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3.3 硫循环和氮循环
第二章 海洋中的卤素资源
授课人：
学习要点
一、
自然界中的硫循环
二、
自然界中的氮循环
三、
三、
酸雨
课堂导入
硫循环，是指硫在大气、陆地生命体和土壤等几个分室中的迁移和转化过程。化石燃料的燃烧、火山爆发和微生物的分解作用是它的来源。
那么，自然界中的硫元素是如何转化的呢？
知识梳理
自然界中硫的存在与转化
部分硫
SO2
光照、H2O、O2
氧化
H2SO3
H2SO4
S
H2S
微生物
还原
SO3
地表
H2S
大气
火山爆发
与砷、铁、汞等元素化合
受空气中氧气和水等作用
地下
石膏(CaSO4 2H2O)、芒硝(Na2SO4 10H2O)
黄铁矿
雌黄
雄黄
辰砂
FeS2
As2S3
As4S4
HgS
含硫
矿物
●自然界中的硫循环
自然界中硫的存在与转化
●自然界中的硫循环
不同价态含硫物质的转化
1.不同价态硫元素的转化与性质
硫元素常见的化合价有-2、0、+4、+6，可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。
利用氧化剂，可将硫元素从低价态转化为高价态；
利用还原剂，可将硫元素从高价态转化为低价态。
●自然界中的硫循环
2.不同价态含硫物质的转化
序号 转化目标 转化前的含硫物质 选择试剂 转化后的含硫物质
① －2→0 H2S O2(不足) S
SO2 ② 0→－2 S H2 H2S
Fe或Cu FeS或Cu2S
③ －2→＋4 H2S O2(足量) SO2
④ 0→＋4 S O2 SO2
⑤ ＋4→0 SO2 H2S S
⑥ ＋4→＋6 SO2 O2 SO3
Cl2 H2SO4
⑦ ＋6→＋4 H2SO4 Cu SO2
●自然界中的硫循环
●自然界中的硫循环
【总结】不同价态硫元素的转化,可通过氧化还原反应实现
(1)价态与性质
①－2价硫处于最低价态，只有还原性，可被O2、Cl2等氧化剂氧化为S；
②0价、＋4价硫处于中间价态，既有氧化性又有还原性；
③＋6价硫处于最高价态，只有氧化性。
●自然界中的硫循环
硫单质及其化合物之间的转化规律
规律一：只靠拢，不交叉
当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降
-2
S
0
SO2
+4
+6
SO3、H2SO4
被氧化
被还原
H2S
①S和S发生氧化还原反应时，只能转化为中间价态，不可能交叉
-2
+6
H2SO4(浓)
H2S＋
S↓＋ SO2↑ ＋H2O
升高2价
降低2价
●自然界中的硫循环
硫单质及其化合物之间的转化规律
规律一：只靠拢，不交叉
当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降
-2
S
0
SO2
+4
+6
SO3、H2SO4
被氧化
被还原
H2S
②相邻价态的两物质间不发生氧化还原反应
③含硫物质典型的归中反应
如：S和H2S、 S和SO2， SO2和H2SO4 之间均不发生氧化还原反应。
2H2S + SO2 3S+ 2H2O
2Na2S+Na2SO3+3H2SO4 3Na2SO4+ 3S↓+ 3H2O
●自然界中的硫循环
硫单质及其化合物之间的转化规律
规律二：邻位价态原则
① S处于硫元素的最低价态，只有还原性。它与氧化剂反应，一般会升至相邻的价态。
0
H2S+2FeCl3 2HCl+2FeCl2+S↓
0
-2
3S+6KOH 2K2S+K2SO3+3H2O
0
-2
+4
②S能发生自身氧化还原反应(即歧化反应)，在反应时分别升至和降至与其相邻的价态。
0
●自然界中的硫循环
硫单质及其化合物之间的转化规律
规律二：邻位价态原则
③S和S处于中间价态，既有氧化性又有还原性。与弱氧化剂作用时，被氧化成相邻的高价态；与弱还原剂作用时，被还原成相邻的低价态。
0
+4
S
SO2
SO3
H2S
O2 (不足)
H2S
O2
O2
H2( )
或NO2
0
+4
+6
-2
④S 处于硫元素的最高价态，只有氧化性。遇到还原剂时，一般降至相邻的价态。
+6
Cu＋2H2SO4(浓)
CuSO4＋SO2↑＋2H2O
+6
+4
●自然界中的硫循环
硫单质及其化合物之间的转化规律
规律三：含硫物质的连续氧化规律
硫
元素
H2S
SO2
SO3
H2SO4
足量O2
O2
H2O
S
SO2
SO3
H2SO4
O2
O2
H2O
●自然界中的硫循环
●自然界中的氮循环
氮循环是自然界中又一种重要的物质循环方式，其主要的化学过程如下：
空气中的氮气与氧气在放电条件下反应，使游离态的氮转化为化合态的氮。
自然界中，通过这种固氮所形成的含氮化合物很少，大部分是来自生物固氮。生物固氮酶将空气中的氮气还原为氨，氨溶于水后产生铵根离子，被植物吸收。
●自然界中的氮循环
铵根离子经土壤中细菌的作用转化为硝酸根离子，这种氧化过程称为硝化作用。硝酸根离子是可被植物吸收的另一种形态。
在氧气不足的条件下，土壤中的细菌又将硝酸根转化为氮气，且从土壤中释放出来。这是硝酸根在土壤中的细菌作用下被还原的过程，称为反硝化作用。
●自然界中的氮循环
氮及其化合物之间的相互转化
图中序号所代表反应的化学方程式为
●自然界中的氮循环
●自然界中的氮循环
酸雨及防治
酸雨：pH＜5.6 的雨水
雨水一般呈弱酸性， pH≈5.6
CO2+H2O H2CO3
排放的酸性气体未经处理而排放到空气中，可能导致降雨的酸性增强
●酸雨
酸雨及防治
酸雨的类型
硫酸型酸雨的形成过程
①
①
②
③
④
H2SO3
SO2
+
H2O
SO3＋H2O H2SO4
2H2SO3 + O2 2H2SO4
2SO2+O2 2SO3
粉尘等催化剂
●酸雨
酸雨及防治
酸雨的类型
硝酸型酸雨的形成过程
①
②
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
●酸雨
酸雨及防治
酸雨对环境的危害
导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源，危害人体健康
直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化
加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀
●酸雨
酸雨及防治
酸雨的防治
消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源
●酸雨
酸雨及防治
酸雨的防治
对酸性物质的排放加以控制
控制汽车尾气排放
燃料脱硫处理，废气中二氧化硫回收利用
●酸雨
酸雨及防治
酸雨的防治
酸雨的防治
健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识
●酸雨
环境污染 形成原因 主要危害
温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰川融化
酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物
光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长
臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华
白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境
常见的环境污染
●酸雨
课堂精练
C
1.下列关于硫的叙述中不正确的是( )
A.在自然界中既有化合态的硫又有游离态的硫
B.游离态的硫存在于火山喷口附近或地壳的岩层里
C.实验室常用酒精除去附着在试管壁上的硫黄
D.硫是黑火药的主要成分之一
2.A、B、C、D、E五种物质中含有同一种元素，A是淡黄色固体，其相互转化关系如图所示，回答下列问题：
(1)写出B、E的化学式：B____、E_______。
H2S
H2SO4
(2)写出C→D的化学方程式：____________________。
(3)将足量的物质C通入BaCl2溶液中，下列说法正确的是______(填序号)。
①溶液没有明显变化
②溶液中出现白色沉淀
③若继续通入Cl2，则溶液中出现白色沉淀
①③
2SO2+O2 2SO3
催化剂
3.当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降，可用下图表示
写出③④⑤的化学方程式
③____________________；
④ ____________________ ；
⑤_______________________。
SO2＋2H2S===3S＋2H2O
S
SO2
SO3
H2S
O2 (不足)
H2S
O2
O2
H2( )
或NO2
(1)
①
②
③
④
⑤
2SO2+O2 2SO3
催化剂
S2+H2 2H2S
写出①②⑤的化学方程式
①_________________________________________________________；
②_________________________________________________________；
⑤_________________________________________________________。
2Na2S＋O2＋2H2O===4NaOH＋2S↓
2Na2SO3＋O2===2Na2SO4
3.当硫元素的化合价升高或降低时，一般升高或降低到其相邻的价态，即台阶式升降，可用下图表示
3S＋6NaOH 2Na2S＋Na2SO3＋3H2O
S
Na2SO3
Na2SO4
Na2S
O2
Na2S、H+
NaOH
O2
NaOH
(2)
①
③
②
⑤
④
4.氮及其化合物的变化关系如下所示：
则下列说法不正确的是( )
A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C.上述所有反应都是氧化还原反应
D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
D
5.现有以下几种措施：
①对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理；②少用原煤作燃料；③燃煤时鼓入足量空气；④开发清洁能源。
其中能减少酸雨产生的措施是( )
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
C
6.现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
测试时间/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
(1)分析数据，回答下列问题：
①雨水样品的pH变化的原因是
_______________________________________________(用化学方程式表示)
H2SO3
SO2
+
H2O
2H2SO3 + O2 2H2SO4
②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变___，原因是_________
______________________________________________________ (用化学方程式表示)。
小
Cl2＋2H2O
＋SO2===H2SO4＋2HCl或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl
(2)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是____(填字母)。
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源
A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤
C

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