【种花家务·化学】2-2-01硫——『数理化自学丛书6677版』

2023-01-29 11:10 作者:山嵓 0人读过 | 我要投稿

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第二章硫，氧族元素

§2-1硫

前言

【01】在前面一章里，我们学习了卤族元素，本章我们将学习另一个元素族，称做氧族元素。氧族元素包括氧、硫、硒、碲四种性质相似的非金属元素。在这四种元素中，氧在第一册第二章里已经讨论过了，硒和碲是两种比较稀有的元素。因此，在本章里，我们着重讨论硫元素——单质的硫和硫的化合物。在讨论硫的化合物时，仍按照它跟氢的化合物和它跟氧的化合物两个系统来叙述。

【02】硫的元素符号是S，原子量是32。

硫的物理性质

【03】硫通常称做硫黄，是一种淡黄色的晶体。在实验室里，平常我们可以见到两种不同形状的硫：一种是黄色粉末状的，称做“硫华”；另一种是淡黄色棒状的，称做“硫捧”，很脆，容易把它敲成碎块，或者研成粉末。硫具有八面体形的结晶，它的外形好象是由两个四面棱锥体的底面合在一起而形成的（图2-1）。

【04】把硫粉溶解在二硫化碳( $CS_2$ )液体里，再把少许这种硫的二硫化碳溶液倒在玻璃上或蒸发皿里，让溶剂二硫化碳缓慢地蒸发干，就可看到有许多细小的硫的结晶留存在玻璃上或蒸发皿里，用一个一般的放大镜就能很清楚地看到硫的八面体的晶形。如果没有放大镜，也可以用一个盛水的圆底烧瓶来观察这些结晶（图2-2），它具有同放大镜相同的效能。

【05】硫在加热时会发生一系列有趣的变化：在试管里加进硫粉约半管，加热到113℃左右，硫就熔化成容易流动的深黄色的液体。继续加热，熔化的硫就逐渐变得粘稠起来，颜色也开始变成暗棕色。当加热到200~250℃时，熔硫的粘性最大，即使把试管倒转竖直，也不会流出来。但当继续加热时，熔硫又开始从粘稠转成稀薄，到300℃时，重又恢复成容易流动的液体。温度升高至444.6℃，熔硫开始沸腾而产生橙黄色的蒸气。这种蒸气遇冷能不经液态而直接凝成硫的很小的晶形粉末，凝聚在试管上部的内壁上，就是硫华。

【06】硫的比重是2.07 $%E5%85%8B%2F%E5%8E%98%E7%B1%B3%5E3$ ，约是相同体积的水重量的两倍。它不溶于水，但容易溶解在二硫化碳里。

硫的化学性质

【07】硫的化学性质在许多方面和氧相似，只是不如氧活泼。硫也很容易跟氢气、几乎所有的金属（金和铂除外)以及某些非金属直接化合，但化合时反应常不如氧那样剧烈。例如硫的蒸气在高温时能跟氢气直接化合生成硫化氢( $H_2S$ )气体：

$%5Cmathop%7BS%7D%5Climits_%7B%EF%BC%88%E7%A1%AB%E8%92%B8%E6%B0%94%EF%BC%89%7D%2BH_2%20%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D%20H_2S$

【山注：\mathop{S}\limits_{（硫蒸气）}+H_2 \mathop{=\!=}\limits^{加热} H_2S】

【08】但这个反应不象氧气跟氢气化合时那样会产生爆炸，反应时放出的热量也远比氢、氧化合时为少（生成1克分子硫化氢放出4.8千卡的热量，但氧跟氢生成1克分子水蒸气时，要放出57.8千卡的热量）。

【09】在烧瓶或试管里加入硫粉，加热到硫沸腾，然后通入氢气（图2-3)。在烧瓶或试管的导管口处就可以嗅到硫化氢所特有的臭味（和腐败鸡蛋发出的臭味相似），如果用一张蘸过铅盐（例如硝酸铅）溶液的滤纸放在导管口，滤纸立刻变黑（因为生成了黑色的硫化铅的缘故）。

