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二氧化硫
概览
$\ce{SO2}$ 是硫的最重要氧化物，兼具酸性氧化物通性、强还原性、弱氧化性和独特的漂白性，是高考的"高频考点"。本章重点是：$\ce{SO2}$与水、碱的反应，与$\ce{Br2}$、酸性 $\ce{KMnO4}$、$\ce{O2}$、氯水的氧化还原反应，以及漂白原理与氯水的本质区别和 $\ce{SO2}$ 的检验。
核心概念
- 分子组成：$\ce{SO2}$，硫为 +4 价，处于中间价态，因此既有还原性又有氧化性（以还原性为主）。
- 物理性质：
- 无色、有刺激性气味的有毒气体；
- 密度比空气大；
- 极易液化；
- 易溶于水（常温下 1 体积水约溶解 40 体积 $\ce{SO2}$）。
- 制备（实验室）：$\ce{Na2SO3 + H2SO4(浓) -> Na2SO4 + SO2 ^ + H2O}$。
- 工业来源：燃烧含硫燃料、冶炼含硫矿石（$\ce{4FeS2 + 11O2 ->[高温] 2Fe2O3 + 8SO2}$）。
化学性质
1. 酸性氧化物的通性
- 与水反应（生成中强酸亚硫酸，可逆）： $$\ce{SO2 + H2O <=> H2SO3}$$
- 与碱反应： $$\ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}$$ $$\ce{SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 v + H2O}$$
- 与碱性氧化物反应： $$\ce{SO2 + Na2O -> Na2SO3}$$
- 使紫色石蕊溶液变红（酸性能使指示剂变色，但不褪色）。
与 CO2 的"通性"比较
$\ce{SO2}$与$\ce{CO2}$都是酸性氧化物，都能使澄清石灰水变浑浊，都能被$\ce{NaOH}$吸收。区分它们不能只看石灰水，而应利用$\ce{SO2}$ 的还原性或漂白性（见典型例题）。
2. 还原性（$\ce{+4 -> +6}$，主要性质）
| 反应 | 方程式 | 现象 |
|---|---|---|
| 与溴水 | $\ce{SO2 + Br2 + 2H2O -> 2HBr + H2SO4}$ | 溴水褪色 |
| 与酸性 $\ce{KMnO4}$ | $\ce{5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4}$ | 紫红色褪去 |
| 与氯水 | $\ce{SO2 + Cl2 + 2H2O -> 2HCl + H2SO4}$ | 氯水黄绿色褪去 |
| 与氧气（催化氧化） | $\ce{2SO2 + O2 <=>[催化剂][Δ] 2SO3}$ | 工业制硫酸的关键一步 |
| 与 $\ce{FeCl3}$ | $\ce{SO2 + 2FeCl3 + 2H2O -> H2SO4 + 2FeCl2 + 2HCl}$ | 黄色变浅绿 |
SO2 使溴水、酸性 KMnO4 褪色是"氧化还原褪色"，不是漂白性！
3. 氧化性（$\ce{+4 -> 0}$，很弱）
$$\ce{SO2 + 2H2S -> 3S v + 2H2O}$$
- 黄色固体（硫）生成，说明 $\ce{SO2}$将$\ce{H2S}$氧化，本身被还原为$\ce{S}$。
4. 漂白性（重要考点）
- 原理：$\ce{SO2}$ 与某些有色物质（如品红）结合生成不稳定的无色化合物，加热或久置后颜色恢复。
- 特点：可逆性、选择性（对品红等特定有色物质有效，不能漂白石蕊等指示剂）。
| 物质 | 漂白原理 | 是否可逆 |
|---|---|---|
| $\ce{SO2}$ | 与有色物质化合生成不稳定无色物质 | 可逆（加热恢复原色） |
| 氯水 / $\ce{NaClO}$/$\ce{H2O2}$ | 氧化有色物质（破坏有色基团） | 不可逆 |
| 活性炭 | 物理吸附色素 | 可逆（吸附） |
易混淆点
- $\ce{SO2}$ 使品红褪色后，加热又变红（漂白性、可逆）。
- 氯水使品红褪色后，加热不变红（氧化、不可逆）。
- $\ce{SO2}$使溴水、酸性$\ce{KMnO4}$ 褪色，是因为还原性（褪色后加热不恢复）。
- 石蕊试液：$\ce{SO2}$ 使之变红不褪色；氯水使之先变红后褪色。
5. 酸雨的形成
$$\ce{SO2 ->[H2O] H2SO3 ->[O2] H2SO4}$$
硫酸型酸雨：$\ce{pH < 5.6}$，防治措施：减少含硫燃料燃烧、脱硫处理、开发新能源。
工业制硫酸（接触法）
| 步骤 | 反应 | 说明 |
|---|---|---|
| 造气 | $\ce{4FeS2 + 11O2 ->[高温] 2Fe2O3 + 8SO2}$ | 沸腾炉 |
| 接触氧化 | $\ce{2SO2 + O2 <=>[V2O5][Δ] 2SO3}$ | 接触室，可逆、放热 |
