浅谈CO2与SO2的异同

CO2与SO2是两种重要的氧化物,与人类关系很密切。认识和掌握这两种物质的性质,特别是对它们的相同点和不同点有较深刻的认识较为重要。

CO2与SO2的分子同为AB2型,但结构不同。CO2分子中的碳原子是sp杂化,存在的化学键有两个碳氧σ键和2个相互垂直的三中心四电子π键,小于OCO等于180度;分子中的硫原子是杂化,存在的化学键有2个硫氧键和1个三中心四电子π键,小于OSO等于119.5度。所以,前者是直线型,非极性分子;后者是角型,极性分子。

CO2与SO2晶体结构一样,同为分子晶体,这是CO2与SO2的相同点。但近来的研究表明CO2除了可以形成分子晶体外,在特定的条件下也可以形成类似SO2的原子晶体,SO2却不可能形成原子晶体,这是CO2与SO2的不同点。

CO2与SO2在常温常压下,两者都是无色气体,前者无味,后者有刺激性气味。标准状况下,前者在水中溶解比为1∶1后者在水中溶解比为1∶40相差较大。其原因是,第一,CO2为非极性分子,而SO2为极性分子。第二,CO2与水反应的产物碳酸为弱酸,电离程度小,且这一分子是同一个碳原子上连接两个羟基,是有机化学结构上的典型的不稳定结构;SO2与水反应的产物为亚硫酸,电离常数远大子碳酸,且这一分子结构虽然与碳酸分子结构类似但其稳定性远大于碳酸。

CO2密度是空气的1.5倍,可以像倾倒液体那样从一个容器转移到另一个容器的密度比更大,是空气的2.2倍,当然也可以从一个容器转移到另一个容器。固态即干冰升华;熔点为197K沸点为263K。

CO2是植物光合作用的原料,是重要的气体肥料,但同时也是产生温室效应的气体,是全球变暖的罪魁祸首之一;SO2是形成酸雨的主要物质,有毒,在空气中大于0.2%时,就会使人嗓子变哑、喘息,甚至失去知觉,是大气的重要污染物。

CO2与SO2在物质分类上一样,同属于酸性氧化物。因此他们都可以与碱溶液反应生成对应的盐和水。

将CO2和SO2以相同速率分别通入相同浓度相同体积的NaOH溶液中,PH改变速率以及反应完全后的溶液PH是不同的。CO2与NaOH溶液反应则PH下降慢,反映完全,NAHCO2既可以水解又可以电离,由于他电离程度小于水解程度。所以NAHCO2溶液呈碱性。SO与NaOH溶液反应PH下降快,反应完全后NaHSO2溶液呈酸性。NaHSO2既可以水解又可以电离,由于它电离程度大于水解程度,所以它的水溶液呈酸性。

由于CO2中碳元素所显的+4价是其最高价态,所以CO2只可能有氧化性,不可能有还原性;SO2中硫元素所显的+4价是其中间价态,所以SO2遇强氧化剂,其本身就成为还原剂;若遇强还原剂,其本身就成为氧化剂。但SO2是以还原性为主的。CO2通入溴水不反应;SO2通入溴水可以反应,溶液的PH迅速下降。

SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HB

CO2与Na2O2反应放出O2,与Na2O2反应不会放出O2,反应是后者+4价的硫可以被氧化成+6价的硫,所以后者产物是Na2O2。

SO2+Na2O2====Na2SO4

CO2不能继续氧化。SO2在催化剂的作用下加热加压可以继续氧化成SO3。而CO2可以与碳的单质在高温下反应生成CO,SO2却不能与其单质反应生成+2价的氧化物。原因是CO可以稳定存在,而SO却不能稳定存在。

CO2与S或SO2与C都不能反应,但SO2与CO在铝矾土催化下773K时却能够反应,产物是CO2和单质硫。

CO2不具有漂白作用,SO2具有漂白作用,SO2可以与有机色素反应生成不稳定的无色物质。

实验室制CO2,一般是用碳酸盐主要用CaCO3与HCL反应制得,不宜用H2SO4,其原因是CaSO4为微溶物,能使反映慢慢而终止;而SO2一般是用亚硫酸盐主要用Na2SO3与HCI反应或H2SO4反应制得。

工业上CO2的获得可以采用直接燃烧或高温处理CaCO3等方法;由于亚硫酸盐不稳定,自然界中没有亚硫酸盐的矿藏,所以工业上是用高温处理FeS或直接由硫燃烧获得SO2。

CO2与SO2的相同点很多,不同点也很多,这些都是由C与S原子结构的不同而导致CO2与SO2结构的不同所引起的。

作者单位:河北省平山县平山镇中学