高中化学必修一第四章第三节硫和氮的氧化物

1化学必修一第四章第三节硫和氮的氧化物一、二氧化硫和三氧化硫1.硫(1)硫的存在形式①游离态的硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层里。②化合态的硫主要以硫化物和硫酸盐的形式存在，如硫铁矿也称黄铁矿（FeS2）、黄铜矿（CuFeS2）、石膏（CaSO4·2H2O）和芒硝（Na2SO4·10H2O）。③硫是一种生命元素，存在与某些蛋白质中，这也是石油、天然气、煤等化石燃料中经常含硫的原因。(2)硫的物理性质硫（俗称硫磺）是一种淡黄色晶体，质脆，易研成粉末。硫不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。熔、沸点低。(3)硫的化学性质①硫的氧化性a.将硫粉和金属钠混合在研钵中研磨，可以听到轻微的爆炸声，将该混合物加热，也可以发生反应：2Na+S==Na2S。b硫与具有可变化合价的金属发生反应时，金属被氧化为低价态，如：Fe+S==FeS；2Cu+S==Cu2S。c硫蒸气与H2的反应：H2+S==H2S。②硫的还原性硫在空气中燃烧，产生微弱的淡蓝色火焰；在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰。S+O2=====SO2③硫与碱反应附着在试管中的硫可以用热碱溶液洗涤。3S+6NaOH==2Na2S+Na2SO3+3H2O。①通常情况下，硫不能使变价金属显高价，说明S的氧化性比Cl2弱。②不管O2多少，S只能被氧化为SO2。因为把SO2氧化为SO3需要特定条件。③金属汞撒落在地面可撒些硫磺覆盖，防止汞蒸气中毒，因为常温下：Hg+S==HgS。2.二氧化硫(1)二氧化硫的实验室制法实验室里可用亚硫酸钠固体与浓硫酸反应或铜与浓硫酸反应来制取SO2：Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+H2O+SO2↑Cu+2H2SO4(浓)==CuSO4+H2O+SO2↑(2)二氧化硫的物理性质二氧化硫是一种无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水，常温常压下，1体积水能溶解40体积SO2。(3)二氧化硫的化学性质①实验探究：SO2的化学性质△△△△点燃△△2实验操作实验现象①液体充满试管；②滴加紫色石蕊溶液后，溶液变为红色；③滴加品红溶液振荡后，溶液褪色；④加热后，试管中的溶液又显红色。实验结论①SO2易溶于水，其水溶液显酸性；②SO2具有漂白性，与有色物质混合生成不稳定的无色物质②SO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性a．和H2O反应：SO2+H2OH2SO3（亚硫酸能使紫色石蕊溶液变红）b．和碱性氧化物反应：SO2+CaO==CaSO3c．和碱反应：SO2（少量）+2NaOH==Na2SO3+H2O+2CO2SO2（过量）+NaOH==NaHSO3d．和盐反应：SO2（少量）+2NaHCO3==Na2SO3+H2O+2CO2（利用此反应可除去CO2中的SO2）SO2（过量）+NaHCO3==NaHSO3+CO2SO2和CO2都是酸性氧化物，都能使澄清石灰水变浑浊。故不能用澄清石灰水来鉴别SO2和CO2，可用品红溶液来鉴别。③二氧化硫的氧化性二氧化硫分子中硫元素为+4价，处于中间价态，所以二氧化硫既有氧化性，又有还原性。但二氧化硫的氧化性不如还原性突出。2SO2+2H2S==3S↓+2H2OSO2与H2S在容器中相遇即可发生反应，生产黄色的固体硫附着在容器的内壁。SO2通入氢硫酸（H2S的水溶液）中，也发生同样的反应，使溶液变浑浊。④二氧化硫的还原性a.SO2能使卤素单质的水溶液褪色。SO2+X2+2H2O==2HX+H2SO4(X=Cl、Br、I，F除外)b.SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色。5SO2+2KMnO4+2H2O==K2SO4+2MnSO4+2H2SO4c.SO2能被Fe3+氧化。SO2+2FeCl3+2H2O==FeSO4+FeCl2+4HCld.SO2能被氧气氧化成SO3：2SO2+O22SO3①SO2和O2反应生成SO3的催化剂通常为五氧化二钒（V2O5）。