子守恒：氧化剂和还原剂得失电子总数相等，化合价升高总数与降低总数相等。

(2)质量守恒：反应前后原子的种类和个数不变。

(3)电荷守恒：反应前后阴、阳离子所带电荷总数相等。

1．已知在碱性溶液中可发生反应2R(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2RO＋3Cl－＋5H2O，则RO中R的化合价是(　　)

A．＋3   B．＋4

C．＋5   D．＋6

解析：选D　根据电荷守恒得3×1＋4×1＝3×1＋2n，则n＝2，所以RO为RO，该离子中O元素的化合价为－2价，R、O元素化合价的代数和为－2，则该离子中R元素的化合价为＋6价，D项正确。

2．根据世界环保联盟的要求，广谱消毒剂ClO2将逐渐取代Cl2成为生产自来水的消毒剂。工业上常将NaClO3和Na2SO3溶液混合并加硫酸酸化后反应制得ClO2，则反应后Na2SO3转化为(　　)

A．Na2SO4   B．SO2

C．S   D．Na2S

解析：选A　NaClO3中Cl为＋5价，ClO2中Cl为＋4价，Cl元素的化合价降低，则一定有元素的化合价升高。Na2SO3中S为＋4价，S可升高至＋6价，则产物为Na2SO4。

3．配平下列化学方程式。

解析：(1)第一步：标变价，H2＋HO3―→↓＋O↑＋H2O

第二步：列得失，

第三步：求总数，确定氧化剂(或还原产物)和还原剂(或氧化产物)的化学计量数。

故H2S的化学计量数为3，HNO3的化学计量数为2。

第四步：配系数，先配平变价元素，再利用原子守恒配平其他元素，即化学方程式为

3H2S＋2HNO3===3S↓＋2NO↑＋4H2O

第五步：查守恒，利用原子守恒进行验证。

(2)先配平含变价元素的化学计量数：

该氧化还原反应中的变价元素为Cu和N，则有

Cu―→Cu2＋　化合价升2×3

HO3―→O　化合价降3×2

根据原子守恒，用观察法确定其他物质的化学计量数。

化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

答案：(1)3　2　3　2　4

(2)3　8　3　2　4

4．(1)请将5种物质：N2O、FeSO4、Fe(NO3)3、HNO3和Fe2(SO4)3分别填入下面对应的横线上，组成一个未配平的化学方程式：

______＋______―→______＋______＋________＋H2O

(2)反应物中发生氧化反应的物质是________，被还原的元素是________。

(3)反应中1 mol氧化剂________(填“得到”或“失去”)________mol e－。

(4)请将反应物的化学式及配平后的系数填入下列相应的位置中：

解析：(1)所给的物质组合中，HNO3中氮元素化合价位于最高价，具有强氧化性，可知HNO3为反应物中的一种，对应还原产物为N2O，另一反应物应具有还原性，分析可知为FeSO4，对应生成物为Fe2(SO4)3与Fe(NO3)3，故发生的反应为HNO3＋FeSO4―→N2O↑＋Fe2(SO4)3＋Fe(NO3)3＋H2O。

(2)还原剂FeSO4发生氧化反应，HNO3中化合价降低的为N元素，被还原。

(3)反应物FeSO4中铁元素的化合价从＋2变为＋3，HNO3中氮元素化合价从＋5变为＋1，HNO3是氧化剂，故1 mol氧化剂参加反应，得到4 mol e－。

(4)配平步骤

标变价：FSO4＋HO3―→F2(SO4)3＋F (NO3)3＋2O↑＋H2O。

找变化：FSO4→ F2(SO4)3＋F (NO3)3 ，HO3 → 2O

求总数：根据化合价升降总数相等及硫原子守恒，确定氧化产物与还原产物的系数：

FeSO4＋HNO3―→8Fe2(SO4)3＋8Fe(NO3)3＋3N2O↑＋H2O。

配系数：24FeSO4＋30HNO3===8Fe2(SO4)3＋8Fe(NO3)3＋3N2O↑＋15H2O。

答案：(1)FeSO4　HNO3　Fe(NO3)3　Fe2(SO4)3　N2O↑　(2)FeSO4　N　(3)得到　4　(4)24　FeSO4　30　HNO3

[分级训练·课课过关]______________________________________________________

1．下列物质中的硫元素，既有氧化性又有还原性的是(　　)

A．H2S                          B．SO2

C．SO3                          D．H2SO4

解析：选B　SO2中S的化合价为＋4价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性。

2．下列说法错误的是(　　)

A．硫单质与金属铁、氢气的化合反应，体现了硫单质的氧化性

B．SO2能使酸性KMnO4溶液、氯水褪色，说明SO2具有漂白作用

C．H2S中－2价的S只有还原性没有氧化性，SO3中＋6价的硫只有氧化性

D．二氧化硫和硫化氢反应能生成单质硫和水，体现了二氧化硫的氧化性

解析：选B　 硫单质中的硫原子得电子，作氧化剂，金属铁和氢气失电子，作还原剂，该反应中硫单质体现氧化性，A项正确；SO2体现的是还原性，酸性KMnO4溶液、氯水具有强氧化性，被SO2还原而褪色，B项不正确；H2S中硫元素化合价为－2价，在反应中化合价只能升高，体现还原性，SO3中＋6价的硫化合价处于最高价，反应中化合价只可以降低，体现氧化性，C项正确；二氧化硫中＋4价的硫元素反应后成为0价的硫，体现了二氧化硫的氧化性，D项正确。

3．中科大陈乾旺教授等人发现了人工合成金刚石的新方法，化学反应原理为Na＋CO2C(金刚石)＋C(石墨)＋Na2CO3(未配平)，这种合成具有深远的意义。下列说法不正确的是(　　)

A．该反应中，钠作还原剂，一部分二氧化碳作氧化剂

B．每生成1 mol Na2CO3时，共转移2 mol电子

C．该反应中Na2CO3是氧化产物

D．还原性：Na<C

解析：选D　根据题给反应原理可知，Na为还原剂，部分CO2作氧化剂，Na2CO3是氧化产物，还原性：Na>C，故D项不正确。

4．氧化还原反应有多种分类方法，其中根据参与电子转移的元素种类不同的分类方法最常见。下列反应中电子转移发生在相同价态的同种元素之间的有________；电子转移发生在不同价态的同种元素之间的有________；电子转移发生在不同元素之间的有________。(填反应编号)　

(1)Fe＋2FeCl3===3FeCl2

(2)NH4NO3N2O↑＋2H2O

(3)2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

(4)S＋2KNO3＋3CK2S＋N2↑＋3CO2↑

(5)Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

(6)HgS＋O2Hg＋SO2

解析：根据反应中各元素化合价的变化可作出判断。元素化合价变化情况如下：

(1)F ―→F，F ―→F；

(2) ―→， ―→；

(3)M ―→M/M， ―→；

(4) ―→， ―→， ―→；

(5)C C ―→C；

(6)H ―→H， ―→， ―→。

答案：(5)　(1)(2)　(3)(4)(6)