有关二氧化硫知识的梳理与拓展

■李晓峰（正高级教师）

二氧化硫是高中化学氧族元素（第ⅥA族）硫的氧化物中最重要的氧化物，具有多种性质，知识涉及面广。为了全面地学习有关二氧化硫的知识，现从性质、制备、环保等多方面对二氧化硫知识进行归纳总结，并适当拓展延伸，来帮助同学们提高学习效率。

一、二氧化硫的性质与知识延伸

【物理性质】二氧化硫为无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水。通常状况下，1体积的水可以溶解约40体积的SO2。

注意:（1）在对SO2物理性质的学习中，还要掌握闻气体气味的正确方法，即用手轻轻地在瓶口扇动，使少量气体飘进鼻孔。（2）会设计气体溶于水的探究实验，即将充满气体的试管倒扣到水中，观察描述现象，得结论。（3）熟知SO2可用于抑制酒类中细菌生长，可在葡萄酒中微量添加。

【化学性质】SO2化学性质思维导图（见图1）:

图1

1.具有酸性氧化物的通性。

（1）SO2与H2O 反应。

SO2可溶于水，能与水反应生成中强酸H2SO3，化学方程式为SO2＋H2OH2SO3。

延伸：H2SO3H＋＋使指示剂变色，SO2能使石蕊试液变红色。注意:SO2不能使指示剂褪色。

（2）SO2与碱反应。

①SO2与NaOH 溶液反应。

a.当NaOH 足量时，反应的化学方程式为SO2＋2NaOH＝＝Na2SO3＋H2O。

b.当NaOH 不足量时，反应的化学方程式为SO2＋NaOH＝＝NaHSO3。

②SO2逐渐通入少量澄清石灰水中。

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

现象:先生成白色沉淀，后沉淀溶解。

延伸：①SO2尾气可用NaOH 溶液吸收。②SO2或CO2逐渐通入少量澄清石灰水中，如何区别这两气体？

（3）SO2可与碱性氧化物或某些盐反应。

①SO2与CaO 反应生成CaSO3，化学方程式为SO2＋CaO＝＝CaSO3。

②SO2与Na2SO3溶液反应生成NaHSO3，化学方程式为SO2＋Na2SO3＋H2O＝＝2NaHSO3。

延伸：烟气脱硫，可在煤中加入一定量的生石灰，以减少SO2的排放。

2.SO2的还原性（主要）。

由于SO2中硫元素处于＋4 价，可升可降，氧化性、还原性均具有，多数情况下其还原性占主导。

（1）SO2被O2氧化成SO3，反应化学方程式为2SO2＋O2。

延伸：①工业制硫酸的过程中，为防催化剂中毒，在SO2催化氧化前必须净化。②SO2与O2通常情况下不发生反应，可以共存。③由S不能通过一步反应生成SO3。

（2）SO2的水溶液能被X2（Cl2、Br2、I2）氧化，如SO2能使溴水褪色，反应的化学方程式为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（紫红色）褪色，离子反应方程式为。

（4）SO2能被Fe3＋溶液氧化，溶液由浅黄色变为浅绿色。离子反应方程式为2Fe3＋＋。

延伸：①由 反 应SO2＋Cl2＋2H2O＝＝2HCl＋H2SO4，即离子反应方程式为Cl2＋，可解释SO2与Cl2等体积混合，通过水蒸气，毒性消失、漂白性丧失，及向二氧化硫的水溶液中通入氯气，溶液酸性增强、导电能力增强等原因。②二氧化硫通入溴水或酸性高锰酸钾溶液，溶液褪色的实质是二氧化硫还原性所致，并不是因为二氧化硫的漂白性。

