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5.1 从黑火药到酸雨1


氧族:O S
原子序数 8氧 16 硫 34 硒 52 碲 84 钋 116 Unh

Se(硒)

Te(碲)

Po (钋)

元素电子层结构 2, 6 2, 8, 6 2, 8, 18, 6 2, 8, 18, 18, 6 2, 8, 18, 32, 18, 6 2, 8, 18,

32, 32, 18, 6

硒(Se):
硒的组成和分子结构随着外界条件而变化,能形 成多种同素异形体:α单斜晶体、β单斜晶体、有金属 光泽的灰色晶体,还有红色、黑色的无定形玻璃状硒。 灰黑色硒最稳定,通常称为金属硒。密度4.79g/cm3, 熔点 217℃,沸点684.9℃。性脆,是一种典型的半导 体。 1817年由瑞典化学家贝尔采利乌斯(Berzelius) 发现的,它的物理化学特性介于金属与非金属之间。 硒在地壳中的含量相当稀少和分散,其丰度按重量估 计约为地壳的7×10-5,占化学元素的第70位,天然硒 很少。在1973年,世界卫生组织宣布硒是人和动物生 命活动中的必需微量元素。有抗氧化、提高免疫、防 治肿瘤、保护视器官的健全、保护心血管和心肌的健 康等功能。

碲(Te):
碲是稀散金属之一,有两种同素异形体,一种 为结晶形、具有银白色金属光泽;另一种为无定形 碲为黑色粉末。结晶形碲的熔点为449.8℃,密度 为6.24克/厘米3。性脆。 首先发现碲元素的是奥地利人缪勒(Franz Joseph Muller)。他在1782年时从罗马尼亚一个 矿坑里发现了一种很好看的矿石。它的表面是银白 色的,但又略带一些黄色,还会发出浅蓝色的光泽。 当地人把它叫做“奇异金”。缪勒把这块矿石带回 了实验室,并从中提取了一小粒银灰色的金属物质, 外貌非常像锑,但化学性质却有分别。他推想这可 能是一种新元素,但不敢肯定。然而,缪勒的重要 发现,竟被当时的人们忽略了十六年之久。直到 1798年1月25日,德国矿物学家克拉普罗特 (M.H.Klaproth)在柏林科学院宣读一篇关于特 兰西瓦尼的金矿论文时,才重新把这个被人遗忘的 元素提出来。

钋(Po):
密度9.4克/立方厘米。熔点254℃,沸点962℃。 所有钋的同位素都是放射性的。 居里夫人和她的丈夫把矿石溶解在酸里,再往 里面通进硫化氢,溶液底部沉积了各种金属硫化物, 沉积物里含有铅、铜、砷、铋。那透明溶液是铀、 钍、钡和沥青油矿所含的其他几种成分。他们把沉 淀物和溶液分别放到那金属片上实验,结果是沉淀 物发射的射线更强。这说明那种物质是在沉淀物里。 居里夫人把沉淀物里的杂质一一除去以后,剩下来 的那一部分物质所发出的射线比铀发出的要强400倍。 这一部分里有很多的铋,还有很多的未知物质,不 过还不能把他们分离出来。 1898年7月,他们把这 种元素命名为“钋”。钋的法文意思是“波兰”, 居里夫人为纪念她的祖国才取了这个名字。

一、硫(S)
1、存在 游离态——火山口 化合态——硫铁矿(FeS2) 黄铜矿(CuFeS2) 硫酸盐, 蛋白质,石油和煤
胆矾 绿矾 皓矾 明矾 (生)石膏 熟石膏 CuSO4· 2O 5H FeSO4· 2O 7H ZnSO4· 2O 7H KAl(SO4)2· 2O 12H CaSO4· 2O 2H 2CaSO4· 2O H

2、物理性质
颜色状态:黄色或淡黄色固体 俗称硫磺(地壳含量0.052%) 溶解性:不溶于水,微溶于酒精, 易溶于CS2(二硫化碳) ——用于分离,除杂质 119 ℃ 160℃ 444.6℃ 急剧冷却 S8 → 黄色液体 → 粘稠状棕色液体 → 硫蒸气 → (常温下的稳定态) 黄色粉末(俗称硫华,是很细小的硫晶体)

