专题四硫、氮和可持续发展一、含硫化合物的性质和应用：1、SO2的性质及其应用：（1）物理性质： 通常为无色、具有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水（常温常压下一体积水能溶解 40 体积 SO2） ，易液化（沸点为-10） 。是严重的大气污染物。备注： 大气污染物通常包括：SO2、CO、氮的氧化物、烃、固体颗粒物（飘尘）等。（2）化学性质： SO2是酸性氧化物： 还原性 ：SO2中 S 为+4 价，可与强氧化剂（如氧气等）反应生成+6 价的 S：1）SO2 + O2 2SO3催化剂加热2）能使溴水褪色：SO2 + Br2 + 2H2O =H2SO4 +2HBr 3）与 H2O2反应：SO2 + H2O2 = H2SO44）SO2在水溶液中能被KMnO4（H+） 、Cl2、Fe3+、HNO3等氧化，归纳如下（都在通常条件下进行）：KMnO4（H+）、 Cl2、Fe3+、Br2 、H2O2、HNO3SO2KMnO4（H+）H2SO4 氧化性 ：SO2中 S 为+4 价，可以降低，表现出氧化性，但氧化性很弱：SO2 + 2H2S =3S+ 2H2O 漂白性： SO2可与某些有色物质反应，生成不稳定的无色物质，加热时这些无色物质又会发生分解，从而恢复原来的颜色，即漂白作用是可逆的（SO2不能漂白酸碱指示剂） 。常用于实验室对SO2 气体的检验（品红溶液）备注： 漂白原理类型 ：吸附型 ：活性炭漂白 活性炭吸附色素 （包括胶体）强氧化型 ：HClO 、O3、H2O2、Na2O2等强氧化剂漂白 将有色物质氧化，不可逆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 化合型 ：SO2漂白 与有色物质化合，可逆（3）酸雨硫酸型酸雨：1）硫酸型酸雨的形成：PH 值小于 5.6(酸雨的 pH 5.6)的雨水叫酸雨。含硫酸的酸雨称硫酸型酸雨；含硝酸的酸雨称硝酸型酸雨。 （正常的雨水由于溶解CO2形成弱酸 H2CO3，pH 约为 5.6。 ）硫酸型酸雨的形成途径： 空气中的二氧化硫，在光照、烟尘中的金属氧化物等作用下，和氧气生成三氧化硫，溶于水后形成硫酸：SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4催化剂加热 空气中的二氧化硫直接溶于水并生成亚硫酸，亚硫酸具有较强的还原性，在空气中的氧气作用下生成硫酸：SO2 + H2OH2SO3 2H2SO3 + O2 = 2H2SO4 2）空气中二氧化硫的来源：主要是化石燃料的燃烧。另外还来源于含硫金属矿石的冶炼、硫酸工厂释放的尾气等，SO2直接危害人体健康，发生呼吸道疾病，直至人死亡。3）脱硫措施： 石灰石 - 石膏法脱硫 （钙基固硫法） ：CaO + SO2 CaSO3，SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2O，2CaSO3 + O2 2CaSO4 氨水脱硫：SO2 + 2NH3+H2O(NH4)2SO3，2(NH4)2SO3 + O2 2(NH4)2SO4 上述方法既可除去二氧化硫，还可以得到副产品石膏（CaSO42H2O）和硫酸铵（一种化肥）2、硫酸的制备和性质：（1）硫酸的工业制法：接触法制硫酸三原料、三阶段、三反应、三设备：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 三原料三阶段三反应三设备黄铁矿或S造气：SO2高温 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2点燃S + O2= SO2沸腾炉空气SO2接触氧化接触室(含热交换器)催化剂加热SO2 + O2 2SO3 98.3%浓硫酸吸收SO3吸收塔SO3 + H2O = H2SO4热交换器的作用：预热 SO2和 O2，降低 SO3的温度，便于被吸收。98.3%浓硫酸的作用 ：如果直接用水吸收SO3，SO3与水反应放热，会形成酸雾，不利于SO3的吸收。所以用 98.3%的浓硫酸吸收SO3，得到发烟硫酸。