PAGE13-專題4硫、氮和可持續發展通過前一階段的學習，對化學已經有了肯定的學問儲備。通過本專題的學習，可以對以前所學的內容進行鞏固和提高，并進一步加深、活化對有關概念、理論的相識和應用。本專題涉及的內容較為廣泛，這部分內容與人類的生存和發展有著親密的聯系。因此，本專題是本書乃至整個中學化學教材的重點，同時也是歷年來高考的常考內容。本專題分為兩個單元。第一單元是含硫化合物的性質和應用，從硫酸型酸雨的形成和防治入手，探討二氧化硫的性質和作用，幫助學生了解硫酸型酸雨的形成、危害和防治原理，進一步培育學生的環保意識；在初中學習基礎上，進一步學習硫酸的工業制備和特性，以及硫和含硫化合物的相互轉化。其次單元是生產生活中的含氮化合物，從自然放電現象入手，探討氮氧化物的產生與轉化及其對環境的危害和防治；常見氮肥的性質及運用方法；硝酸的性質及其工業制備。專題重點：SO2的性質及危害；硫酸的工業制法、特性及應用；硫及其化合物的相互轉化；氮氧化物的性質及相互轉化；氨及銨鹽的性質；硝酸的工業制法、性質和用途。專題難點：SO2的性質；硫及其化合物的相互轉化；氮及其化合物的相互轉化；硝酸的強氧化性。1．在學習本專題的過程中，要充分利用氧化還原反應的理論，學習硫及硫化物之間的轉化關系，氮及其化合物的轉化關系，并用離子反應理論學習稀硫酸的性質及硝酸的性質。2．重視課本設置的探究試驗和課堂演示試驗，通過對試驗的操作、視察、分析、歸納、總結，得出結論。3．通過對比、聯想、歸納等方法使所學學問系統化、規律化，提高學問綜合應用的實力。第一單元含硫化合物的性質和應用第1課時二氧化硫的性質和作用一、二氧化硫1．物理性質無色、有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易液化，易溶于水。2．化學性質(1)具有酸性氧化物的通性。SO2＋H2OH2SO3(亞硫酸，酸性強于碳酸)與堿性氧化物反應：SO2＋CaO=CaSO3與堿反應：SO2＋2NaOH(過量)=Na2SO3＋H2OSO2＋NaOH(少量)=NaHSO3(2)漂白性。SO2與某些有色物質化合生成不穩定的無色物質，這種無色物質易分解而使有色物質復原原來的顏色。(3)還原性。SO2中硫元素為＋4_價，既有氧化性又有還原性，一般表現為還原性，可被多種氧化劑(如O2、Cl2、KMnO4等)氧化，使氯水、KMnO4溶液褪色；表現氧化性時可被H2S還原。如：SO2＋Cl2＋2H2O=2HCl＋H2SO42SO2＋O2eq\o(,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))2SO3(4)弱氧化性。2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O二、酸雨的形成、危害和防治1．SO2的來源①化石燃料如煤等的燃燒；②含硫金屬礦物的冶煉；③硫酸廠的尾氣。2．酸雨的形成過程反應①：2SO2＋O2eq\o(,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))2SO3；反應②：SO2＋H2OH2SO3；反應③：SO3＋H2O=H2SO4；反應④：2H2SO3＋O2=2H2SO4。3．酸雨的危害(1)酸雨進入江河湖泊，會導致魚類難以生存，影響水生生物的繁殖。(2)落至土壤中，會導致土壤肥力下降，影響農作物和樹木的成長。(3)腐蝕建筑物。4．酸雨的防治(1)消退污染源，探討開發新能源(如氫能、太陽能、核能等)。