师：同学们，大家好，今天我们一起来复习无机物的相互转化，从以下 5 个环节展开。太湖是我国五大淡水湖之一，也是无锡的掌上明珠，“太湖美，美就美在太湖水”。但近几年来，每到 5、6 月份，太湖水就恶臭难当，这是什么原因呢？下面通过一段视频来了解。

　　（播放视频）

　　师：2007 年，太湖蓝藻超标，影响到无锡的饮用水，水中氨气味浓重，无法正常使用，一时间多个城市陷入缺水困境。大家看，我身后这些市民排着长长的队伍，等待领取纯净水。2007 年的蓝藻危机，敲响了太湖生态环境恶化的警钟，引起了全社会的关注。

　　本节课，我们将从太湖蓝藻爆发的原因、水体中氮氧废水的来源、治理方法，以及如何实现氨氮和生产生活中的可持续发展等方面，来研究复习无机物之间的相互转化。那么，太湖蓝藻爆发的主要原因是什么呢？我们听听专家的解释。

　　（播放专家解释视频）

　　师：太湖蓝藻爆发主要是人为导致水体富营养化。大量工业发展和城市人口高度集中，工业废水和生活污水排入水体，使水中氮、磷以及有机污染物等浓度升高。蓝藻爆发性繁殖，因气温、气候等环境因素变化而死亡。蓝藻腐败分解过程中大量消耗溶解氧，并产生氨气、硫醇、硫醚以及硫化氢等异味物质，导致水体发黑发臭、污染加重。其中，含氮废水主要由三种成分构成：一是以游离态和化合态形式存在的化合氮；二是硝酸盐和亚硝酸盐；三是有机氮。

　　处理氨氮废水的方法有很多，常见的有化学沉淀法、吹脱法、化学氧化法、离子交换法、生物法、膜分离法以及土壤灌溉等。本节课我们主要以前五种方法为例，复习无机物之间的相互转化。我们依据常见无机物的性质，分析它们之间转化的条件、关系和原理，研究其在生活、生产、生态中的应用。

　　首先看第一种处理方法——化学沉淀法，这是处理高浓度氨氮废水的有效方法。通过加入氯化镁、磷酸氢钠，可将铵根离子转化为沉淀除去。请大家根据上述过程，写出其中的离子反应式。

　　生：1 摩尔的磷酸氢根离子与 1 摩尔的镁离子和 4 摩尔的铵根离子、6 摩尔的水发生反应，生成 6 水合磷酸铵镁沉淀以及氢离子。

　　师：非常好，这个反应是复分解反应。接下来看看吹脱法，这是目前高浓度氨氮废水处理中应用最广泛的方法。其原理是调节 pH 值至碱性，使废水中的氨离子向氨转化，主要以游离氨形式存在，再通过载气将游离氨从废水中带出，达到除去氨氮的目的。其流程是氨分子与氢氧根离子反应生成一水合氨，一水合氨加热后变成氨气。生成的氨气在工农业生产中有很多综合利用方式，比如脱硫沉淀、金属离子处理、侯氏制碱法、配制银氨溶液等等。

　　先来看脱硫，也就是氨水洗涤法。在脱硫洗涤器中，氨气溶于水后从塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的二氧化硫被洗涤吸收除去，再经过烟气热交换机加热产生硫酸铵。请大家写出过量氨气作为脱硫剂的化学反应方程式及流程关系。

　　生：二氧化硫和氨气和水首先生成亚硫酸铵，亚硫酸铵与氧气继续反应，生成硫酸铵。流程为二氧化硫在氨气和水的作用下生成亚硫酸铵，再与氧气反应生成硫酸铵。

　　师：很好。有同学提出，除了这条流程，还有没有可能是二氧化硫先与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫再与氨气和水生成硫酸铵呢？

　　生：二氧化硫与氧气反应在现有条件下很难进行，必须增加催化剂并加热的条件。

　　师：没错。那二氧化硫是怎么产生的呢？在工业生产中，硫化亚铁、二硫化亚铁在氧气中点燃或者灼烧，就可以产生二氧化硫。同时，有同学问，二硫化亚铁如果通过过量氧气灼烧，是否一次就会变成三氧化硫呢？

　　生：按照流程，必须使用催化剂并加热，这个过程很难实现。

　　师：对。其实产生二氧化硫还有很多方法，我们可以建立一个二维模型，以横坐标表示物质的类别，纵坐标表示化合价，组成一张化合价 - 物质类别的二维图，这样会更清晰。对于硫化氢，除了属于氢化物，还可属于酸类物质，硫和含硫化合物的应用非常广泛。比如在生产中，接触法制备硫酸，一氧化亚铁在高温条件下与氧气反应生成二氧化硫，二氧化硫在催化剂加热条件下与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫溶于水形成硫酸。生活中，硫与氧气反应生成二氧化硫，可利用二氧化硫的漂白性，也可作为葡萄酒中的抗氧化剂。在生态中，可用碱液吸收二氧化硫生成亚硫酸盐，再与氧气反应生成硫酸盐。

　　对于同学们来说，还有一种重要的硫酸盐——硫酸铜，它用途广泛，常作为催吐剂、消毒剂、波尔多液、福尔马林试剂。工业上常用铜来制备硫酸铜，请大家设计不同的制备路线，并写出可能的化学反应。大家要清楚，单质铜与稀硫酸是不能发生反应的。

　　生：第一条途径，添加稀硫酸和稀硝酸，3 摩尔的铜与 3 摩尔的稀硫酸以及 2 摩尔的稀硝酸发生反应，生成 3 摩尔的硫酸铜、2 摩尔的一氧化氮以及 4 摩尔的水。第二条途径，铜与氧气和 70%的硫酸发生反应，2 摩尔的铜与 1 摩尔的氧气和 2 摩尔的浓硫酸发生反应，生成硫酸铜与水。第三条途径，铜与浓硫酸反应，1 摩尔的铜与 2 摩尔的浓硫酸在加热条件下生成 1 摩尔的硫酸铜、1 摩尔的二氧化硫以及 2 摩尔的水。

　　师：非常好。请大家思考，哪些路线更合适呢？

　　生：第一条途径和第三条途径在反应过程中都会产生污染空气的气体。第一条途径需要使用两种酸，量比较难以控制，生成的硫酸铜纯度不一定高。第三条途径产生相同量的硫酸铜，消耗的浓硫酸量较多。所以综合来看，第二条途径比较合适。

　　师：没错，工业中确实常用第二条途径。一般使用废铜料，先将废铜料燃烧，再加入稀硫酸溶解，然后除去铁等杂质，通过重结晶精制，就可得到大量纯度高的硫酸铜。我们来看一个问题。

　　（展示题目）

　　师：a 选项，铜与混酸反应时，硝酸根离子由硝酸提供，氢离子由硝酸和硫酸提供，硝酸为 2 摩尔时，硫酸为 3 摩尔，混酸中硫酸与硝酸的物质的量之比最好为 3 : 2，所以 a 是错的。b 选项，16 克硫酸铜的物质的量为 0.1 摩尔，在途径 3 中发生铜与浓硫酸的反应，消耗硫酸为 0.2 摩尔，所以 b 也是错误的。c 选项，若均生成 1 摩尔的硫酸铜，途径一消耗硫酸为 1 摩尔，途径 2 消耗硫酸为 1 摩尔，途径 3 消耗硫酸为 2 摩尔，所以 c 也是错的。d 选项，相对于途径一和 3，均有污染空气的气体产生。途径二的优点是铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再被硫酸溶解生成硫酸铜，制取等质量的胆矾需要的硫酸少，且途径二无污染性气体产生。所以这道题选 d 选项。