尾气中 SO2的处理： 用氨水处理后，再用硫酸处理：SO2 + 2NH3+H2O(NH4)2SO3，SO2 + NH3+H2ONH4HSO3 古代制硫酸的方法是：用绿矾(FeSO47H2O)为原料 ,放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸.在煅烧过程中 ,绿矾发生分解 ,放出二氧化硫和三氧化硫,其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝,便可得到硫酸。 2(FeSO47H2O) =Fe2O3SO2SO314H2O （2）硫酸的物理性质：无色、黏稠、油状液体。硫酸易溶于水，溶解时放出大量的热。98.3%的浓硫酸沸点为338，属于典型的难挥发性酸，密度为1.84g cm-3。浓硫酸稀释方法：把浓硫酸沿杯壁倒进水中,并用玻璃棒搅拌, 因为浓硫酸密度大,若把水倒进浓硫酸中, 稀释放出的热量回使水沸腾, 水喷溅出来危险 .浓硫酸难挥发，故可以制取易挥发性酸，如：加热 2NaCl + H2SO4 =Na2SO4 +HCl（1）稀硫酸的化学性质：具有酸的通性： 使指示剂变色、 与碱、 碱性氧化物、 活泼金属、 盐都能反应。如： Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2O 可用于酸洗除锈（2）浓硫酸的特性：热点链接：如何稀释浓H2SO4在稀释浓H2SO4时,应将浓 H2SO4沿玻璃棒缓缓地倒入烧杯的水中,并不断搅拌 ,使产生的热量迅速地扩散 .(若将水倒入浓H2SO4中,浓 H2SO4密度比水大 ,溶解时的放热作用使水沸腾而使H2SO4溅出 )。 吸水性： 浓硫酸具有吸水性，通常可用作中性气体和酸性气体的干燥剂，如 H2、O2、CO2、Cl2、HCl名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 等。还可以夺取结晶水合物中的水。备注 ：浓硫酸不能干燥碱性气体（如氨气）和还原性气体（如H2S、H2I、HBr 等） 。浓硫酸能干燥三类气体：一、中性气体,如 H2、O2、N2、CO、NO、CH4等；二、酸性气体： SO3、SO2、CO2、HCl、HF 等；三、氧化性气体： O3、F2、Cl2.不能干燥两类气体：一、碱性气体 ,如氨气 （NH3） ； 二、还原性气体 ,如 HBr 、HI、H2S 等 .因为浓硫酸有强氧化性和酸性,所以不能干燥还原性气体和碱性气体. 脱水性 ：浓硫酸能将有机物中H、O 按照 21 的比例脱出，生成水，是有机物变黑。浓硫酸可用作许多有机反应的脱水剂和催化剂。C12H22O1112C+11H2O 强氧化性 ：1）浓硫酸可以将许多金属氧化（铝、铁、铂、金除外）：金属 + 浓硫酸 硫酸盐+ SO2 + H2O浓硫酸的氧化性比稀硫酸强：其强氧化性由+6 价的S 引起，而稀硫酸的氧化性由H+引起 （故只能氧化金属活动顺序表中H 前面的金属）。备注： 上述反应中， Cu 是还原剂， H2SO4是氧化剂。 H2SO4既表现了氧化性，又表现了酸性，表现氧化性和酸性 H2SO4的分子个数比为1:1。随着反应进行浓硫酸变为稀硫酸后反应就停止。2）浓硫酸在一定条件下，也可以和一些非金属反应，如C、S、P 等。浓 H2SO4的还原产物通常为SO2。正是由于浓H2SO4的氧化性，所以浓H2SO4与金属反应均没有H2产生，也不能用浓H2SO4制备（或干燥）一些还原性气体，如：HI、H2S 等。3）与低价非金属元素的化合物反应：H2S + H2SO4 (浓) =S+ SO2+2H2O 2HI + H2SO4 (浓) =I2+ SO2+2H2O 2HBr + H2SO4 (浓) =Br2+ SO2+2H2O 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - （5）几种重要的硫酸盐：（6）浓硫酸和稀硫酸的鉴别方法：1）:取等重量的样品，放置在天平两端，并暴露在空气中，下沉一端为浓硫酸。因为浓硫酸具有吸水性，吸收空气中的水2） ：取样，将样品倒入水中，并插入温度计，升温的一个是浓硫酸。3） ：插入铁片，没什么现象的是浓硫酸，持续冒气泡的是稀硫酸。