高中化学必修第一册 专题四 硫循环与污染防治 知识清单

高中化学必修第一册专题四硫循环与污染防治知识清单一、核心素养导航：从元素观、变化观到社会责任【学科素养定位】本单元的学习，不仅仅是掌握二氧化硫的化学性质，更重要的是构建“元素观”与“转化观”，理解硫元素在自然界中的循环规律及其在人类活动干预下的失衡。同时，通过“酸雨防治”这一真实情境议题，培养“科学探究与创新意识”及“科学态度与社会责任”，形成“绿色化学”的核心思想。这是新高考命题从“知识立意”向“素养立意”转变的关键落脚点。（一）宏观辨识与微观探析能从物质分类（酸性氧化物）和元素价态（硫元素中间价态+4价）的视角，宏观识别二氧化硫的物理性质（色、味、态、溶解性），并从微观结构（分子极性、硫原子氧化数）预测和解释其化学性质（酸性、氧化性、还原性、漂白性）的多样性与复杂性【基础】【重点】。（二）变化观念与平衡思想能够运用“氧化还原反应”和“离子反应”的原理，理解SO2在大气中转化为SO3、H2SO4的化学过程（酸雨形成）。能够分析SO2与水反应（可逆反应）的限度问题，建立动态平衡的初步印象【难点】。（三）证据推理与模型认知通过“SO2性质探究实验”与“废气脱硫工艺流程”的学习，建立“性质决定用途，用途体现性质”的认知模型。能够依据实验现象（如品红褪色、高锰酸钾褪色、沉淀生成）反推物质的存在与变化，构建“物质检验与鉴别”的思维模型【高频考点】。（四）科学探究与创新意识能从“防治SO2污染”的实际问题出发，提出假设（如如何吸收SO2），设计实验方案（如对比不同吸收剂的效率），并对方案进行评价与优化（如工艺流程的优劣分析），培养解决复杂问题的创新意识【难点】【拓展】。（五）科学态度与社会责任深刻理解“绿水青山就是金山银山”的发展理念。认识酸雨的成因、危害及防治措施，辩证看待化学工业发展与环境保护的关系。形成节约资源、保护环境的可持续发展意识，树立作为未来公民参与社会治理的责任感【热点】【价值观】。二、知识体系构建：硫的循环与二氧化硫的双重角色（一）自然界中的硫循环：大概念统摄1.硫元素的存在形态：【基础】游离态（单质硫，主要在火山口或地下矿床）和化合态。【基础】化合态主要包括：硫化物（如黄铁矿FeS2、闪锌矿ZnS、辰砂HgS）、硫酸盐（如石膏CaSO4·2H2O、芒硝Na2SO4·10H2O）以及有机硫（如动植物蛋白质中的含硫氨基酸）。2.循环路径：【拓展】释放途径：火山喷发（SO2、H2S气体）、生物遗体分解（H2S）、化石燃料燃烧（SO2）、含硫矿物冶炼（SO2）。【拓展】迁移与转化：大气中的SO2、SO3通过降水形成硫酸，进入土壤和海洋；硫酸盐被微生物或植物吸收，转化为有机硫；动植物死亡后，有机硫在厌氧条件下又被微生物分解为H2S返回大气或矿物中。【非常重要】人类活动的干预：工业化以来，大量开采和使用化石燃料及金属矿物，打破了亿万年形成的硫循环平衡，导致大气中SO2浓度急剧升高，这是酸雨等环境问题产生的根源。（二）二氧化硫（SO2）的全面认知1.物理性质【基础】【高频考点】：色味态：无色、有刺激性气味的有毒气体。密度：密度比空气大（用于向上排空气法收集）。溶解性：易溶于水（常温常压下，1体积水能溶解约40体积SO2）。这是其与水反应的前提，也是造成湿法脱硫工艺可行性的基础。液化：易液化（10℃），液态SO2是良好的非水溶剂。2.化学性质【核心】【重中之重】：SO2作为酸性氧化物（+4价硫的氧化物），兼具氧化性和还原性，并有特殊的漂白性。（1）酸性氧化物的通性：与水反应：SO2+H2O⇌H2SO3（亚硫酸）。【重要】此反应为可逆反应，反应不完全，且生成的亚硫酸是中强酸，不稳定，易分解。这是硫酸型酸雨形成的途径之一。与碱反应：SO2（少量）+2NaOH→Na2SO3+H2O（生成亚硫酸钠）SO2（过量）+NaOH→NaHSO3（生成亚硫酸氢钠）【易错点】注意产物与SO2用量的关系，类似于CO2与碱的反应，但SO2的还原性使其后续更易被氧化。与碱性氧化物反应：SO2+CaO→CaSO3（这是燃煤固硫的基本原理，将SO2转化为亚硫酸钙固体，防止其逸出）。