3.SO2的氧化性（次要）。

将SO2通入氢硫酸（H2S 溶液）中的实验现象:产生淡黄色沉淀。化学反应方程式为2H2S＋SO2＝＝3S↓＋2H2O。

延伸：①常考查氧化产物及还原产物比值。②可用来举例解释个别酸性氧化物能和酸发生氧化还原反应。③解释可溶性亚硫酸盐（如Na2SO3）与可溶性金属硫化物（如Na2S）在酸性条件下混合产生淡黄色沉淀的原因。

例1下列实验报告记录的实验现象正确的是（ ）。

解析

SO2溶于水生成H2SO3，溶液呈酸性，通入石蕊试液显红色；通入品红溶液中，品红褪色；c中SO2被氯水氧化为，再生成硫酸钡白色沉淀，同时因Cl2的消耗，溶液变无色。d 中SO2与氢氧化钠反应生成Na2SO3，再生成BaSO3白色沉淀。

答案：C

4.SO2的漂白性。

漂白原理:SO2＋H2O＋有色物质不稳定无色物质有色物质

特别注意:SO2的漂白具有局限性，不能漂白酸碱指示剂等有色物质。

延伸：①SO2与Cl2的漂白性比较（见表1），两种气体虽然都有漂白性，但原理及现象不同。Cl2的漂白性是由于溶于水生成的HClO 有强氧化性，将有色物质氧化成无色物质，褪色后不能恢复到原来颜色，即永久漂白；而SO2是由于溶于水生成的H2SO3与有色物质直接结合，形成不稳定的无色化合物，褪色后在一定条件下又能恢复原来的颜色，即暂时漂白。②尽管SO2具有漂白性，但它有毒，所以禁止用二氧化硫对食品进行熏制。

表1

续表

图2

例2某学生课外活动小组利用图2所示装置分别做如下实验:

（1）在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色，则原溶液可能是____溶液；加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是____。

（2）在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液变为红色，冷却后恢复无色，则此溶液可能是____溶液；加热时溶液由无色变为红色的原因是_____。

解析

实验装置的特点:试管口上套有气球，说明加热时会有气体逸出。①“红色溶液”可能是溶有酸性气体的石蕊溶液或溶有碱性气体的酚酞溶液。若是前者，加热后溶液由红色变为紫色，不符合“溶液颜色逐渐变浅”的条件，结论只有稀氨水和酚酞。②由无色溶液气体＋溶液变气体＋溶液无色。加热后放出气体且溶液变红，冷却后该气体可使红色溶液褪色，显然该气体有漂白作用，并且漂白是可逆的，符合条件的无色溶液只能是SO2漂白过的品红溶液。

答案：（1）稀氨水和酚酞 稀氨水中的NH3逸出，所以溶液的颜色变浅

（2）溶有SO2的品红 SO2气体逸出，品红溶液恢复红色

延伸（见表2）:

表2

续表

二、二氧化硫的制备

（1）实验室制备。

方法1:实验室采用的是较浓的硫酸和Na2SO3固体，利用强酸制弱酸的原理，其化学方程式为Na2SO3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋H2O。

方法2:实验室也可用铜和浓硫酸加热制取二氧化硫，利用浓硫酸强氧化性的原理，其化学方程式为Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

延伸：上述两种方法尽管都是固体与液体的反应，由于条件不同，装置类型不同。注意:尽管方法1的装置不需要加热，但因Na2SO3呈粉末状，所以不能用启普发生器制备。

（2）工业制备。

方法1:煅烧黄铁矿，化学方程式为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。

延伸：方法1 也是工业制硫酸的第一步反应，此反应常考氧化还原反应中电子转移的情况，也考查硫酸生产中黄铁矿样品与硫酸的有关计算。

例3如果用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，并能控制反应速度，图3中可选用的发生装置是____（填写字母）。

图3

解析

因Na2SO3与中等浓度浓硫酸反应不需加热且Na2SO3呈粉末状，所以可选用的发生装置为a和d。

答案：a、d

例4某课外研究性学习小组设计了如图4所示装置制取和验证SO2的性质。请回答下列问题:

图4

（1）图中仪器a的名称为_____。

（2）A 中发生反应的化学方程式是____。

（3）若C中溶液褪色，体现SO2具有_____性。

（4）过量NaOH 溶液与SO2反应的离子方程式为_____。

（5）向两支装有品红溶液的试管中，分别通入Cl2和SO4，发现两支试管中品红溶液均褪色，请设计实验证明哪支试管中通入的是SO2:___。

（6）该小组继续设计实验，相同条件下将Cl2和SO2两种气体按体积1∶1混合，再通入品红溶液中，观察溶液几乎不褪色。查阅资料知:两种气体按体积1∶1混合，再与水反应可生成两种常见的酸，因而失去漂白作用，该反应的化学方程式为_____。

解析

本实验考查二氧化硫漂白的可逆性及不稳定性，同时也考查二氧化硫的还原性，即可被酸性KMnO4溶液、Cl2等氧化；装置图也体现了二氧化硫尾气的处理。

答案：（1）分液漏斗

（5）将两支试管中的液体加热，恢复红色的液体中通入的是SO2。

三、硫的氧化物(SO2)的污染与治理

（1）来源:化石燃料的燃烧及含硫矿石的冶炼。

（2）危害:危害人体健康，污染大气，形成酸雨（pH 小于5.6）。

（3）治理:开发新能源，燃煤脱硫，改进燃烧技术，处理工业废气。

（4）硫酸型酸雨形成的两个途径:

延伸：酸雨样品放置时，随着时间的推移pH 变小，变化的主要原因是2H2SO3＋O2＝＝2H2SO4。

例5某实验小组采集了酸雨样品，随着时间的推移，多次对该样品的pH 进行测定，得到了如表3中的数据。

表3

试回答下列问题:

（1）酸雨样品放置时pH 变化的主要原因是（用化学方程式表示）____。

（2）如果将刚取样的上述酸雨和适量自来水混合，pH 将____（填“增大”“减小”或“不变”），原因是（用化学方程式表示）___。

解析

（1）酸雨样品放置过程中H2SO3被空气氧化。（2）和自来水混合，酸雨样品中的H2SO3被自来水中的Cl2氧化。

答案：（1）2H2SO3＋O22H2SO4

（2）减小 H2SO3＋Cl2＋H2O2HCl＋H2SO4

四、SO2 尾气处理的四种常见方法

方法1:钙基固硫法（见图5）。为防治酸雨，工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙，从而使硫转移到煤渣中，反应原理为

图5

方法2:氨水脱硫法。该脱硫法采用喷雾吸收法，雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，其反应的化学方程式为2NH3＋SO2＋H2O＝＝（NH4）2SO3，2（NH4）2SO3＋O2＝＝（NH4）2SO4（或生成NH4HSO3，然后进一步氧化）。

方法3:钠、碱脱硫法。钠、碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2，得到Na2SO3和NaHSO3，发生反应的化学方程式为2NaOH＋SO2＝＝Na2SO3＋H2O，Na2CO3＋SO2＝＝Na2SO3＋CO2，Na2SO3＋SO2＋H2O＝＝2NaHSO3。

方法4:双碱脱硫法。先利用烧碱吸收SO2，再利用熟石灰浆液进行再生，再生后的NaOH 碱液又可循环使用。化学反应原理:①吸收 反应2NaOH＋SO2＝＝Na2SO3＋H2O，2Na2SO3＋O2＝＝2Na2SO4。②再生反应Na2SO3＋Ca（OH）2＝＝CaSO3↓＋2NaOH，Na2SO4＋Ca（OH）2＝＝CaSO4↓＋2NaOH。

例6为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。试写出燃烧时，有关“固硫”反应的化学方程式:___。

解析

煤中含硫，硫燃烧时生成的酸性氧化物SO2与碱性氧化物CaO 作用生成含氧酸盐CaSO3，即CaO＋SO2＝＝CaSO3；在有空气存在和高温条件下，CaSO3易被空气中的O2氧化成CaSO4。即2CaSO3＋O22CaSO4（注意:该反应易漏写）。

答案：CaO＋SO2CaSO3，2CaSO3＋O22CaSO4

五、SO2 与CO2 的比较与鉴别

1.SO2与CO2的性质的比较（见表4）。

表4

2.SO2与CO2的鉴别。

SO2与CO2都能使澄清的石灰水变浑浊，若通入的气体过量，则沉淀都可消失。所以不能只用澄清的石灰水鉴别CO2和SO2。通常可用以下方法:

（1）用品红溶液。使品红溶液褪色的为SO2，不能使品红溶液褪色的为CO2。

（2）用氢硫酸。出现浑浊的为SO2，无明显现象的为CO2，2H2S＋SO2＝＝3S↓＋2H2O。

（3）用酸性KMnO4溶液。紫色褪去的为SO2，无明显现象的为CO2，2KMnO4＋5SO2＋2H2O＝＝K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。

（4）用溴水。使橙色褪去的为SO2，无明显现象的为CO2，Br2＋2H2O＋SO2＝＝2HBr＋H2SO4。

（5）用HNO3酸化的Ba（NO3）2。溶液产生白色沉淀的为SO2，无明显现象的为CO2，2HNO3＋3SO2＋2H2O＝＝3H2SO4＋2NO↑，Ba（NO3）2＋H2SO4＝＝BaSO4↓＋2HNO3。

（6）用FeCl3溶液，使棕黄色变绿色的为SO2，无明显现象的为CO2。

例7下列溶液能够区别SO2与CO2气体的是（ ）。

①澄清的石灰水 ②H2S溶液 ③酸性KMnO4溶液 ④氯水 ⑤品红溶液

A.①②③B.②③④

C.②③④⑤ D.全部

解析

SO2与CO2均属于酸性氧化物，它们都能与石灰水反应生成不溶性的盐，所以无法利用这一性质来区别SO2与CO2。但SO2具有氧化性，能将H2S溶液氧化生成单质硫（有淡黄色沉淀生成）；同时SO2也具有还原性，能被酸性KMnO4溶液和氯水氧化（溶液褪色）；SO2还具有漂白性，能使品红溶液褪色。而CO2没有这些性质。所以可以用②③④⑤来区别SO2与CO2。

答案：C

3.检验SO2和CO2同时存在的一般流程。

由于SO2与CO2都可使澄清的石灰水变浑浊，检验二者同时存在的一般流程如表5所示。

表5

注意:有时为了简化装置，可将除去SO2和检验SO2是否除尽合并为同一装置，并用较浓的酸性 KMnO4溶液，现象为酸性KMnO4溶液颜色变浅。

例8图6是检验某无色气体A 是SO2和CO2的混合气体的装置图，按要求回答下列问题。

图6

（1）B中加入的试剂是_____，作用是_____。

（2）C中加入的试剂是____，作用是____。

（3）D中加入的试剂是____，作用是____。

（4）实验时，C中应观察到的现象是_____。

解析

该题目的是检验某无色气体的成分，检验二氧化硫常用品红溶液，吸收二氧化硫一般可用酸性KMnO4溶液，检验二氧化碳常用澄清石灰水。但还要清楚在检验二氧化碳之前，必须除尽二氧化硫，因为二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，否则SO2对二氧化碳检验有干扰。C 装置的作用是除去SO2并检验SO2是否除尽，所以在叙述酸性高锰酸钾溶液颜色时只能变浅，但不能褪成无色，若褪成无色则不能证明二氧化硫已除尽。

答案：（1）品红溶液 检验SO2

（2）酸性KMnO4溶液 除去SO2并检验SO2是否除尽

（3）澄清石灰水 检验CO2

（4）酸性KMnO4溶液的颜色变浅但不褪成无色