高中化学 · 化工生产中的非金属：硫、氮与硅

硫

化工生产中的非金属：硫、氮与硅

Sulfur & Nitrogen · 酸雨与肥料背后的化学

金属这册告一段落，这章转向非金属元素家族。硫和氮是典型的多价态选手：−2、+4、+6 来回变；硅则是无机非金属材料的主角——芯片、玻璃、水泥都离不开它。这章也是化工生产（硫酸、硝酸、合成氨）的总览。

①

硫族

SO₂ 与硫酸

②

氮族

氨/硝酸/氮氧化物

③

硅

SiO₂ 与硅酸盐

④

材料

玻璃水泥陶瓷

开场场景：SO₂ 通入品红溶液，红色褪去；加热，红色又回来。这是漂白性可逆——SO₂ 与有色物质结合成无色不稳定化合物，和氯水那种氧化型漂白完全不同。

卡必背方程式 / 概念

SO₂：无色有刺激性气味、有毒、易溶于水；酸性氧化物，漂白性可逆（品红）

SO₂+水：SO₂+H₂O ⇌ H₂SO₃（亚硫酸，弱酸）

SO₂ 催化氧化：2SO₂+O₂ --催化剂/Δ--> 2SO₃（可逆，接触法制硫酸关键步）

浓硫酸三大特性：吸水性、脱水性、强氧化性；Cu+2H₂SO₄(浓) --Δ--> CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

氨：无色刺激性、极易溶于水（1:700），水溶液弱碱性；NH₃+H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺+OH⁻

氨催化氧化：4NH₃+5O₂ --催化剂/Δ--> 4NO+6H₂O（硝酸工业基础）

硝酸：强氧化性、不稳定见光分解；Cu+4HNO₃(浓)=Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

硅：半导体；SiO₂ 原子晶体，光导纤维主要成分；制玻璃：纯碱+石灰石+石英 SiO₂

口诀：SO₂ 漂白可逆、氯水氧化不可逆；浓硫酸脱水又氧化；氨水是弱碱不是强碱。

义是什么

硫的价态链：−2（H₂S）→0（S）→+4（SO₂、H₂SO₃）→+6（SO₃、H₂SO₄）。SO₂ 既有氧化性又有还原性，以还原性为主（能被 Br₂、氯水、酸性 KMnO₄ 氧化）。浓硫酸加热时才表现强氧化性，稀硫酸只表现 H⁺ 的酸的通性。

氮的价态链：−3（NH₃、铵盐）→0（N₂）→+2（NO）→+4（NO₂）→+5（HNO₃、硝酸盐）。NO 无色遇空气变红棕 NO₂；NO₂ 与水：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO。雷雨发庄稼：N₂→NO→NO₂→HNO₃→硝酸盐入土。

路怎么学 / 怎么想

硫酸工业三阶段：造气（焙烧硫铁矿 4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂）→接触氧化（V₂O₅ 催化 2SO₂+O₂⇌2SO₃）→吸收（用 98.3% 浓硫酸吸收 SO₃ 防酸雾）。硝酸工业：氨催化氧化→NO→NO₂→水吸收得硝酸。

硅及其化合物：Si 是亲氧元素，自然界只以 SiO₂ 和硅酸盐存在。SiO₂ 不溶于水、不与一般酸反应（除 HF）：SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O（雕刻玻璃）。硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷，是传统无机非金属材料。

典型例题：三道

例1：能鉴别 SO₂ 和 CO₂ 的试剂是？A 澄清石灰水 B 品红溶液 C 紫色石蕊 D BaCl₂ 溶液

审题：气体鉴别。

选 B。两者都能使石灰水变浑浊、都能使石蕊变红；SO₂ 能使品红褪色且加热复原，CO₂ 不能。

例2：铜与浓硫酸反应，被还原的 H₂SO₄ 与参加反应的 H₂SO₄ 物质的量之比？

审题：浓硫酸氧化性+酸性。

Cu+2H₂SO₄(浓)--Δ-->CuSO₄+SO₂↑+2H₂O。2 mol H₂SO₄ 中 1 mol 被还原为 SO₂，1 mol 成 CuSO₄ 起酸性作用。比为 1:2。

例3：实验室制氨气用什么药品？

审题：气体制备。

铵盐与碱共热：2NH₄Cl+Ca(OH)₂ --Δ--> CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O。收集用向下排空气法，试管口塞棉花防对流，干燥用碱石灰（不能用浓硫酸、CaCl₂）。

用途与案例

环境：酸雨

SO₂、NOₓ 排放形成硫酸型/硝酸型酸雨，腐蚀建筑、破坏植被。

材料：光导纤维

高纯 SiO₂ 拉成丝，光在里面全反射传递信息——互联网的'信息高速公路'。

展往哪儿长

初中衔接：你学过 CO₂ 使石灰水变浑浊；SO₂ 是它的'酸性氧化物兄弟'，但多了还原性和可逆漂白。

选必一：硫酸工业、合成氨的反应条件选择（温度、压强、催化剂）是化学平衡的应用。

防坑警示

把 SO₂ 漂白与氯水漂白混为一谈：SO₂ 是化合型漂白（可逆、不能漂白指示剂），氯水/HClO 是氧化型漂白（不可逆、能漂白指示剂）。另外浓硫酸常温不与 Cu 反应，必须加热；常温浓硫酸使 Fe、Al 钝化，可用铁槽车运浓硫酸。