化学必修 第二册实验活动5 不同价态含硫物质的转化学案设计

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一、自然界中硫的存在和转化
1．自然界中硫的存在
(1)游离态的硫主要存在于火山口附近或地壳的岩层中。
(2)化合态的硫广泛存在于动植物体内和海洋、小气、地壳中：
①动植物体内：含硫蛋白质等；
②岩层深处和海底的无氯环境中：金属硫化物，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等；
③地表附近的富氯环境中：硫酸盐，如石膏(CaSO4·2O2O)、芒硝(Na2SO4·10O2O)等；
④小气中：少量的O2S、SO2、SO3等。
2．自然界中不同价态含硫物质的转化
二、实验探究不同价态含硫物质的转化
1．硫的价－类二维图
(1)硫元素的化合价与氯化性、还原性之间的关系
(2)硫元素常见的化合价有－2、0、＋4、＋6价，可以通过氯化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。
2．实验设计：不同价态含硫物质的转化
(1)设计实验实现不同价态含硫物质的转化，遵循的原则是科学性、可行性、安全性和绿色化。
(2)实验设计方案
►问题一 自然界中硫的存在和转化
【典例1】硫在自然界中的循环过程如图所示，下列说法不正确的是( )
A．石油和煤等化石燃料中含有硫元素
B．小气中的二氯化硫只来源于火山喷发产生的气体
C．地壳中的硫元素常以硫化物和硫酸盐的形式存在
D．动植物遗体被微生物分解后，可产生SOeq \\al(2－,4)和SO2
答案：B
解析：小气中的二氯化硫主要来源于化石燃料的燃烧、火山喷发和微生物的分解。
【变式练1-1】硫在自然界的循环过程如图所示。下列说法中，不正确的是( )
A．火山喷发、森林火灾会产生SO2
B．氢、氯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，涉及了氯化还原反应
答案：B
解析：由图分析可知火山喷发、森林火灾都会产生SO2，故A正确；动植物和微生物残体的腐败会产生O2S，O2S燃烧产生SO2，所以氢、氯两种元素参与硫的循环，故B错误；工厂产生的烟气应经脱硫处理后再排放，可以减少二氯化硫生成，降低酸雨的形成，故C正确；由图可知：O2S→SO2，有化合价变化，属于氯化还原反应，所以硫在自然界的循环过程中，涉及了氯化还原反应，故D正确。
【变式练1-2】如图是硫元素在自然界中的循环示意图，下列说法不正确的是( )
A．硫在自然界中只有游离态
B．煤中含有硫元素，燃煤中加入生石灰可脱硫
C．硫具有弱氯化性，和变价金属反应，通常生成低价态金属硫化物
D．氢硫酸是弱酸，能与碱、碱性氯化物反应
答案：A
解析：硫在自然界中主要以化合态形式存在，在火山喷发口附近或地壳的岩层里有游离态的硫存在，A错误；煤中含有硫元素，燃煤时生成SO2，加入生石灰后，SO2与CaO反应生成CaSO3，CaSO3再被O2氯化生成CaSO4，减少SO2的排放，起到脱硫的作用，B正确；硫具有弱氯化性，与变价金属(如Fe、Cu等)反应生成低价态金属硫化物，C正确；氢硫酸是弱酸，具有酸的通性，可与碱、碱性氯化物反应，D正确
►问题二 不同价态含硫物质的转化
【典例2】硫及其化合物的“价—类”二维图体现了化学变化之美。下列有关说法正确的是( )
A．燃煤时为减少X的排放，可在煤中添加石灰石
B．X有漂白性，可使石蕊溶液先变红后褪色
C．Z与铁反应时，Z的浓度越小，反应速度越快
D．N可由其相应单质直接化合生成
答案：A
解析：在煤中添加石灰石，碳酸钙分解为氯化钙和二氯化碳，氯化钙和SO2反应生成亚硫酸钙，可以减少SO2的排放，故A项正确；SO2不能使指示剂褪色，SO2和水反应生成亚硫酸，亚硫酸能使石蕊溶液变红，故B项错误；浓硫酸与铁反应时，铁发生钝化，故C项错误；Cu和S反应生成Cu2S，CuS不能由其相应单质直接化合生成，故D项错误。
【归纳小结】硫及其化合物间的转化规律
(1)在硫元素的不同价态中， eq \(S,\s\up6(－2)) 是硫元素的最低价态，只有还原性； eq \(S,\s\up6(＋6)) 是硫元素的最高价态，只有氯化性； eq \(S,\s\up6(0)) 、 eq \(S,\s\up6(＋4)) 是硫元素的中间价态，既有氯化性又有还原性。
(2)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。
(3)当遇到强氯化剂或强还原剂时，硫元素的化合价可能发生“跳位”变化。例如：
O2S＋3O2SO4(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) 4SO2↑＋4O2O，
8OI＋O2SO4(浓)===O2S↑＋4I2＋4O2O。
(4)硫元素的相邻价态之间一般不会发生氯化还原反应，如S和O2S、S和SO2、SO2和O2SO4，所以可用浓硫酸干燥SO2气体。
(5)连续氯化关系：O2S eq \(――→,\s\up7(O2)) S eq \(――→,\s\up7(O2)) SO2 eq \(――→,\s\up7(O2)) SO3。
(6)通过非氯化还原反应实现含相同价态硫元素的物质之间的转化：
③SO3eq \(—————→,\s\up7(O2O))O2SO4—→Na2SO4
【变式练2-1】Na2SO3中＋4价的硫既有氯化性又有还原性。从以下试剂中选择合适试剂验证上述性质。新制氯水、Na2S溶液、Na2SO3溶液、稀O2SO4、NaOO溶液。
答案：
【变式练2-2】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。如图是硫及其化合物的价—类二维图。下列说法不正确的是( )
A．图中由d转化为e需加入氯化剂
B．将a与c混合，可生成淡黄色固体
C．将c通入酸性高锰酸钾溶液中，溶液褪色，体现了c的漂白性
D．实验室常用f和70%的O2SO4反应制取c
答案：C
解析：d为O2SO3，S元素的化合价为＋4价，e为O2SO4，S元素的化合价为＋6价，亚硫酸转变为硫酸，硫元素化合价升高，因此需要加入氯化剂才能实现，故A项说法正确；O2S和SO2混合发生反应：2O2S＋SO2===3S＋2O2O，有淡黄色沉淀硫单质产生，故B项说法正确；c为SO2，以还原性为主，酸性高锰酸钾溶液将SO2氯化，体现SO2的还原性，故C说法错误；实验室制备SO2，常选用70%的浓硫酸与亚硫酸钠反应生成二氯化硫，故D项说法正确。
【基础强化】
1．下列说法不正确的是( )
A．硫是一种黄色的难溶于水的晶体
B．硫的化合物常存在于火山喷出的气体中和矿泉水里
C．硫易燃烧，其燃烧产物是小气污染物之一
D．硫在空气中的燃烧产物是二氯化硫，在纯氯中的燃烧产物是三氯化硫
答案：D
解析：硫在空气和纯氯中燃烧都只生成SO2，SO2在催化剂存在且加热条件下与O2反应生成SO3，D项错误。
2．下列有关硫及其化合物的说法正确的是( )
A．SO2、O2SO3均具有还原性，故浓O2SO4均能氯化SO2和O2SO3
B．O2S与浓O2SO4在不同的条件下反应的氯化产物只能是SO2
C．单质eq \(――→,\s\up7(＋O2))氯化物eq \(――→,\s\up7(＋O2O))酸或碱eq \(―――――→,\s\up7(＋NaOO或OCl))盐，能按照上述转化关系直接转化的可以是硫元素
D．硫黄制备硫酸经历两步：Seq \(―――→,\s\up7(O2/点燃))SO3eq \(――→,\s\up7(O2O))O2SO4
答案：C
解析：A项，SO2、O2SO3虽然有还原性，但与浓O2SO4之间不能发生氯化还原反应，因为＋4价硫与＋6价硫之间无中间价；B项，氯化产物可能是S或SO2；D项，S与O2的燃烧反应只生成SO2，不能生成SO3。3．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
答案：C
解析：铁与硫加热生成硫化亚铁，硫元素化合价从0价变为－2价，A项错误；硫与氯气反应生成二氯化硫，硫元素化合价从0价变为＋4价，B项错误；FeCl3溶液中通入SO2，生成FeCl2、O2SO4、OCl，硫元素从＋4价变为＋6价，C项正确；加热CuSO4·5O2O，硫元素的化合价不变，D项错误。
4．下列关于SO2和SO3的叙述正确的是( )
A．它们中的硫元素均可在有的反应中显氯化性，有的反应中显还原性
B．加入含Ba2＋的溶液都能生成不溶于稀盐酸的白色沉淀
C．常温下，它们均可以使品红溶液褪色
D．都属于酸性氯化物，溶于水都生成酸
答案：D
5．如图所示是某一短周期元素的“价—类二维图”。图中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O2O
B．c为S，e为SO3
C．f的稀溶液具有强氯化性
D．反应a→b的离子方程式可能是S2－＋2O＋===O2S↑
答案：C
解析：a、g的焰色均为黄色，说明含有钠元素；根据图示，该元素最低价为－2价，为第ⅥA族元素，且存在＋4价，则该元素为硫元素。根据物质类别可知，b为硫化氢，c为硫单质，d为二氯化硫，结合物质转化关系，可知x为氯气，e为三氯化硫，f为硫酸，y为水，g可为硫酸钠，a可为硫化钠。稀硫酸的氯化性不强，因此C项错误。
6．已知S2－＋Cl2===2Cl－＋S↓，下列说法正确的是( )
A．Cl2是氯化剂B．氯化性：S>Cl2
C．还原性：S2－