第六章+氧族元素++环境保护

第六章硫和硫的化合物环境保护地球是人类和一切生物所共有的家园，在蔚蓝色的天空下有浩瀚的大海、起伏各异的山峦、千姿百态的生物……。环绕地球的大气中存在着维持生物生命所必需的氧气。我们在初中已经了解了氧气的一些性质和用途。从元素周期表使我们已经知道氧元素位于元素周期表中第二周期的ⅥA族。跟氧同族的元素还有哪些？它们有些什么性质呢？在这一章里，我们将主要学习与氧同属第ⅥA族的硫及其化合物的知识，并以它为基础，学习第ⅥA族元素的有关内容，以及环境保护的一些知识。第一节氧族元素一、氧族元素元素周期表中的第ⅥA族元素又称氧族元素，它包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)等几种元素①。讨论1．根据图6-1和表6-1分析，氧族元素原子的核电荷数、电子层数及原子半径等是如何变化的。2．各元素单质的熔点、沸点、密度等物理性质是怎样变化的。3．从氢化物的稳定性来分析各元素的非金属性是怎样变化的。通过讨论，我们可以得出以下的结论。氧族元素原子的电子层结构很相似，它们原子的最外电子层都有6个电子。氧族元素随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，使原子获得电子的能力也依次减弱，失去电子的能力依次增强。所以，氧、硫、硒、碲单质的化学性质也随核电荷数的增加而发生变化。它们的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。如氧、硫表现出比较显著的非金属性，硒是半导体，而碲则能够导电。在化学反应里，氧族元素的原子可以从其他原子那里获得2个电子，生成-2价的化合物；它们原子的最外电子层的6个电子，或其中的4个电子一般也可以发生偏移，生成+6价或+4价的化合物。从表6-1中可以看出，氧、硫、硒、碲单质的物理性质随核电荷数的增加而发生变化。它们的熔点、沸点随着核电荷数的增加而逐渐升高，它们的密度也随着核电荷数的增加而逐渐增大。我们知道，硫是一种比较活泼的非金属，其氧化物有SO2和SO3。SO3对应的水化物是H2SO4，H2SO4是一种强酸。硒、碲也有二氧化物和三氧化物，这些氧化物对应的水化物都是酸。氧、硫、硒的单质可以直接与氢气化合，生成氢化物。例如，硫与氢气反应时，生成硫化氢：S＋H2H2S氧气与氢气的反应最容易，也最剧烈，生成的化合物也最稳定；硫或硒与氢气则只有在较高的温度下才能够化合，生成的氢化物也不稳定；而碲通常不能与氢气直接化合，只能通过其他反应间接制取碲化氢，生成的氢化物也最不稳定。氧族元素能与大多数金属直接化合。在生成的化合物中，它们的化合价一般都是-2价。例如，硫与铁反应时，生成硫化亚铁。Fe＋SFeS在元素周期表中，氧族元素位于卤素的左边，所以，非金属性要比同周期卤素的非金属性弱。二、臭氧在自然界中，存在着一种比氧气化学性质还要活泼的游离态氧单质，由于它具有刺激性臭味，因此，被称为“臭氧”。经测定，每个臭氧分子由3个氧原子构成，化学式为O3。臭氧和氧气是由同一种元素组成的两种性质不同的单质。像这样由同一种元素形成的几种性质不同的单质，叫做这种元素的同素异形体。金刚石和石墨，就是碳的同素异形体，硫也有多种同素异形体。在常温、常压下，臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，它的密度比氧气的大，也比氧气易溶于水。液态臭氧呈深蓝色，沸点为-112.4℃，固态臭氧呈紫黑色，熔点为-251℃。臭氧不稳定，在常温下能缓慢分解生成氧气，在高温时可以迅速分解。2O3====3O2臭氧具有极强的氧化性，Ag、Hg等在空气或氧气中不易被氧化的金属，可以与臭氧发生反应。臭氧可用于漂白和消毒。染料受到臭氧的强烈氧化作用会褪色，臭氧还可以杀死许多细菌，因此，它是一种很好的脱色剂和消毒剂。空气中的微量臭氧能刺激中枢神经，加速血液循环，令人产生爽快和振奋的感觉。但当空气中臭氧的含量超过10-5％(体积分数)时，就会对人体、动植物，以及其他暴露在空气中的物质造成危害。在空气中高压放电就能产生臭氧。3O22O3例如，打雷时就有臭氧生成。高压电机和复印机在工作时，也会产生臭氧。因此，这些地方要注意通风，保持空气流畅。自然界中的臭氧有90％集中在距地面15km～50km的大气平流层中，也就是人们通常所说的臭氧层。臭氧层中臭氧含量虽然很少，却可以吸收来自太阳的大部分紫外线，因此，臭氧层被称为人类和生物的保护伞。近年来，臭氧层受到氟氯烃①(商品名为氟利昂)等气体的破坏，这种现象已引起人们的普遍关注，并采取各种措施，减少并逐步停止氟氯烃等的生产和使用，保护臭氧层。三、过氧化氢过氧化氢(H2O2)是一种无色粘稠液体，它的水溶液俗称双氧水，呈弱酸性。市售双氧水中H2O2的质量分数一般约为30％。医疗上广泛使用稀双氧水(H2O2的质量分数为3％或更稀)作为消毒杀菌剂。工业上用10％的双氧水漂白毛、丝以及羽毛等。过氧化氢可用作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂等，也可作为火箭燃料，及生产过氧化物的原料。过氧化氢贮存时会分解为水和氧气。如在它的水溶液中加入少量二氧化锰，可以极大地促进它的分解。因此在实验室里，常用过氧化氢来制取氧气。硫化氢硫化氢是一种没有颜色、有臭鸡蛋气味的气体。它的密度比空气的大。硫化氢有剧毒，是一种大气污染物。空气里如果含有微量的硫化氢，就会使人感到头痛、头晕和恶心。如果吸入较多的硫化氢，会使人昏迷甚至死亡。因此制取和使用硫化氢时，必须在密闭系统或通风橱中进行。硫化氢能溶于水，在常温常压下，1体积水中能溶解2.6体积硫化氢。在较高温度时，硫化氢分解成氢气和硫。H2SH2+S硫化氢是一种可燃性气体，在空气充足条件下，硫化氢能完全燃烧而发生淡蓝色的火焰，并生成水和二氧化硫。如果氧气不充足，硫化氢发生不完全燃烧，生成水和单质硫。2H2S＋3O22H2O+2SO22H2S+O22H2O+2S在硫化氢中，硫处于最低化合价，是-2价，它能够失去电子而变成游离态的单质硫或高价硫的化合物。上述两个反应中，硫的化合价升高，发生氧化反应，硫化氢具有还原性。硫化氢的水溶液叫氢硫酸，是一种弱酸，具有酸的通性。当氢硫酸受热时，硫化氢又从水里逸出。在实验室里．通常用硫化亚铁跟稀盐酸或稀硫酸反应制取硫化氢。FeS＋2HCl====FeCl2＋H2S↑FeS+H2SO4====FeSO4＋H2S↑第一节氧族元素·习题一、填空题1．氧族元素随着核电荷数的增加，电子层数______，原子半径逐渐______，原子核吸引电子的能力依次______，因此，它们的非金属性依______的顺序逐渐减弱，金属性逐渐______。2．氧族元素原子的最外电子层都有______个电子。在化学反应里，氧族元素的原子容易从其他原子______个电子，生成______价的化合物。氧族元素中，有的还能生成______价或______价的化合物。3．3molO2和______molO3所含的原子数目相等。二、选择题1．下列关于氧族元素性质的叙述中，正确的是[]A．都能生成+6价的化合物B．都能与金属直接化合C．原子的最外层电子数都是6D．都能生成稳定的氢化物2．在下列单质中，属于半导体的是[]A．O2B．SC．SeD．Te3．下列关于硫的说法中，不正确的是[]A．硫有多种同素异形体B．硫的化学性质与氧气相同C．硫在空气中燃烧时，火焰呈淡蓝色；在氧气中燃烧时，火焰呈蓝紫色D．硫在一定条件下能与某些金属反应，生成金属硫化物4．在一定条件下，下列物质能与硫发生反应，且硫作为还原剂的是[]A．CuB．H2C．FeD．O25．下列物质中，摩尔质量为32g／mol的是[]A．O2B．SC．SeD．Te三、问答题1．氧、硫、硒、碲四种元素的性质有哪些相似点和不同点？为什么？2．用事实说明氧的作金属性比硫强，并用原子结构的知识加以解释。3．试简述臭氧与人类的关系。四、计算题1．将标准状况下的42LH2在足量的Cl2中完全燃烧。计算：(1)消耗的Cl2在标准状况时的体积。(2)将生成的HCl全部溶于500mL水中，制成密度为1.06g／cm3的溶液，此溶液中HCl的物质的量浓度是多少？2．将2.44gBaCl2·xH2O配成100mL溶液。