②硫在空气中加热（点燃或加热）只能生成SO2，不能生成SO3，是否生成SO3与O2是否足量无关。⑤二氧化硫的漂白性向品红溶液中通入SO2后，品红溶液的颜色逐渐褪去。SO2具有漂白性，能漂白有色物质，如纸浆、毛、丝、草帽辫等。当给试管加热时，溶液又变红色，是因为生成的无色物质不稳定，受热分解而回复成原来的颜色。从氧化还原角度分析，二氧化硫起漂白作用时，所发生的反应不是氧化还原反应，这不同于臭氧、次氯酸盐的漂白性。3.三氧化硫催化剂△3(1)物理性质标准状况下，是一种无色固体，熔点（16.80）、沸点（44.8）较低，具有较强的吸湿性，极易溶于水并放出大量的热。(2)化学性质SO3具有酸性氧化物的通性，是硫酸的酸酐。①与水反应生成硫酸：SO3+H2O==H2SO4②与碱性氧化物反应，如：CaO+SO3==CaSO4③与碱反应：SO3+2OH-==SO42-+H2O④与某些盐溶液反应，如：SO3+CO32-==SO42-+CO2↑；SO3+Ba2++H2O==BaSO4↓+2H+①标准状况下SO3不是气体。②SO2通入BaCl2溶液不会产生白色沉淀。二、二氧化氮和一氧化氮1.氮气(1)物理性质氮气是一种无色无味的气体，约占空气体积的78%，标准状况下密度为1.25g/L，难溶于水，难液化。(2)化学性质氮气分子结构稳定，通常情况下，氮气化学性质很不活泼。但在一定条件下，也可以发生以下反应。①在放电条件下，氮气能直接与氧气化合生成一氧化氮：N2+O2============2NO②在高温、高压和催化剂存在下，氮气与氢气化合生成氨气：Na+3H22NH3③在一定条件下，氮气能跟Mg、Al等发生反应生成金属氮化物。3Mg+N2==Mg3N22Al+N2==2AlN将游离态的氮转变为氮的化合物叫氮的固定，氮的固定分为自然固氮和人工固氮。除了可用人工固氮方法（合成氨）获得氨气外，自然界雷电现象也是一种固氮途径，经由雷电固定的氮是硝态氮（硝酸或硝酸盐形式）。2.一氧化氮NO是一种无色气体，难溶于水，密度比空气略大，有毒，是一种大气污染物。NO是不成盐氧化物，不能与酸或碱反应，但它易液化，能被空气中的氧气氧化为NO2。2NO+O2==2NO2实验室里可用铜与稀硝酸反应来制取NO：3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O3.二氧化氮(1)NO2是一种红棕色、有刺激性气味的气体，有毒，密度比空气大，易液化。常见的红棕色气体有NO2和溴蒸气。(2)NO2易溶于水，并与水生成硝酸和NO。3NO2+H2O==2HNO3+NO实验探究：NO2与H2O的反应实验步骤：①如右图所示。将充满NO2的试管倒立与盛有水的水槽中。②当液面在试管中不再上升时，通过导气管通入少量O2，并停一会儿，等待液面上升。③当液面停止上升时，仍有气体剩余，可再通入少量O2，这样反复操作几次，直至液体充满整个试管。实验现象：充满NO2的试管，倒立于盛有水的水槽中，液体进入试管中，并慢慢上升到试管高度的2/3处；试管内气体由红棕色慢慢变为无色，剩余气体约为原气体的1/3.当通入O2，气体迅速由无色变为红棕色又溶于水，液面继续上升，气体又变为无色，这样反复几次，最终几乎没有气体剩余，液体充满整个试管。解释及结论：3NO2+H2O==2HNO3+NO2NO+O2==2NO2高温或放电催化剂高温、高压点燃高温4总的反应可表示为：4NO2+O2+2H2O==4HNO3NO2不是HNO3的酸酐，HNO3的酸酐是N2O5。NO与NO2都是不成盐氧化物。(3)实验室里可用铜与浓硝酸反应来制取NO2Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(4)冷却NO2，颜色变浅，生成N2O42NO2(红棕色)N2O4(无色)四氧化二氮的一个重要用途是做火箭的推进剂（燃料），偏二甲肼（C2H8N4）和四氧化二氮，两者反应时放出大量的热量把火箭送人太空。该反应的化学方程式如下：C2H8N4+2N2O4==3N2↑+2CO2↑+4H2O↑三、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染1.二氧化硫和二氧化氮的来源空气中二氧化硫主要来源于煤、石油和某些金属矿物中含硫或硫的化合物燃烧或金属冶炼和硫酸生产等产生的工业废气等。二氧化氮来源于燃料高温条件下的燃烧（高温他就是空气中的氮气往往也参与反应）、汽车尾气（在发动机内活塞频繁打出火花，像天空中的闪电，N2与O2反应生成NO）等。