硫的化學性質和物理性質(1000字長文幫你理清)

2023-08-09 19:53:55 分類：首頁閱讀(2)

硫（Sulfur）是硫的理性一種非金屬元素，化學符號S，化學和物原子序數16，性質硫是質字氧族元素（ⅥA族）之一，在元素周期表中位于第三周期。長文

通常單質硫是幫理黃色的晶體，又稱作硫磺。硫的理性硫單質的化學和物同素異形體有很多種，有斜方硫、性質單斜硫和彈性硫等。質字硫元素在自然界中通常以硫化物、長文硫酸鹽或單質的幫理形式存在。?硫單質難溶于水，硫的理性微溶于乙醇，化學和物易溶于二硫化碳。性質

硫是人體內蛋白質的重要組成元素，對人的生命活動具有重要意義。硫主要用于肥料、火藥、潤滑劑、殺蟲劑和抗真菌劑生產。

硫及含硫礦石燃燒生成的二氧化硫在空氣中與水結合形成亞硫酸，亞硫酸與空氣中的氧氣發生化合反應生成硫酸，從而造成硫酸型酸雨。

對人體而言，單質硫通常是無毒無害的，而其他含硫化合物可能有一定毒性，如硫化物毒性一般比較大。

亞洲最大的硫磺生產基地，世界上最大的3座天然氣脫硫廠在達州。

研究歷史

升華硫

硫的英文名為sulfur，源自拉丁文的“surphur”，傳說是來自印度的梵文“sulvere”，原義是鮮黃色。指示硫的英文詞頭為“thio-”起源于希臘語中的“theion”（即硫磺）。硫在遠古時代就被人們所知曉。大約在4000年前，埃及人已經會用硫燃燒所生成的二氧化硫來漂白布匹，古希臘和古羅馬人也能熟練地使用二氧化硫來熏蒸消毒和漂白。公元前九世紀，古羅馬著名詩人荷馬在他的著作里講述了硫燃燒時有消毒和漂白的作用。

硫在古代中國被列為重要的藥材，在中國古代第一部藥物學專著《神農本草經》中所記載的46種礦物藥品中，就有石硫黃（即硫磺）。在這部著作里還指出：“石硫黃能化金銀銅鐵，奇物”。這說明當時已經知曉硫能與銅、鐵等金屬直接作用而生成金屬硫化物。世界現存最古的煉丹著作——魏伯陽的《周易參同契》，也記述了硫能和易揮發的汞化合成不易揮發的硫化汞。在東晉煉丹家葛洪的《抱樸子內篇》中也有“丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂”的記載。中國對火藥的研究，大概始于公元七世紀。當時的火藥是黑火藥，它是由硝酸鉀、硫黃和木炭三者組成。火藥的制造促進了硫磺的提取和精制技術的發展，《太清石壁記》有用升華法精制硫磺的記載。明朝末年宋應星的《天工開物》一書中對從黃鐵礦石和含煤黃鐵礦石制取硫磺的操作方法作了詳細的敘述。

隨著1746年英國J.Roebuck發明了鉛室法制造硫酸和1777年硫被法國 A.L.Lavoisier確認為一種元素后，硫便進入了近代化學的大門。在此之后的年代，硫就迅速成為與近代化學工業和現代化學工業密切相關的最重要的元素之一。

古籍解釋

康熙字典

《廣韻》《集韻》力求切，音留。石硫黃，藥名。《正字通》淮南子，夏至硫黃澤，蓋陽入地，遇隂而成者，舶硫似蜜，黃中有金紅處，擊開如水晶有光，今靑硫不佳。本作流，因其似石，故唐韻從石。亦作畱。俗又作磂。磂字從畱。

含量及其分布

火山硫礦(2張)

硫在自然界中分布較廣，在地殼中含量為0.048%（按質量計）。在自然界中硫的存在形式有游離態和化合態。單質硫主要存在于火山周圍的地域中。以化合態存在的硫多為礦物，可分為硫化物礦和硫酸鹽礦。硫化物礦有黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）、方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）等。硫酸鹽礦有石膏（CaSO4·2H2O）、芒硝（Na2SO4·10H2O）、重晶石（BaSO4）、天青石（SrSO4）、礬石[(AlO)2SO4·9H2O]、明礬石[K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]等。在煤炭中通常也含有少量的硫。

理化性質

物理性質

核素和原子（離子）結構

硫有25種同位素，其中四種是穩定的：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由宇宙射線射擊空氣中的氬-40而導致，其半衰期為87.48天。

在森林生態系統中，硫酸鹽主要來自空氣，少量來自礦物的風化。其中硫的同位素的不同含量可用來確定它們的來歷。

原子半徑：102 pm；

離子半徑：184 pm（S2-），29 pm（S4+）；

基態原子電子排布式為：1s2?2s2?2p6?3s23p4。

分子種類

不同分子種類的硫單質包括S2（二聚硫），S3（三聚硫），S4（四聚硫），S5（五聚硫），S6（環六硫），S7（環七硫），S8（環八硫），S9（環九硫），S10（環十硫），S11（環十一硫），S12（環十二硫），S18（環十八硫），S20（環二十硫）和硫鏈等。

色、態

純硫是淺黃色固體，質地柔軟、輕，粉末有臭味。

溶解性

硫不溶于水但溶于二硫化碳。

甲苯中析出的硫晶體(6張)

導熱性和導電性都差。性松脆，不溶于水。無定形硫主要有彈性硫，是由熔態硫迅速傾倒在冰水中所得。不穩定，可轉變為晶狀硫。晶狀硫能溶于有機溶劑如二硫化碳（而彈性硫只能部分溶解）、四氯化碳、甲苯和苯。除0價外常見化合價有3種，為-2（硫化氫）、+4（亞硫酸鈉）和+6（硫酸）價；而+2價（甲醛次硫酸氫鈉）則并不常見。第一電離能10.360eV。結晶形硫不溶于水，稍溶于乙醇和乙醚，溶于二硫化碳、四氯化碳、甲苯和苯。可轉變為晶狀硫（正交硫），正交硫是室溫下唯一穩定的硫的存在形式。原子半徑：88pm。

晶體

以S8環在空間的不同排列順序，可以形成幾種硫的單質晶體，其中最常見的是斜方硫和單斜硫。

斜方硫也稱作菱形硫或是α-硫，它是室溫下唯一的穩定的硫的存在形式。加熱到95.5℃時轉變為單斜硫（此時并未熔化）。單斜硫又稱作β-硫，在低于95.5℃時單斜硫會緩慢轉化為穩定的斜方硫。單斜硫和斜方硫均能溶于二硫化碳（CS2），苯（C6H6）等非極性溶劑。

晶胞參數
a?= 1043.7 pm	b= 1284.5 pm	c= 2436.9 pm
α?= 90°	β= 90°	γ= 90°

粘度

硫的粘度變化（變量：溫度（℃））

固體硫磺的分子一般為S8，其結構呈馬鞍型，當硫磺受熱時，分子結構發生變化。當加熱到160℃時，S8的環狀開始破裂為開鏈，粘度升高，到190℃時粘度最大。繼續加熱到190℃以上時，長鏈開始發生斷裂，粘度又重新下降。在130～160℃時，液硫的粘度最小，流動性最好。硫在各溫度下的粘度見圖。

化學性質

原子性質

親和能（kJ·mol-1）：A1：-200，A2：590；

電離能如下表

電離能（KJ/mol）
第一電離能：999.6	第六電離能：8495
第二電離能：2251	第七電離能：27106
第三電離能：3361	第八電離能：31669
第四電離能：4564	第九電離能：36578
第五電離能：7013	第十電離能：43138

電負性：2.58（鮑林標度），?[4]?2.44（阿萊-羅周標度）?[3]?；

同素異形體

硫在所有的物態中（固態、液態和氣態），硫都有不同的同素異形體，這些同素異形體的相互關系還沒有被完全理解。晶體的硫一般組成一個由八個原子組成的環：S8，也存在不穩定的環狀S6分子作為結構單元的硫單質。單質硫的分子以環狀S8最為穩定，這種環狀分子中，每個硫原子采取sp3不等性雜化，與另外兩個硫原子之間以單鍵相連，鍵長是206pm，內鍵角108°，兩個面之間的夾角是98°。無論種類，硫單質常簡寫為S。

常見反應

硫可與變價金屬反應生成低價態金屬硫化物，例如：硫粉與鐵粉（

）；硫粉與銅粉（

）。

注意：硫和汞常溫下即可反應：

，故可用硫處理泄露的汞；

硫可與強氧化性酸反應，如：

。

化合價及對應化合物

硫在自然界中的常見化合價有-2、0、+4、+6價。

-2價的有H2S、Na2S以及其他硫化物，0價的硫是硫單質，+4價的SO2、H2SO3、亞硫酸鹽（Na2SO3等），+6價的有SO3、H2SO4、硫酸鹽（Na2SO4等）。

鍵能

化學鍵能(kJ/mol)
S-H 347	S-C 272	S=C 476
S-O 265	S=O 525	S-F 328
S-S 226	S-Cl 255

危險性

工業硫磺為易燃固體。此外，空氣中含有一定濃度硫磺粉塵時不僅遇火會發生爆炸，而且硫磺粉塵也很易帶靜電產生火花導致爆炸（硫磺粉塵爆炸下限為2.3g/m3），繼而燃燒引發火災。按固體火災危險性分類硫磺屬于乙類，硫磺回收和成型裝置屬于火災危險性乙類裝置。人體吸入硫磺粉塵后還會引起咳嗽、喉痛等。

⑴燃燒爆炸：

①正常情況下燃燒緩慢，與氧化劑混合時燃燒速度劇增；

②與氧化劑混合可形成爆炸性混合物；

③遇明火、高溫易發生火災；

④粉塵易帶高達數千伏乃至上萬伏靜電；

⑤摩擦產生的高溫和明火等均可導致硫磺粉塵爆炸和火災；

⑥一般情況下硫磺粉塵比易燃氣體更易發生爆炸，但燃燒速度和爆炸壓力比易燃氣體小。

⑵對人體危害：

①因其可在腸內部分轉化為硫化氫而被人體吸收，故大量吞入（10g以上）可導致硫化氫中毒；

②可引起眼結膜炎、皮膚濕疹，對皮膚有弱刺激性；

③長期吸入硫磺粉塵一般無明顯毒性：

接觸限值：中國MAC、美國TWA和STEL均未制定標準

毒理資料：低毒性。

含硫化合物

二氧化硫

二氧化硫（SO2）是一種常見的酸性氧化物，也是造成硫酸性酸雨的“罪魁禍首”。

二氧化硫通常由硫單質或含硫化合物被氧化而成，如

有時這個反應生成硫單質：

二氧化硫遇水生成亞硫酸：

1、漂白性：

二氧化硫有漂白性，但只能漂白品紅等極少數物質，漂白原理是與有機色素化合生成無色物質，且漂白有暫時性，因為化合物會分解。

2、還原性：

⑴二氧化硫可被大部分氧化劑（包括氧氣）氧化：

⑵二氧化硫使高錳酸鉀溶液變無色不是漂白。

⑶二氧化硫具有還原性，氯氣具有氧化性，二者按體積比1:1同時通入品紅溶液，則溶液不褪色。因為二者恰好完全反應。

3、弱氧化性：

硫酸

硫酸是一種很常見的酸。制藥業常用硫酸清洗儀器（特別是玻璃容器）；很多原電池的電解液也是硫酸；由于濃硫酸有吸水性，還可由于做酸性干燥劑。

由于稀硫酸沒有特殊性質，故只介紹濃硫酸的性質。

濃硫酸主要有四個性質：難揮發性、吸水性、脫水性、強氧化性。前兩個是物理性質，后兩個是化學性質。

1、難揮發性：由于硫酸沸點較高，相比其他的酸較難揮發，故常利用這一性質用濃硫酸制其他強酸（通常是氯化氫）：

2、吸水性：由于硫酸很容易與水結合成H2SO4·xH2O，故可以吸收水分子或結晶水合物中的H2O：

3、脫水性：濃硫酸可以把有機物或弱酸中的氫和氧按照2:1的比例脫去并組合成水（分解有機物時通常同時加熱），如：

（這類反應有副反應：

）

4、強氧化性：+6價的硫可以氧化很多還原劑（包括不能與稀硫酸反應的銅）：

但由于二氧化硫在濃硫酸介質中還原性遠比水中弱，故濃硫酸不與二氧化硫反應，但由于二氧化硫易溶于濃硫酸，故仍不能用濃硫酸干燥二氧化硫。當冷的濃硫酸遇到鐵、鋁等金屬時會使金屬發生鈍化，即在金屬表面形成一層致密的氧化膜阻止反應的進一步發生，因此可用鐵制或鋁制容器裝運濃硫酸。

硫酸鈣

硫酸鈣（CaSO4）是石膏的主要成分。石膏分生石膏（主要成分CaSO4·2H2O，即二水硫酸鈣）和熟石膏（主要成分2CaSO4·H2O）。石膏可用于制作豆腐、鉛筆等產品。

制取方法

往氫硫酸中加入亞硫酸（或通入二氧化硫），可以制取硫。化學方程式：

①

，②

（歸中反應）

往酸性高錳酸鉀中通入氫硫酸。化學方程式：

往亞硫酸中通入硫化氫。化學方程式：

硫化物與酸反應。如：

用黃鐵礦、碳、氧氣在高溫環境下制硫。化學方程式：

作用用途

工業需求

硫在工業中很重要，比如作為電池中或溶液中的硫酸。硫被用來制造火藥。在橡膠工業中做硫化劑。硫還被用來殺真菌，用做化肥。硫化物在造紙業中用來漂白。硫酸鹽在煙火中也有用途。硫代硫酸鈉和硫代硫酸銨在照相中做定影劑、肥料。

制造硫酸、亞硫酸鹽、殺蟲劑、塑料、搪瓷、合成染料、橡膠硫化、漂白、藥物、油漆、硫磺軟膏等。

硫礦物最主要的用途是生產硫酸和硫磺。硫酸是耗硫大戶，中國約有70%以上的硫用于硫酸生產。化肥是消費硫酸的最大戶，消費量占硫酸總量的70%以上，尤其是磷肥耗硫酸最多，增幅也最大。硫酸除用于化學肥料外，還用于制作苯酚、硫酸鉀等90多種化工產品；輕工系統的自行車、皮革行業；紡織系統的粘膠、纖維、維尼綸等產品；冶金系統的鋼材酸洗、氟鹽生產部門；石油系統的原油加工、石油催化劑、添加劑以及醫藥工業等都離不開硫酸。

高品位硫鐵礦燒渣可以回收鐵等；低品位的燒渣可作水泥配料。燒渣還可以回收少量的銀、金、銅、鋁、鋅和鈷等。硫磺除為生產硫酸的原料之外，還廣泛用來生產化工產品，如硫化銅、焦亞硫酸鈉等。另外，在食糖生產中，要把硫磺氧化為二氧化硫氣體用于漂白脫色。在農藥生產中也直接或間接使用硫磺；粘膠纖維生產中需用二硫化碳作溶劑；硫化金屬礦浮選用的藥劑要以二硫化碳為原料；除以上應用外，消費硫磺的行業還有火柴制造、水泥枕軌處理、醫藥等。

硫被用來制造黑色火藥、火柴等。硫也是生產橡膠制品的重要原料。硫還被用來殺真菌，用做化肥。硫化物在造紙業中用來漂白。硫代硫酸鈉和硫代硫酸銨在照相中做定影劑。硫又是制造某些農藥（如石灰硫黃合劑）的原料。

生理作用

半胱氨酸、蛋氨酸、同型半胱氨酸和牛磺酸等氨基酸和一些常見的酶含硫，因此硫是所有細胞中必不可少的一種元素。在蛋白質中，多肽之間的二硫鍵是蛋白質構造中的重要組成部分。有些細菌在一些類似光合作用的過程中使用硫化氫作為電子提供物（一般植物使用水來做這個作用）。植物以硫酸鹽的形式吸收硫。無機的硫是鐵硫蛋白的一個組成部分。在細胞色素氧化酶中，硫是一個關鍵的組成部分。

醫療上，硫還可用來制硫磺軟膏醫治某些皮膚病，但硫對身體危害較大長期在高含硫的工礦下工作對身體有極大損害。

日常生活中，水銀溫度計破裂，可用硫磺灑在散落的汞珠旁，生成穩定化合物（