25mL此溶液中的Cl恰好能与5omL0.1mol／LAgNO3溶液完全反应。计算：(1)2.44gBaCl2·xH2O的物质的量。(2)BaCl2·xH2O的相对分子质量。3．在标准状况下，500mL含O3的氧气，如果其中的O3完全分解，体积变为520mL，求原混合气体中O2与O3的体积各是多少？第二节二氧化硫我们知道，硫在氧气中燃烧生成二氧化硫。二氧化硫有哪些性质和用途？它对人类有危害吗？这些就是我们在这一节中所要学习的主要内容。二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体。它的密度比空气大，容易液化(沸点是-10℃)，易溶于水。在常温、常压下，1体积水大约能溶解40体积的二氧化硫。1．二氧化硫与水的反应【实验6-1】将一支装满SO2的试管倒立在滴有紫色石蕊试液的水槽中(图6-2)。观察实验现象。我们可以看到，装有SO2的试管倒立在水槽中以后，试管中的水面上升，试管中的液体变成红色。在初中我们学过，酸可以使紫色的石蕊试液变红，因此，SO2溶于水后形成的溶液一定显酸性。事实正是这样，二氧化硫溶于水后，生成了亚硫酸(H2SO3)。H2SO3只能存在于溶液中，它很不稳定，容易分解成H2O和SO2。SO2溶于水的反应是一个可逆反应。SO2+H2OH2SO32．二氧化硫与氧气的反应在二氧化硫中，硫的化合价是+4价，因此，二氧化硫既具有一定的氧化性，又具有一定的还原性。例如，SO2与O2在一定温度和有催化剂存在的条件下，可以反应生成SO3，SO3也会分解成SO2和O2，因此，这个反应也是一个可逆反应。2SO2+O2SO3SO3是一种无色固体，熔点(16.8℃)和沸点(44.8℃)都较低。SO3与H2O反应生成H2SO4，同时放出大量的热。SO3+H2O====H2SO4在工业生产上，常利用上面两个反应制造硫酸。3．二氧化硫的漂白性【实验6-2】将SO2气体通入装有品红溶液的试管里。观察品红溶液颜色的变化。给试管加热(图6-3)。观察溶液发生的变化。通过实验我们看到，向品红溶液中通入SO2后，品红溶液的颜色逐渐褪去。当给试管加热时，溶液又变成红色。这个实验说明，二氧化硫具有漂白作用。工业上常用二氧化硫漂白纸浆、毛、丝、草编制品等。实验现象还告诉我们，用二氧化硫漂白过的有色物质，在一定的条件下还可以恢复原来的颜色。这是由于二氧化硫跟某些有色物质化合生成的无色物质不稳定，容易分解而恢复原来有色物质的颜色。因此，用二氧化硫漂白过的草帽辫日久又渐渐变成黄色。此外，二氧化硫还能够杀灭霉菌和细菌，可以用作食物和干果的防腐剂。二、二氧化硫的污染二氧化硫是污染大气的主要有害物质之一。它对人体的直接危害是引起呼吸道疾病，严重时还会使人死亡。空气中的二氧化硫在氧气和水的共同作用下，会形成酸雾。空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就成为酸雨(图6-4)。正常雨水的pH约为5.6(这是由于溶解了二氧化碳的缘故)，酸雨的pH小于5.6。酸雨有很大的危害，它落到地面，能直接破坏农作物、森林(图6-5)和草原，使土壤酸性增强。酸雨还会使湖泊酸化，造成鱼类等死亡。另外，酸雨还会加速建筑物、桥梁、工业设备，以及电信电缆等的腐蚀。空气中的二氧化硫主要来自化石燃料的燃烧，以及含硫矿石的冶炼和硫酸、磷肥、纸浆生产等产生的工业废气。因此，这些废气必须经过处理后才能向大气中排放，如不进行净化处理或回收利用就直接排放到空气中，不但浪费硫资源，而且造成空气的污染，使环境质量因污染而下降。家庭小实验测定雨水的pH用空饮料瓶改制雨水收集器(图6-6)采集雨水样品，并用pH试纸测定雨水的pH。为了评价当地雨水的酸度，可以同时设立几处采集点，取平均值。请记录测定的时间、地点、当天的温度、湿度和空气质量日报，将实验的方法和结论写成小论文，进行交流。第二节二氧化硫·习题一、填空题1．通常情况下，SO2是一种______色、_______味、______毒的______，它溶于水后生成______。在相同条件下，生成的______又容易分解