有關(guān)二氧化硫知識(shí)的梳理與拓展

■李曉峰（正高級(jí)教師）

二氧化硫是高中化學(xué)氧族元素（第ⅥA族）硫的氧化物中最重要的氧化物，具有多種性質(zhì)，知識(shí)涉及面廣。為了全面地學(xué)習(xí)有關(guān)二氧化硫的知識(shí)，現(xiàn)從性質(zhì)、制備、環(huán)保等多方面對(duì)二氧化硫知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，并適當(dāng)拓展延伸，來(lái)幫助同學(xué)們提高學(xué)習(xí)效率。

一、二氧化硫的性質(zhì)與知識(shí)延伸

【物理性質(zhì)】二氧化硫?yàn)闊o(wú)色、有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大，易溶于水。通常狀況下，1體積的水可以溶解約40體積的SO2。

注意:（1）在對(duì)SO2物理性質(zhì)的學(xué)習(xí)中，還要掌握聞氣體氣味的正確方法，即用手輕輕地在瓶口扇動(dòng)，使少量氣體飄進(jìn)鼻孔。（2）會(huì)設(shè)計(jì)氣體溶于水的探究實(shí)驗(yàn)，即將充滿氣體的試管倒扣到水中，觀察描述現(xiàn)象，得結(jié)論。（3）熟知SO2可用于抑制酒類中細(xì)菌生長(zhǎng)，可在葡萄酒中微量添加。

【化學(xué)性質(zhì)】SO2化學(xué)性質(zhì)思維導(dǎo)圖（見(jiàn)圖1）:

圖1

1.具有酸性氧化物的通性。

（1）SO2與H2O 反應(yīng)。

SO2可溶于水，能與水反應(yīng)生成中強(qiáng)酸H2SO3，化學(xué)方程式為SO2＋H2OH2SO3。

延伸：H2SO3H＋＋使指示劑變色，SO2能使石蕊試液變紅色。注意:SO2不能使指示劑褪色。

（2）SO2與堿反應(yīng)。

①SO2與NaOH 溶液反應(yīng)。

a.當(dāng)NaOH 足量時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2＋2NaOH＝＝Na2SO3＋H2O。

b.當(dāng)NaOH 不足量時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2＋NaOH＝＝NaHSO3。

②SO2逐漸通入少量澄清石灰水中。

離子 方程式:SO2＋Ca2＋＋2OH－＝＝CaSO3↓＋H2O，CaSO3＋SO2＋H2O＝＝Ca2＋＋HSO－3。

現(xiàn)象:先生成白色沉淀，后沉淀溶解。

延伸：①SO2尾氣可用NaOH 溶液吸收。②SO2或CO2逐漸通入少量澄清石灰水中，如何區(qū)別這兩氣體？

（3）SO2可與堿性氧化物或某些鹽反應(yīng)。

①SO2與CaO 反應(yīng)生成CaSO3，化學(xué)方程式為SO2＋CaO＝＝CaSO3。

②SO2與Na2SO3溶液反應(yīng)生成NaHSO3，化學(xué)方程式為SO2＋Na2SO3＋H2O＝＝2NaHSO3。

延伸：煙氣脫硫，可在煤中加入一定量的生石灰，以減少SO2的排放。

2.SO2的還原性（主要）。

由于SO2中硫元素處于＋4 價(jià)，可升可降，氧化性、還原性均具有，多數(shù)情況下其還原性占主導(dǎo)。

（1）SO2被O2氧化成SO3，反應(yīng)化學(xué)方程式為2SO2＋O2。

延伸：①工業(yè)制硫酸的過(guò)程中，為防催化劑中毒，在SO2催化氧化前必須凈化。②SO2與O2通常情況下不發(fā)生反應(yīng)，可以共存。③由S不能通過(guò)一步反應(yīng)生成SO3。

（2）SO2的水溶液能被X2（Cl2、Br2、I2）氧化，如SO2能使溴水褪色，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2＋Br2＋2H2O＝＝2HBr＋H2SO4。