【10】硫跟金属直接化合后生成金属的硫化物（相当于金属跟氧化合后生成的金属氧化物）。例如银和汞在常温时就能跟硫直接化合，分别生成硫化银和硫化汞，反应的化学方程式是：

$%5Cbegin%7Beqnarray%7D2Ag%2BS%3D%5Cmathop%7BAg_2S%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E9%93%B6%7D%5C%5CHg%2BS%3D%5Cmathop%7BHgS%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E6%B1%9E%7D%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注：\begin{eqnarray}2Ag+S=\mathop{Ag_2S}\limits_{硫化银}\\ Hg+S=\mathop{HgS}\limits_{硫化汞}\end{eqnarray}】

【11】用湿布蘸一些硫粉摩擦银器，不久，银器表面就有黑色的硫化银的薄层生成。把潮湿的硫粉和汞一同放在研钵里研磨，不久，就变成黑色的硫化汞粉末。

【12】铜、铁、铝、锌等金属，在加热条件下，也都能跟硫直接化合，生成相应的硫化物：

$%5Cbegin%7Beqnarray%7D2Cu%2BS%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D%5Cmathop%7BCu_2S%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E4%BA%9A%E9%93%9C%7D%5C%5CFe%2BS%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D%5Cmathop%7BFeS%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E4%BA%9A%E9%93%81%7D%5C%5C2Al%2B3S%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D%5Cmathop%7BAl_2S_3%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E9%93%9D%7D%5C%5CZn%2BS%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D%5Cmathop%7BZnS%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E5%8C%96%E9%94%8C%7D%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注，\begin{eqnarray}2Cu+S\mathop{=\!=}\limits^{加热}\mathop{Cu_2S}\limits_{硫化亚铜}\\Fe+S\mathop{=\!=}\limits^{加热}\mathop{FeS}\limits_{硫化亚铁}\\ 2Al+3S\mathop{=\!=}\limits^{加热}\mathop{Al_2S_3}\limits_{硫化铝}\\ Zn+S\mathop{=\!=}\limits^{加热}\mathop{ZnS}\limits_{硫化锌}\end{eqnarray}】

【13】把硫粉和纯净铁粉混和后堆在石棉布上，另用玻棒一根，预先把它的一端在酒精灯上烧至红热，然后迅速插入混和粉堆的中心，在和玻棒接触处混和物首先发生反应，并迅速扩展到整个粉堆，发火燃烧。混和物在反应后变成块状的黑褐色的硫化亚铁。

【14】硫也能跟某些非金属象碳、磷、氯等直接化合。例如，硫跟碳在高温时能够直接化合生成二硫化碳（这个反应相当于氧跟碳化合生成二氧化碳）：

$2S%2BC%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E9%AB%98%E6%B8%A9%7DCS_2$

【山注，2S+C\mathop{=\!=}\limits^{高温}CS_2】

【15】此外，硫还能跟氧相互化合。在讲氧气化学性质（第一册§2-2)时【山注，传送门CV20363789】，已经讲过硫在空气或纯氧里都能燃烧，生成一种无色的、有刺激性的气体，叫做二氧化硫。

【16】硫在空气或纯氧里燃烧时，除生成二氧化硫气体外，同时还有极少量的三氧化硫生成。硫跟氧反应的化学方程式是：

$%5Cbegin%7Beqnarray%7DS%2BO_2%3D%5Cmathop%7BSO_2%7D%5Climits_%7B%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%AB%7D%5C%5C2S%2B3O_2%3D%5Cmathop%7B2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%B8%89%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%AB%7D%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注，\begin{eqnarray}S+O_2=\mathop{SO_2}\limits_{二氧化硫}\\ 2S+3O_2=\mathop{2SO_3}\limits_{三氧化硫}\end{eqnarray}】

