高三化学一轮复习教学设计：硫及其氧化物的转化规律与工业应用

高三化学一轮复习教学设计：硫及其氧化物的转化规律与工业应用【教材与学情分析】本讲属于元素化合物复习模块中硫元素的首次系统梳理，对应人教版必修第二册第五章第一节内容，同时衔接选择性必修模块中化学反应速率、化学平衡、氧化还原反应等核心概念。硫元素是高中阶段价态变化最丰富的非金属元素之一，常见的化合价有－2、0、＋4、＋6四种，纵向贯穿氧化还原主线，横向联系大气环境、硫酸工业、烟气脱硫等真实情境，是高考重点考查的载体。经过高一学习，高三学生对硫单质的物理性质、二氧化硫的漂白性、硫酸型酸雨的成因有零散记忆，但普遍存在三类问题：一是知识碎片化，无法将硫化氢、硫、二氧化硫、三氧化硫纳入统一的价类二维图；二是性质混淆，常把二氧化硫的漂白性与氯气的漂白性混为一谈，把SO₂使溴水褪色归因于漂白性；三是迁移能力弱，面对陌生情境中的含硫物质转化推断时缺乏分析框架。一轮复习的任务不是重复新授课，而是帮助学生重构认知结构，打通"价态—类别—性质—转化—应用"的思维链条。【教学目标】1．宏观辨识与微观探析：能从化合价和物质类别两个维度认识硫及其氧化物，建立－2、0、＋4、＋6价态之间的转化关系网络，理解同种元素不同价态间氧化还原反应的规律（价态归中、只靠拢不交叉）。2．变化观念与平衡思想：理解二氧化硫与氧气反应的可逆性、可逆反应中转化率与平衡移动的关系，能用平衡原理解释接触法制硫酸的工艺条件选择。3．证据推理与模型认知：通过实验现象与数据证据，推理二氧化硫漂白、还原、酸性氧化物三重属性的本质，构建"实验现象—微观本质—化学用语"的论证模型。4．科学探究与创新意识：设计并完成二氧化硫性质的微型实验方案，能对尾气处理、试剂选择、装置改进提出合理化建议。5．科学态度与社会责任：认识硫的氧化物与大气环境的关系，理解烟气脱硫、硫酸工业的技术原理，形成绿色化学观念。【教学重难点】重点：二氧化硫的化学性质（还原性为主、氧化性为辅、漂白性、酸性氧化物通性）；硫元素价类二维图的构建与应用。难点：二氧化硫漂白性与还原性褪色的辨析；多价态转化情境下的方程式书写与定量计算；陌生情境中含硫物质转化的推理。【教学方法】任务驱动法、问题链教学法、价类二维图建模法、微型实验探究法、变式训练法。【课前准备】教师准备：硫粉、二氧化硫发生与性质一体化微型装置（亚硫酸钠固体与70%硫酸在具支试管中反应，导管依次通入品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、氢硫酸、紫色石蕊溶液，末端用氢氧化钠溶液吸收）、硫酸型酸雨形成演示视频、近年高考真题汇编学案。学生准备：完成课前预习单，默写硫在氧气中燃烧、二氧化硫与水反应、二氧化硫催化氧化三个方程式，回忆氯水漂白实验的对照细节。【教学过程】环节一情境导入：从一座硫酸厂说起（约5分钟）教师展示某硫酸厂的生产流程实景图：沸腾炉中黄铁矿焙烧、接触室中催化氧化、吸收塔中以98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。提出问题链：为什么原料气体要经过净化除尘？为什么选用五氧化二钒作催化剂、温度控制在450℃左右？为什么不用水直接吸收三氧化硫而用浓硫酸？学生带着三个"为什么"进入本讲。教师点明复习主线：硫及其氧化物的学习要抓住两条线索——价态线（S从－2价到＋6价的梯级变化）和类别线（单质、氢化物、氧化物、含氧酸、盐），两线交织即为价类二维图。今天的三个工业疑问，将在复习结束时由学生自己回答。