因为浓硫酸有强氧化性，使铁钝化，阻止两者反应，稀硫酸则不能。所以可用铁器装浓硫酸。4） ：放入炭块，膨胀的是浓硫酸，没反应的是稀硫酸。因为浓硫酸具有吸水性。5） ：插入铜片，反应并生成刺激性气味的是浓硫酸，没反应的是稀硫酸。同样因为浓硫酸有强氧化性。6） ：取等体积样平，密封放在天平两端，重的是浓硫酸。因为浓硫酸密度较大。7） ：晃动观察，稠的是浓硫酸，透明均一的是稀硫酸。8） ：放入 5 水硫酸铜，颜色退去的是浓硫酸，没反应的是稀硫酸。同样因为浓硫酸具有吸水性。3、硫和含硫化合物的相互转化：（1）硫的存在及物理性质：硫以游离态 （火山口附近或地壳的岩层里）和化合态 （硫化物和硫酸盐） 存在。硫是 淡黄色 松脆的晶体，俗名硫磺，熔点112.8，沸点 444.6 ，不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2.（2）不同价态的硫的化合物-2 价：H2S、Na2S、FeS；+4 价：SO2、H2SO3、Na2SO3 +6 价：SO3、H2SO4、Na2SO4、BaSO4、CaSO4、FeSO4（3）通过氧化还原反应实现含不同价态硫元素的物质之间的转化KMnO4（H+）、 Cl2、Br2、Fe3+、I2、Br2 、H2O2、HNO3、O2、SH2、C、金属等-2S0Cl2、Br2、Fe3+、Br2 、H2O2、HNO3、I2、O2、C、金属等S+6O2H2SS+4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 反应举例：1）-2 价硫到 0 价硫硫化氢不完全燃烧：点燃H2S + O2 =2S + 2H2O硫化氢通入卤水中：H2S + X2=S + 2HX （X 代表 CL、 Br、I）现象：卤水溶液褪色，产生淡黄色沉淀。向 Na2S 溶液中通入氯气：Na2S + Cl2 =2NaCl +S 2）0 价硫到 -2 价硫与金属反应：S + 2Na = Na2S，将 S 和 Na 混合，研磨可爆炸。加热Fe + S =FeS 2Cu + S =Cu2S加热S + Hg =HgS 在常温下进行，常用于除去撒落的汞，且汞显高价。与非金属反应：加热H2 + S（蒸汽） = H2S3）0 价硫到 +4 价硫：点燃S + O2 = SO24）+4 价硫到 0 价硫：SO2 + H2S =3S+ 2H2O 5）+4 价硫到 +6 价硫：SO2 + O2 2SO3 催化剂加热SO2 +X2 + H2O = H2SO4 + 2HX （ （X 代表 CL、Br、I）2H2SO2 +O2 = 2H2SO4 （酸雨的酸性由弱变强的原因）6）+6 价硫到 +4 价硫：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 浓硫酸被还原，一般生成SO2。总结：硫和含硫化合物相互转化的规律：邻位转化规律： -2 价 S 0 价 S +4 价 S +6 价 S 越位转化的特例：点燃H2S+ O2=2SO2 + 2H2O相邻价态不发生氧化还原反应：如二氧化硫与浓硫酸不反应，故实验室可用浓硫酸干燥二氧化硫气体。归中反应规律：加热S + 2 H2SO4（浓） =3 SO2 + 2H2O（4）含硫化合物间通过非氧化还原反应相互转化： FeS + H2SO4（稀） =FeSO4 + H2S， FeS + 2H+=Fe2+ + H2S实验室制备H2S气体，采用固 - 液反应不加热制气体装置或启普发生器）。H2S有毒，有臭鸡蛋气味，易溶于水，其水溶液叫氢硫酸。 H2S + 2NaOH =Na2S+ 2H2O 实验室中常用NaOH 溶液吸收多余的H2S气体，防止空气污染。 Na2SO3 + H2SO4（浓） = Na2SO4 + SO2+ H2O 实验室或工业上制取SO2的原理。 Na2SO3 + H2SO4（稀） = Na2SO4 + SO2+ H2O 不用稀硫酸制取SO2的原因是 SO2在稀硫酸中溶解度较大。二、生产生活中的含氮化合物：1、氮氧化物的产生及转化（1）氮气：存在 ：氮气约占空气总体积的78%。物理性质 ：纯净的氮气是无色无味的气体，密度比空气稍小，难溶于水。