师:今天我们来讲高一人教版化学第五章实验活动五——不同价态含硫物质的转化。首先明确实验目的:一是通过实验加深对硫及其化合物性质的认识;二是应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。
第一个问题,请大家回忆学过的含硫物质,完成以下价类二维图。硫的氢化物是硫化氢,其中硫元素为 -2 价;硫的单质中硫元素为 0 价;硫的氧化物有二氧化硫和三氧化硫,二氧化硫中硫为 +4 价,三氧化硫中硫为 +6 价。硫的氧化物对应水化物是亚硫酸和硫酸,亚硫酸中硫元素为 +4 价,硫酸中硫元素为 +6 价。硫的盐主要有硫化钠、亚硫酸钠、硫酸钠,硫化钠中硫元素为 -2 价,亚硫酸钠中硫元素为 +4 价,硫酸钠中硫元素为 +6 价。
第二个问题,请从氧化还原的角度预测硫化钠、浓硫酸、硫单质的性质。一种物质中所含元素化合价为最低价态,该物质只有还原性;所含元素化合价为最高价态,该物质只有氧化性;所含元素化合价为中间价态,该物质既有氧化性又有还原性。硫化钠中硫的化合价为 -2 价,是硫元素的最低价,所以硫化钠主要体现还原性。浓硫酸中硫元素的化合价为 +6 价,是硫元素的最高价态,浓硫酸主要体现氧化性。硫单质中硫元素的化合价为 0 价,是中间价态,硫单质既有氧化性又有还原性。
第三个问题,请选择合适的试剂实验验证你们的预测。现有的试剂有浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、硫化钠溶液、酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液、亚硫酸溶液、品红溶液。验证硫化钠的还原性,可选择强氧化剂酸性高锰酸钾溶液,选择依据是验证物质的还原性要选择氧化剂。预期现象是酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去,可能出现淡黄色沉淀。验证硫化钠的还原性还可以选择氧化性比较弱的亚硫酸溶液,预期现象为产生淡黄色沉淀。验证浓硫酸的氧化性,选择还原性比较弱的铜片,预期现象是铜片溶解,溶液稀释后为蓝色,产生刺激性气味的气体,该气体可以使品红溶液褪色。验证硫单质的氧化性,选择还原性较强的铁粉,预期现象为生成黑色固体。
下面我们来进行实验验证。
第一个实验,验证硫化钠的还原性。实验步骤如下:
在试管中加入 1 毫升硫化钠溶液,边振荡边滴加酸性高锰酸钾溶液,用蘸有氢氧化钠溶液的棉团塞住试管口,观察并记录实验现象。
在试管中加入 1 毫升硫化钠溶液,边震荡边滴加亚硫酸溶液,用蘸有氢氧化钠溶液的棉团塞住试管口,观察并记录实验现象。
下面我们来看实验视频。
不同价态含硫物质的转化:硫元素常见的化合价有 -2 价、0 价、+4 价、+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。例如可以选择合适的氧化剂或还原剂来实现以下几种不同价态含硫物质的相互转化。
-2 价硫元素向 0 价硫元素的转化。实验用品:试管、量筒、棉团、氢氧化钠溶液、亚硫酸溶液、酸性高锰酸钾溶液。两支试管中分别盛有 1 毫升硫化钠溶液,向其中一支试管滴加亚硫酸溶液,观察到有淡黄色沉淀生成,用蘸有氢氧化钠溶液的棉团塞入试管口;向另一支试管内滴加酸性高锰酸钾溶液,观察到试管内逐渐生成黄色沉淀,同样用蘸有氢氧化钠溶液的棉团塞住试管口。 -2 价硫元素具有还原性,可与氧化剂反应转化为 0 价硫。
在硫化钠溶液中加入酸性高锰酸钾溶液,紫红色褪去,产生淡黄色沉淀;在硫化钠溶液中加入亚硫酸溶液,产生淡黄色沉淀,说明生成了硫单质,硫元素从 -2 价升高为 0 价。
第二个实验,验证浓硫酸的氧化性。实验步骤:按如图所示连接仪器装置,向试管中加入 1 毫升浓硫酸和一小块铜片,塞上带导管的单孔橡胶塞,加热,观察并记录实验现象。
下面我们来看实验视频。
+6 价硫元素向 +4 价硫元素的转化,这是浓硫酸和铜反应的实验装置,加热观察并记录实验现象,观察到加热后有气体生成,生成的气体可以使品红溶液褪色。 +6 价硫元素具有氧化性,可与还原剂反应转化为 +4 价硫元素。
冷却后将试管里的物质缓慢倒入盛有少量水的另一支试管中,可观察到溶液变为蓝色,这说明溶液中有铜离子生成。
在这一过程中,铜与浓硫酸反应可生成硫酸铜、水和二氧化硫,产生的二氧化硫气体可使品红溶液褪色。我们可以看到,a 试管中有气泡生成,溶液稀释后为蓝色,铜片溶解;b 试管中品红溶液褪色,说明生成了二氧化硫,铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化硫,硫元素从 +6 价转化为 +4 价。
第三个实验,验证硫单质的氧化性。实验步骤:将 0.5 克硫粉和 1.0 克铁粉均匀混合,放在石棉网或陶土网上堆成条状,用灼热的玻璃棒触及混合粉末的一端,当混合物呈红热状态时,移开玻璃棒,观察并记录实验现象。
下面我们来看实验视频。
0 价硫元素向 -2 价硫元素的转化。实验用品:酒精灯、石棉网、铁粉、硫粉、玻璃棒。将 0.5 克硫粉与 1.0 克铁粉均匀混合,放在石棉网上堆成条状,用灼热的玻璃棒接触混合粉末的一端,混合物继续保持红热,并有火焰出现,红热现象从一端不断向另一端移动,冷却后观察到有黑色块状固体生成。处于中间价态的 0 价硫元素具有一定的氧化性,可与还原剂反应转化为 -2 价的硫元素。
我们可以看到混合物继续保持红热,最后生成黑色固体。黑色固体为硫化亚铁固体,硫和铁在加热条件下生成硫化亚铁,硫元素从零价降低为 -2 价。
