专题4 硫和环境保护

考点1 硫在自然界中的存在和硫单质的性质

1．自然界中硫元素的存在形式

(1)游离态：存在于火山喷口的岩层中。

(2)化合态：主要存在于硫化物和硫酸盐中，火山喷出物中含有硫的氢化物和氧化物等。

2．硫单质的物理性质

黄色或淡黄色固体；俗称硫黄，质脆，易研成粉末，密度比水大，难溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2。

3．硫的化学性质

(1)与金属反应

硫是比较活泼的非金属元素，能与大多数金属在加热时反应。

2Na＋SNa2S　(剧烈反应并发生爆炸)

2Al＋3SAl2S3　(制取Al2S3的唯一途径)

Hg＋S===HgS　(黑色，可用硫粉处理撒在地面上的汞)

Fe＋SFeS　(黑色)

2Cu＋SCu2S　(黑色)

(2)与非金属反应

S＋O2SO2

现象：剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，有刺激性气味气体生成。

S＋H2H2S

(3)与碱、氧化剂等物质反应

硫是非金属单质，可与碱反应，所以可用热碱液洗涤熔化硫的试管。

硫单质的化合价处于中间价态，可被强氧化剂氧化：S＋2KNO3＋3CK2S＋3CO2↑＋N2↑

考点2 二氧化硫的性质和应用

1．SO2的物理性质

2．实验探究SO2的化学性质

【实验1】二氧化硫的溶解性实验和二氧化硫水溶液的pH测定。

实验现象：针筒内气体体积减小，pH试纸变红（呈酸性）。

实验结论：二氧化硫气体易溶于水，水溶液呈酸性。

补充实验：将紫色石蕊试液滴加到二氧化硫水溶液中。

实验现象：溶液变红色。

实验结论：SO2的水溶液显酸性。

【实验2】二氧化硫水溶液加入氯化钡溶液，再加入双氧水，然后加入盐酸。

实验现象：开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶于盐酸。

实验结论：①SO2的水溶液与BaCl2不反应；

②SO2具有还原性，可被H2O2氧化成SO，与Ba2＋反应生成BaSO4白色沉淀。

【实验3】验证二氧化硫的漂白性

实验现象：振荡后溶液红色褪去，再加热溶液恢复红色。

实验结论：SO2具有漂白性，但生成的无色物质不稳定。

3．SO2的化学性质

(1)与水反应：SO2+H2OH2SO3

(2)与碱（NaOH溶液、澄清石灰水）反应：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O；SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O

(3)还原性（与H2O2反应）：SO2+H2O2=H2SO4

(4)氧化性（与H2S反应）：SO2+2H2S=3S+2H2O

(5)漂白性：使某些有色物质(如品红溶液)生成不稳定的无色物质，若加热，可恢复原来的颜色。

4．亚硫酸的性质

(1)弱酸性： H2SO3H++HSO（电离方程式）

(2)不稳定性：H2SO3SO2↑+H2O

(3)强还原性（与O2、H2O2反应）：

2H2SO3+O2=2H2SO4；H2SO3+H2O2=H2SO4+H2O

(4)弱氧化性（与H2S反应）：H2SO3+2H2S=3S↓+3H2O

5．用途

二氧化硫常用作漂白剂、杀菌消毒剂、食品添加剂。

考点3 硫酸的制备

1．工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程

根据上图回答下列问题：

(1)填写下列各进口或出口物质的名称：

A含硫矿石(如FeS2)；B炉渣；C二氧化硫、氧气、氮气；D尾气(SO2、O2、N2)。

(2)接触法制硫酸分为三个阶段，填写下表：

(3)工业上制备硫酸的问题探究

①原料硫铁矿粉碎的目的是什么？

使反应物充分接触，增大接触面积，提高反应速率，使反应物充分反应，提高原料的利用率。

②沸腾炉中产生的气体为什么需要经过净化？

防止催化剂中毒。

③接触室中安装热交换器的目的是什么？

a．利用反应放出的热量预热二氧化硫和氧气。

b．冷却反应生成的三氧化硫。

④多余的气体为什么要再充入接触室？

为了提高原料的利用率。

⑤用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫的目的是什么？

防止SO3溶于水放出大量热导致酸雾，降低吸收效率。

2．化学工业制备的要求

(1)原料廉价且稳定，降低运输成本。

(2)从环保、成本等角度选择合适的化学反应，保证在反应中能充分接触。

(3)制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量尽可能加以循环利用，生成的副产物较少。

(4)制备过程绿色环保，不使用或生成对环境有害的物质。

考点4 浓硫酸的性质

1．浓硫酸的物理性质

(1)实验室常用的浓硫酸质量分数为98.3%，密度大（1.84 g·cm－3），沸点高，难挥发，常温下比较稳定。

(2)硫酸与水以任意比互溶，浓硫酸溶解时可放出大量的热；浓硫酸的稀释方法是将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓倒入水中，并用玻璃棒不断搅拌。

2．浓硫酸的性质

(1)吸水性

浓硫酸具有很强的吸水性，可用作干燥剂。

在一支洁净的大试管内加入少量胆矾，再向试管中加入3 mL浓硫酸， 搅拌。

实验现象：蓝色晶体变为白色粉末。

实验结论：浓硫酸具有吸水性。

(2)脱水性

浓硫酸按水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧原子形成水分子。

(3)强氧化性

①实验探究：浓硫酸与铜的反应

在该反应中，氧化剂为浓H2SO4，还原剂为Cu ，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1。浓硫酸在反应中既体现出强氧化性又体现出酸性。

②与铁、铝的反应

常温下，铁、铝表面被浓硫酸氧化为致密的氧化膜而钝化，从而阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以常温下可以用铁、铝质容器来盛装浓硫酸。

③与非金属的反应

浓硫酸与木炭反应的化学方程式：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

考点5 含硫物质的相互转化

1．不同价态含硫化合物

2．含硫化合物之间的相互转化

含硫物质多种多样，在一定条件下可相互转化。通过氧化还原反应可实现含有不同价态硫元素的物质之间的转化；通过非氧化还原反应可实现含有相同价态硫元素的不同物质间的转化。

试完成下列转化关系的化学方程式：

①S＋FeFeS ②FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑

③S＋H2H2S ④2H2S＋O2===2S↓＋2H2O

⑤S＋Hg===HgS ⑥S＋O2SO2

⑦2SO2＋O22SO3 ⑧Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑

⑨SO2＋H2OH2SO3 ⑩2Na2SO3＋O2===2Na2SO4

⑪SO3＋H2O===H2SO4 ⑫H2SO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋2H2O

考点6 氧化还原反应方程式的配平

1．配平原理

化合价升降法（即化合价升降总数相等），电子守恒原理。

2．基本步骤：(以浓硫酸与碳反应生成二氧化碳、二氧化硫和水为例)

(1)标变价

  ＋  H2O4(浓)  ——  O2↑ ＋  O2↑ ＋  H2O

(2)求一分子氧化剂和还原剂的降、升价数

  ＋  H2O4(浓)  —— O2↑ ＋  O2↑ ＋  H2O

↑4　  ↓2

(3)求升降数的最小公倍数，确定氧化剂和还原剂化学计量数

    ＋   H2O4(浓)——O2↑＋O2↑＋H2O

↑4×1　  ↓2×2

C＋2H2SO4(浓)——SO2↑＋CO2↑＋H2O

(4)观察配平其他计量数

C＋2H2SO4(浓)2SO2↑＋CO2↑＋2H2O

(5)检查反应前后的原子是否守恒，电子是否守恒，电荷是否守恒。

3．氧化还原反应方程式的配平技巧

(1)正向配平

①氧化剂、还原剂中某元素化合价全变的，以反应物为基准从左边配平。

②归中反应(变价元素只有一种，“高价＋低价→中间价”)以反应物为基准从左边配平。

(2)逆向配平

①适用对象：氧化剂、还原剂中某元素化合价部分变的；自身氧化还原反应；歧化反应(变价元素只有一种，中间价→高价＋低价)。

②方法：从右边生成物着手配平，即：选择氧化产物、还原产物为基准物质

(3)缺项配平

缺项方程式：某些反应物或生成物的分子式未写出(缺项)，它们一般为水、酸、碱。

①先根据化合价变化找出氧化剂、还原剂及还原产物、氧化产物；

②再根据质量守恒、电荷守恒确定所缺的物质的化学式(分子或离子)，若反应物缺正电荷，一般加H＋，生成物加水；若反应物缺负电荷，一般加OH－，生成物加水。

③最后观察配平其他物质系数。

考点7 自然界中的硫循环

1．SO2的来源：含硫化石燃料燃烧、含硫金属矿石冶炼、硫酸生产等。

2．自然界中的硫循环：

(1)地壳的岩石里、生物体内以及大气与水中都含有硫元素。随着地壳运动、生命活动以及大气与水的流动，这些含硫物质不断地发生转化和转移，形成了硫在自然界中的循环。

(2)地壳中的硫黄矿、硫铁矿和煤等都含有硫元素，这些矿物通过风化分解、燃烧、火山爆发等方式释放出SO2、H2S等气体，这些气体有些进入大气，有些转化为亚硫酸盐、硫酸盐溶入河流或海洋，还有些则被土壤中的硫化细菌吸收。

考点8 酸雨及其治理

1．硫酸型酸雨的形成

(1)酸雨：pH＜5.6的降水被称为酸雨。

(2)形成：

写出图中标号表示的化学方程式：

①2SO2＋O22SO3。

②SO2＋H2OH2SO3。

③SO3＋H2O===H2SO4。

④2H2SO3＋O2===2H2SO4。

2．酸雨的危害

(1)鱼类难以生存，影响水生植物的繁殖。

(2)土壤肥力下降，植被遭到破坏，危害农作物生长。

(3)加快桥梁、雕塑等建筑物腐蚀。

3．酸雨的防治

(1)消除污染源，研究开发新能源(如太阳能、核能、氢能等)。

(2)对含硫燃料进行脱硫处理。

(3)对SO2废气进行处理或回收利用。

4．二氧化硫的处理回收

工业上选择处理SO2的方法，会考虑环保、成本、工艺流程是否简便易行等因素。

(1)实验室通常用烧碱溶液来吸收二氧化硫：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O。

(2) 用熟石灰吸收：SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O。

(3)海水吸收：利用海水的微碱性，用海水吸收除去烟气中的二氧化硫。

(4)石灰石—石膏法：

将石灰石浆液与烟气充分接触混合并氧化，最终生成石膏（CaSO4·2H2O）。化学方程式为：CaCO3+SO2=CaSO3+CO2，2CaSO3+O2=2CaSO4。

(4)氨脱硫法：化学方程式为：2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3，2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4。

考点9 空气质量评价

1．空气质量指数(AQI)

人们研究空气污染，可以通过空气质量指数AQI来获取空气质量状况的信息。

(1)定义

空气质量指数是根据空气中的细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫、二氧化氮、臭氧和一氧化碳的浓度计算出来的数值。

(2)与空气质量的关系

空气质量指数越小，空气质量越好，对人体健康的危害就越小。

2．空气质量指数(AQI)的确定

(1)确定方法

空气质量监测人员测出空气质量指数中这六大污染物的浓度，再换算成它们的质量指数，其中指数最大的污染物会被确定为首要污染物，首要污染物的质量指数即为该地区的空气质量指数。

(2)与空气质量等级的关系

空气质量指数越大，空气质量等级污染程度越严重。

3．雾霾

(1)定义：大量极细微的颗粒物均匀地悬浮在空中，这些颗粒物容易吸附空气中的水蒸气形成雾滴，使空气水平能见度小于10km，我们把这种空气混浊现象叫作雾霾。

(2)颗粒物分类依据是颗粒物直径的大小。

(3)颗粒物分类

(4)SO2的排放与雾霾形成的关系

空气中的SO2在一定条件下形成CaSO4，硫酸盐在PM2.5中所占比例较大。

4．大气污染的防治

(1)改变能源结构；

(2)控制SO2等有害气体的排放；

(3)提高污染排放标准。