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关于硫的

2023-01-12 21:46 作者:化学迷-yy  | 我要投稿

硫(Sulfur)是一种非金属元素,化学符号S,原子序数16,硫是氧族元素(ⅥA族)之一,在元素周期表中位于第三周期。

通常单质硫是黄色的晶体,又称作硫磺。硫单质的同素异形体有很多种,有斜方硫、单斜硫和弹性硫等。硫元素在自然界中通常以硫化物、硫酸盐或单质的形式存在。 [1]  硫单质难溶于水,微溶于乙醇,易溶于二硫化碳。

硫是人体内蛋白质的重要组成元素,对人的生命活动具有重要意义。硫主要用于肥料、火药、润滑剂、杀虫剂和抗真菌剂生产。

硫及含硫矿石燃烧生成的二氧化硫在空气中与水结合形成亚硫酸,亚硫酸与空气中的氧气发生化合反应生成硫酸,从而造成硫酸型酸雨。

对人体而言,单质硫通常是无毒无害的,而其他含硫化合物可能有一定毒性,如硫化物毒性一般比较大。

亚洲最大的硫磺生产基地,世界上最大的3座天然气脱硫厂在达州。

硫在自然界中分布较广,在地壳中含量为0.048%(按质量计)。在自然界中硫的存在形式有游离态和化合态。单质硫主要存在于火山周围的地域中。以化合态存在的硫多为矿物,可分为硫化物矿和硫酸盐矿。硫化物矿有黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)、方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)等。硫酸盐矿有石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、重晶石(BaSO4)、天青石(SrSO4)、矾石[(AlO)2SO4·9H2O]、明矾石[K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]等。在煤炭中通常也含有少量的硫。

物理性质

核素和原子(离子)结构

硫有25种同位素,其中四种是稳定的:32S(95.02%)、33S(0.75%)、34S(4.21%)和36S(0.02%),除35S外,其他放射性同位素的半衰期都很短。硫-35由宇宙射线射击空气中的氩-40而导致,其半衰期为87.48天。

在森林生态系统中,硫酸盐主要来自空气,少量来自矿物的风化。其中硫的同位素的不同含量可用来确定它们的来历。

原子半径:102 pm; [3] 

离子半径:184 pm(S2-),29 pm(S4+); [3] 

基态原子电子排布式为:1s22s22p63s23p4

分子种类

不同分子种类的硫单质包括S2(二聚硫),S3(三聚硫),S4(四聚硫),S5(五聚硫),S6(环六硫),S7(环七硫),S8(环八硫),S9(环九硫),S10(环十硫),S11(环十一硫),S12(环十二硫),S18(环十八硫),S20(环二十硫)和硫链等。

色、态

纯硫是浅黄色固体,质地柔软、轻,粉末有臭味。

溶解性

硫不溶于水但溶于二硫化碳。

甲苯中析出的硫晶体

甲苯中析出的硫晶体(6张)

导热性和导电性都差。性松脆,不溶于水。无定形硫主要有弹性硫,是由熔态硫迅速倾倒在冰水中所得。不稳定,可转变为晶状硫。晶状硫能溶于有机溶剂如二硫化碳(而弹性硫只能部分溶解)、四氯化碳、甲苯和苯。除0价外常见化合价有3种,为-2(硫化氢)、+4(亚硫酸钠)和+6(硫酸)价;而+2价(甲醛次硫酸氢钠)则并不常见。第一电离能10.360eV。结晶形硫不溶于水,稍溶于乙醇和乙醚,溶于二硫化碳、四氯化碳、甲苯和苯。可转变为晶状硫(正交硫),正交硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式。原子半径:88pm。


晶体

以S8环在空间的不同排列顺序,可以形成几种硫的单质晶体,其中最常见的是斜方硫和单斜硫。

斜方硫也称作菱形硫或是α-硫,它是室温下唯一的稳定的硫的存在形式。加热到95.5℃时转变为单斜硫(此时并未熔化)。单斜硫又称作β-硫,在低于95.5℃时单斜硫会缓慢转化为稳定的斜方硫。单斜硫和斜方硫均能溶于二硫化碳(CS2),苯(C6H6)等非极性溶剂。