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 化学性质 ：N2分子结构稳定，化学性质不活泼，但在特定条件下会发生化学反应：放电N2 + O2 =2NO N2 + 3H2 =2NH3 N2 + 3Mg=Mg3N2高温高压点燃催化剂所以雷雨会生成NO。氮气主要有以下三方面的应用：化工原料（合成氨、制硝酸等）；保护气（填充灯泡、保鲜水果、粮食的保存等）；冷冻剂（超低温手术、超导材料的低温环境等）。（2）氮氧化物： NO：无色无味的有毒气体（中毒原理与CO 相同） ，密度略小于空气，微溶于水。在通常情况下易被氧气氧化为 NO2：2NO + O2=2NO2 4NO + 3O2 + 2H2O4HNO3 NO2：红棕色 的具有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，能溶于水。氧化性较强，易与水、碱等反应：3 NO2+H2O=2HNO3+NO 4NO2 + O2 + 2H2O4HNO32 NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O NO2 + 2KI =I2 + 2KNO2（能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝）2NO2N2O4(NO2和 N2O4之间可相互转化，故通常测得NO2的相对分子质量大于其实际值。) 氮氧化物有： N2O，NO, N2O3，NO2，N2O4，N2O5，其中 N2O3是 HNO2（亚硝酸）的酸酐， N2O5是 HNO3的酸酐。（3）硝酸型酸雨： 形成原理： 3 NO2+H2O=2HNO3+NO NO + NO2+H2O=2HNO2主要来源 ：氮肥的生产、金属冶炼、汽车尾气等。 防治措施：1） 为汽车安装尾气转换装置，将汽车尾气中的NO 和 CO 转化成 N2 和 CO2：2NO + 2CO = N2 + 2CO2催化剂2） 对生产氮肥、硝酸的工厂尾气处理：2 NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - NO + NO2+ 2NaOH =2 NaNO2 + H2O 2、氮肥的生产和使用（1）氨气的物理性质：常态下是无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水（1:700） ，溶于水显碱性，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。易挥发，易液化，液化时放出大量的热。液态氨汽化时吸收大量的热，使其周围物质的温度急剧下降，故液氨常用作制冷剂。氨水应在阴凉处保存。雨天、烈日下不宜施用氨态氮肥。（2）氨气的化学性质： 与水反应： NH3+H2ONH3 H2ONH4OH喷泉实验：在干燥的烧瓶内充满氨气，塞上带玻璃管和胶头滴管的胶塞，玻璃管的下端插入滴有酚酞的水溶液中，打开橡皮管上的止水夹，挤压胶头滴管。现象：烧杯中的水迅速进入烧瓶内，形成红色喷泉，最后烧瓶内充满红色液体。结论：氨气在水中溶解又多又快，使烧瓶内压强小于外界大气压，从而形成喷泉；酚酞试液显红色说明氨气的水溶液显碱性。 与酸反应： NH3 +HCl=NH4Cl（产生白烟，是NH4Cl 固体小颗粒，这可以检验氨气的存在。）2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 具有还原性：制备硝酸：2 NH3 + 3Cl2 =N2 + 6HCl（NH3少量）8 NH3 + 3Cl2 =N2 + 6 NH4Cl（NH3过量）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 4 NH3 + 6NO =5 N2 + 6H2O催化剂2NH3 +3CuO = N2 +3Cu +3H2O（3）氨水的成分及性质：氨水所含的微粒有：H2O，NH3，NH3H2O，以及少量的NH3H2O电离出的 NH4+和 OH-，少量水电离出的 H+和 OH-氨水易挥发逸出氨气，可用于检验浓盐酸、浓硝酸等挥发性酸，反应是形成白烟。