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マインドマップギャラリー化学 - 硫黄、窒素とその循環

化学 - 硫黄、窒素とその循環

これは化学 - 硫黄、窒素とそのサイクルに関するマインドマップです。硫黄酸化物、一般的な硫酸塩、硫黄サイクル、酸性雨、窒素肥料、窒素サイクルなど

2024-01-20 21:03:00 に編集されました

WSUJfrxa

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硫黄、窒素とその循環

硫黄

硫黄（イオウ）

存在する

自由な状態

地殻の火山噴火口や岩石層内

結合状態

硫化物

黄鉄鉱(FeS₂)、黄銅鉱(CuFeS₂)など

硫酸塩

石膏（CaSO₄・2H₂O）、芒硝（Na₂SO₄・10H₂O）など

物理的特性

黄色または淡黄色の固体

サクサクしていて粉にしやすい

水に不溶、アルコールに難溶、二硫化炭素に易溶

内壁に硫黄が付着した試験管の洗浄にも使用可能※

化学的特性

還元性

可燃性

空気中で燃焼すると水色の炎が発生し、純粋な酸素中で燃焼すると明るい青紫色の炎が発生します。

強力な酸化剤と反応する

S 2H₂SO₄(濃縮)=3SO₂↑ 2H₂O

酸化する

価格変動金属と反応して低価数の硫化物を形成する

水素による加熱反応

アルカリ溶液との反応（酸化・還元）

3S 6NaOH (濃縮) = △ = 2Na₂S Na₂SO₃ 3H₂O

硫黄酸化物

二酸化硫黄

物理的特性

無色、刺激臭のある有毒ガス

空気より密度が高い

液化しやすい

水に溶けやすく、1体積の水で40体積の二酸化硫黄を溶解できます。

亜硫酸：不安定な弱酸

化学的特性

漂白性

特定の有色物質（マゼンタ溶液など）と結合して、不安定な無色の物質を形成する

着色した物質を加熱すると元の色に戻ります

SO₂ をテストするためのマゼンタの溶液。パルプ、ウール、シルク、麦わら帽子などの工業用漂白。

酸化する

還元性

酸素と反応する

臭素水と反応する

SO₂ Br₂ 2H₂O=H₂SO₄ 2HBr

2CaO 2SO₂ O₂=2CaSO₄

酸性酸化物の性質

水と反応する

SO₂ H₂O=H₂SO₃

塩基と反応する

SO₂(未満) 2NaOH=Na₂SO₃ H₂O

SO₂(合格) NaOH=NaHSO₃

SO₂ Ca(OH)₂=CaSO₃↓ H₂O

アルカリ酸化物と反応する

CaOSO₂=CaSO₃

塩と反応させる

SO₂ Na₂CO₃=Na₂SO₃ CO₂

CO₂ の類似

三酸化硫黄

物理的特性

無色透明の油状液体

強い刺激臭

化学的特性

a. H₂O と反応します: SO₃ H₂O=H₂SO₄

b. CaOとの反応:

c. Ca(OH)₂ と反応します:

化学的特性

水と反応する

酸化カルシウムと反応する

SO₃ CaO=CaSO₄

水酸化カルシウムと反応する

SO₃ Ca(OH)₂=CaSO₄ H₂O

硫酸

物理的特性

密度が高く沸点が高く、蒸発しにくい無色の油状液体

濃硫酸と水は任意の割合で混和し、溶解時に大量の熱を放出する可能性があります。

希釈方法：濃硫酸を容器の壁に沿って水にゆっくりと注ぎ、ガラス棒で絶えずかき混ぜます。

吸水性

反応しない乾燥ガス（一般的な酸性乾燥剤）

濃硫酸を使用した後は、ボトルのキャップをしっかり締める必要があります

化学的特性

脱水

有機物から水素元素と酸素元素を2:1の割合で除去し黒色炭素を生成します。

酸の性質

硫酸は強電解質であり、水溶液中での硫酸のイオン化式は H₂SO4=2H⁺ SO4²⁻ です。

指示薬、金属、アルカリ酸化物、塩基、塩、その他の物質と反応する可能性があります

強い酸化力

金属元素との反応：金属濃硫酸 → 高価金属硫酸塩 SO₂↑ H₂O

活性金属と反応します: Zn 2H₂SO₄ SO₂↑ 2H₂O 濃硫酸が希薄になると、Zn H2SO4=ZnSO4H2↑が起こります。

不活性金属と反応します: Cu 2H2SO4 (濃) = CuSO4 SO2↑ 2H2O 濃硫酸が希薄になると反応は停止します。

室温では、Fe と Al は濃硫酸によって不動態化されます。

非金属元素と反応する

2P 5H₂SO₄ (濃縮) = △ = 2H₂PO₄ 5SO₂↑ 2H₂O (形成される酸は安定)

C 2H₂SO₄ (濃縮) = △ = CO₂↑ 2SO₂↑ 2H₂O (生成した酸は分解しやすい)

S 2H₂SO4 (濃) = △ = 3SO₂↑ 2H₂O (中和反応、濃硫酸はSO₂を酸化できません)

硫酸の使用

肥料、硫酸塩、揮発性酸の調製

金属表面から酸化物を除去します

石油の精製、爆発物、殺虫剤、染料などの製造に使用され、実験室で一般的に使用される試薬です。

SO₄²⁻の検査

反応原理：Ba²⁺ SO₄²⁻=BaSO₄↓

使用試薬：希塩酸およびBaCl₂溶液

滴下順序: 最初に希塩酸を加え、次に BaCl₂ 溶液を加えます。試験液に十分な塩酸を加える（酸性化） → 透明な液体を取り出し、BaCl₂ 溶液を滴下 → 白色の沈殿が生成するかどうか（SO₄²⁻ が存在するかどうかを判断）

一般的な硫酸塩

硫黄サイクル

酸性雨

窒素

物理的特性

無色無臭のガス

101kPa、-195.8℃で無色の液体になる

化学的特性

化学的に不活性であり、低温試験用の冷媒としてよく使用されます。

空気中に自由な形で存在することが多い

窒素固定

自然または人工の手段を使用して、空気中の遊離窒素を結合窒素に変換するプロセスは窒素固定と呼ばれます

自然窒素固定

生物学的窒素固定

マメ科植物の根粒菌に含まれるニトロゲナーゼの作用によりアンモニアに還元される。

大気窒素固定

放電や高温下では無色の一酸化窒素が発生します。

一酸化窒素は水に溶けにくく、室温では空気中の酸素と容易に結合します。二酸化窒素は刺激臭のある赤茶色の気体で、毒性があり、水に溶けやすいです。

人工窒素固定

窒素肥料

アンモニアとアンモニア

物理的特性

無色で刺激臭のあるガス

冷却または加圧後に容易に液化する

液体アンモニアは気化する際に多量の熱を吸収し、周囲の温度が急激に低下するため、冷媒としてよく使用されます。

常温常圧では水に非常に溶けやすく、1 体積の水に約 700 体積のアンモニアを溶解できます。

化学的特性

アンモニアはフェノールフタレイン試験溶液を赤色に変えることがあり、これはアンモニアがアルカリ性であることを示しています

アンモニア態窒素肥料

硫酸アンモニウム（硫酸アンモニウム）硝酸アンモニウム（硝酸アンモニウム）

アンモニウム塩は結晶であり、水に溶けやすく、加熱すると一般にアンモニアを放出します。

硝酸性窒素肥料と硝酸

硝酸態窒素肥料は硝酸塩を主成分とする窒素肥料です。

硝酸（強酸化剤）

尿素

白い結晶

水に溶ける

水溶液は中性です

反芻動物のたんぱく質補給飼料として使用可能

尿素中の窒素は反芻動物の胃内の微生物によってアミノ酸に変換され、最終的に組織タンパク質と乳タンパク質を形成します。

窒素サイクル