粘度

硫的粘度变化(变量:温度(℃))

固体硫磺的分子一般为S8,其结构呈马鞍型,当硫磺受热时,分子结构发生变化。当加热到160℃时,S8的环状开始破裂为开链,粘度升高,到190℃时粘度最大。继续加热到190℃以上时,长链开始发生断裂,粘度又重新下降。在130~160℃时,液硫的粘度最小,流动性最好。硫在各温度下的粘度见图。

同素异形体

硫在所有的物态中(固态、液态和气态),硫都有不同的同素异形体,这些同素异形体的相互关系还没有被完全理解。晶体的硫一般组成一个由八个原子组成的环:S8,也存在不稳定的环状S6分子作为结构单元的硫单质。单质硫的分子以环状S8最为稳定,这种环状分子中,每个硫原子采取sp3不等性杂化,与另外两个硫原子之间以单键相连,键长是206pm,内键角108°,两个面之间的夹角是98°。无论种类,硫单质常简写为S。

常见反应

硫和汞常温下即可反应

故可用硫处理泄露的汞

硫可与强氧化性酸反应

化合价及对应化合物

硫在自然界中的常见化合价有-2、0、+4、+6价。

-2价的有H2S、Na2S以及其他硫化物,0价的硫是硫单质,+4价的SO2、H2SO3、亚硫酸盐(Na2SO3等),+6价的有SO3、H2SO4、硫酸盐(Na2SO4等)。

二氧化硫

二氧化硫(SO2)是一种常见的酸性氧化物,也是造成硫酸性酸雨的“罪魁祸首”。

二氧化硫通常由硫单质或含硫化合物被氧化而成,如


有时这个反应生成硫单质:

二氧化硫遇水生成亚硫酸:

1、漂白性:

二氧化硫有漂白性,但只能漂白品红等极少数物质,漂白原理是与有机色素化合生成无色物质,且漂白有暂时性,因为化合物会分解。

2、还原性:

(1)二氧化硫可被大部分氧化剂(包括氧气)氧化:


(2)二氧化硫使高锰酸钾溶液变无色不是漂白

(3)二氧化硫具有还原性,氯气具有氧化性,二者按体积比1:1同时通入品红溶液,则溶液不褪色。因为二者恰好完全反应。

3、弱氧化性:

硫酸

硫酸是一种很常见的酸。制药业常用硫酸清洗仪器(特别是玻璃容器);很多原电池的电解液也是硫酸;由于浓硫酸有吸水性,还可由于做酸性干燥剂。

由于稀硫酸没有特殊性质,故只介绍浓硫酸的性质。

浓硫酸主要有四个性质:难挥发性、吸水性、脱水性、强氧化性。前两个是物理性质,后两个是化学性质。

1、难挥发性:由于硫酸沸点较高,相比其他的酸较难挥发,故常利用这一性质用浓硫酸制其他强酸(通常是氯化氢)

2、吸水性:由于硫酸很容易与水结合成H2SO4·xH2O,故可以吸收水分子或结晶水合物中的H2O

3、脱水性:浓硫酸可以把有机物或弱酸中的氢和氧按照2:1的比例脱去并组合成水(分解有机物时通常同时加热)

4、强氧化性:+6价的硫可以氧化很多还原剂(包括不能与稀硫酸反应的铜)

但由于二氧化硫在浓硫酸介质中还原性远比水中弱,故浓硫酸不与二氧化硫反应,但由于二氧化硫易溶于浓硫酸,故仍不能用浓硫酸干燥二氧化硫。当冷的浓硫酸遇到铁、铝等金属时会使金属发生钝化,即在金属表面形成一层致密的氧化膜阻止反应的进一步发生,因此可用铁制或铝制容器装运浓硫酸。

硫酸钙

硫酸钙(CaSO4)是石膏的主要成分。石膏分生石膏(主要成分CaSO4·2H2O,即二水硫酸钙)和熟石膏(主要成分2CaSO4·H2O)。石膏可用于制作豆腐、铅笔等产品。





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