2018年高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第3節(jié) 硫的轉(zhuǎn)化學(xué)案 魯科版必修1.doc

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第3章 第3節(jié) 硫的轉(zhuǎn)化 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 第3章 第3節(jié) 硫的轉(zhuǎn)化 二. 教學(xué)目的 1、掌握硫單質(zhì)的性質(zhì)和用途 2、掌握二氧化硫的性質(zhì)和用途 3、認(rèn)識(shí)濃硫酸的強(qiáng)氧化性 4、了解酸雨的成因、危害和防護(hù)措施 三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 二氧化硫及濃硫酸的性質(zhì) 四. 知識(shí)分析 （一）自然界中的硫 1、自然界中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化 （1）硫元素在自然界中的存在 硫元素廣泛存在于自然界中，在火山口附近有硫單質(zhì)存在，其余主要以化合態(tài)存在于海洋、大氣、地殼及動(dòng)植物體內(nèi)。 （2）自然界中不同價(jià)態(tài)硫元素的轉(zhuǎn)化 火山噴發(fā)時(shí)，部分硫轉(zhuǎn)化為硫化氫氣體，部分硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫和三氧化硫氣體，二氧化硫在大氣中易被氧化為三氧化硫，二氧化硫和三氧化硫溶于水，分別生成亞硫酸和硫酸，一些微生物又繼續(xù)將酸轉(zhuǎn)化為硫或硫化氫。此外，火山噴發(fā)時(shí)還有部分硫與含有鐵、砷、汞等元素的物質(zhì)反應(yīng)，形成礦物，而暴露于地面的多種含硫礦物，受氧氣和水蒸氣作用又生成新的物質(zhì)，如石膏、芒硝等。 2、認(rèn)識(shí)硫單質(zhì) （1）物理性質(zhì)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)和探究硫的物理性質(zhì) 通常硫是一種黃色或淡黃色的固體，很脆，易研成粉末。不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較低。 硫有多種同素異形體，常見(jiàn)的有斜方硫和單斜硫。 （2）化學(xué)性質(zhì)： 分析：硫元素的化合價(jià)有-2、0、＋2、＋4、＋6，硫單質(zhì)0價(jià)，居于中間價(jià)態(tài)，既有氧化性又有還原性。 ①氧化性 與金屬：Fe ＋ S FeS 2Cu ＋S Cu2S 2Na ＋S ＝ Na2S (研磨) Hg ＋ S HgS 與非金屬：H2 ＋ S H2S 2S ＋ C CS2 黑火藥的爆炸：S ＋ 2KNO3 ＋3C K2S ＋ 3CO2 ↑＋N2 ↑ 說(shuō)明：比較硫與氯氣分別與變價(jià)金屬如鐵、銅的反應(yīng)可知，氯氣的氧化性大于硫。 ② 還原性 硫在空氣中燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色的火焰，在純氧中燃燒劇烈，發(fā)出藍(lán)紫色火焰，產(chǎn)物都是二氧化硫。 S ＋ O2 SO2 思考：下列反應(yīng)表現(xiàn)了硫的什么性質(zhì)：3S ＋ 6 NaOH 2Na2S ＋ Na2SO3 ＋ 3H2O 結(jié)合硫的其他性質(zhì)分析，如果洗去沾在試管壁上的硫，用什么方法？ （解答：此反應(yīng)表現(xiàn)了硫的氧化性和還原性；可以用 CS2洗滌或用熱堿液洗滌。） （3）用途 硫磺有廣泛的用途，主要用于制造硫酸、化肥、火柴、殺蟲(chóng)劑及火藥、煙花爆竹等。此外，硫磺可以作為酸性速效肥料施用，天然橡膠經(jīng)硫磺硫化后具有良好的耐磨性和彈性，硫磺溫泉可以醫(yī)治皮膚病。 （二）實(shí)驗(yàn)室里研究不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究硫的不同價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化：－20＋4＋6 實(shí)驗(yàn)可以選取H2S、S、SO2、 濃硫酸這些含硫的物質(zhì)及合適的氧化劑和還原劑來(lái)進(jìn)行 1、二氧化硫 （1）物理性質(zhì) 通常二氧化硫是一種無(wú)色、有刺激性氣味的有毒氣體，密度大于空氣，易液化，易溶于水，常溫常壓下，1體積水大約能溶解40體積的二氧化硫。 （2）化學(xué)性質(zhì) ①酸性氧化物 H2O＋ SO2H2SO3 (亞硫酸屬于二元中強(qiáng)酸，不穩(wěn)定，易分解) SO2 (少量) ＋ 2NaOH ＝Na2SO3 ＋ H2O SO2 (過(guò)量) ＋ NaOH ＝NaHSO3 思考：如果將二氧化硫通入澄清的石灰水中，至過(guò)量，有何現(xiàn)象？為什么? (解答：先變渾濁后變澄清；先生成亞硫酸鈣，然后生成亞硫酸氫鈣。) ② 氧化性 二氧化硫具有較弱的氧化性：2H2S ＋ SO2 ＝3 S ＋2H2O 拓展：2H2S ＋ H2SO3 ＝3 S↓ ＋ 3H2O 2Na2S ＋ Na2SO3 ＋ 6 HCl ＝ 3S↓ ＋3 H2O ＋6NaCl (說(shuō)明：當(dāng)上述反應(yīng) Na2S 過(guò)量時(shí)，還有H2S生成；當(dāng)Na2SO3過(guò)量時(shí)，還有SO2 生成。) ③ 還原性 SO2 可以使KMnO4溶液、氯水、FeCl3溶液等褪色，證明SO2 具有還原性： 2KMnO4 ＋ 5SO2 ＋2 H2O ＝ K2SO4 ＋ 2MnSO4 ＋2H2SO4 Cl2 ＋ SO2 ＋ 2H2O ＝H2SO4 ＋2HCl 此外，SO2 還可以在一定條件下被氧氣氧化：2 SO2 ＋ O2 2SO3 思考：向BaCl2溶液中通入SO2氣體無(wú)明顯現(xiàn)象，在其中加入新制氯水后，再通入SO2，有白色沉淀生成，加入稀鹽酸，沉淀不消失。此種白色沉淀是什么？寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。 解答：BaSO4 ； Cl2 ＋ SO2 ＋ 2H2O ＝H2SO4 ＋2HCl BaCl2 ＋ H2SO4 ＝ BaSO4 ＋2HCl) ④ 漂白性 二氧化硫與水反應(yīng)生成的亞硫酸能與有色物質(zhì)結(jié)合，生成不穩(wěn)定的無(wú)色物質(zhì)，所以說(shuō)二氧化硫具有漂白性。但漂白過(guò)的物質(zhì)時(shí)間稍長(zhǎng)或受熱，將恢復(fù)原色，這種漂白是暫時(shí)的。 說(shuō)明：雖然二氧化硫具有漂白性，但并不是所有的相關(guān)褪色都是源于此。如：SO2 是滴有酚酞的氫氧化鈉溶液褪色是由于SO2 作為酸性氧化物，與堿發(fā)生了中和反應(yīng)；SO2 能使氯水、高錳酸鉀溶液褪色是其還原性的體現(xiàn)。 小結(jié)：物質(zhì)的漂白性 常見(jiàn)物質(zhì) HClO、Ca(ClO)2 Na2O2、H2O2 SO2 活性炭 作用原理 將有色物質(zhì)氧化為無(wú)色物質(zhì) 與有色物質(zhì)結(jié)合為無(wú)色物質(zhì) 將有色物質(zhì)吸附 變化 化學(xué)變化 化學(xué)變化 物理變化 漂白后物質(zhì)穩(wěn)定性 穩(wěn)定 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 2、濃H2SO4 （1）物理性質(zhì) 通常濃硫酸是無(wú)色油狀液體，難揮發(fā)，與水以任意比混溶，溶解時(shí)放出大量熱。 說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)室稀釋濃硫酸時(shí)應(yīng)將濃硫酸沿容器內(nèi)壁緩緩注入水或溶液中，并用玻璃棒不斷攪拌。 思考：現(xiàn)有失去標(biāo)簽的、體積相同的兩瓶濃硫酸和濃鹽酸 不用化學(xué)方法如何鑒別？ （解答：可以拿起瓶，判斷質(zhì)量，質(zhì)量大的為濃硫酸；還可以打開(kāi)瓶塞，形成白霧的為濃鹽酸。） （2）特性 ① 吸水性 濃硫酸的吸水性是指濃硫酸有吸收游離的水份的性能，不僅能吸收空氣中、物質(zhì)表面的水，還能奪取結(jié)晶水合物中的結(jié)晶水。濃硫酸常做干燥劑，可以干燥中性、酸性的且無(wú)還原性的氣體，不能干燥如NH3、H2S 等氣體。 ② 脫水性 濃硫酸的脫水性是指濃硫酸可以使許多有機(jī)物中的氫、氧原子按2：1的比例，形成水分子而脫去。 ③ 強(qiáng)氧化性 濃硫酸中＋6價(jià)的S原子有很強(qiáng)的氧化性，可以?shī)Z取許多物質(zhì)中的電子，因此濃硫酸具有強(qiáng)氧化性。濃硫酸可以與許多金屬、非金屬等物質(zhì)反應(yīng)： Cu ＋ 2 H2SO4(濃)CuSO4 ＋ SO2 ↑＋ 2H2O C ＋ 2 H2SO4(濃)CO2 ↑ ＋2 SO2 ↑＋ 2H2O 說(shuō)明：濃硫酸屬于氧化性酸，可以和很多金屬反應(yīng)，還原產(chǎn)物為二氧化硫，但在常溫下遇鐵、鋁則發(fā)生鈍化。 思考：如何鑒別稀硫酸和濃硫酸？（至少說(shuō)出三種方法） （解答：可以用玻璃棒分別蘸取兩種液體，在紙上畫(huà)寫(xiě)，使紙變黑甚至燒透的是濃硫酸；各取兩種液體少量，分別加入盛有銅片的試管，加熱，銅片溶解產(chǎn)生刺激性氣味氣體，溶液變藍(lán)的為濃硫酸，無(wú)明顯現(xiàn)象的為稀硫酸；向盛有少量藍(lán)礬的試管中分別滴入少量?jī)煞N液體，使藍(lán)色消失的是濃硫酸。） （三）酸雨及其防治 1、酸雨的概念：大氣中正常降水的pH為5.6，通常將pH小于5.6的降水叫酸雨。 2、酸雨的成因：含硫礦石燃料的燃燒以及工廠排放的尾氣中含有二氧化硫，在氧氣和水等的作用下，形成酸霧，隨雨水降落就成為酸雨。該過(guò)程涉及的反應(yīng)有： 2 SO2 ＋ O2 2SO3 SO3 ＋ H2O ＝H2SO4 H2O＋ SO2H2SO3 2H2SO3 ＋ O2 ＝2H2SO4 此外，像工廠及汽車(chē)尾氣排放出的氮氧化合物也是構(gòu)成酸雨的重要成因。 3、酸雨的危害：酸雨會(huì)使湖泊的水質(zhì)變酸，導(dǎo)致水生生物死亡；酸雨浸漬土壤，會(huì)使土壤變得貧瘠；長(zhǎng)期的酸雨侵蝕會(huì)造成森林大面積死亡、建筑物、古跡遭到破壞等等。 4、酸雨的防治：從實(shí)際出發(fā)，對(duì)酸性物質(zhì)的排放加以控制；改變能源結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)利用新能源，從根本上解決。 【典型例題】 例題1 下列關(guān)于濃硫酸的敘述正確的是（ ） A. 濃硫酸具有吸水性，因而能使蔗糖炭化 B. 濃硫酸在常溫下可迅速與銅片反應(yīng)放出二氧化硫氣體 C. 濃硫酸是一種干燥劑，能夠干燥氨氣.氫氣等氣體 D. 濃硫酸在常溫下能夠使鐵鋁等金屬鈍化 答案： D 解析：濃硫酸使蔗糖炭化，體現(xiàn)的是脫水性而不是吸水性，脫水性和吸水性的本質(zhì)區(qū)別是看氫和氧兩元素在原物質(zhì)中是否是以“H2O”的形式存在。 濃硫酸與銅的反應(yīng)需在加熱的條件下進(jìn)行。 濃硫酸作為干燥劑，不能干燥堿性和強(qiáng)還原性物質(zhì)，氨氣不能用濃硫酸干燥而氫氣可以。 濃硫酸使鐵鋁鈍化必須強(qiáng)調(diào)在常溫下。 點(diǎn)評(píng)：濃硫酸的三大特性屬于基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)該熟練掌握、深刻理解。 例題2 強(qiáng)熱條件下，硫酸亞鐵固體發(fā)生分解：2FeSO4＝Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑，如將此反應(yīng)生成的氣體通入BaCl2溶液中，則（ ） A. 析出BaSO3沉淀 B. 析出BaSO4沉淀 C. 逸出SO3氣體 D. 逸出SO2氣體 答案：BD 解析：在BaCl2溶液中，SO3和水劇烈反應(yīng)生成H2SO4 ，H2SO4 再和BaCl2溶液反應(yīng)生成BaSO4沉淀，由于BaSO4不溶于水和酸，所以析出BaSO4沉淀，不逸出SO3氣體。