01基于化合价与物质分类的角度认识含硫物质的转化 学案-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

基于化合价与物质分类的角度认识含硫物质的转化 学习过程 【课前梳理】 自主学习任务1：前面学习了硫的氧化物、硫酸、和硫酸盐的相关内容，那么我们是否可以写出两个表示不同价态硫化物之间转换的化学方程式呢？ 【答案】；; 自主学习任务2：将下列含硫化合物按硫元素的化合价进行分类，并分析它们的氧化、还原性质。 H2S、H2SO4、Na2S、SO3、NaHSO3、Na2S2O3 【答案】H2S、Na2S：硫元素是-2价，具有还原性； H2SO4、SO3：硫元素是+6价，具有氧化性； NaHSO3：硫元素是+4价，既有氧化性，又有还原性； Na2S2O3：硫元素是+2价，既有氧化性，又有还原性。 【课中学习】 项目一：相同价态硫及其化合物之间的转化 资料1：写出下图中发生反应的②、③、④反应的化学方程式。 【答案】②H2SO3+2NaOH=Na2SO3+2H2O； ③Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑ ④Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3。 项目二：不同价态硫及其化合物之间的转化 资料2：设计整理实现不同价态含硫物质间转化的方案。 实验序号 价态变化/价 转化前的含硫物质 选择试剂 转化后的含硫物质 ① 0→-2 S _____________________ _____________________ ② -2→0 H2S _____________________ _____________________ ③ 0→+4 S _____________________ _____________________ ④ +4→0 SO2 _____________________ _____________________ ⑤ +4→+6 H2SO3 _____________________ _____________________ ⑥ +6→+4 H2SO4 _____________________ _____________________ 【答案】①Fe、FeS；②H2O2、S；③O2、SO2；④H2S、S；⑤H2O2、H2SO4；⑥Cu、SO2 资料3：硫磺在空气中燃烧生成气体甲，将甲溶于水得溶液乙；向乙溶液中滴加溴水时，溴水褪色，乙变为丙；在丙中加入硫化钠又生成气体丁；把丁通入乙得沉淀戊。且物质甲、乙、丙、丁、戊中均含有硫元素，那么它们依次是哪几种物质呢？ 【答案】硫磺在空气中燃烧生成气体甲为SO2，反应方程式为：;SO2溶于水生成乙为H2SO3，反应方程式为：；向H2SO3中滴加溴水，H2SO3被溴水氧化变为丙为H2SO4，反应方程式为：；向H2SO4中加入硫化钠会生成气体丁为：H2S，反应方程式为：；将H2S通入H2SO3中得到沉淀戊为单质S，反应方程式为：。 小结：相邻价态的离子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；当硫元素的高价态粒子与低价态粒子反应时，一般生成中间价态，如2Na2S+Na2SO3+3H2SO4=3Na2SO4+3S↓+3H2O。 【例题】 利用元素的化合价推测物质的性质是化学研究的重要手段。如图是硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系： (1)将X与Y混合可生成淡黄色固体，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。 (2)Z的浓溶液与铜单质在一定条件下可以发生化学反应，该反应的化学方程式为_______。 (3)Na2S2O3是重要的化工原料。从氧化还原反应的角度分析，下列制备Na2S2O3的方案理论上可行的是_______(填字母)。 a.Na2S＋S b.Na2SO3＋S c.SO2＋Na2SO4 d.Na2SO3＋Na2SO4 (4)已知Na2SO3能被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则24 mL 0.05 mol·L-1的 Na2SO3溶液与20 mL 0.02 mol·L-1的K2Cr2O7溶液恰好反应时，Cr元素在还原产物中的化合价为_______ 。 【解析】(1)由图像可知，横坐标表示物质类别，纵坐标表示硫元素的化合价，故硫元素的化合价为-2的氢化物X为H2S，硫元素的化合价为+4价的氧化物Y为SO2，则二者发生反应的化学方程式为：2H2S+SO2=3S↓+2H2O，氢化物X-H2S中的硫元素化合价由-2价升高为0价，被氧化反应作为还原剂，氧化物Y-SO2中的硫元素化合价由+4价降低为0价，被还原作为氧化剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2， 故答案为：1：2； (2)硫元素为+6价的酸Z的浓溶液为浓H2SO4（具有强氧化性），Cu与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，其中S元素化合价从+6价降低到+4价，被还原，反应为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋2H2O＋SO2↑； 故答案为：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋2H2O＋SO2↑； (3)Na2S2O3中S元素的化合价为+2价，若要用归中反应制备Na2S2O3，反应物中S元素的化合价必须有1个大于+2，有1个小于+2，a中两种物质中S元素化合价均小于+2，c、d中两种物质中S元素化合价均大于+2，只有b中S元素化合价1个大于+2，1个小于+2； 故答案为：b。 (4)S元素的化合价由+4价升高为+6价，Cr元素的化合价由+6价降低，设还原产物中Cr元素的化合价为x，由电子守恒可知，0.024L×0.05mol/L×(6-4)=0.02L×0.02mol/L×2×(6-x)，解得x=+3。 故答案为：+3。 【变式】 硫及其主要的化合物在化学研究及生产生活中都有重要的应用。 （1）硫的气态氢化物H2S是一种臭鸡蛋气味的气体，写出它的电子式 ，H2S的水溶液在空气中放置时，会逐渐变浑浊，这说明H2S有强的 性。 （2）硫单质在一定条件下能与硫化钠反应分别生成多硫化钠（与Na2O2结构相似）,反应方程式为：Na2S+（x-1）S=Na2Sx 已知向多硫化钠溶液中滴加稀盐酸，溶液变浑浊，且有臭鸡蛋气味的气体生成，写出发生反应的离子方程式： 。 （3）硫代硫酸钠（Na2S2O3）俗名叫大苏打，在中学化学实验中利用它和稀硫酸的反应探究温度对化学反应速率的影响。写出Na2S2O3与稀硫酸反应的化学方程式： 。 （4）锅炉水垢中的硫酸钙因难溶于酸而很难清洗，通常采取的方法为先用饱和碳酸钠溶液处理，再用稀盐酸除去；写出用饱和碳酸钠溶液处理时发生反应的离子方程式： 。 【解析】（1）H2S属于共价化合物，它的电子式为，H2S的水溶液在空气中放置时，空气中的氧气将-2价的硫氧化成0价的硫单质沉淀，说明H2S有较强的还原性，所以H2S的水溶液逐渐变浑浊； 故答案为；还原性； （2）向多硫化钠溶液中滴加稀盐酸，溶液变浑浊，且有臭鸡蛋气味的气体生成，说明生成了0价的单质硫和-2价的硫化氢，反应的离子方程式为Sx2－+2H+＝H2S↑+（x-1）S↓； 故答案为Sx2－+2H+＝H2S↑+（x-1）S↓； （3）Na2S2O3中的硫元素是+2价，既有氧化性又有还原性，与稀硫酸会发生歧化反应，反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4＝Na2SO4+S↓+SO2+H2O； 故答案为Na2S2O3+H2SO4＝Na2SO4+S↓+SO2+H2O； （4）锅炉水垢中的硫酸钙可用碳酸钠饱和溶液处理，使之转化为碳酸钙，碳酸钙能与稀盐酸反应CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑，生成可溶性的氯化钙除去，用饱和碳酸钠溶液处理时反应的离子方程式为CaSO4+CO32－＝CaCO3+SO42－，故答案为CaSO4+CO32－＝CaCO3+SO42－。 【课堂归纳】 硫及其化合物的“价-类”二维图 硫及其化合物之间的转化规律： （1）相同价态硫的转化是通过酸、碱、盐、H2O反应实现的。 其中②③④反应的化学方程式分别为：；；； （2）不同价态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价态，即阶梯式升降，如下图。 ③④⑤反应的化学方程式分别为：；；。 学习检测 1．如图所示是某一短周期元素的“价类二维图”。图中箭头表示的物质间转化，均能一步完成，a、g的焰色试验均为黄色。下列说法错误的是（ ） A．x为O2，y为H2O B．c为S，g为Na2SO4或NaHSO4 C．f的浓溶液不能用铁制容器盛装 D．反应a→b的离子方程式可能是S2-+2H+＝H2S↑ 【解析】由“价类二维图”可知该元素的最低价为-2价，即为第ⅥA族元素，可能为硫元素或氧元素，存在+4价，那么该元素为S硫元素。a、g的焰色试验均为黄色，说明含有钠元素；再物质分类可知，b为硫化氢，c为硫单质，d为二氧化硫，即x为氧气，e为三氧化硫，f为硫酸，y为水，g为硫酸钠或硫酸氢钠，a为硫化钠或硫氢化钠。 A．根据物质分类和反应过程可知，x为O2，y为H2O，故A正确； B．根据物质分类可知，c为S，g为Na2SO4或NaHSO4，故B正确； C．常温下，f的浓溶液会与Fe发生钝化反应，阻止金属与浓硫酸进一步反应，故能用铁制容器盛装，故C错误； D．a为硫化钠或硫氢化钠，b为硫化氢，反应a→b的离子方程式可能是S2-+2H+＝H2S↑，故D正确。 本题选错误选项，故选：C。 2．在学习了硫的转化后，某学生绘制了如图转化关系。 (1)写出指定物质的化学式：A_______，B_______，D_______。 (2)写出“H2SO4→C”的化学方程式：_______(写一个即可)。 (3)写出A与SO2相互转化的化学方程式：_______。 (4)写出一个由SO2直接生成H2SO4的化学方程式：_______。 【解析】（1）根据图中给出的有关硫的化合价，可知A为硫的+6价氧化物，为；B为硫的-2价氢化物，为；D为亚硫酸，为。 故答案为：；；； （2）由硫酸到硫酸盐的反应类型有中和反应、氧化还原反应等，如或等。 故答案为：(或或等)； （3）A为硫的+6价氧化物，为，与相互转化的反应为。 故答案为：； （4）由SO2直接生成H2SO4，S的化合价发生了变化，属于氧化还原反应，其反应可能为或。 故答案为：(合理即可)。 3．某黑色物质甲只含两种元素，为探究物质甲的组成和性质，设计并完成如下实验。其中气态氢化物乙在标况下的密度为1.518 g•L-1，甲和乙中相同元素的化合价相同。 （1）甲的化学式______________。 （2）写出白色沉淀转变为红褐色沉淀的化学方程式 ___________________________。 （3）将气体乙在过量空气中充分燃烧后的混合气体通入 BaCl2溶液，出现白色沉淀。写出燃烧后的混合气体通入BaCl2溶液产生白色沉淀的离子方程式 ___________________________。 【解析】黑色固体甲（只含有两种元素）与足量浓盐酸反应生成淡黄色沉淀+滤液+气态氢化物乙，由于气态氢化物乙在标况下的密度为1.518 g•L-1，所以M（乙）=1.518g/L22.4L/mol=34g/mol，故乙为H2S；又滤液中加入足量NaOH溶液，产生白色沉淀，白色沉淀变为红褐色，滤液中含Fe2+，红褐色沉淀为Fe（OH）3，红褐色Fe（OH）3灼烧的反应方程式为：2，得到24g的固体为Fe2O3，物质的量，由Fe守恒，可知甲中含Fe元素，且；3.2g淡黄色沉淀为单质S，其物质的量为；因为甲中只含有两种元素，其一为铁元素，另一种只能是硫元素，又乙中硫元素的化合价为-2价，且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价态，即阶梯式升降，金属元素的价态都是正价，所以固体甲中硫元素的化合价为-2价。由以上分析可知甲与浓盐酸发生氧化还原反应，设甲中Fe元素的化合价为x，根据得失电子守恒，0.3mol[x-（+2）]=0.1mol[0-（-2）]，解得，根据正负化合价代数和为0，可得甲的化学式为Fe3S4。 （1）根据上述分析，甲的化学式为Fe3S4。 （2）白色沉淀转化为红褐色沉淀的化学方程式为。 （3）气体乙为H2S，H2S在过量空气中充分燃烧生成SO2和H2O，所得混合气体中含SO2和过量空气，将燃烧后的混合气体通入BaCl2溶液，SO2与O2在溶液中反应生成SO42-，SO42-与Ba2+作用产生白色BaSO4沉淀，反应的离子方程式为。 4．硫代硫酸钠是一种常见的化工原料，将SO2通入按一定比例配成的Na2S和Na2CO3的混合溶液中，便可得到Na2S2O3，其制备反应方程式为：2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2 （1）在配制混合溶液前先将蒸馏水加热煮沸一段时间后待用，其目的是________。 （2）用该方法获得的Na2S2O3∙5H2O晶体中常混有一定量的杂质，某兴趣小组欲对其中所含杂质成分进行探究。 【提出假设】该晶体中含有的杂质可能是：Na2CO3、Na2SO3、_____、_____等中的一种或几种，若晶体中混有Na2SO3，则生成Na2SO3的化学方程式为______________________________。 【判断与思考】 某同学取少量制得的晶体溶于足量稀硫酸，并将产生的气体通入CuSO4溶液中，未见黑色沉淀，据此认为晶体中一定不含Na2S，你认为其结论是否合理？_______ (填“合理”、“不合理”）并说明理由：____________________________________________________________。 【设计方案进行实验】 若检验晶体中含Na2CO3，完成下表实验方案、现象及结论（仪器自选)。 