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1、精编知识点 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-1 0）。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
2、 +H2O2=H2SO4 4）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
3、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 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 pH5.6)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
4、原性，在空气中的氧气作用下生成硫酸：SO2+H2O H2SO3 2H2SO3+O2=2H2SO4 精编知识点 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（
5、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：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
6、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
7、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)。污染物通常包括氮的氧化物
8、烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将精编知识点 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
9、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，
10、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（5）几种重要的硫酸盐：（6）浓硫酸和稀硫酸的鉴别
11、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。污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将精编知识点 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
12、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
13、：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 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
14、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）=H2S 3）0 价硫到+4 价硫：点燃S+O2=SO2 4）+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
15、）+6 价硫到+4 价硫：污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将精编知识点 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
16、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
17、（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。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
18、 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+2H2O4HNO3 2 NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O NO2+2KI=I2+2KNO2（能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝）2NO2 N2O4(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。)污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型
19、等强氧化剂漂白将精编知识点 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 NO+NO2+2NaOH=2 NaNO2+H2O 2、氮肥的生产和使
20、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
21、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）污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将精编知识点 4 NH3+6NO=5 N2+6H2O催化剂 2NH3+
22、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
23、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：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+H2O 2）如生成的酸为氧化性酸，则该酸
24、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+H2SO4 B、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 污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将精编知识点 铵盐属于铵态氮肥，在施用铵态氮肥时，要避免与碱性
25、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：（1）是一种强氧化性的酸，绝大
26、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。污染物通常包括氮的氧化物烃固体颗粒物飘尘等化学性质是酸性氧化物表现出氧化性但氧化性很弱漂白性可与些有色物质反应生成不稳定的无吸附型活性炭漂白活性炭吸附色素包括胶体强氧化型等强氧化剂漂白将