高中化學(xué)必修一第四章第三節(jié)硫和氮的氧化物

1、化學(xué)必修一 第四章 第三節(jié) 硫和氮的氧化物一、二氧化硫和三氧化硫1. 硫 (1)硫的存在形式游離態(tài)的硫存在于火山噴口附近或地殼的巖層里?；蠎B(tài)的硫主要以硫化物和硫酸鹽的形式存在，如硫鐵礦也稱黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）、石膏（CaSO42H2O）和芒硝（Na2SO410H2O）。硫是一種生命元素，存在與某些蛋白質(zhì)中，這也是石油、天然氣、煤等化石燃料中經(jīng)常含硫的原因。 (2)硫的物理性質(zhì)硫（俗稱硫磺）是一種淡黃色晶體，質(zhì)脆，易研成粉末。硫不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。熔、沸點(diǎn)低。(3)硫的化學(xué)性質(zhì) 硫的氧化性a.將硫粉和金屬鈉混合在研缽中研磨，可以聽到輕微的爆炸聲，將該混合

2、物加熱，也可以發(fā)生反應(yīng)：2Na + S = Na2S。b硫與具有可變化合價(jià)的金屬發(fā)生反應(yīng)時(shí)，金屬被氧化為低價(jià)態(tài)，如：Fe+S=FeS；2Cu+S=Cu2S。c硫蒸氣與H2的反應(yīng)：H2+S=H2S。硫的還原性點(diǎn)燃硫在空氣中燃燒，產(chǎn)生微弱的淡藍(lán)色火焰；在氧氣中燃燒，產(chǎn)生明亮的藍(lán)紫色火焰。S+O2=SO2硫與堿反應(yīng)附著在試管中的硫可以用熱堿溶液洗滌。3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O。通常情況下，硫不能使變價(jià)金屬顯高價(jià)，說明S的氧化性比Cl2弱。不管O2多少，S只能被氧化為SO2。因?yàn)榘裇O2氧化為SO3需要特定條件。金屬汞撒落在地面可撒些硫磺覆蓋，防止汞蒸氣中毒，因?yàn)槌叵拢篐g

3、+S=HgS。2. 二氧化硫 (1)二氧化硫的實(shí)驗(yàn)室制法實(shí)驗(yàn)室里可用亞硫酸鈉固體與濃硫酸反應(yīng)或銅與濃硫酸反應(yīng)來制取SO2：Na2SO3+H2SO4(濃)=Na2SO4+H2O+SO2Cu+2H2SO4(濃)=CuSO4+H2O+SO2 (2)二氧化硫的物理性質(zhì) 二氧化硫是一種無色有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水，常溫常壓下，1體積水能溶解40體積SO2。(3) 二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)探究：SO2的化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象液體充滿試管；滴加紫色石蕊溶液后，溶液變?yōu)榧t色；滴加品紅溶液振蕩后，溶液褪色；加熱后，試管中的溶液又顯紅色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論SO2易溶于水，其水溶液顯酸性；SO2

4、具有漂白性，與有色物質(zhì)混合生成不穩(wěn)定的無色物質(zhì)SO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性 a和H2O反應(yīng)：SO2+H2OH2SO3（亞硫酸能使紫色石蕊溶液變紅） b和堿性氧化物反應(yīng)：SO2+CaO=CaSO3c和堿反應(yīng)：SO2（少量）+2NaOH= Na2SO3+H2O +2CO2 SO2（過量）+NaOH= NaHSO3d和鹽反應(yīng)：SO2（少量）+2NaHCO3= Na2SO3+ H2O +2CO2（利用此反應(yīng)可除去CO2中的SO2） SO2（過量）+NaHCO3= NaHSO3+CO2SO2和CO2都是酸性氧化物，都能使澄清石灰水變渾濁。故不能用澄清石灰水來鑒別SO2和CO2，可用品紅溶液來

5、鑒別。二氧化硫的氧化性二氧化硫分子中硫元素為+4價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，所以二氧化硫既有氧化性，又有還原性。但二氧化硫的氧化性不如還原性突出。2SO2+2H2S=3S+2H2O SO2與H2S在容器中相遇即可發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)黃色的固體硫附著在容器的內(nèi)壁。SO2通入氫硫酸（H2S的水溶液）中，也發(fā)生同樣的反應(yīng)，使溶液變渾濁。二氧化硫的還原性a. SO2能使鹵素單質(zhì)的水溶液褪色。SO2+X2+2H2O=2HX+H2SO4 (X=Cl、Br、I，F(xiàn)除外)b. SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色。5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4催化劑c. SO2能被Fe3+氧化。SO2

6、+2FeCl3+2H2O=FeSO4+FeCl2+4HCld. SO2能被氧氣氧化成SO3：2SO2+O22SO3SO2和O2反應(yīng)生成SO3的催化劑通常為五氧化二釩（V2O5）。硫在空氣中加熱（點(diǎn)燃或加熱）只能生成SO2，不能生成SO3，是否生成SO3與O2是否足量無關(guān)。二氧化硫的漂白性向品紅溶液中通入SO2后，品紅溶液的顏色逐漸褪去。SO2具有漂白性，能漂白有色物質(zhì)，如紙漿、毛、絲、草帽辮等。當(dāng)給試管加熱時(shí)，溶液又變紅色，是因?yàn)樯傻臒o色物質(zhì)不穩(wěn)定，受熱分解而回復(fù)成原來的顏色。 從氧化還原角度分析，二氧化硫起漂白作用時(shí)，所發(fā)生的反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，這不同于臭氧、次氯酸鹽的漂白性。3.三氧化