限选实验试剂：3mol/LH2SO4、1mol/LNaOH酸性KMnO4溶液、饱和NaHCO3溶液、品红溶液、澄清石灰水 实验方案 现象及结论 _______________ _______________ 【解析】(1)在蒸馏水中会溶解一定量的氧气，在配制混合溶液前先将蒸馏水加热煮沸一段时间后待用，其目的是除去水中溶有的O2，以防其将S2-、等氧化； (2)该晶体中含有的杂质可能是：Na2CO3、Na2SO3、或过量的Na2S及在酸性条件下Na2SO3、Na2S发生氧化还原反应产生的S单质等中的一种或几种，若晶体中混有Na2SO3，由于酸性H2SO3>H2CO3,则生成Na2SO3的化学方程式为Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2；某同学取少量制得的晶体溶于足量稀硫酸，并将产生的气体通入CuSO4溶液中，未见黑色沉淀，据此认为晶体中一定不含Na2S，该结论不合理，原因是Na2S2O3与硫酸发生反应产生SO2，SO2有氧化性，可能会将杂质Na2S与硫酸反应产生的H2S氧化而无H2S逸出，因此不能与CuSO4溶液发生复分解反应；若检验晶体中含Na2CO3，需把Na2SO3和稀硫酸反应产生的SO2除去，其操作步骤是取少量晶体加入足量3mol/LH2SO4，将产生的气体依次通入酸性KMnO4溶液、品红溶液和澄清石灰水，酸性KMnO4溶液褪色、品红溶液不褪色、澄清石灰水变浑浊，证明晶体样品中含Na2CO3。 5．已知H2S有可燃烧性，燃烧时氧气的量不同，产物也不同。 (1)在标准状况下，H2S和O2 的混合气体120mL，经点燃后，反应至完全，所得气体经干燥后，恢复到原来状况，体积为15mL，该15mL气体可能是( ) A．H2S和SO2        B．O2                C．H2S                D．SO2和O2 (2)若标准状况下，上述气体，H2S和O2 的混合气体120mL，经点燃后，反应至完全，所得气体经干燥后，恢复到原来状况，体积为30mL，求原气体可能的组成。_____________ (3)已知硫化氢气体在空气中的体积分数为4.3%～45.5%时点燃会发生爆炸，当硫化氢在空气中的体积分数为20%时，其爆炸产物是__________。 (4)在标准状况下，将120mL H2S和O2的混合气体点燃，若原混合气体中H2S 为x mL，反应后所得气体的总体积为y mL，求： ①当x在不同范围时y与x的函数关系。_________。 ②当y=60mL时，原H2S的体积可能是多少。____________。 【解析】(1)①如氧气足量，则发生2H2S+3O22SO2+2H2O，如剩余气体为O2和SO2或SO2，则气体体积减少120mL-15mL=105mL，则反应的H2S体积为105mL×=70mL，则生成SO2的体积为70mL＞15mL，不符合题意； ②若生成产物为SO2和S，则SO2为15mL，则先后发生 即H2S为70mL，O2为50mL，二者体积之和为120mL，符合题意； ③如剩余气体为H2S，则发生2H2S+O22S+2H2O，H2S和O2共反应120mL-15mL=105mL，则H2S为105mL×+15mL=85mL，O2为105mL×mL=35mL，二者体积之和为120mL，符合题意； 故选：C； (2)①如氧气足量，则发生2H2S+3O22SO2+2H2O，如剩余气体为O2和SO2或SO2，则则气体体积减少120mL-30mL=90mL，则反应的H2S体积为90mL×=60mL，则生成SO2的体积为60mL＞30mL，不符合题意； ②若生成产物为SO2和S，则SO2为30mL，则先后发生 即H2S为60mL，O2为60mL，二者体积之和为120mL，符合题意； ③如剩余气体为H2S，则发生2H2S+O22S+2H2O，H2S和O2共反应120mL-30mL=90mL，则H2S为90mL×+30mL=90mL，O2为90mL×=30mL，二者体积之和为120mL，符合题意； 故答案为：90mLH2S、30mLO2或60mLH2S、60mLO2； (3)当硫化氢在空气中的体积分数为20%时，O2在混合气体中的体积分数为80%×=16%，O2不足，发生反应2H2S+O22S↓+2H2O，因此爆炸产物是S和H2O； (4)①如氧气足量，则发生2H2S+3O22SO2+2H2O，则硫化氢：x≤120×=48mL，则生成的SO2为xmL，消耗的氧气xmL，则120-（x+x）+x=y，所以x≤48时，120-x=y；当60＞x＞48，则生成产物为SO2和S，则SO2为ymL，则先后发生 则H2S为×(120-y)=x，氧气为×(120-y)+y；所以当60＞x＞48时，240-2x=3y；当x＞60，则剩余气体为H2S为ymL，则发生2H2S+O22S+2H2O，H2S和O2共反应120mL-ymL，则H2S为(120-y)mL×+ymL=xmL，即360+y=3x；因此，当x在不同范围时y与x的函数关系为：x＜48时，120-x=y；当60＞x＞48时，240-2x=3y；当x＞60时，240+y=3x； ②当y=60mL时，剩余的气体为O2和SO2，氧气过量，发生2H2S+3O22SO2+2H2O，设硫化氢为xmL，生成的二氧化硫为xmL，则120-(x+x)+x=60，解得x=40。 第10页 学科网（北京）股份有限公司 $