设计意图：以真实工业情境切入，用悬念式问题链激活旧知，让复习课具有探究张力，避免简单罗列性质。环节二硫单质性质的系统建构（约8分钟）（一）物理性质的精准表述学生口述，教师板书画龙点睛：硫单质俗称硫黄，黄色晶体，质脆，不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。此处强调两个易考点：附着在试管内壁的硫可用二硫化碳洗涤或用热的氢氧化钠溶液除去；硫有多种同素异形体，如斜方硫、单斜硫、弹性硫。（二）化学性质的氧化还原定位硫元素处于中间价态0价，既有氧化性又有还原性，但整体表现以与弱氧化剂生成低价硫化物为特征。师生共同梳理三个对比：第一组对比是硫与金属反应。硫与铁在加热条件下反应生成FeS，与铜反应生成Cu₂S，均生成低价金属硫化物，这说明硫单质的氧化性较弱。请学生对比氯气：氯气与铁生成FeCl₃、与铜生成CuCl₂，均生成高价金属氯化物。由此得出结论：氯气的氧化性强于硫。再补充常温特例：硫与汞在常温下即可反应生成HgS，故实验室水银温度计打破后可用硫粉覆盖处理，这是安全常识也是常考点。第二组对比是硫与氢气反应。H₂＋S$\xlongequal{\Delta}$H₂S，反应可逆且进行程度有限，说明硫的非金属性弱于氧和氯，氢化物H₂S的热稳定性弱于H₂O和HCl，还原性却更强。第三组是硫与氧气反应。S＋O₂$\xlongequal{\text{点燃}}$SO₂，强调两点：一是在空气中燃烧呈淡蓝色火焰，在纯氧中为明亮的蓝紫色火焰；二是硫在氧气中燃烧只能生成二氧化硫，绝不能一步直接生成三氧化硫，这是经典易错点，SO₂转化为SO₃必须借助催化剂。（三）歧化反应的拓展热的浓碱液中硫发生歧化：3S＋6NaOH$\xlongequal{\Delta}$2Na₂S＋Na₂SO₃＋3H₂O。引导学生用双线桥分析：一部分硫从0价降至－2价，另一部分升至＋4价，被氧化与被还原的硫原子个数比为1∶2。借此渗透"中间价态物质在特定条件下可歧化"的一般规律，为后续学习氯与碱的反应埋下类比线索。环节三二氧化硫性质的多维探究（约18分钟）本环节采用微型实验串联教学。教师演示一体化装置，气体依次流经四支试管，学生观察记录现象，完成现象—性质—方程式三位一体的表格。（一）物理性质与毒性二氧化硫是无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化（沸点－10℃），易溶于水，常温常压下1体积水约溶解40体积SO₂。强调尾气必须处理，不可直接排放，收集方法用向上排空气法。（二）酸性氧化物的通性石蕊试液变红但不褪色，说明SO₂溶于水生成亚硫酸：SO₂＋H₂O⇌H₂SO₃，该反应可逆。学生书写SO₂与足量NaOH反应和SO₂少量时的离子方程式，辨析SO₂＋2OH⁻＝SO₃²⁻＋H₂O与SO₂＋OH⁻＝HSO₃⁻的用量差异。进一步拓展：SO₂能使澄清石灰水先变浑浊后变澄清，现象与CO₂完全类似，故不能用澄清石灰水鉴别SO₂和CO₂，应选用品红溶液或酸性高锰酸钾溶液，这是鉴别题的高频设问。（三）漂白性——与氯水的本质较量品红溶液褪色。教师追问：褪色的机理是什么？学生回忆：SO₂与某些有色物质结合生成不稳定的无色物质，加热后分解，颜色恢复。现场加热褪色后的品红溶液，红色复现，与氯水漂白不可逆形成鲜明对照。师生共同完成对比表：氯水（HClO）漂白：实质是强氧化性破坏有色物质的结构，漂白不可逆，加热不恢复，可漂白石蕊（先变红后褪色）。SO₂漂白：实质是与有色物质化合生成不稳定无色物，漂白可逆，加热恢复原色，不能漂白石蕊（石蕊遇SO₂只变红不褪色）。教师设置辨析判断题：①SO₂使溴水褪色，体现漂白性——错误，体现还原性；②SO₂使酸性KMnO₄溶液褪色，体现漂白性——错误，体现还原性；③SO₂使品红褪色，体现还原性——错误，体现漂白性；④SO₂使滴有酚酞的NaOH溶液红色褪去，体现漂白性——错误，体现酸性氧化物性质。通过连续四次认知冲突，学生建立起"凡褪色先问机理"的审题习惯。（四）还原性——SO₂最主要的化学性质酸性高锰酸钾溶液紫色褪去。教师引导从价态分析：SO₂中硫为＋4价，处于中间价态，遇强氧化剂可升至＋6价。学生书写相关方程式：5SO₂＋2KMnO₄＋2H₂O＝K₂SO₄＋2MnSO₄＋2H₂SO₄SO₂＋Cl₂＋2H₂O＝H₂SO₄＋2HClSO₂＋Br₂＋2H₂O＝H₂SO₄＋2HBr（溴水褪色且不分层，与萃取区分）SO₂＋2FeCl₃（溶液）反应的离子方程式：SO₂＋2Fe³⁺＋2H₂O＝SO₄²⁻＋2Fe²⁺＋4H⁺教师补充两个隐蔽考点：其一，SO₂通入BaCl₂溶液中无沉淀生成，因为若反应生成BaSO₃和盐酸，弱酸不能制强酸，故不反应；但若先通入NH₃或加入碱，或同时通入Cl₂等氧化剂将＋4价硫氧化为＋6价，则可分别生成BaSO₃或BaSO₄沉淀。这一组合设计是高考选择题的常客。其二，Na₂SO₃固体或溶液久置空气中会被氧化为Na₂SO₄，检验是否变质的方法是：取样溶于水，加足量稀盐酸酸化后再加BaCl₂溶液，若有白色沉淀则已变质。强调必须先酸化排除SO₃²⁻干扰，且酸化不能用HNO₃，因为HNO₃会把SO₃²⁻氧化成SO₄²⁻造成误判。（五）氧化性——以弱氧化性的一面氢硫酸中出现淡黄色浑浊：SO₂＋2H₂S＝3S↓＋2H₂O。该反应是SO₂表现氧化性的唯一典型实例，＋4价硫与－2价硫发生归中反应生成0价硫。教师借此归纳价态规律：同种元素相邻价态间不发生氧化还原反应（如S与SO₂不反应、SO₂与浓硫酸不反应，故可用浓硫酸干燥SO₂），不同价态间反应时化合价只靠拢不交叉，且高价氧化低价、低价还原高价、产物取中间价态。"浓硫酸可干燥SO₂"这一事实常被学生误解，此处重点破除。（六）SO₂的催化氧化与可逆反应2SO₂＋O₂$\xrightleftharpoons[\Delta]{\text{催化剂}}$2SO₃，正反应放热。组织微型讨论：从速率与平衡两个角度评价工业条件——催化剂V₂O₅加快反应速率；温度450℃左右是兼顾速率与催化剂活性的折中，并非温度越高越好，因为升温使平衡逆向移动、降低SO₂平衡转化率；压强理论上高压有利，但常压下转化率已很高，故采用常压节约设备与能耗成本。学生由此理解工业生产条件选择是化学原理与工程经济的综合权衡。环节四三氧化硫与硫酸型酸雨（约6分钟）（一）SO₃的性质定位SO₃在标准状况下为无色固体（熔点16.8℃、沸点44.8℃），是经典易错点——标准状况下22.4LSO₃所含分子数不等于Nₐ，因为此时SO₃不是气体。SO₃是酸性氧化物，是硫酸的酸酐：SO₃＋H₂O＝H₂SO₄，反应放出大量热，产生酸雾，故工业上不用水吸收，而用98.3%的浓硫酸吸收SO₃（吸收速率快、不形成酸雾），再加水稀释得产品。导入环节的第三个悬念就此解开。（二）硫酸型酸雨的形成路径学生复述两条途径：途径一，SO₂$\xrightarrow{\text{粉尘等催化}}$SO₃$\xrightarrow{\mathrm{H_2O}}$H₂SO₄；途径二，SO₂$\xrightarrow{\mathrm{H_2O}}$H₂SO₃$\xrightarrow{\mathrm{O_2}}$H₂SO₄。书写2H₂SO₃＋O₂＝2H₂SO₄，指出酸雨放置后pH减小的原因正是亚硫酸被氧化为强酸硫酸。正常雨水pH约为5.6（溶解CO₂所致），酸雨的界定是pH小于5.6，两个数值不可混淆。（三）烟气脱硫的绿色化学视角介绍钙基固硫法：向燃煤中加入石灰石或生石灰，2CaCO₃＋2SO₂＋O₂$\xlongequal{\text{高温}}$2CaSO₄＋2CO₂，产物石膏可资源化利用。再补充钠碱法、氨水法等湿法脱硫的离子方程式书写思路，强调脱硫的本质是"利用SO₂的酸性或还原性将其定向转化为稳定无害物质"。引导学生评价各方法的优劣——钙基法成本低但设备易结垢，氨法脱硫效率高且副产硫酸铵化肥。让学生体会化学技术在环境治理中的价值，落实社会责任素养。环节五构建价类二维图，打通转化网络（约6分钟）教师板画坐标框架：横轴为物质类别（氢化物—单质—氧化物—酸—盐），纵轴为硫元素化合价（－2、0、＋4、＋6）。学生分组在学案上填图：－2价位置放H₂S、Na₂S；0价放S；＋4价放SO₂、H₂SO₃、Na₂SO₃；＋6价放SO₃、H₂SO₄、Na₂SO₄。随后用箭头标注典型转化并注明反应条件类型：横向转化为酸碱盐之间的复分解或生成反应，纵向转化为氧化还原反应。教师重点点拨三条转化链：链一：S→SO₂→SO₃→H₂SO₄，指向硫酸工业主线；链二：H₂S→S→SO₂，呼应归中反应与元素循环；链三：Na₂SO₃$\xleftrightarrow{\text{氧化/还原}}$Na₂SO₄，指向变质检验的实验逻辑。再让学生用一句话概括硫元素转化规律：低价硫被氧化沿价态阶梯上行，高价硫被还原沿价态阶梯下行，中间价态上下皆宜，反应方向取决于氧化剂或还原剂的相对强弱。至此，零散知识点被整合为可迁移的认知模型，后续遇到陌生含硫物质（如硫代硫酸钠Na₂S₂O₃、连二亚硫酸钠Na₂S₂O₄、焦亚硫酸钠Na₂S₂O₅）时，学生可先标价态、再定类别、后推性质，以不变应万变。环节六典例精析与高考对接（约10分钟）例1（性质辨析）：下列关于SO₂的叙述正确的是哪几项——①能使石蕊先变红后褪色；②能使酸性KMnO₄溶液褪色，体现还原性；③能与Ba(NO₃)₂溶液反应生成白色沉淀；④可用碱石灰干燥。学生逐一分析：①错误，SO₂不能漂白酸碱指示剂；②正确；③正确，NO₃⁻在酸性条件下将SO₂氧化为SO₄²⁻，生成BaSO₄沉淀，此为命题陷阱与亮点；④错误，SO₂是酸性氧化物，会与碱石灰反应，应选用浓硫酸或非碱性干燥剂。教师强调第③项是"隐含氧化还原"的典型案例，审题时看到硝酸盐与还原性气体共存要立即警觉。例2（实验探究）：某小组欲验证木炭与浓硫酸共热的产物中含SO₂和CO₂。装置中气体依次通过品红溶液（检验SO₂）→酸性KMnO₄溶液（除去SO₂）→品红溶液（检验SO₂是否除尽）→澄清石灰水（检验CO₂）。追问：两个品红装置作用有何不同？能否省略第二个品红装置？为何不能用NaOH溶液除去SO₂？学生明确第一个品红定性检验、第二个品红确认除尽、NaOH会同时吸收CO₂干扰检验。此题训练的是"检验混合气体时排除干扰"的通用思维模板，教师提炼口诀：检验重叠物质，先检干扰项，除尽再复检，终检目标物。例3（定量计算与图像）：将一定量FeS与FeS₂的混合物在足量空气中灼烧，固体产物与某浓度硫酸恰好反应……（配合坐标图像分析电子转移守恒）。教师示范用电子守恒与原子守恒列方程，强调含硫计算题的核心策略是抓"硫原子守恒＋电子转移守恒"双守恒，避免复杂分步书写。环节七课堂小结与作业布置