（3）SO2的水 溶液能被酸性KMnO4溶液氧化，如SO2能使酸性KMnO4溶液（紫紅色）褪色，離子反應(yīng)方程式為。

（4）SO2能被Fe3＋溶液氧化，溶液由淺黃色變?yōu)闇\綠色。離子反應(yīng)方程式為2Fe3＋＋。

延伸：①由 反 應(yīng)SO2＋Cl2＋2H2O＝＝2HCl＋H2SO4，即離子反應(yīng)方程式為Cl2＋，可解釋SO2與Cl2等體積混合，通過(guò)水蒸氣，毒性消失、漂白性喪失，及向二氧化硫的水溶液中通入氯氣，溶液酸性增強(qiáng)、導(dǎo)電能力增強(qiáng)等原因。②二氧化硫通入溴水或酸性高錳酸鉀溶液，溶液褪色的實(shí)質(zhì)是二氧化硫還原性所致，并不是因?yàn)槎趸虻钠仔浴?/p>

3.SO2的氧化性（次要）。

將SO2通入氫硫酸（H2S 溶液）中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:產(chǎn)生淡黃色沉淀。化學(xué)反應(yīng)方程式為2H2S＋SO2＝＝3S↓＋2H2O。

延伸：①?？疾檠趸a(chǎn)物及還原產(chǎn)物比值。②可用來(lái)舉例解釋個(gè)別酸性氧化物能和酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)。③解釋可溶性亞硫酸鹽（如Na2SO3）與可溶性金屬硫化物（如Na2S）在酸性條件下混合產(chǎn)生淡黃色沉淀的原因。

例1下列實(shí)驗(yàn)報(bào)告記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正確的是（ ）。

解析

SO2溶于水生成H2SO3，溶液呈酸性，通入石蕊試液顯紅色；通入品紅溶液中，品紅褪色；c中SO2被氯水氧化為，再生成硫酸鋇白色沉淀，同時(shí)因Cl2的消耗，溶液變無(wú)色。d 中SO2與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na2SO3，再生成BaSO3白色沉淀。

答案：C

4.SO2的漂白性。

漂白原理:SO2＋H2O＋有色物質(zhì)不穩(wěn)定無(wú)色物質(zhì)有色物質(zhì)

特別注意:SO2的漂白具有局限性，不能漂白酸堿指示劑等有色物質(zhì)。

延伸：①SO2與Cl2的漂白性比較（見(jiàn)表1），兩種氣體雖然都有漂白性，但原理及現(xiàn)象不同。Cl2的漂白性是由于溶于水生成的HClO 有強(qiáng)氧化性，將有色物質(zhì)氧化成無(wú)色物質(zhì)，褪色后不能恢復(fù)到原來(lái)顏色，即永久漂白；而SO2是由于溶于水生成的H2SO3與有色物質(zhì)直接結(jié)合，形成不穩(wěn)定的無(wú)色化合物，褪色后在一定條件下又能恢復(fù)原來(lái)的顏色，即暫時(shí)漂白。②盡管SO2具有漂白性，但它有毒，所以禁止用二氧化硫?qū)κ称愤M(jìn)行熏制。

表1

續(xù)表

圖2

例2某學(xué)生課外活動(dòng)小組利用圖2所示裝置分別做如下實(shí)驗(yàn):

（1）在試管中注入某紅色溶液，加熱試管，溶液顏色逐漸變淺，冷卻后恢復(fù)紅色，則原溶液可能是____溶液；加熱時(shí)溶液由紅色逐漸變淺的原因是____。

（2）在試管中注入某無(wú)色溶液，加熱試管，溶液變?yōu)榧t色，冷卻后恢復(fù)無(wú)色，則此溶液可能是____溶液；加熱時(shí)溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色的原因是_____。