而B(niǎo)aSO3雖不溶于水，但溶于酸，所以SO2和水和BaCl2溶液不會(huì)反應(yīng)生成BaSO3，SO2在酸性溶液里溶解度很小，所以逸出SO2氣體。 點(diǎn)評(píng)：本題屬于信息題，是利用新信息和基礎(chǔ)知識(shí)解決問(wèn)題的。SO2和SO3 的混和氣體的性質(zhì)其實(shí)是相互影響不大的，解題時(shí)，要分析透徹這一點(diǎn)。 例題3 實(shí)驗(yàn)證明銅不能在常溫下與氧氣反應(yīng)，銅不與稀硫酸反應(yīng)，但工業(yè)上卻在廢銅屑與熱的稀硫酸混和物中，通入空氣制硫酸銅溶液。 （1）寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式___________ （2）利用銅制備硫酸銅溶液還有什么方法？寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________。 比較哪種方法好？為什么？ 答案：（1）方法一： 2Cu ＋ 2H2SO4 (稀) ＋O2 2CuSO4 ＋ 2H2O （2）方法二： 2Cu ＋ O2 2CuO CuO ＋ H2SO4 (稀)＝ CuSO4 ＋ H2O 方法三： Cu ＋2 H2SO4 (濃) CuSO4 ＋ 2H2O ＋ SO2 ↑ 第一種方法最好。若制得1mol CuSO4 ，第一種第二種方法只需要1mol硫酸，而第三種方法需要2mol 硫酸，而且生成的SO2 又造成大氣污染。第一、二種方法比較，第一種方法在溶液中進(jìn)行，且進(jìn)行的充分。從以上分析可知第一種方法處理廢銅屑最好。 解析：在稀硫酸存在的條件下，銅與氧氣在加熱條件下反應(yīng)生成堿性氧化物CuO迅速溶解在熱的稀硫酸中生成CuSO4。 方法二：是先將銅在空氣中加熱使之生成CuO ，在與稀硫酸反應(yīng)，以上兩種方法的共同特點(diǎn)是氧氣作為氧化劑，稀硫酸只起酸的作用。 方法三：在加熱條件下使銅直接與濃硫酸反應(yīng)，反應(yīng)中硫酸不僅起酸的作用，還起氧化劑的作用，被還原為有毒氣體SO2。 點(diǎn)評(píng)：物質(zhì)的制備應(yīng)該看原料是否易得、成本低廉，是否節(jié)省原料，是否反應(yīng)快，是否產(chǎn)生污染物等等，在評(píng)價(jià)方案時(shí)，要注意在對(duì)比中進(jìn)行。 例題4 某學(xué)生課外活動(dòng)小組利用右圖所示裝置分別做如下實(shí)驗(yàn)： （1）在試管中注入某紅色溶液，加熱試管，溶液顏色逐漸變淺，冷卻后恢復(fù)紅色，則原溶液可能是_________溶液；加熱時(shí)溶液顏色由紅色逐漸變淺的原因是：_____________。 （2）在試管中注入某無(wú)色溶液，加熱試管，溶液變?yōu)榧t色，冷卻后恢復(fù)無(wú)色，則此溶液可能是__________溶液；加熱時(shí)溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色的原因是：_____________。 答案： （1） 稀氨水和酚酞 ；稀氨水中的NH3 氣逸出，所以溶液顏色變淺。 （2） 溶有SO2 的品紅； SO2 氣體逸出，品紅溶液恢復(fù)紅色。 解析：首先審清實(shí)驗(yàn)的裝置是一封閉體系，受熱時(shí)有氣體從溶液中逸出進(jìn)入氣球，導(dǎo)致溶液的顏色變化；冷卻后逸出的氣體又溶解在溶液中，得到原來(lái)溶液，恢復(fù)到原來(lái)溶液的顏色。另外要注意溶液顏色的變化，能使溶液在無(wú)色和紅色之間變化的物質(zhì)在中學(xué)階段最常見(jiàn)的是酚酞和品紅，導(dǎo)致酚酞溶液在無(wú)色和紅色之間變化的氣體是堿性氣體，即氨氣；導(dǎo)致品紅溶液在無(wú)色和紅色之間變化的氣體是SO2。 點(diǎn)評(píng)：本題屬于元素、化合物知識(shí)的綜合題，題目設(shè)計(jì)靈活，要求解答本題時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確分析題給信息，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，不可思維局限，無(wú)從下手。