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1、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:S
2、O2 + 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
3、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,p
4、H 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 +
5、 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 - - - - -
6、 - - - - 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+H
7、2O(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,
8、 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
9、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
10、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
11、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) =Br
12、2+ 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
13、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
14、 ,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 - - - - - - - - - - - - - - -
15、- - - 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
16、,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 - - -
17、 - - - - 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
18、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
19、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)。
20、(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
21、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 - -
22、-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:
23、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 + 3
24、Cl2 =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。(
25、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,
26、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
27、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
28、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 - - - - - -
29、 - - - (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 - - - - - - - - -