7、硫(1)物理性質(zhì) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，是一種無色固體，熔點(diǎn)（16.80）、沸點(diǎn)（44.8）較低，具有較強(qiáng)的吸濕性，極易溶于水并放出大量的熱。(2)化學(xué)性質(zhì)SO3具有酸性氧化物的通性，是硫酸的酸酐。與水反應(yīng)生成硫酸：SO3+H2O=H2SO4與堿性氧化物反應(yīng)，如：CaO+SO3=CaSO4與堿反應(yīng)：SO3+2OH-=SO42-+H2O與某些鹽溶液反應(yīng)，如：SO3+CO32-=SO42-+CO2；SO3+Ba2+H2O=BaSO4+2H+標(biāo)準(zhǔn)狀況下SO3不是氣體。SO2通入BaCl2溶液不會(huì)產(chǎn)生白色沉淀。二、 二氧化氮和一氧化氮1. 氮?dú)?1)物理性質(zhì)氮?dú)馐且环N無色無味的氣體，約占空氣體積的78%，標(biāo)準(zhǔn)狀

8、況下密度為1.25g/L，難溶于水，難液化。(2)化學(xué)性質(zhì)高溫或放電氮?dú)夥肿咏Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通常情況下，氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑。但在一定條件下，也可以發(fā)生以下反應(yīng)。催化劑在放電條件下，氮?dú)饽苤苯优c氧氣化合生成一氧化氮：N2+O2=2NO高溫、高壓在高溫、高壓和催化劑存在下，氮?dú)馀c氫氣化合生成氨氣：Na+3H22NH3高溫點(diǎn)燃在一定條件下，氮?dú)饽芨鶰g、Al等發(fā)生反應(yīng)生成金屬氮化物。3Mg+N2=Mg3N2 2Al+N2=2AlN將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锝械墓潭?，氮的固定分為自然固氮和人工固氮。除了可用人工固氮方法（合成氨）獲得氨氣外，自然界雷電現(xiàn)象也是一種固氮途徑，經(jīng)由雷電固定的氮是硝態(tài)氮（硝酸

9、或硝酸鹽形式）。2. 一氧化氮 NO是一種無色氣體，難溶于水，密度比空氣略大，有毒，是一種大氣污染物。NO是不成鹽氧化物，不能與酸或堿反應(yīng)，但它易液化，能被空氣中的氧氣氧化為NO2。2NO+O2=2NO2 實(shí)驗(yàn)室里可用銅與稀硝酸反應(yīng)來制取NO：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O3.二氧化氮(1)NO2是一種紅棕色、有刺激性氣味的氣體，有毒，密度比空氣大，易液化。常見的紅棕色氣體有NO2和溴蒸氣。(2)NO2易溶于水，并與水生成硝酸和NO。3NO2+H2O=2HNO3+NO實(shí)驗(yàn)探究：NO2與H2O的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟：如右圖所示。將充滿NO2的試管倒立與盛有水的水槽中。當(dāng)液

10、面在試管中不再上升時(shí)，通過導(dǎo)氣管通入少量O2，并停一會(huì) 兒，等待液面上升。當(dāng)液面停止上升時(shí)，仍有氣體剩余，可再通入少量O2，這樣反復(fù)操作幾次，直至液體充滿整個(gè)試管。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：充滿NO2的試管，倒立于盛有水的水槽中，液體進(jìn)入試管中，并慢慢上升到試管高度的2/3處；試管內(nèi)氣體由紅棕色慢慢變?yōu)闊o色，剩余氣體約為原氣體的1/3.當(dāng)通入O2，氣體迅速由無色變?yōu)榧t棕色又溶于水，液面繼續(xù)上升，氣體又變?yōu)闊o色，這樣反復(fù)幾次，最終幾乎沒有氣體剩余，液體充滿整個(gè)試管。 解釋及結(jié)論：3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2總的反應(yīng)可表示為：4NO2+O2+2H2O=4HNO3NO2不是HNO3的酸

11、酐，HNO3的酸酐是N2O5。NO與NO2都是不成鹽氧化物。(3)實(shí)驗(yàn)室里可用銅與濃硝酸反應(yīng)來制取NO2 Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O(4)冷卻NO2，顏色變淺，生成N2O4 2NO2(紅棕色)N2O4(無色)四氧化二氮的一個(gè)重要用途是做火箭的推進(jìn)劑（燃料），偏二甲肼（C2H8N4）和四氧化二氮，兩者反應(yīng)時(shí)放出大量的熱量把火箭送人太空。該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：C2H8N4+2N2O4=3N2+2CO2+4H2O三、二氧化硫和二氧化氮對(duì)大氣的污染1. 二氧化硫和二氧化氮的來源空氣中二氧化硫主要來源于煤、石油和某些金屬礦物中含硫或硫的化合物燃燒或金屬冶煉和硫酸生產(chǎn)等