2.二氧化硫和二氧化氮的主要危害——酸雨（1）酸雨的形成大气中二氧化硫和二氧化氮溶于水形成酸性溶液，随雨水降下，就可能成为酸雨。目前，形成酸雨的最主要因素是二氧化硫。酸雨中的酸绝大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和二氧化氮在大气中形成酸雨的过程十分复杂，可以简要概括如下：（2）酸雨的概念在正常情况下，由于大气中含有一定的二氧化碳，降雨时二氧化碳溶于水，形成酸性很弱的碳酸，因此正常的雨水呈弱酸性，pH约为5.6。酸雨的pH小于5.6。（3）酸雨的危害酸雨的危害很大，主要表现在对水生生态系统的影响、对陆地生态系统的影响、对土壤的影响、对建筑物的影响、对人类健康的危害等几个方面。同时，酸雨还污染引用水源，引起人类呼吸道系统疾病等。（4）酸雨的防治措施①原煤脱硫；改进燃烧技术；对煤燃烧后形成的烟气脱硫。②工业废气在排入大气前，要经过回收处理。③汽车尾气的主要成分是氮氧化物（主要是气缸中的高温使鼓入的空气中的N2、O2化合所导致），还含有CO，改进技术，使之在催化剂的作用下转化为五毒的N2和CO2：2NO+2CO=======N2+2CO2催化剂5拓展一二氧化硫的漂白性1.SO2与其他漂白剂的比较物质效果原因作用类型SO2暂时褪色和有色物质化合成无色的不稳定物质光合作用Na2O2、O3、Cl2(HClO)永久褪色将有色物质氧化成无色物质氧化作用活性炭暂时褪色物理吸附吸附作用2.不属于二氧化硫漂白性的褪色（1）二氧化硫使碱的酚酞溶液褪色滴有酚酞的氢氧化钠溶液呈红色，当通入二氧化硫气体时发生如下反应：SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O或SO2+NaOH==NaHSO3反应使溶液碱性降低，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、碘水分别呈黄绿色、橙色、棕黄色，当通入二氧化硫气体时发生如下反应：SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HClSO2+Br2+2H2O==H2SO4+2HBrSO2+I2+2H2O==H2SO4+2HI反应使氯水、溴水、碘水溶液褪色，这些都是氧化还原反应所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。（3）二氧化硫使高锰酸盐溶液褪色KMnO4溶液呈紫红色，当通入二氧化硫气体时发生如下反应：5SO2+2KMnO4+2H2O==K2SO4+2MnSO4+2H2SO4这也是氧化还原反应所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。（4）二氧化硫使铁盐溶液褪色铁盐溶液如FeCl3溶液呈黄色，当通入二氧化硫气体时发生如下反应：SO2+2FeCl3+2H2O==FeSO4+FeCl2+4HCl这同样是氧化还原反应所造成的褪色，不是二氧化硫的漂白性所致。拓展二二氧化硫和二氧化碳的比较1.SO2和CO2的性质比较SO2CO2类型酸性氧化物酸性氧化物颜色无色无色气味有刺激性气味无气味水溶性易溶（1:40）能溶（1:1）水溶液酸性中强酸（比碳酸强）弱酸氧化性SO2+2H2S==3S↓+2H2OCO2+C==2CO还原性SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl——遇石灰水变浑浊Ca(OH)2+SO2==CaSO3↓+H2O变浑浊Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2OCaCl2或BaCl2不反应不反应品红溶液褪色不褪色酸性KMnO4溶液或溴水褪色不褪色2.鉴别和分离（1）SO2和CO2的鉴别方法①用品红溶液：使品红溶液褪色的是SO2，不能使品红溶液褪色的是CO2；②用氢硫酸溶液：出现淡黄色浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2；△6③用酸性KMnO4溶液：能使KMnO4溶液紫色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2；④用溴水：能使溴水褪色的是SO2，无明显现象的是CO2；⑤用FeCl3溶液：能使FeCl3溶液