密度2.078g/cm3,熔沸点比较低,分子晶体

1、硫通常是一种淡黄色晶体,有橙色、无色、红棕色三种颜 色的硫蒸气,它们都是硫的单质,但每个分子中硫原子的个数 不同,可用Sx表示,对三种蒸气测定的结果是: (1)橙色蒸气密度折算成标准状况后是11.34g· -1,则它的 L 化学式是________ S8
(2)红棕色蒸气的质量是相同状况时同体积空气的6.62倍, 则它的化学式是_____ S
6

(3)无色蒸气对氢气的相对密度是64,则它的化学式是 _______ S
4

A (4)上述事实说明,硫有多种_____ A.同素异形体 B.同分异构体 C.同位素

D.同系物

S8分子结构示意图 硫在444.6 ℃时沸腾。由蒸气密度可知,硫的蒸气中有S8、 S6、S4、S2等分子存在,每种分子数目的多少视温度的 高低而定,下列平衡随着温度的升高而向正反应的方向移 动: 3S8 4S6 6S4 12S2 到750 ℃时,S2占92%,S6仅占0.1%(质量分数)。加热到 1 500 ℃时,S2分子开始分解为单原子S。

3、化学性质
非金属性: S < O 单质的氧化性: S < O2 常见的化合价态: -2 0 +4 S ← S → S
S2-、H2S S

S < Cl S < Cl2 +6 S
SO3、SO42-



SO2、SO32-

硫既有氧化性,又有还原性

比较活泼的非金属单质

1、跟金属反应:能跟大多数金属反应

2Na+S→Na2S (加热或研磨爆炸) Fe+S→FeS (黑褐色)
停止加热后,反应物继续保持红热,说明该 反应是放热反应,生成黑褐色固体

2Cu+S→Cu2S (黑色) 变价金属为低价 Hg+S→HgS(常温下反应 ,除汞)

2Ag+S→Ag2S(黑色、银器变黑)

2、跟非金属反应
点燃 S+O2→SO2

空气中:淡蓝色, 纯氧中:明亮蓝紫色

△ H2 + S(g)→ H2S H2(g) + O2 (g) → H2O (l) + 285.8KJ H2(g) + O2 (g) → H2O (g) + 241.8KJ

H2(g) + S (g) → H2S (g) + 20.1KJ

3、跟其他物质反应

①和热的碱液反应 3S+6NaOH→2Na2S+Na2SO3+3H2O 可用于清除硫 ②和强氧化剂反应 S+2H2SO4(浓)→3SO2↑+2H2O
③和亚硫酸钠溶液反应 S + Na2SO3 → Na2S2O3

4、用途
制硫酸 橡胶“硫化” 农药(石灰硫磺合剂) 药物(硫磺软膏,治皮肤病) 火柴头(KClO3、S、MnO2) 焰火

*1、下列物质,不能由单质直接化合得到的是(CD ) A、Al2S3 B、FeS C、CuS D、FeCl2

2、硫的非金属性弱于氯的最主要事实是(B )

A、硫不溶于水,而氯气能溶于水
B、跟Cu 和Fe反应时,金属被硫氧化成低价态,而 被氯氧化成高价态 C、跟金属或氢气反应时,硫被还原为-2价,而氯被 还原为-1价

D、在通常情况下硫为浅黄色固体,而氯为黄绿色 气体

3、硫蒸气中常含有S2、S4、S6、S8等多种成分。 现分离出相同状况下等质量的S2和S4两种气体,这 两种气体所含原子总数( C ) A、前者大 B、后者大 C、相等 D、无法确定

4、钋元素是核电荷数最大的氧族元素,推测钋 及钋的化合物最不可能存在的性质是(D ) A、钋是能导电的固体 B、钋与氢气不可能直接化合 C、钋的氧化物的水化物至少有两种 D、钋的氢化物很稳定

二、硫化氢(H2S)
1、物理性质 无色有臭鸡蛋气味的气体 有毒 能溶于水(1:2.6) 沸点:-60℃, 熔点:-86 ℃ 比空气重
水溶液:氢硫酸(二元弱酸) H2S H+ + HSHS-

H+ + S2-

2、化学性质

强还原性

(1)可燃性 点燃 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O 完全燃烧 点燃 2H2S + O2 → 2S↓ + 2H2O 不完全燃烧 淡蓝色火焰,表面皿上淡黄色固体

(2)与SO2反应
2H2S + SO2 → 3S↓ + 2H2O 瓶壁上有黄色固体和水珠

常温下不共存的气体: H2 F2, HCl NH3,

NO O2

(3)与卤素及其它氧化剂
H2S + Br2 →S↓ + 2HBr H2S + I2 →S↓ + 2HI H2S + Cl2 →S↓ + 2HCl
H2S + 4Cl2 +4 H2O →H2SO4 + 8HCl 过量的饱和氯水 氧化性:F2 > Cl2 > Br2 > I2 >S 还原性:S2- > I- > Br- > Cl- > FH2S+ FeCl3 →S↓ + 2HCl+2FeCl2

(4)受热分解
△ H2S → H2 + S↓ 既是氧化剂,又是还原剂

氢硫酸:二元弱酸,分步电离
2Na + H2S → Na2S + H2↑ H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O H2S + CuSO4 → CuS↓ (黑色) + H2SO4 Pb(AC)2 + H2S → PbS↓ (黑色) + 2HAc Pb(NO3)2 + H2S → PbS↓ + 2HNO3
常见硫化物的溶解性

能溶于水、能溶于酸:Na2S, K2S, (NH4)2S
不溶于水、能溶于酸:FeS, ZnS 不溶于水、不溶于酸:CuS, PbS, Ag2S , HgS

2H2S + O2 →

2S↓ + 2H2O
氢硫酸露置在空气中浑浊 与燃烧区别(气体和液体)

氢硫酸用时现制,不能长期存放

3、H2S的实验室制法
a、反应原理: FeS + H2SO4(稀) → FeSO4 + H2S↑ FeS + 2HCl (稀) → FeCl2 + H2S↑
能否用浓硫酸制取硫化氢? 不能。H2S + H2SO4 (浓) → S ↓ + SO2 + 2H2O 用浓盐酸制取硫化氢好不好? 不好。浓盐酸有挥发性,使硫化氢中混有氯化氢。

b. 发生装置

与H2,CO2同







选择原理:反应物的状态,反应条件

c. 收集方法

向上排空气法



选择原理:根据气体的密度、水溶性

d. 吸收试剂及装置

CuSO4(aq) 或NaOH(aq)





e、检验:湿润的硝酸铅试纸或醋酸铅试纸,变黑 Pb(AC)2 + H2S → PbS↓ (黑色) + 2HAc Pb(NO3)2 + H2S → PbS↓ + 2HNO3 f、H2S (HCl , H2O) 净化:饱和NaHS溶液(或H2O) NaHS + HCl → NaCl + H2S↑

干燥:无水CaCl2 或P2O5

三、全球性的环境问题——酸雨
1、硫的氧化物 (1) SO2 二氧化硫
A. 物理性质 无色有刺激性气味的气体, 有毒 ρSO2 > ρ空气 易溶于水(1:40)

沸点:-10℃

常见气体在常温常压下的溶解度: 难溶气体: N2(1:0.02) H2(1:0.02) 微溶气体: O2(1:0.2) 可溶气体: Cl2(1:2) H2S(1:2.6)
CO2(1:1)

易溶气体: SO2(1:40)

极易溶气体:HCl(1:442) NH3( 1:700)

b. 化学性质:

酸性氧化物的通性 , 漂白 性, 氧化性,还原性

⑴ 酸性氧化物的通性
△ CaO + SO2 → CaSO3 CaSO3 + O2 → CaSO4 SO2 + H2O (固硫)

H2SO3(亚硫酸)

SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O SO2 + NaOH → NaHSO3 SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3↓ + H2O CaSO3 + SO2+ H2O → Ca(HSO3)2

(2)漂白性(漂白作用)
通入品红溶液——褪色 加热后又出现红色
与色素分子化合形成不稳定的化合物

⑶ 氧化性和还原性:
① 氧化性: SO2 + 2H2S → 3S↓ + 2H2O ② 还原性:
催化剂(V2O5)

2SO2 + O2
500℃

2SO3

SO2 +CI2 +2H2O→ H2SO4 + 2HCl Br2 I2

氧化性:Cl2 > Br2 > I2 > SO2

1、下列各物质,既能使石蕊试液变红,又能使 品红溶液和溴水褪色的是( B )
A、H2S B、SO2 C、Cl2 D、HI

2、要除去SO2气体中少量的HCl及水蒸气,需用 的一组试剂是( B ) A、饱和NaOH溶液和浓H2SO4 B、饱和NaHSO3溶液和浓H2SO4 C、AgNO3溶液和碱石灰 D、饱和NaHCO3溶液和碱石灰

3、能鉴别SO2和CO2的试剂是( A )
A、品红溶液 C、氯化钡溶液 B、澄清石灰水 D、湿润的蓝色石蕊试纸

4、下列物质能使品红溶液褪色的是( D )

①干燥Cl2 ②NaClO
A、③④ B、②③④

③SO2

④活性炭
D、①②③④

C、①②

*5、将2体积的SO2和1体积的Cl2(同温同压下)充分 混合后,通入加有品红溶液的BaCl2溶液中,可观察 到的现象是( A、B ) A、溶液褪色 C、溶液不褪色 B、产生白色沉淀 D、产生黄色沉淀

C、实验室制法
原理: Na2SO3 + H2SO4(浓) → Na2SO4 + SO2↑ + H2O 装置:一般气体发生器(不用启普) 检验:品红溶液褪色(不用紫色石蕊)

收集:向上排空气法
吸收:碱溶液(NaOH溶液),工业(氨水)

d. 亚硫酸和亚硫酸盐
① H2SO3 二元中强酸 弱电解质 H2SO3 H+ + HSO3HSO3具酸通性
不稳定 H2SO3 → H2O + SO2↑ H+ + SO32-

还原性: 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4 PH↓ Br2水 H2SO3 + Br2 + H2O → H2SO4 + 2HBr Cl2 I2 KMnO4(H+ )褪色

氧化性: H2SO3 + 2H2S → 3S↓ + 3H2O

②亚硫酸盐(NH4+ Na+ K+可溶)
2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4

Na2SO3 + Cl2 + H2O → Na2SO4 + 2HCl(自来水中 用于除氯)

(2)SO3(硫酐)
无色固体,熔沸点低(熔点16.8℃,沸点 44.8 ℃ ),易挥发 具有酸性氧化物的通性

SO3 + H2O →H2SO4

剧烈反应,产生酸雾

2、酸雨
(1)酸雨 PH< 5.6的雨水

(2)形成酸雨的原因 大量燃烧含硫的燃料,煤和石油 形成酸雨的气体 SO2 (主要) NOx(氮氧化物) 雨水:PH 4.8---4.6 PH值变小 SO2 + H2O → H2SO3 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4 烟尘中的氧化物微粒 也有2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4

(4)成份 H2SO4(主要) HNO3 其它 有机酸 (5)危害P8 (6)防治 低硫燃烧,燃料脱硫,改变燃料质量 燃烧后脱硫处理 改变能源结构(新能源) 绿化

二、二氧化硫的污染

酸雨在国外被称为“空中死神” 酸雨可对森林植物产生很大危害。 根据国内对 105 种木本植物影响 的模拟实验,当降水 pH 值小于 3.0 时,可对植物叶片造成直接的 损害,使叶片失绿变黄并开始脱 落。叶片与酸雨接触的时间越长, 受到的损害越严重。野外调查表 明,在降水 PH 值小于 4.5 的地区, 马尾松林、华山松和冷杉林等出 现大量黄叶并脱落,森林成片地 衰亡。例如重庆奉节县的降水 pH 值小于 4.3 的地段,20 年生马尾 松林的年平均高生长量降低 50%。

左侧图片摄于1908年

右侧图片摄于1968年

乐 山 大 佛 遭 受 酸 雨 腐 蚀

平 静 的 湖 水 却 缺 少 了 生 机

酸雨给地球生态环境和人类社会经济都带来严重的影响和破 坏。研究表明,酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹 等人文景观均带来严重危害,不仅造成重大经济损失,更危 及人类生存和发展。酸雨使土壤酸化,肥力降低,有毒物质 更毒害作物根系,杀死根毛,导致发育不良或死亡。酸雨还

杀死水中的浮游生物,减少鱼类食物来源,破坏水生生态系
统;酸雨污染河流、湖泊和地下水,直接或间接危害人体健 康;酸雨对森林的危害更不容忽视,酸雨淋洗植物表面,直 接伤害或通过土壤间接伤害植物。促使森林衰亡。酸雨对金 属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用,因

而对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害。在酸雨
区,酸雨造成的破坏彼彼皆是,触目惊心。


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