12、產(chǎn)生的工業(yè)廢氣等。二氧化氮來源于燃料高溫條件下的燃燒（高溫他就是空氣中的氮?dú)馔矃⑴c反應(yīng)）、汽車尾氣（在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)活塞頻繁打出火花，像天空中的閃電，N2與 O2反應(yīng)生成NO）等。2. 二氧化硫和二氧化氮的主要危害酸雨（1）酸雨的形成大氣中二氧化硫和二氧化氮溶于水形成酸性溶液，隨雨水降下，就可能成為酸雨。目前，形成酸雨的最主要因素是二氧化硫。酸雨中的酸絕大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和二氧化氮在大氣中形成酸雨的過程十分復(fù)雜，可以簡(jiǎn)要概括如下：（2）酸雨的概念 在正常情況下，由于大氣中含有一定的二氧化碳，降雨時(shí)二氧化碳溶于水，形成酸性很弱的碳酸，因此正常的雨水呈弱酸性，pH約為5.6。酸雨的pH小于

13、5.6。（3）酸雨的危害 酸雨的危害很大，主要表現(xiàn)在對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的影響、對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響、對(duì)土壤的影響、對(duì)建筑物的影響、對(duì)人類健康的危害等幾個(gè)方面。同時(shí)，酸雨還污染引用水源，引起人類呼吸道系統(tǒng)疾病等。（4）酸雨的防治措施原煤脫硫；改進(jìn)燃燒技術(shù)；對(duì)煤燃燒后形成的煙氣脫硫。工業(yè)廢氣在排入大氣前，要經(jīng)過回收處理。催化劑汽車尾氣的主要成分是氮氧化物（主要是氣缸中的高溫使鼓入的空氣中的N2、O2化合所導(dǎo)致），還含有CO，改進(jìn)技術(shù)，使之在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為五毒的N2和CO2： 2NO+2CO=N2+2CO2拓展一 二氧化硫的漂白性1.SO2與其他漂白劑的比較物質(zhì)效果原因作用類型SO2暫時(shí)褪色和有色

14、物質(zhì)化合成無色的不穩(wěn)定物質(zhì)光合作用Na2O2、O3、Cl2(HClO)永久褪色將有色物質(zhì)氧化成無色物質(zhì)氧化作用活性炭暫時(shí)褪色物理吸附吸附作用2.不屬于二氧化硫漂白性的褪色（1）二氧化硫使堿的酚酞溶液褪色滴有酚酞的氫氧化鈉溶液呈紅色，當(dāng)通入二氧化硫氣體時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O 或 SO2+NaOH=NaHSO3反應(yīng)使溶液堿性降低，因而溶液褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。（2）二氧化硫使氯水、溴水、碘水褪色氯水、溴水、碘水分別呈黃綠色、橙色、棕黃色，當(dāng)通入二氧化硫氣體時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl SO2+Br2+2H2O=H2SO4

15、+2HBr SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI反應(yīng)使氯水、溴水、碘水溶液褪色，這些都是氧化還原反應(yīng)所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。（3）二氧化硫使高錳酸鹽溶液褪色KMnO4溶液呈紫紅色，當(dāng)通入二氧化硫氣體時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)： 5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4這也是氧化還原反應(yīng)所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。（4）二氧化硫使鐵鹽溶液褪色鐵鹽溶液如FeCl3溶液呈黃色，當(dāng)通入二氧化硫氣體時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：SO2+2FeCl3+2H2O=FeSO4+FeCl2+4HCl這同樣是氧化還原反應(yīng)所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。拓展二 二氧化

16、硫和二氧化碳的比較1. SO2和CO2的性質(zhì)比較SO2CO2類型酸性氧化物酸性氧化物顏色無色無色氣味有刺激性氣味無氣味水溶性易溶（1:40）能溶（1:1）水溶液酸性中強(qiáng)酸（比碳酸強(qiáng)）弱酸氧化性SO2+2H2S=3S+2H2OCO2+C=2CO還原性SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl遇石灰水變渾濁Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O變渾濁Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCaCl2或BaCl2不反應(yīng)不反應(yīng)品紅溶液褪色不褪色酸性KMnO4溶液或溴水褪色不褪色2.鑒別和分離（1）SO2和CO2的鑒別方法用品紅溶液：使品紅溶液褪色的是SO2，不能使品紅溶液褪色的是CO2；用氫硫酸溶液：出現(xiàn)淡黃色渾濁的是SO2，無明顯現(xiàn)象的是CO2；用酸性KMnO4溶液：能使KMnO4溶液紫色褪去的是SO2，無明顯現(xiàn)象的是CO2；用溴水：能使溴水褪色的是SO2，無明顯現(xiàn)象的是CO2；用FeCl3溶液：能使FeCl3溶液黃色變?yōu)闇\綠色的是SO2，無明顯現(xiàn)象的是CO2；（2）常用來鑒別和分離SO2和C