解析

實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn):試管口上套有氣球，說(shuō)明加熱時(shí)會(huì)有氣體逸出。①“紅色溶液”可能是溶有酸性氣體的石蕊溶液或溶有堿性氣體的酚酞溶液。若是前者，加熱后溶液由紅色變?yōu)樽仙?，不符合“溶液顏色逐漸變淺”的條件，結(jié)論只有稀氨水和酚酞。②由無(wú)色溶液氣體＋溶液變氣體＋溶液無(wú)色。加熱后放出氣體且溶液變紅，冷卻后該氣體可使紅色溶液褪色，顯然該氣體有漂白作用，并且漂白是可逆的，符合條件的無(wú)色溶液只能是SO2漂白過(guò)的品紅溶液。

答案：（1）稀氨水和酚酞 稀氨水中的NH3逸出，所以溶液的顏色變淺

（2）溶有SO2的品紅 SO2氣體逸出，品紅溶液恢復(fù)紅色

延伸（見(jiàn)表2）:

表2

續(xù)表

二、二氧化硫的制備

（1）實(shí)驗(yàn)室制備。

方法1:實(shí)驗(yàn)室采用的是較濃的硫酸和Na2SO3固體，利用強(qiáng)酸制弱酸的原理，其化學(xué)方程式為Na2SO3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋H2O。

方法2:實(shí)驗(yàn)室也可用銅和濃硫酸加熱制取二氧化硫，利用濃硫酸強(qiáng)氧化性的原理，其化學(xué)方程式為Cu＋2H2SO4（濃）CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

延伸：上述兩種方法盡管都是固體與液體的反應(yīng)，由于條件不同，裝置類型不同。注意:盡管方法1的裝置不需要加熱，但因Na2SO3呈粉末狀，所以不能用啟普發(fā)生器制備。

（2）工業(yè)制備。

方法1:煅燒黃鐵礦，化學(xué)方程式為4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。

延伸：方法1 也是工業(yè)制硫酸的第一步反應(yīng)，此反應(yīng)?？佳趸€原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的情況，也考查硫酸生產(chǎn)中黃鐵礦樣品與硫酸的有關(guān)計(jì)算。

例3如果用硫酸和亞硫酸鈉反應(yīng)制取二氧化硫，并能控制反應(yīng)速度，圖3中可選用的發(fā)生裝置是____（填寫(xiě)字母）。

圖3

解析

因Na2SO3與中等濃度濃硫酸反應(yīng)不需加熱且Na2SO3呈粉末狀，所以可選用的發(fā)生裝置為a和d。

答案：a、d

例4某課外研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如圖4所示裝置制取和驗(yàn)證SO2的性質(zhì)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

圖4

（1）圖中儀器a的名稱為_(kāi)____。

（2）A 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____。

（3）若C中溶液褪色，體現(xiàn)SO2具有_____性。

（4）過(guò)量NaOH 溶液與SO2反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)____。

（5）向兩支裝有品紅溶液的試管中，分別通入Cl2和SO4，發(fā)現(xiàn)兩支試管中品紅溶液均褪色，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明哪支試管中通入的是SO2:___。

（6）該小組繼續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，相同條件下將Cl2和SO2兩種氣體按體積1∶1混合，再通入品紅溶液中，觀察溶液幾乎不褪色。查閱資料知:兩種氣體按體積1∶1混合，再與水反應(yīng)可生成兩種常見(jiàn)的酸，因而失去漂白作用，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____。

解析

本實(shí)驗(yàn)考查二氧化硫漂白的可逆性及不穩(wěn)定性，同時(shí)也考查二氧化硫的還原性，即可被酸性KMnO4溶液、Cl2等氧化；裝置圖也體現(xiàn)了二氧化硫尾氣的處理。

答案：（1）分液漏斗

（5）將兩支試管中的液體加熱，恢復(fù)紅色的液體中通入的是SO2。

三、硫的氧化物(SO2)的污染與治理

（1）來(lái)源:化石燃料的燃燒及含硫礦石的冶煉。

（2）危害:危害人體健康，污染大氣，形成酸雨（pH 小于5.6）。

（3）治理:開(kāi)發(fā)新能源，燃煤脫硫，改進(jìn)燃燒技術(shù)，處理工業(yè)廢氣。

（4）硫酸型酸雨形成的兩個(gè)途徑:

延伸：酸雨樣品放置時(shí)，隨著時(shí)間的推移pH 變小，變化的主要原因是2H2SO3＋O2＝＝2H2SO4。

例5某實(shí)驗(yàn)小組采集了酸雨樣品，隨著時(shí)間的推移，多次對(duì)該樣品的pH 進(jìn)行測(cè)定，得到了如表3中的數(shù)據(jù)。

表3

試回答下列問(wèn)題:

（1）酸雨樣品放置時(shí)pH 變化的主要原因是（用化學(xué)方程式表示）____。

（2）如果將剛?cè)拥纳鲜鏊嵊旰瓦m量自來(lái)水混合，pH 將____（填“增大”“減小”或“不變”），原因是（用化學(xué)方程式表示）___。

解析

（1）酸雨樣品放置過(guò)程中H2SO3被空氣氧化。（2）和自來(lái)水混合，酸雨樣品中的H2SO3被自來(lái)水中的Cl2氧化。

答案：（1）2H2SO3＋O22H2SO4

（2）減小 H2SO3＋Cl2＋H2O2HCl＋H2SO4

四、SO2 尾氣處理的四種常見(jiàn)方法

方法1:鈣基固硫法（見(jiàn)圖5）。為防治酸雨，工業(yè)上常用生石灰和含硫的煤混合后燃燒，燃燒時(shí)硫、生石灰、O2共同反應(yīng)生成硫酸鈣，從而使硫轉(zhuǎn)移到煤渣中，反應(yīng)原理為

圖5

方法2:氨水脫硫法。該脫硫法采用噴霧吸收法，霧化的氨水與煙氣中的SO2直接接觸吸收SO2，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH3＋SO2＋H2O＝＝（NH4）2SO3，2（NH4）2SO3＋O2＝＝（NH4）2SO4（或生成NH4HSO3，然后進(jìn)一步氧化）。

方法3:鈉、堿脫硫法。鈉、堿脫硫法是用NaOH/Na2CO3吸收煙氣中的SO2，得到Na2SO3和NaHSO3，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH＋SO2＝＝Na2SO3＋H2O，Na2CO3＋SO2＝＝Na2SO3＋CO2，Na2SO3＋SO2＋H2O＝＝2NaHSO3。

方法4:雙堿脫硫法。先利用燒堿吸收SO2，再利用熟石灰漿液進(jìn)行再生，再生后的NaOH 堿液又可循環(huán)使用?；瘜W(xué)反應(yīng)原理:①吸收 反應(yīng)2NaOH＋SO2＝＝Na2SO3＋H2O，2Na2SO3＋O2＝＝2Na2SO4。②再生反應(yīng)Na2SO3＋Ca（OH）2＝＝CaSO3↓＋2NaOH，Na2SO4＋Ca（OH）2＝＝CaSO4↓＋2NaOH。

例6為防治酸雨，降低煤燃燒時(shí)向大氣排放SO2，工業(yè)上將生石灰和含硫煤混合后使用。試寫(xiě)出燃燒時(shí)，有關(guān)“固硫”反應(yīng)的化學(xué)方程式:___。

解析

煤中含硫，硫燃燒時(shí)生成的酸性氧化物SO2與堿性氧化物CaO 作用生成含氧酸鹽CaSO3，即CaO＋SO2＝＝CaSO3；在有空氣存在和高溫條件下，CaSO3易被空氣中的O2氧化成CaSO4。即2CaSO3＋O22CaSO4（注意:該反應(yīng)易漏寫(xiě)）。

答案：CaO＋SO2CaSO3，2CaSO3＋O22CaSO4

五、SO2 與CO2 的比較與鑒別

1.SO2與CO2的性質(zhì)的比較（見(jiàn)表4）。

表4

2.SO2與CO2的鑒別。

SO2與CO2都能使澄清的石灰水變渾濁，若通入的氣體過(guò)量，則沉淀都可消失。所以不能只用澄清的石灰水鑒別CO2和SO2。通常可用以下方法:

（1）用品紅溶液。使品紅溶液褪色的為SO2，不能使品紅溶液褪色的為CO2。

（2）用氫硫酸。出現(xiàn)渾濁的為SO2，無(wú)明顯現(xiàn)象的為CO2，2H2S＋SO2＝＝3S↓＋2H2O。

（3）用酸性KMnO4溶液。紫色褪去的為SO2，無(wú)明顯現(xiàn)象的為CO2，2KMnO4＋5SO2＋2H2O＝＝K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。

（4）用溴水。使橙色褪去的為SO2，無(wú)明顯現(xiàn)象的為CO2，Br2＋2H2O＋SO2＝＝2HBr＋H2SO4。

（5）用HNO3酸化的Ba（NO3）2。溶液產(chǎn)生白色沉淀的為SO2，無(wú)明顯現(xiàn)象的為CO2，2HNO3＋3SO2＋2H2O＝＝3H2SO4＋2NO↑，Ba（NO3）2＋H2SO4＝＝BaSO4↓＋2HNO3。

（6）用FeCl3溶液，使棕黃色變綠色的為SO2，無(wú)明顯現(xiàn)象的為CO2。

例7下列溶液能夠區(qū)別SO2與CO2氣體的是（ ）。

①澄清的石灰水 ②H2S溶液 ③酸性KMnO4溶液 ④氯水 ⑤品紅溶液

A.①②③B.②③④

C.②③④⑤ D.全部

解析

SO2與CO2均屬于酸性氧化物，它們都能與石灰水反應(yīng)生成不溶性的鹽，所以無(wú)法利用這一性質(zhì)來(lái)區(qū)別SO2與CO2。但SO2具有氧化性，能將H2S溶液氧化生成單質(zhì)硫（有淡黃色沉淀生成）；同時(shí)SO2也具有還原性，能被酸性KMnO4溶液和氯水氧化（溶液褪色）；SO2還具有漂白性，能使品紅溶液褪色。而CO2沒(méi)有這些性質(zhì)。所以可以用②③④⑤來(lái)區(qū)別SO2與CO2。

答案：C

3.檢驗(yàn)SO2和CO2同時(shí)存在的一般流程。

由于SO2與CO2都可使澄清的石灰水變渾濁，檢驗(yàn)二者同時(shí)存在的一般流程如表5所示。

表5

注意:有時(shí)為了簡(jiǎn)化裝置，可將除去SO2和檢驗(yàn)SO2是否除盡合并為同一裝置，并用較濃的酸性 KMnO4溶液，現(xiàn)象為酸性KMnO4溶液顏色變淺。

例8圖6是檢驗(yàn)?zāi)碂o(wú)色氣體A 是SO2和CO2的混合氣體的裝置圖，按要求回答下列問(wèn)題。

圖6

（1）B中加入的試劑是_____，作用是_____。

（2）C中加入的試劑是____，作用是____。

（3）D中加入的試劑是____，作用是____。

（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)，C中應(yīng)觀察到的現(xiàn)象是_____。

解析

該題目的是檢驗(yàn)?zāi)碂o(wú)色氣體的成分，檢驗(yàn)二氧化硫常用品紅溶液，吸收二氧化硫一般可用酸性KMnO4溶液，檢驗(yàn)二氧化碳常用澄清石灰水。但還要清楚在檢驗(yàn)二氧化碳之前，必須除盡二氧化硫，因?yàn)槎趸蛞材苁钩吻迨宜儨啙?，否則SO2對(duì)二氧化碳檢驗(yàn)有干擾。C 裝置的作用是除去SO2并檢驗(yàn)SO2是否除盡，所以在敘述酸性高錳酸鉀溶液顏色時(shí)只能變淺，但不能褪成無(wú)色，若褪成無(wú)色則不能證明二氧化硫已除盡。

答案：（1）品紅溶液 檢驗(yàn)SO2

（2）酸性KMnO4溶液 除去SO2并檢驗(yàn)SO2是否除盡

（3）澄清石灰水 檢驗(yàn)CO2

（4）酸性KMnO4溶液的顏色變淺但不褪成無(wú)色