【17】从这两种硫的氧化物的分子式可以看出：在二氧化硫的分子里硫是4价；在三氧化硫的分子里硫是6价，这是硫在一切化合物里的最高化合价。

硫在自然界的存在

【18】硫和氧一样，在自然界里有以游离状态存在（称做天然硫）的，也有以化合状态存在的。

【19】天然硫存在于火山附近及地球上其他各处。我国也有不少地方有天然硫的矿藏。

【20】天然硫大都混在岩石里，埋藏在地下深处，开采硫矿，现在都用一种由三个粗细不同的同心管组成的特种套管，从地面直通至硫的矿层。在外管和中管之间的隔层里通入过热达160℃的水【水在高压下可以加热到100℃以上，称为“过热的水”。】，当它进到硫层时，就把硫熔化（硫的熔点约113°C），熔融的硫聚集在外管的下端。再由内管通入压缩的热空气，使熔融的硫成为泡沫状物质，经由内管和中管之间的道路喷出地面（图2-4），流至特设的容器内，逐渐凝固。

【21】自然界里化合态的硫主要存在于各种含硫的矿物中，其中最重要的是金属的硫化物矿，例如：黄铁矿（ $FeS_2$ ）、黄铜矿（ $Cu_2S%C2%B7Fe_2S_3$ ）、方铅矿（ $PbS$ ）、辰砂（ $HgS$ ）等。此外，还存在于各种硫酸盐的矿物中，例如：石膏（ $CaSO_4%C2%B72H_2O$ ）、重晶石（ $BaSO_4$ ）等。

【22】我国硫化物矿的产地很广，产量也很丰富.一般生产的硫，主要是由黄铁矿制得的。

【23】从黄铁矿制硫的方法是：先把矿石捣碎（黄铁矿很脆，容易捣碎），放进炉子里加热，并通入有限量的空气，炉子里一部分矿石燃烧时放出的热，使其余的矿石分解，发生如下的反应：

$Fe_2%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7DFeS%2BS%E2%86%91$

【山注，Fe_2\mathop{=\!=}\limits^{加热}FeS+S↑】

【24】这个反应里产生的硫蒸气，经冷却后，就可制得硫华或硫块。

【25】硫的化合物还常存在于火山喷发出的气体中，也含于某些矿泉中，另外，硫是组成某些蛋白质分子的成分之一，因此，它是动植物生活的必需的元素。在土壤里，通常都含有硫的化合物供植物摄取。

硫的用途

【26】游离态的硫有着十分广泛的用途。硫华可以用来扑灭农业害虫，特别是用于葡萄园和棉田中。例如把硫粉撒在植物上来灭绝葡蚜（葡萄园的害虫）以及各种霉菌等。用硫华、生石灰和水熬煮而成的石灰硫黄合剂【石灰硫黄合剂的主要成分是多硫化钙和硫代硫酸钙】，可以用来防止棉花的害虫红蜘蛛和棉花的叶斑病等。在橡胶工业中，大量的硫用于橡胶的“硫化”【生橡胶在温度较高时会发粘，温度较低时又会变脆.在生橡胶里加入硫粉，并再加热（这个过程叫做“硫化”），生橡胶就变为不受温度变化影响的有弹性的熟橡胶（见第四册5-2）】。天然的或人造的橡胶经硫化后，质量就大为提高。另外，硫还可以用来制造黑火药、火柴、二硫化碳以及其他许多重要产品。硫也可以用来制造硫酸。在医药上，硫主要用来做杀灭疥虫的软膏（称做“硫黄软膏”）。

习题2-1

1、在实验室里，怎样通过简单的方法（不用任何试剂），来证明一种谈黄色的粉末是硫？

2、写出下列各组反应的化学方程式，注明反应发生的条件和发生时的现象：

(1)硫跟氢化合，氧跟氢化合；

(2)硫跟碳化合，氧跟碳化合；

(3)硫跟锌化合，氧跟锌化合。

3、硫在自然界里存在的状态怎样？

4、说出硫的最主要的用途三种。

5、使4克硫跟8克铁粉相互反应：

(1)反应后剩下了哪些物质？剩下多少克？【反应后剩下铁粉1克】