专题四 硫、氮与可持续发展
一、含硫化合物的性质与应用: 1、SO 2 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SO 2),易液化(沸点为-10℃)。就是严重的大气污染物。
备注:大气污染物通常包括:SO 2、CO 、氮的氧化物、烃、固体颗粒物(飘尘)等。 (2)化学性质:
① SO 2 就是酸性氧化物:
② 还原性:SO 2中S 为+4价,可与强氧化剂(如氧气等)反应生成+6价的S:
1)
SO 2 + O 2 <==== > 2SO 3
催化剂加热
2)能使溴水褪色: SO 2 + Br 2 + 2H 2O ===H 2SO 4 +2HBr 3)与H 2O 2反应: SO 2 + H 2O 2 === H 2SO 4
4)SO 2在水溶液中能被KMnO 4(H +)、Cl 2、Fe 3+、HNO 3等氧化,归纳如下(都在通常条件下进行):
KMnO 4（H +）、Cl 2、Fe 3+、Br 2 、H 2O 2、HNO 3
SO 2
KMnO 4
（H +）
H 2SO 4
③ 氧化性:SO 2中S 为+4价,可以降低,表现出氧化性,但氧化性很弱:
SO 2 + 2H 2S ===3S ↓+ 2H 2O
④ 漂白性:SO 2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,即漂白作用就是可逆的(SO 2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:①吸附型:活性炭漂白——活性炭吸附色素(包括胶体) ②强氧化型:HClO 、O 3、H 2O 2、
Na 2O 2 等强氧化剂漂白——将有色物质氧化,不可逆 ③化合型:SO 2 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CO 2形成弱酸H 2CO 3,pH 约为5、6。)
硫酸型酸雨的形成途径:
① 空气中的二氧化硫,在光照、烟尘中的金属氧化物等作用下,与氧气生成三氧化硫,溶于水后形成硫酸:
SO 2 + O 2 <==== > 2SO 3 SO 3 + H 2O === H 2SO 4
催化剂
加热
② 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:
SO 2 + H 2O
H 2SO 3 2H 2SO 3 + O 2 == 2H 2SO 4
2)空气中二氧化硫的来源:
主要就是化石燃料的燃烧。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:
①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
②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(CaSO4·2H2O)与硫酸铵(一种化肥)
2、硫酸的制备与性质:
(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:
热交换器的作用:预热SO2与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+H2O＝NH4HSO3
古代制硫酸的方法就是:用绿矾(FeSO4·7H2O)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,放出二氧化硫与三氧化硫,,便可得到硫酸。2(FeSO4·7H2O) ===Fe2O3＋SO2＋SO3＋14H2O
(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)。
①吸水性:浓硫酸具有吸水性,通常可用作中性气体与酸性气体的干燥剂,如H2、O2、CO2、Cl2、HCl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)与还原性气体(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与酸性,所以不能干燥还原性气体与碱性气体、
②脱水性:浓硫酸能将有机物中H、O 按照2∶1 的比例脱出,生成水,就是有机物变黑。浓硫酸可用作许多有机反应的脱水剂与催化剂。
C12H22O1112C+11H2O
③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就是还原剂,H2SO4就是氧化剂。H2SO4既表现了氧化性,又表现了酸性,表现氧化性与酸性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,也可以与一些非金属反应,如C、S、P等。
浓H2SO4的还原产物通常为SO2。正就是由于浓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
(5)几种重要的硫酸盐:
(6)浓硫酸与稀硫酸的鉴别方法:
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,升温的一个就是浓硫酸。
3):插入铁片,没什么现象的就是浓硫酸,持续冒气泡的就是稀硫酸。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,膨胀的就是浓硫酸,没反应的就是稀硫酸。因为浓硫酸具有吸水性。