| 吸收 | $\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$ | 用$98.3\%$ 浓硫酸吸收（直接用水吸收会产生酸雾） |
SO2 与 SO3、CO2 的对比
| 气体 | 与水 | 与碱 | 漂白性 | 还原性 |
|---|---|---|---|---|
| $\ce{SO2}$ | 生成$\ce{H2SO3}$（可逆） | 生成亚硫酸盐 | 有（可逆） | 强 |
| $\ce{SO3}$ | 生成$\ce{H2SO4}$（放热） | 生成硫酸盐 | 无 | 无 |
| $\ce{CO2}$ | 生成$\ce{H2CO3}$（可逆） | 生成碳酸盐 | 无 | 无 |
SO2 的检验
- 操作：将气体通入品红溶液，若品红褪色，加热后又恢复红色，则证明是 $\ce{SO2}$。
- 注意：仅"使品红褪色"不足以证明是 $\ce{SO2}$（氯水也能使品红褪色），必须结合"加热恢复红色"来确认。
典型例题
例题 1
题目：能用来鉴别 $\ce{SO2}$和$\ce{CO2}$ 的试剂是（ ） A. 澄清石灰水 B. 紫色石蕊试液 C. 品红溶液 D. $\ce{BaCl2}$ 溶液
分析：$\ce{SO2}$与$\ce{CO2}$均为酸性氧化物，都能使澄清石灰水变浑浊、使石蕊变红，都含$\ce{SO3^{2-}/CO3^{2-}}$ 弱酸根，故 A、B 不能鉴别；$\ce{BaCl2}$与两者均不反应（亚硫酸、碳酸均为弱酸，不能与$\ce{BaCl2}$生成沉淀），D 不能鉴别；只有$\ce{SO2}$ 能使品红褪色，$\ce{CO2}$ 不能，故 C 正确。
解答：选 C。
点评：鉴别题的关键是找性质差异。$\ce{SO2}$的"漂白性、还原性"是与$\ce{CO2}$ 最显著的区别。
例题 2
题目：将 $\ce{SO2}$和$\ce{Cl2}$按$1:1$（同温同压下体积比）通入品红溶液，观察到的现象是（ ） A. 立即褪色 B. 不褪色 C. 先褪色后恢复 D. 颜色加深
分析：$\ce{SO2}$与$\ce{Cl2}$按$1:1$ 恰好完全反应： $\ce{SO2 + Cl2 + 2H2O -> 2HCl + H2SO4}$。生成物 $\ce{HCl}$、$\ce{H2SO4}$ 均无漂白性，两者漂白能力相互"抵消"，故品红不褪色。
解答：选 B。
点评：这是高考经典陷阱——"两瓶混合气体都有漂白性，混合后漂白性反而消失"。做题时务必想到 $\ce{SO2}$的还原性与$\ce{Cl2}$ 的氧化性会发生氧化还原反应。
例题 3
题目：某混合气体中可能含有 $\ce{SO2}$和$\ce{CO2}$。为验证是否含 $\ce{SO2}$，可将混合气体依次通过：①品红溶液 ②酸性 $\ce{KMnO4}$溶液 ③品红溶液 ④澄清石灰水。请说明每一步的作用，并分析"②的作用是除去$\ce{SO2}$且证明$\ce{SO2}$ 已被除尽"的依据。
分析：①品红褪色 → 证明含 $\ce{SO2}$（$\ce{CO2}$不能使品红褪色）。②酸性$\ce{KMnO4}$ 褪色 → 吸收（氧化）$\ce{SO2}$，同时说明 $\ce{SO2}$具有还原性。③品红不褪色 → 证明$\ce{SO2}$已被除尽，防止其对检验$\ce{CO2}$ 产生干扰（$\ce{SO2}$也能使石灰水变浑浊）。④石灰水变浑浊 → 证明含$\ce{CO2}$。
解答：①检验 $\ce{SO2}$；②除去 $\ce{SO2}$（酸性 $\ce{KMnO4}$氧化$\ce{SO2}$生成$\ce{SO4^{2-}}$）；③确认 $\ce{SO2}$已除尽；④检验$\ce{CO2}$。若③中品红不褪色，则证明 $\ce{SO2}$已被完全吸收，④中石灰水变浑浊一定是$\ce{CO2}$ 所致。
点评：这是经典的"气体检验流程设计"——"检验 → 除杂 → 再检验是否除尽 → 检验目标气体"。凡是要检验 $\ce{CO2}$而气体中又可能含$\ce{SO2}$，都必须先用酸性 $\ce{KMnO4}$或溴水除去$\ce{SO2}$，并确认除尽后再通入石灰水。
易错提醒
WARNING
- $\ce{SO2}$使品红褪色是漂白性（可逆）；使溴水、酸性$\ce{KMnO4}$ 褪色是还原性（不可逆）。两者原理不同，勿混淆。
- $\ce{SO2}$是酸性氧化物，与水生成的是亚硫酸$\ce{H2SO3}$（中强酸），不是硫酸。
- $\ce{SO2}$ 不能使石蕊褪色，只能使其变红；氯水能使石蕊先变红后褪色。
- $\ce{SO2 + Cl2 + 2H2O -> 2HCl + H2SO4}$：当两者恰好完全反应时（$1:1$）漂白性消失。
- 鉴别 $\ce{SO2}$ 时，要先看是否使品红褪色，再加热看是否恢复红色，两步缺一不可。
与其他知识关联
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