（2）还原性（核心性质，S为+4价，可升至+6价）【高频考点】：与氧气反应：2SO2+O2⇌2SO3（工业制硫酸的关键反应，需催化剂、加热）。SO3遇水剧烈反应生成H2SO4：SO3+H2O→H2SO4，同时放出大量热。与卤素单质（如氯水、溴水、碘水）反应：SO2+Cl2+2H2O→H2SO4+2HCl（离子方程式：SO2+Cl2+2H2O→4H++SO42+2Cl）。【非常重要】这一反应常被用来检验SO2与Cl2的共存问题，或解释等物质的量混合时漂白性减弱的现象。与强氧化性盐溶液反应：使酸性KMnO4溶液褪色：5SO2+2MnO4+2H2O→2Mn2++5SO42+4H+。【高频考点】此反应常用于SO2的定量测定和定性检验，体现了SO2的强还原性。使FeCl3溶液变色（由棕黄色变为浅绿色）：SO2+2Fe3++2H2O→SO42+2Fe2++4H+。与硝酸反应：SO2通入硝酸中，被氧化为H2SO4，硝酸被还原为NO或NO2等。（3）氧化性（S为+4价，可降至0价或2价）：与强还原剂（如H2S）反应：SO2+2H2S→3S↓+2H2O。【重要】该反应可生成淡黄色沉淀（硫单质），体现了SO2的氧化性。这个反应也可以解释为什么在H2S和SO2的混合气体会发生反应生成硫磺。（4）漂白性【高频考点】【难点辨析】：原理：SO2能与某些有色物质（如品红、草帽、纸张）结合生成不稳定的无色加合物。这种漂白是暂时性的，属于非氧化还原的化合型漂白。特性检验：使品红溶液褪色，加热后颜色恢复（浅红色）。这是鉴别SO2的特征反应，也是区别于Cl2、O3、Na2O2、H2O2、活性炭漂白的关键。【深度辨析】与常见漂白剂的对比：Cl2（HClO）：氧化还原漂白，永久性，可漂白所有有机色质。Na2O2、H2O2、O3：氧化还原漂白，永久性。活性炭：吸附型漂白，物理变化，非化学漂白。SO2：化合型漂白，可逆、暂时，具有选择性（主要对品红有效，对石蕊无效）。3.实验室制法【基础】：原理：Na2SO3+H2SO4（中等浓度）→Na2SO4+SO2↑+H2O（或离子方程式：SO32+2H+→SO2↑+H2O）。装置：固体+液体→气体型（类似于H2或CO2的发生装置，注意分液漏斗用于滴加酸液）。收集：向上排空气法（密度大于空气）。尾气吸收：用NaOH溶液吸收（防污染）。【特别注意】不宜用浓硫酸，因为浓硫酸虽能提供H+，但其强氧化性会将生成的SO2部分氧化，导致气体不纯；也不宜用稀硫酸，因为反应速率较慢且亚硫酸钙可能微溶。通常选用中等浓度的硫酸或盐酸。4.SO2的检验与鉴别【高频考点】【解题模型】：（1）单一气体的检验：第一步：通入品红溶液，褪色。第二步：将褪色后的溶液加热，恢复红色。→证明是SO2。（2）SO2与CO2混合气体的检验（存在干扰，必须排除SO2干扰）：【解题核心流程】先检验SO2→除去SO2→确认SO2已除尽→再检验CO2。流程设计：气体→品红溶液（试剂A，检验SO2，现象：褪色）→酸性KMnO4溶液或溴水（试剂B，除去SO2，现象：颜色变浅但不褪尽，或完全褪色）→品红溶液（试剂C，确认SO2已除尽，现象：不褪色）→澄清石灰水（试剂D，检验CO2，现象：变浑浊）。【易错点】不可直接通入澄清石灰水，因为SO2也能使澄清石灰水变浑浊（生成CaSO3沉淀）。（3）与CO2鉴别的常用试剂：能用：品红溶液（SO2褪色，CO2不褪）、氢硫酸（H2S溶液）（SO2生成沉淀，CO2无现象）、酸性KMnO4溶液（SO2褪色，CO2不褪）、溴水（SO2褪色，CO2不褪）、FeCl3溶液（SO2变色，CO2无现象）。不能用：澄清石灰水（均变浑浊）、紫色石蕊试液（均变红，但SO2不能漂白石蕊，只是酸性）。三、环境视角深化：酸雨的成因、危害与防治（一）酸雨的定义与标准【基础】：概念：指pH小于5.6的雨水（包括雪、雾、雹等）。正常的雨水因溶有CO2，pH约为5.6。【重要】注意区分：pH<7的雨水不一定都是酸雨，必须是pH<5.6。（二）硫酸型酸雨的形成机理【核心】：来源：主要来自化石燃料（煤、石油）的燃烧，以及含硫金属矿石的冶炼过程中排放的SO2。形成途径【高频考点】：途径一（催化氧化）：2SO2+O2尘粒/光照2SO3，SO3+H2O→H2SO4（硫酸小液滴）。途径二（液相氧化）：SO2+H2O→H2SO3（亚硫酸），2H2SO3+O2→2H2SO4。空气中的飘尘（如锰、铁等的化合物）对此过程起催化作用。【拓展】降水中的硫酸最终以硫酸根离子形式存在，导致水体酸化。（三）酸雨的危害【热点】【社会责任】：1.对水体的危害：使湖泊、河流酸化，影响鱼类和水生生物的生长与繁殖，严重时导致水生生物死亡，湖泊变成“死湖”。2.对土壤的危害：加速土壤中营养元素（K+、Ca2+、Mg2+等）的淋失，使土壤贫瘠；同时活化土壤中的重金属离子（如铝、铅、镉等），毒害植物根系，并通过食物链危害人体健康。3.对植物的危害：直接破坏植物的叶面角质层，影响光合作用，导致森林大面积死亡，农作物减产。4.对建筑物的危害：腐蚀大理石（CaCO3）建筑、金属材料、油漆涂层等。如：CaCO3+H2SO4→CaSO4+CO2+H2O（生成的石膏易溶于水或膨胀，使建筑物表面疏松剥落，俗称“黑壳”效应）。5.对人体健康的危害：酸雨中的SO2和硫酸雾的毒性比SO2本身高数倍，可诱发呼吸道疾病，危害人体健康。（四）酸雨的防治措施：源头控制与末端治理【核心】【高频考点】：1.源头控制（调整能源结构）：开发清洁能源（如太阳能、风能、氢能、核能等），替代煤和石油；推广使用天然气等相对清洁的化石燃料。2.过程控制（技术改进）：对煤进行洗选加工，去除部分硫分（物理脱硫）；改进燃烧技术，降低SO2产生量。3.末端治理（烟气脱硫）：这是当前最有效的防治手段，主要方法如下【非常重要】【工艺流程】：（1）石灰石/石灰石膏法（湿法脱硫）：原理：利用石灰石（CaCO3）或石灰（CaO、Ca(OH)2）的浆液吸收烟气中的SO2。反应：Ca(OH)2+SO2→CaSO3（亚硫酸钙）+H2O2CaSO3+O2→2CaSO4（石膏）或2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2优点：技术成熟，脱硫效率高（可达90%以上），原料来源广泛、廉价，副产品石膏可作建材。（2）氨法脱硫：原理：利用氨水吸收SO2，生成亚硫酸铵或亚硫酸氢铵，再氧化为硫酸铵。反应：NH3+H2O+SO2→NH4HSO32NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO32(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4优点：脱硫效率高，副产品硫酸铵可作为化肥，实现了资源的回收利用，无固体废弃物。（3）活性炭吸附法：利用活性炭的吸附性能和催化性能，将SO2转化为H2SO4。（4）海水脱硫：利用海水的天然碱度吸收SO2（适用于沿海电厂）。4.管理措施：健全法律法规，严格排放标准，加强环境监测与执法力度。四、空气质量评价与细颗粒物（一）空气质量指数（AQI）【基础】【常识】：定义：定量描述空气质量状况的无量纲指数。它根据空气中细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等六项污染物的浓度计算得出。【重要】指数越小，空气质量越好，对人体健康危害越小。指数最大的污染物被确定为首要污染物，其指数即为该地区的AQI。（二）PM2.5与雾霾【热点】：概念：PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，也称细颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，富含大量有毒、有害物质，且在大气中停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。雾霾：大量极细微的颗粒物（如PM2.5）均匀悬浮在空气中，使空气水平能见度小于10千米的混浊现象。它与SO2、NOx等气态污染物经化学反应转化形成的二次颗粒物密切相关。五、考点、考向与解题策略精析【非常重要】【高频考点】本单元是高中化学元素化合物知识的重点，也是学业水平测试和高考的必考内容。考查形式多样，选择题、填空题、实验探究题、工艺流程题均可出现。（一）常见题型与考向1.基础选择题：直接考查SO2的物理性质（颜色、气味、溶解性）、化学性质（漂白性、还原性、酸性氧化物通性）及对应的实验现象。例：下列有关SO2的说法正确的是？/下列溶液能用来鉴别SO2和CO2的是？2.实验探究题：以SO2性质探究为主线，设计综合实验。考向包括：仪器连接（洗气瓶用途）、试剂选择（品红检验、KMnO4除杂）、现象描述、尾气处理、实验方案评价（如是否需要防倒吸、如何确保除尽）。3.环境综合题：结合酸雨、雾霾等环境热点，考查SO2的来源、危害、防治措施。可能涉及化学方程式的书写（如酸雨形成、烟气脱硫）。4.工艺流程题：以工业废气处理（如石膏法、氨法脱硫）为背景，考查学生对流程步骤的理解、反应原理的分析、物质循环利用的识别以及简单的定量计算。5.氧化还原反应计算题：基于SO2的还原性，与KMnO4、Cl2、O2等发生氧化还原反应，进行相关计算（如求浓度、求含量）。（二）核心解题模型与易错点辨析【重要】模型一：SO2性质检验的“三步走”策略情境：证明某气体中含有SO2和CO2。策略：先利用SO2的特性（品红）证明其存在；然后利用SO2的还原性（酸性KMnO4）将其完全吸收；最后用澄清石灰水证明CO2存在。关键操作：在通入澄清石灰水前，必须再次通过品红溶液，确认SO2已除尽，否则SO2会干扰CO2的检验（SO2也能使石灰水变浑浊）。易错点：忽略了“SO2已除尽”的检验步骤，直接得出CO2存在的结论。模型二：SO2漂白性与氯水漂白性的深度辨析情境：将SO2和Cl2等物质的量混合后通入品红溶液，漂白效果如何？分析：SO2+Cl2+2H2O→H2SO4+2HCl。两者恰好反应生成无漂白性的H2SO4和HCl，因此失去漂白作用，品红溶液不褪色或褪色很浅。拓展：若SO2过量，混合后通入品红，溶液可能先褪色（SO2过量导致的暂时性漂白）；若Cl2过量，混合后通入品红，溶液可能褪色且加热不复原（Cl2氧化漂白）。易错点：误以为两种漂白剂混合后漂白效果“强强联合”。模型三：离子共存问题中的SO2/亚硫酸盐SO2水溶液（亚硫酸）及亚硫酸盐（SO32、HSO3）因其还原性和弱酸性，在离子共存题中需特别注意。不能与强氧化性离子大量共存：如MnO4、ClO、Fe3+、NO3（H+）等。HSO3既不能与H+大量共存（生成SO2），也不能与OH大量共存（生成SO32和H2O）。SO32不能与H+大量共存（生成SO2），也不能与Ca2+、Ba2+等大量共存（生成微溶或难溶的亚硫酸钙、亚硫酸钡，但亚硫酸钡可溶于强酸，区别于硫酸钡）。（三）难点突破：二氧化硫与过氧化钠、次氯酸钙等的反应分析1.与Na2O2反应：SO2具有还原性，Na2O2具有强氧化性，两者相遇发生氧化还原反应，不是简单的酸性氧化物与碱性氧化物的反应。主要反应为：SO2+Na2O2→Na2SO4。2.与Ca(ClO)2溶液反应：SO2通入Ca(ClO)2溶液中，SO2将被ClO氧化为SO42，同时溶液酸性增强，导致Ca2+与SO42结合生成微溶的CaSO4沉淀。总反应：Ca(ClO)2+2SO2+2H2O→CaSO4↓+H2SO4+2HCl。此反应中，SO2既表现还原性，又表现酸性氧化物的性质。3.与BaCl2、Ba(NO3)2溶液反应：SO2通入BaCl2溶液：无现象（不反应，因为弱酸不能制强酸）。SO2通入Ba(NO3)2溶液：产生白色沉淀（BaSO4）。因为NO3在酸性条件下（SO2溶于水形成H2SO3，提供H+）具有强氧化性，将SO32或H2SO3氧化为SO42，进而与Ba2+生成BaSO4沉淀。【高频考点】【易错点】（四）定量计算：空气或废气中SO2含量的测定常用方法：碘量法或KMnO4法。原理：利用SO2的还原性，用一定浓度的氧化剂（如I2溶液、KMnO4溶液）进行滴定。示例