（4）NH3的制备：工业上合成氨：实验室制取氨气：2NH4Cl + Ca(OH)2=CaCl2 + 2NH3+2H2O 化学药品： 氯化铵晶体，熟石灰固体。实验室制取氨气方法：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O 加热浓氨水NH3H2O = NH3+2H2O 浓氨水和碱石灰氨水中加入碱石灰，生成氢氧化钙，溶液碱性增大，且反应放热，有利于氨气的生成 NH3H2O=NH3+2H2O 集气方法： 向下排空气法验满： 1）将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝。2）将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，产生白烟。干燥方法： 可用 碱石灰 、生石灰、 硅胶等干燥剂； 氨气溶于水显碱性，不能用浓硫酸、 五氧化二磷等干燥。（2）铵盐： 物理性质： 易溶于水，大多数是无色晶体。 化学性质： A、铵盐受热易分解为氨气和对应的酸，故应保存在阴凉处：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 1）若该酸不稳定，则继续分解，如：NH4Cl（固） NH3（气） +HCl （气） NH4Cl（固）冷却该反应式可用于NH4Cl 的提纯 . (NH4)2CO3= 2NH3 + CO2 + H2O2）如生成的酸为氧化性酸，则该酸不会与氨气发生氧化还原反应，如NH4NO3受热分解较复杂：NH4NO3= N2O+2H2O 2 NH4NO3= 2N2 + O2 +4H2O（NH4）2SO42NH3+H2SO4B、铵盐与碱反应放出氨气，可利用该性质检验铵根离子NH4+的存在。2NH4Cl + Ca(OH)2=CaCl2 + 2NH3+2H2O NH4Cl+NaOH= NH3 + NaCl + H2O铵盐属于铵态氮肥，在施用铵态氮肥时，要避免与碱性肥料混合施用。 NH4+的检验：1） NaOH 溶液法：待检物为固体液体均可。取少量待检样品配成水溶液，向其中加入足量NaOH 溶液，用酒精灯微热，如产生刺激性气味的其他或能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则为铵盐。2） 碱石灰法：待检物必须为固体取少量待检样品固体与碱石灰混合，在研钵中研磨，若产生刺激性气味的其他或能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则为铵盐。三、硝酸的性质：1、物理性质： 无色，具有挥发性的液体，沸点83，有刺激性气味，易溶于水。“发烟硝酸”是指含HNO3质量分数在 98% 以上的浓硝酸，挥发出的HNO3 在空气中产生“发烟”现象。2.化学性质 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - （1）是一种强氧化性的酸，绝大多数金属及许多非金属单质能与硝酸反应：Cu + 4HNO3（浓） =Cu(NO3)2 + 2NO2+2H2O 3Cu + 8HNO3（稀） =3Cu(NO3)2 + 2NO+4H2O C+4HNO3（浓） = CO2 + 4NO2 +2H2O常温下，浓硝酸会使铝、铁等发生钝化，故可用铝制或铁制容器装运浓硝酸。（2）不稳定性： HNO3见光或加热会分解释放出NO2气体，故硝酸应保存在避光、低温处。4HNO3 =4NO2 + O2 +2H2O光照3、硝酸的制备：（1）实验室制备：NaNO3 (固) + H2SO4(浓) =NaHSO4 + HNO3（2）氨催化氧化法制硝酸：步骤氨催化法生成NO和水NO进一步被空气中的 O2氧化成NO2水吸收NO2生成硝酸备注：1）氨气氧化成NO 需要加热， NO 氧化成 NO2 是放热反应，通过热交换器提高热量利用率，降低成本。2）吸收塔里产生的NO 重新回到热交换器中被氧化成NO2，这种循环操作过程可提高原料利用率。3）尾气用 NaOH 溶液吸收。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -