5.1.3不同价态含硫物质的转化-2023-2024学年高一化学学与练（人教版2019）

第3课时不同价态含硫物质的转化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．根据硫元素化合价会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、大气、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氧环境中：金属硫化物，如黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)等；③地表附近的富氧环境中：硫酸盐，如石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等；④大气中：少量的H2S、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)硫元素的化合价与氧化性、还原性之间的关系(2)硫元素常见的化合价有－2、0、＋4、＋6价，可以通过氧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)实验设计方案转化目标(价态变化)选择试剂实验操作和现象实验结论H2eq\o(S,\s\up6(－2))→eq\o(S,\s\up6(0))二氧化硫、硫化氢、蒸馏水将H2S和SO2通入水中，生成淡黄色沉淀(或溶液变浑浊)SO2与H2S反应生成单质硫eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→eq\o(S,\s\up6(0))eq\o(S,\s\up6(＋4))O2→H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4二氧化硫、新制氯水、BaCl2溶液将SO2通入新制氯水中，溶液浅黄绿色褪去；再向溶液中滴入氯化钡溶液，产生白色沉淀二氧化硫在水中能被强氧化剂氧化为SOeq\o\al(2－,4)H2eq\o(S,\s\up6(＋6))O4→eq\o(S,\s\up6(＋4))O2浓硫酸、铜片加热铜片和浓硫酸的混合物，有刺激性气味气体生成浓硫酸被金属铜还原为SO2►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．大气中的二氧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\o\al(2－,4)和SO2答案：B解析：大气中的二氧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11】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SO2B．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H2S，H2S燃烧产生SO2，所以氢、氧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，可以减少二氧化硫生成，降低酸雨的形成，故C正确；由图可知：H2S→SO2，有化合价变化，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。【变式练12】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．硫具有弱氧化性，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、碱性氧化物反应答案：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氧化生成CaSO4，减少SO2的排放，起到脱硫的作用，B正确；硫具有弱氧化性，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、碱性氧化物反应，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的浓度越大，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，碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙和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\o(S,\s\up6(－2))是硫元素的最低价态，只有还原性；eq\o(S,\s\up6(＋6))是硫元素的最高价态，只有氧化性；eq\o(S,\s\up6(0))、eq\o(S,\s\up6(＋4))是硫元素的中间价态，既有氧化性又有还原性。(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)当遇到强氧化剂或强还原剂时，硫元素的化合价可能发生“跳位”变化。例如：H2S＋3H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))4SO2↑＋4H2O，8HI＋H2SO4(浓)=H2S↑＋4I2＋4H2O。(4)硫元素的相邻价态之间一般不会发生氧化还原反应，如S和H2S、S和SO2、SO2和H2SO4，所以可用浓硫酸干燥SO2气体。(5)连续氧化关系：H2Seq\o(→,\s\up7(O2))Seq\o(→,\s\up7(O2))SO2eq\o(→,\s\up7(O2))SO3。(6)通过非氧化还原反应实现含相同价态硫元素的物质之间的转化：③SO3eq\o(,\s\up7(H2O))H2SO4—→Na2SO4【变式练21】Na2SO3中＋4价的硫既有氧化性又有还原性。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H2SO4、NaOH溶液。性质还原性氧化性试剂现象反应的离子方程式答案：性质还原性氧化性试剂新制氯水、Na2SO3溶液Na2S溶液、稀H2SO4、Na2SO3溶液现象氯水褪色有淡黄色沉淀生成反应的离子方程式Cl2＋SOeq\o\al(2－,3)＋H2O=2Cl－＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋SOeq\o\al(2－,3)＋2S2－＋6H＋=3S↓＋3H2O【变式练22】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需加入氧化剂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H2SO4反应制取c答案：C解析：d为H2SO3，S元素的化合价为＋4价，e为H2SO4，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，因此需要加入氧化剂才能实现，故A项说法正确；H2S和SO2混合发生反应：2H2S＋SO2=3S＋2H2O，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氧化，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氧化硫，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，其燃烧产物是大气污染物之一D．硫在空气中的燃烧产物是二氧化硫，在纯氧中的燃烧产物是三氧化硫答案：D解析：硫在空气和纯氧中燃烧都只生成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、H2SO3均具有还原性，故浓H2SO4均能氧化SO2和H2SO3B．H2S与浓H2SO4在不同的条件下反应的氧化产物只能是SO2C．单质eq\o(→,\s\up7(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(＋H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up7(＋NaOH或HCl))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\o(→,\s\up7(O2/点燃))SO3eq\o(→,\s\up7(H2O))H2SO4答案：C解析：A项，SO2、H2SO3虽然有还原性，但与浓H2SO4之间不能发生氧化还原反应，因为＋4价硫与＋6价硫之间无中间价；B项，氧化产物可能是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，生成FeCl2、H2SO4、HCl，硫元素从＋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。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氧化性，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．都属于酸性氧化物，溶于水都生成酸答案：D5．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H2OB．c为S，e为SO3C．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↑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。6．已知S2－＋Cl2=2Cl－＋S↓，下列说法正确的是()A．Cl2是氧化剂 B．氧化性：S>Cl2C．还原性：S2－<Cl－ D．该离子方程式可以表示硫化氢溶液与氯气的反应答案：A解析：该反应中氯气是氧化剂；氧化性：S<Cl2，还原性：S2－>Cl－；硫化氢属于弱酸，书写离子方程式时需写化学式。7．双碱法脱硫过程如图所示，下列说法错误的是()A．过程Ⅰ中，SO2未被氧化B．双碱法脱硫过程中，Ca(OH)2可以循环利用C．过程Ⅱ中，1molO2可氧化2molNa2SO3D．总反应为2Ca(OH)2＋2SO2＋O2=2CaSO4＋2H2O答案：B解析：由题干图示信息可知，过程Ⅰ反应的化学方程式为2NaOH＋SO2=Na2SO3＋H2O，反应中SO2未被氧化，A项正确；由题干图示信息可知，双碱法脱硫过程中，过程Ⅰ反应的化学方程式为2NaOH＋SO2=Na2SO3＋H2O，过程Ⅱ反应的化学方程式为2Na2SO3＋O2＋2Ca(OH)2=2CaSO4＋4NaOH，故Ca(OH)2不可以循环利用，而NaOH可以循环利用，B项错误；由过程Ⅱ反应的化学方程式可知过程Ⅱ中，1molO2氧化2molNa2SO3，C项正确；由过程Ⅰ反应的化学方程式和过程Ⅱ反应的化学方程式可知总反应为2Ca(OH)2＋2SO2＋O2=2CaSO4＋2H2O，D项正确。8．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H2SO4eq\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5(①))SO2eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液),\s\do5(②))Na2SO3eq\o(→,\s\up7(S),\s\do5(③))Na2S2O3eq\o(→,\s\up7(稀H2SO4),\s\do5(④))S下列判断不正确的是()A．反应①中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1B．反应②表明SO2具有酸性氧化物的性质C．反应③属于四大基本反应类型中的化合反应D．反应④中稀H2SO4作氧化剂答案：D解析：反应①为浓硫酸氧化铜单质的反应，浓硫酸作氧化剂被还原成SO2，化合价降低2价，Cu作还原剂被氧化成Cu2＋，化合价升高2价，所以氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1，故A正确；二氧化硫与NaOH反应生成盐和水，表明二氧化硫为酸性氧化物，故B正确；反应③为Na2SO3＋S=Na2S2O3，生成物只有一种，属于四大基本反应类型中的化合反应，故C正确；反应④的化学方程式：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。9．在通常情况下，A为固态单质。根据如图转化关系，回答下列问题：(1)写出A～E的化学式：A．__________；B．__________；C．____________；D．____________；E．____________。(2)写出下列反应的化学方程式：①E→C：____________________________________；②C→D：____________________________________；③B→C：_____________________________________。答案：(1)SH2SSO2SO3H2SO4(2)①Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O②2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3③2H2S＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2SO2＋2H2O解析：固体单质A能和氧气反应，也能和氢气反应，说明是非金属单质，根据其氧化产物可继续和氧气反应可判断A是S，和氢气反应生成硫化氢，硫化氢燃烧即生成SO2，硫和氧气反应生成SO2，SO2和氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫溶于水生成硫酸；浓硫酸在加热的条件下和铜发生氧化还原反应，生成硫酸铜、SO2和水。10．某工业烟气中含有CO、CO2、N2、SO2等气体，用Na2SO3溶液吸收并回收SO2的过程如图所示。(1)SO2的浓度：Ⅰ________(填“＞”或“＜”)Ⅱ。(2)图示过程中可以循环利用的物质是_______________(填化学式)。(3)上述吸收过程中发生的主要反应的化学方程式是_________________________________。(4)解吸过程需要加热，在这个过程中常伴有少量SOeq\o\al(2－,4)产生。①证明产物中含SOeq\o\al(2－,4)的实验方法是：取少量解吸后的溶液，____________________________________________________________________________________________(填操作和现象)。②产生SOeq\o\al(2－,4)的原因是________________________________________________。答案：(1)＜(2)Na2SO3(3)Na2SO3＋SO2＋H2O=2NaHSO3(4)①先加入过量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成②加热过程中，SOeq\o\al(2－,3)(或HSOeq\o\al(－,3))被空气中的氧气氧化成SOeq\o\al(2－,4)解析：(1)烟气中含有CO、CO2、N2、SO2等气体，通过亚硫酸钠溶液吸收二氧化硫，相当于富集了二氧化硫，亚硫酸氢钠受热易分解生成二氧化硫，因此SO2的浓度：Ⅰ＜Ⅱ。(2)亚硫酸氢钠受热分解生成二氧化硫、水和亚硫酸钠，因此可以循环利用的是Na2SO3。(3)亚硫酸钠溶液吸收二氧化硫时发生反应：Na2SO3＋SO2＋H2O=2NaHSO3。(4)②SOeq\o\al(2－,3)或HSOeq\o\al(－,3)中S元素为＋4价，易被空气中的氧气氧化为＋6价的硫，得到SOeq\o\al(2－,4)。【能力提升】1．青矾，又名绿矾、皂矾，在中国古代被用于医药、陶瓷生产中。《金石类》中记载“青矾烧之赤色，气熏人，衣服当之易烂，载木不盛”，《景德镇陶录》中记载：“矾红釉，用青矾炼红加铅粉、广胶合成”。下列说法不正确的是()A．青矾主要成分是FeSO4·7H2OB．“赤色”“炼红”可能指分解产生了Fe3O4C．“气熏人，衣服当之易烂，载木不盛”可能指产生了SO2、SO3气体D．青矾分解过程发生的是氧化还原反应答案：B解析：青矾，又名绿矾，显绿色，主要成分是FeSO4·7H2O，A项正确；Fe3O4显黑色，Fe2O3显红色，“赤色”“炼红”可能指分解产生了Fe2O3，B项不正确；SO2、SO3气体具有腐蚀性，能腐蚀衣服等物，C项正确；青矾中的Fe元素是＋2价，分解产生Fe2O3，Fe元素化合价升高到＋3价，该过程有元素化合价发生改变，发生的是氧化还原反应，反应的化学方程式是2FeSO4·7H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O，D项正确。2．灼烧绿矾的化学方程式为2FeSO4·7H2Oeq\o(=,\s\up7(高温))Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O。将绿矾灼烧后生成的气体通入下图装置，下列叙述不正确的是()A．①中棉团颜色褪去B．②中棉团颜色褪去，体现了SO2的还原性C．③中同时有BaSO3和BaSO4生成D．④中可发生反应：SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O答案：C解析：A对，SO2可使品红褪色，①中棉团颜色褪去；B对，KMnO4具有氧化性，能氧化SO2，②中棉团颜色褪去，体现了SO2的还原性；C错，将生成的气体通入BaCl2溶液中发生反应：SO3＋H2O=H2SO4，H2SO4＋BaCl2=BaSO4↓＋2HCl，由于H2SO3酸性小于HCl和H2SO4，因此不能与BaCl2反应，故无BaSO3生成；D对，④为吸收尾气(SO2)的装置，可发生反应：SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2O。3．硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2和CuCl2的混合溶液中回收S，其转化如图所示(CuS不溶于水)。下列说法中不正确的是()A．过程①中，生成CuS的反应为H2S＋Cu2＋=CuS↓＋2H＋B．过程②中，Fe3＋作氧化剂C．回收S的总反应为2H2S＋O2=2H2O＋2SD．过程③中，各元素化合价均未改变答案：D解析：过程①中，生成CuS的反应为H2S＋Cu2＋=CuS↓＋2H＋，A项正确；过程②中的反应为CuS＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋＋S，铁元素化合价降低，Fe3＋作氧化剂，B项正确；由题图可知总反应为2H2S＋O2=2S＋2H2O，C项正确；过程③中的反应为4Fe2＋＋4H＋＋O2=4Fe3＋＋2H2O，在转化过程中O、Fe元素的化合价发生变化，D项错误。4．在实验室进行铁粉和硫粉混合加热的实验，产物又进行了系列实验，流程如图。下列说法正确的是()A．气体A和D含有同一物质，且均为氧化产物B．硫元素至少参加了2个氧化还原反应C．沉淀F可以和NaOH溶液在加热的条件下反应D．若固体B中加浓硫酸，发生反应时被氧化的和被还原的均为同一种元素答案：C解析：由题图知，气体A中SO2是氧化产物，气体D中SO2是还原产物，A项错误；铁粉和硫粉反应生成FeS，S和O2反应生成SO2，H2S和H2SO4(浓)反应生成S、SO2和H2O，反应中S元素化合价都发生改变，故硫元素至少参加了3个氧化还原反应，B项错误；沉淀F是S，S与NaOH溶液在加热条件下反应生成Na2S、Na2SO3和H2O，C项正确；固体B为FeS，FeS和浓硫酸反应生成Fe2(SO4)3、S、SO2和H2O，其中被氧化的元素为Fe和S，被还原的元素为S，故发生反应时被氧化的和被还原的均不为同一种元素，D项错误。5．物质的类别和元素的化合价是研究物质性质的两个重要角度。回答下列问题：Ⅰ.硫元素在不同价态之间的转化为：SO2eq\o(→,\s\up7(反应①))Na2SO3溶液eq\o(→,\s\up7(反应②))Na2S2O3溶液(1)“反应①”常使用NaOH溶液，该转化说明SO2的类别属于________________。(2)欲制备Na2S2O3，从氧化还原的角度分析，“反应②”合理的是__________(填字母)。a．Na2SO3＋Na2SO4b．Na2SO3＋S c．Na2SO3＋Na2S2O5Ⅱ.某实验小组用铜片与浓硫酸反