(二)氧族元素
氧族元素位于元素周期表中第 VIA族,其性质递变规律及代表元素 S的性质如下:
1、硫
知识网络:
( 1)硫的物理、化学性质及用途见上表。
( 2)硫化物的颜色及溶解性:
2、硫的氢化物
H 2 S是无色、有臭鸡蛋气味的有毒气体;能溶于水,密度比空气略大。
①硫化氢的制取:
Fe+ H 2 SO 4(稀)= FeSO 4+ H 2 S↑(不能用浓 H 2 SO 4或硝酸,因为 H 2 S具有强还原性)。
②硫化氢的化学性质
A.可燃性:当 n( H 2 S)/ n( O 2)≥ 2/1时, 2 H 2 S+ O 2 2 S+ 2 H 2 O( H 2 S过量);
当 n( H 2 S)/ n( O 2)≤ 2/3时, 2 H 2 S+ 3 O 2 2 SO 2+ 2 H 2 O( O 2过量);
当时,两种反应物全部反应完,而产物既有硫又有 SO 2。
B.强还原性:常见氧化剂 Cl 2、 Br 2、 Fe 3+、 HNO 3、 KMnO 4等,甚至 SO 2也可将 H 2 S氧化。
C.不稳定性: 300℃以上易受热分解。
③ H 2 S的水溶液叫氢硫酸,是二元弱酸。
3、硫的氧化物
( 1)二氧化硫:
① SO 2是无色而有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,容易液化,易溶于水。
② SO 2是酸性氧化物,能跟水反应生成亚硫酸,亚硫酸是中强酸。
③ SO 2有强还原性,常见氧化剂(见上)均可与 SO 2发生氧化一还原反应: SO 2+ Cl 2+ 2 H 2 O= H 2 SO 4+ 2 HCl。
④ SO 2也有一定的氧化性: 2 H 2 S+ SO 2= 3 S↓+ 2 H 2 O。
⑤ SO 2具有漂白性,能跟有色有机化合物生成无色物质(可逆、非氧化还原反应)。
⑥实验室制法: Na 2 SO 3+ H 2 SO 4(浓)= Na 2 SO 3+ H 2 O+ SO 2↑,或 Cu+ 2 H 2 SO 4(浓)= CuSO 4+ 2 H 2 O+ SO 2↑。
( 2)三氧化硫:
一种无色易挥发的晶体;具有酸性氧化物的通性,遇水剧烈反应生成硫酸并放出大量的热。
( 3)比较 SO 2与 CO 2、 SO 3
( 4)酸雨的形成和防治
酸雨的形成是一个十分复杂的大气化学和大气物理过程。酸雨中含有硫酸和硝酸等酸性物质,其中又以硫酸为主。从污染源排放出来的 SO 2、 NO x( NO、 NO 2)是酸雨形成的主要起始物,因为大气中的 SO 2在光照、烟尘中的金属氧化物等的作用下,经氧化、溶于水等方式形成 H 2 SO 4,而 NO被空气中氧气氧化为 NO 2, NO 2直接溶于水形成 HNO 3,造成了雨水 pH值降低,便形成了酸雨。
硫酸型酸雨的形成过程为:
气相反应: 2 SO 2+ O 2= 2 SO 3、 SO 3+ H 2 O= H 2 SO 4;液相反应: SO 2+ H 2 O= H 2 SO 3、 2 H 2 SO 3+ O 2= 2 H 2 SO 4。总反应:
硝酸型酸雨的形成过程为:
2 NO+ O 2= 2 NO 2、 3 NO 2+ H 2 O= 2 HNO 3+ NO。
引起硫酸型酸雨的 SO 2人为排放主要是化石燃料的燃烧、工业尾气的排放、土法炼硫等。引起硝酸型酸雨的 NOx人为排放主要是机动车尾气排放。
酸雨危害:
①直接引起人的呼吸系统疾病;②使土壤酸化,损坏森林;③腐蚀建筑结构、工业装备,电信电缆等。
酸雨防治与各种脱硫技术:
要防治酸雨的污染,最根本的途径是减少人为的污染物排放。因此研究煤炭中硫资源的综合开发与利用、采取排烟脱硫技术回收二氧化硫、寻找替代能源、城市煤气化、提高燃煤效率等都是防止和治理酸雨的有效途径。目前比较成熟的方法是各种脱硫技术的应用。在含硫矿物燃料中加生石灰,及时吸收燃烧过程中产生的 SO 2,这种方法称为“钙基固硫”,其反应方程式为: SO 2+ CaO= CaSO 3, 2 CaSO 3+ O 2= 2 CaSO 4;也可采用烟气脱硫技术,用石灰浆液或石灰石在烟气吸收塔内循环,吸收烟气中的 SO 2,其反应方程式为: SO 2+ Ca (OH) 2= CaSO 3+ H 2 O, SO 2+ CaCO 3= CaSO 3+ CO 2, 2 CaSO 3+ O 2= 2 CaSO 4。在冶金工业的烟道废气中,常混有大量的 SO 2和 CO,它们都是大气的污染物,在 773K和催化剂(铝矾土)的作用下,使二者反应可收回大量的硫黄,其反应原理为: SO 2+ 2 CO= S+ 2 CO 2
4、硫酸
①稀 H 2 SO 4具有酸的一般通性,而浓 H 2 SO 4具有酸的通性外还具有三大特性:
② SO 4 2—的鉴定(干扰离子可能有: CO 3 2 -、 SO 3 2 -、 SiO 3 2 -、 Ag+、 PO 4 3-等):
待测液澄清液白色沉淀(说明待测液中含有 SO 4 2 -离子)
③硫酸的用途:制过磷酸钙、硫酸铵、硫酸铜、硫酸亚铁、医药、炸药,用于铅蓄电池,作干燥剂、制挥发性酸、作脱水剂和催化剂等。
5、硫酸的工业制法──接触法
①生产过程:
②尾气处理: