我国是世界三大酸雨区之一,酸雨的出现,直接或间接的影响着人类的可持续发展,而造成酸雨的罪魁祸首就是二氧化硫,本专题通过对二氧化硫性质的学习,使同学们了解酸雨的成因,懂得如何去预防和控制酸雨,以减轻对环境的危害。硫酸是一种重要的化工原料,本专题还将学习有关硫酸的工业制法。
【重点难点】 1、二氧化硫的性质; 2、硫酸型酸雨的成因及防治; 3、硫酸的工业制法。 【知识讲解】 一、二氧化硫的性质和用途 1、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;密度大于空气;易溶于水。
2、二氧化硫的化学性质 实验1:用充有80mL的二氧化硫的针筒吸入10mL蒸馏水,用橡皮塞堵住针筒的前端,振荡,观察针筒内气体的体积变化,然后用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH值。 现象:针筒内气体的体积减小,所得溶液的pH值小于7。 结论:二氧化硫与水发生了化学反应,生成物显酸性。 性质1:二氧化硫能与水发生反应生成H2SO3。 SO2+H2OH2SO3 ⑴SO2与H2O反应生成H2SO3。H2SO3很不稳定,只能存在于溶液中,容易分解生成H2O和SO2。因此,SO2与H2O的反应是一个可逆反应。 ⑵由于SO2与H2O反应生成H2SO3。所以,二氧化硫是酸性氧化物。具有酸性氧化物的通性。例如: SO2+H2O=H2SO3; SO2+CaO=CaSO3; SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O; SO2+NaOH=NaHSO3; 思考: 若将SO2通入澄清石灰水中直至过量,将会出现什么现象? 能否用澄清的石灰水来鉴别SO2和CO2? 若将SO2通入澄清石灰水中直至过量,首先出现白色沉淀,反应方程式如下: SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O 当 SO2过量后,CaSO3和SO2、H2O反应,逐渐转化为可溶性的Ca(HSO3)2,所以,沉淀又逐渐溶解,反应方程式为: CaSO3+SO2+H2O=Ca(HSO3)2 可见,将SO2通入澄清石灰水中直至过量所出现的现象与将CO2通入澄清石灰水中直至过量所出现的现象相同,所以,不能用澄清的石灰水来鉴别SO2和CO2。 ⑶H2SO3是一种弱酸,可以被空气中的氧气氧化为硫酸。 2H2SO3+O2=2H2SO4
实验2:将二氧化硫气体通入装有品红溶液的试管里,观察试管中品红溶液颜色的变化,然后再给试管加热,观察溶液发生的变化。 现象:向品红溶液中通入SO2气体后,品红溶液的颜色逐渐褪去变为无色。当给试管加热时,溶液又重新变成红色。 结论:二氧化硫有漂白作用,但漂白后的新物质不稳定。 性质2:二氧化硫有漂白性。 我们已学习了许多具有漂白性的物质,像HClO、O3、Na2O2、H2O2因具有强氧化性,能通过氧化还原反应将有色物质氧化成无色物质,漂白后的物质不能恢复原来的颜色。二氧化硫漂白是二氧化硫与有色物质化合生成不稳定的无色物质,是一个非氧化还原反应的化合过程。活性炭、木炭的漂白是把有色物质吸附到多孔状物质的表面而使其褪色,是一个物理变化过程。 性质3、二氧化硫的氧化性和还原性 二氧化硫中,硫元素的化合价为+4价,既可升高到+6价,又可降低至0价或-2价。因此二氧化硫既能表现出氧化性,又能表现出还原性,其中以还原性为主。 (1) 氧化性:SO2+2H2S=3S+2H2O (2) 还原性:2SO2+O22SO3 二氧化硫在一定温度下和有催化剂存在的条件下,可以被氧气氧化生成三氧化硫,同时三氧化硫又会分解成二氧化硫和氧气,该反应为可逆反应。 另外,二氧化硫还能被卤素单质的水溶液、高锰酸钾溶液、过氧化氢、过氧化钠等强氧化剂氧化。 SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX (X=Cl、Br 、I) 思考:二氧化硫能使溴水、高锰酸钾溶液褪色,是因为二氧化硫具有漂白性吗 ? 不是,二氧化硫能使溴水、高锰酸钾溶液褪色是因为二氧化硫和溴水、高锰酸钾溶液发生了氧化还原反应,并不是因为二氧化硫具有漂白性。
3、二氧化硫的用途 制硫酸、杀菌消毒、漂白剂、防腐剂等。 二、酸雨及其防治 1、酸雨的成因: 化石燃料的燃烧会产生大量的SO2,SO2及其被氧化生成的SO3,都能溶于降水中,分别生成H2SO3、H2SO4。使雨水呈酸性,形成了酸雨,酸雨形成过程中涉及到的方程式有: 2SO2+O22SO3 SO3+H2O=H2SO4 SO2+H2OH2SO3 2H2SO3+O2=H2SO4
2、酸雨的危害及防治: 酸雨的危害是多方面的,酸雨会使土壤肥力降低,并且使土壤酸化,同时还会伤害植物的芽叶,影响其生长发育,所以对农业的生产危害巨大;酸雨还能腐蚀建筑材料、金属结构、油漆、古建筑、雕塑像等;酸雨会使江河湖泊的水质酸化,导致鱼类无法生存。所以,酸雨被称为“天空中的死神”,控制酸雨势在必行,怎样控制酸雨呢? ⑴发展无染污或少染污的能源,如太阳能、水能、氢能等,减少化石燃料的直接使用。 ⑵减少SO2排放,我国是燃煤大国,烟道气体脱硫是一种大规模脱硫方式。 ①石灰石-石膏法。该法最后得到的CaSO4·2H2O 可以做生产石膏板材的原料,真正做到了变废为宝。 ②氨水吸收:SO2为酸性氧化物,能与氨水反应生成铵盐,可作肥料。 SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 SO2+NH3+H2O=NH4HSO3 2(NH4)2SO3 +O2=2(NH4)2SO4
三、硫酸的工业生产原理(接触法) 工业上用煅烧硫铁矿或燃烧硫磺的方法生产硫酸,其步骤和原理为: 1、煅烧硫铁矿或燃烧硫单质 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2或S+O2SO2 需要的设备为沸腾炉。
2、SO2的催化氧化: 2SO2+O22SO3 反应在接触室中进行,用V2O5作催化剂。
3、SO3的吸收 SO3+H2O=H2SO4 实际生产中不用H2O吸收,而是用98.3%的浓H2SO4在吸收塔中吸收。 制得得浓硫酸通过稀释,可以得到不同浓度得硫酸。
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