(2)對含硫燃料進行脫硫處理，以降低SO2的排放。(3)對含SO2的廢氣進行處理或回收利用。探究點一二氧化硫和二氧化碳1．性質對比2.二氧化硫性質試驗探究3.SO2與CO2的鑒別方法4.常用來鑒別和分別SO2與CO2的裝置上述裝置中各部分的作用：A．檢驗SO2的存在；B．除去SO2氣體；C．檢驗SO2氣體是否除去，并進一步汲取SO2；D．檢驗CO2氣體并汲取。1．SO2與水的反應是可逆的，什么是可逆反應？提示：(1)可逆反應是指在相同條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的反應，通常用“”代替“=”。(2)在不同條件下發生的方向相反的反應不是可逆反應，如2H2＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2H2O和2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2H2↑＋O2↑不是可逆反應。2．將SO2通入BaCl2溶液中，能否生成BaSO3沉淀？提示：不能。鹽酸酸性比H2SO3強，鹽酸能溶解BaSO3。【例1】某化學愛好小組為了探究常溫下某非金屬氧化物形成的未知氣體的成分，該小組成員將氣體通入澄清石灰水，發覺澄清石灰水變渾濁，持續通入發覺渾濁又變澄清，由此該小組成員對氣體的成分提出猜想。【提出猜想】猜想1：該氣體為CO2；猜想2：該氣體為SO2；猜想3：________。為了驗證猜想，該小組設計試驗加以探究：【試驗探究】該小組同學按如圖所示裝置，將氣體從a端通入，則：(1)B中應當盛裝下列________試劑(填編號)。A．NaCl溶液 B．酸性KMnO4溶液C．鹽酸 D．澄清石灰水(2)A中品紅溶液的作用是：________。(3)D中澄清石灰水的作用是：________。通過該試驗，該小組同學視察到以下三個試驗現象：①A中品紅溶液褪色②C中品紅溶液不褪色③D中澄清石灰水變渾濁【得出結論】(4)由上述現象該小組同學確認該氣體的成分為：________。【思路分析】檢驗CO2中是否有SO2，應利用SO2的漂白性和還原性；也可利用物理性質中SO2的刺激性氣味。【解析】能使澄清石灰水先變渾濁，又變澄清的氣體，只有CO2和SO2，所以提出的猜想是：①氣體為CO2；②氣體為SO2；③氣體為CO2和SO2的混合氣體。要驗證氣體的成分，必需先驗證SO2是否存在，并除盡，再驗證CO2氣體的存在，因為SO2的存在對CO2的驗證有干擾。【答案】該氣體為CO2和SO2的混合氣體(1)B(2)驗證混合氣體中是否含有SO2(3)驗證混合氣體中是否含有CO2(4)CO2和SO2的混合氣體下列物質中：①澄清石灰水②氯化鋇溶液③酸性KMnO4溶液④溴水⑤酸化的Ba(NO3)2溶液⑥品紅溶液⑦潮濕的藍色石蕊試紙⑧三氯化鐵溶液⑨濃硫酸，不能用來區分SO2和CO2氣體的是(A)A．①②⑦⑨ B．①③⑧C．①④⑤ D．③④⑤⑥解析：SO2和CO2氣體都會使澄清石灰水變渾濁。SO2和CO2氣體都不與氯化鋇反應。SO2氣體可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，而CO2不行以。SO2氣體可以使溴水褪色，而CO2不行以。SO2氣體可與酸化的Ba(NO3)2溶液反應生成硫酸鋇白色沉淀，而CO2不行以。SO2可以使品紅溶液褪色，而CO2不行以。SO2和CO2氣體都會使潮濕的藍色石蕊試紙變紅。SO2氣體可以將氯化鐵溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，溶液顏色由黃色變為淺綠色，而CO2不行以。SO2和CO2氣體都不與濃硫酸反應。故選A。探究點二二氧化硫的漂白性1．SO2和Cl2的漂白性比較SO2的漂白原理是與有色物質結合生成不穩定的無色物質，Cl2能漂白的原理是和H2O反應生成的HClO具有強氧化性，二者原理不同。2．常見漂白劑的漂白原理(1)漂白原理分類①氧化型漂白劑本身是一種強氧化劑，利用其強氧化性氧化有色物質而使之失去原有的顏色，特點是不行逆。此類物質有：HClO、Ca(ClO)2、NaClO、Na2O2、H2O2等強氧化性物質。②加合型漂白劑與有色物質結合生成新的無色物質，使有色物質失去原有的顏色，當受熱時漂白劑從有色物質中脫離，使之又復原原有的顏色，特點是可逆，如SO2使品紅溶液褪色，加熱又復原原有顏色(SO2不漂白酸堿指示劑)。③吸附型有些物質的固體疏松、多孔，具有較大的表面積，可以吸附一些有色物質而使之失去原來的顏色，如活性炭、膠體等。(2)漂白異同點比較1．新制氯水、二氧化硫都能使品紅溶液褪色，如何推斷品紅溶液褪色是何種物質引起的？提示：將褪色的品紅溶液加熱，若溶液漸漸復原紅色，則說明是由SO2漂白引起的，否則是新制氯水漂白引起的。2．SO2使溴水和酸性KMnO4溶液褪色是不是說明SO2具有漂白性？提示：不是，說明SO2具有還原性而不是漂白性。發生的反應SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4,2KMnO4＋5SO2＋2H2O=K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。【例2】下列說法正確的是()A．SO2具有漂白性，能使滴有酚酞的NaOH溶液褪色B．漂白粉、活性炭、Na2O2都能使紅墨水褪色，其褪色原理都相同C．能使品紅溶液褪色的物質不肯定是SO2D．SO2和Cl2都能漂白某些有色溶液，若將兩種氣體同時通入有色溶液中，漂白效果會更好【解析】A項，二氧化硫為酸性氧化物，能與氫氧化鈉反應消耗氫氧根離子，所以能使滴有酚酞的NaOH溶液褪色，故A項錯誤；B項，活性炭使紅墨水褪色體現了活性炭的吸附性，漂白粉和過氧化鈉使紅墨水褪色體現了其強氧化性，所以褪色原理不全相同，故B項錯誤；C項，能使品紅溶液褪色的物質不肯定是SO2，可能為過氧化鈉、次氯酸等，故C項正確；D項，在溶液中，二氧化硫與氯氣反應生成氯化氫和硫酸，二者均失去漂白實力，故D項錯誤。【答案】C下列關于Cl2和SO2的說法中正確的是(C)A．等體積的Cl2和SO2分別通入紫色石蕊試液中，溶液的紫色均馬上褪去B．等體積的Cl2和SO2同時通入紫色石蕊試液中，溶液的紫色保持不變C．加熱可以推斷品紅溶液褪色是通入Cl2還是通入SO2引起的D．品紅溶液中同時通入等體積的Cl2和SO2漂白效果會更好解析：氯氣通入紫色石蕊試液后使溶液顯酸性，次氯酸具有漂白性，所以溶液先變紅后褪色；二氧化硫和水反應生成亞硫酸，使紫色石蕊試液變紅，二氧化硫對石蕊不表現漂白性，A項錯誤。等體積的Cl2和SO2同時通入紫色石蕊試液中，發生反應：SO2＋Cl2＋2H2O=H2SO4＋2HCl，紫色石蕊試液變紅，B項錯誤。二氧化硫和氯氣分別通入品紅溶液中，均會使品紅褪色，加熱時通入二氧化硫的溶液紅色復原，通入Cl2的溶液紅色不復原，C項正確。等體積的Cl2和SO2同時通入品紅溶液中，結合B項分析知漂白實力降低，D項錯誤。1．下列關于二氧化硫的敘述中錯誤的是(D)A．二氧化硫能被催化氧化生成三氧化硫B．二氧化硫能使品紅溶液褪色C．二氧化硫既具有氧化性又具有還原性D．二氧化硫與水反應生成硫酸解析：二氧化硫中硫元素是＋4價，處于中間價態，因此，二氧化硫既具有氧化性又具有還原性，在肯定條件下二氧化硫可以和氧氣反應生成三氧化硫，A、C項正確；二氧化硫具有漂白性，能使某些有色物質褪色，如二氧化硫能使品紅溶液褪色，B項正確；二氧化硫是酸性氧化物，和水反應生成亞硫酸，D項錯誤。2．下列試驗中能證明一種氣體為SO2的是(D)①使澄清石灰水變渾濁②使潮濕的藍色石蕊試紙變紅③使品紅溶液褪色④通入足量的NaOH溶液中，再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，該沉淀溶于稀鹽酸⑤通入溴水中使溴水褪色，再滴加Ba(NO3)2溶液有白色沉淀產生A．都能證明 B．都不能證明C．③④⑤能證明 D．只有⑤能證明解析：①和④的試驗CO2也能產生相應現象。②的試驗只要是酸性氣體都可以使潮濕的藍色石蕊試紙變紅。③Cl2也能使品紅褪色。SO2被Br2氧化成H2SO4，后者與Ba(NO3)2在酸性條件下反應生成BaSO4沉淀，兩項試驗現象的結合可確定該氣體為SO2。3．下列五種有色溶液與SO2作用均能褪色，其實質相同的是(C)①品紅溶液②酸性KMnO4溶液③溴水④滴有酚酞的NaOH溶液⑤含I2的淀粉溶液A．①④ B．①②③C．②③⑤ D．③⑤解析：SO2使品紅溶液褪色表現的是漂白性；SO2使酸性高錳酸鉀溶液、溴水、含I2的淀粉溶液褪色表現的是還原性；SO2使滴有酚酞的NaOH溶液褪色，表現的是酸性氧化物的性質。4．下列關于SO2的敘述中不正確的是(C)A．可用向上排空氣法收集B．可用于漂白紙漿、草帽等C．遇石蕊溶液先變紅，后褪色D．不能與氯化鋇溶液發生反應解析：SO2的密度比空氣的密度大，所以可用向上排空氣法收集，A項正確；SO2具有漂白性，可用于漂白紙漿、草帽等，B項正確；SO2溶于水后形成亞硫酸，溶液顯酸性，遇石蕊溶液只變紅不褪色，C項錯誤；SO2具有酸性氧化物的通性，因為亞硫酸的酸性比鹽酸弱，所以SO2不能與氯化鋇溶液發生反應，D項正確。5．向盛有BaCl2溶液的甲、乙兩試管中分別通入SO2至飽和，若向甲試管中加入足量雙氧水，乙試管中加入足量NaOH溶液，則下列敘述正確的是(A)A．甲、乙兩試管中都有白色沉淀生成，但沉淀的成分不同B．甲、乙兩試管中都沒有白色沉淀生成C．甲試管中沒有白色沉淀生成，而乙試管中有D．甲試管中有白色沉淀生成，而乙試管中沒有解析：H2O2具有氧化性，SO2和H2SO3都具有還原性，向甲試管中加入足量H2O2后，SO2和H2SO3被氧化為H2SO4，H2SO4與BaCl2反應生成BaSO4沉淀；SO2是酸性氧化物，向乙試管中加入足量NaOH溶液后，SO2和H2SO3與NaOH反應生成Na2SO3，Na2SO3與BaCl2反應生成BaSO3沉淀。綜上分析，A項正確。6．某化學小組為了證明SO2和Cl2的漂白性，設計了如圖所示的試驗裝置。回答下列問題：(1)制備Cl2依據的原理：MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up17(△))MnCl2＋2H2O＋Cl2↑，應選用圖中A、E裝置中的E(填字母)制Cl2，反應中濃鹽酸所表現出的性質是酸性、還原性。(2)反應起