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硫、二氧化硫、硫酸、硫酸盐

硫是重要的**非金属元素**，也是人类较早认识的化学元素之一。自然界中的硫元素主要以单质硫、硫化物和硫酸盐等形式存在。人们对硫元素的利用，其本质就是通过各种化学反应，实现含硫元素的物质之间的转化。这种转化既可在含不同价态硫元素的物质之间进行，也可在含相同价态硫元素的物质之间实现

### 黑火药中的硫黄
据记载，我国古代炼丹家在长期炼丹的过程中，发现硝石、硫和木炭混合后加热会燃烧甚至发生爆炸，由此得到了黑火药。黑火药后来传入欧洲，影响了世界历史发展的进程。
纯净的硫是一种黄色或淡黄色的固体，俗称硫黄。硫很脆，容易研磨成粉末，不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。
硫的化学性质比较活泼，与氧气相似，容易与金属、其他非金属发生反应。

> 硫的密度： $1.92 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{~cm}^{-3}$
硫的熔点： $106.8^{\circ} \mathrm{C}$
硫的沸点： $444.7^{\circ} \mathrm{C}$

## 硫与铁的反应
**实验** 将4 g铁粉与2.5 g硫粉在研钵中充分混合，然后装入干燥的石英试管中。在试管口塞上带长导管的橡皮塞，并在导管末端放入一小团蘸有氢氧化钠溶液的棉花。加热试管，待混合物开始出现红热现象后，立即移开热源，观察现象。

![图片](/uploads/2025-10/5c3cdc.jpg)
 
 硫在一定条件下与金属反应生成硫化物，如硫与铁粉混合加热生成硫化亚铁，铜在硫蒸气中燃烧生成硫化亚铜，常温下硫与汞反应生成硫化汞。硫在空气中燃烧会生成二氧化硫，与氢气加热生成硫化氢。

$$
\begin{gathered}
\mathrm{S}+\mathrm{Fe} \xlongequal{\triangle} \mathrm{FeS} \\
\mathrm{~S}+2 \mathrm{Cu} \xlongequal{\triangle} \mathrm{Cu}_2 \mathrm{~S} \\
\mathrm{~S}+\mathrm{Hg} \xlongequal{\text {  }} \mathrm{HgS} \\
\mathrm{~S}+\mathrm{O}_2 \xlongequal{\text { 点燃 }} =  \mathrm{~SO_2} \\
\mathrm{S}+\mathrm{H}_2 \xlongequal{\triangle} \mathrm{H}_2 \mathrm{~S}
\end{gathered}
$$

## 硫的重要化合物
硫元素有—2、+4、+6等几种常见的价态，有些硫的
化合物有着十分重要的应用。
1.硫的氧化物
二氧化硫（$SO_2$）和三氧化硫（$SO_3$）是硫的常见氧化物。

### 二氧化硫的性质

**实验** 1.将集满二氧化硫气体的试管倒立于水槽中，在水下打开试管口的橡皮塞，观察现象。在水下塞上橡皮塞，将试管移出水面，从试管中取出少量液体，并滴加紫色石蕊试液
 ![图片](/uploads/2025-10/6f25f2.jpg)
 
 2.封管中封闭了少许溶有二氧化硫的品红试液，将封管加热至试液变红后，停止加热（封管实验加热时间不宜过长），上下颠倒几下封管，冷却后观察试液颜色变化。
 
  ![图片](/uploads/2025-10/34eac0.jpg)
  
 
**二氧化硫是无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水**，通常情况下， 1 体积的水可溶解 40 体积的二氧化硫。溶于水的二氧化硫与水反应生成亚硫酸。亚硫酸是一种不稳定的弱酸，易分解成二氧化硫和水。这个可逆反应可表示为：

$$
\mathrm{SO}_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_3
$$

我们还发现，**二氧化硫有漂白作用**，能漂白品红等某些有色物质。这是由于它能与这些有色物质反应生成不稳定的无色物质，这种无色物质受热后容易分解，从而使有色物质恢复至原来的颜色。

**作用** 二氧化硫具有杀菌防腐和漂白作用，故可用作食品加工的防腐剂和漂白剂。
当然使用时必须严格遵守国家相关规定和使用标准，否则会影响健康。例如，我国规定二氧化硫可用于葡萄酒和果酒的生产，最大使用量为0.25 g·kg—1，残留量不得超过0.05 g·kg—1。工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草编制品等，但时间久了，纸张、草帽又会发黄，这就是因为二氧化硫漂白后的生成物不稳定，加热或经过一段时间后又会恢复原色。

二氧化硫中的硫为 +4 价，它既有氧化性，又有还原性。当二氧化硫遇到还原性较强的硫化氢时会表现出氧化性，生成单质硫和水。

$$
\mathrm{SO}_2+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{~S}=3 \mathrm{~S}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
$$

### 二氧化硫的还原性
**实验** 取一支试管，向其中加入 5 mL 二氧化硫水溶液，滴加氯化钡溶液和 $0.5 \mathrm{~mL} 3 \%$ 的过氧化氢溶液。振荡，静置片刻后，滴加稀盐酸，观察实验现象。

在一定温度并有催化剂存在的条件下，二氧化硫可以被氧气氧化成三氧化硫。

$$
2 \mathrm{SO}_2+\mathrm{O}_2 \stackrel{\text { 催化剂 }}{\underset{\Delta}{\rightleftharpoons}} 2 \mathrm{SO}_3
$$

三氧化硫也是一种酸性氧化物，它易与水反应生成硫酸。

$$
\mathrm{SO}_3+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}=\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4
$$

### 2．硫酸
硫酸是一种用途很广的无机强酸。纯硫酸是一种难挥发的无色油状液体，可与水以任意比例混合，并释放出大量热。市售硫酸的质量分数有92.5%和98%两种。浓硫酸有强烈的吸水性，常被用来干燥不与它起反应
的气体。由于浓硫酸也会吸收空气中的水分，使酸的浓度下降，因此使用浓硫酸后需将瓶盖拧紧。浓硫酸具有脱水性，能把棉花、纸屑、蔗糖等有机化合物中的氢、氧元素按水的组成脱去，使其发生**炭化**。

**实验** 取15 g 蔗糖放入100 mL烧杯中，加入1 mL水后，再加入约15 mL浓硫酸并迅速用玻璃棒搅拌后静置。观察并记录实验现象。

![图片](/uploads/2025-10/4466c3.jpg)
 
 从实验看到，浓硫酸使蔗糖脱水。
 
 > 浓硫酸具有脱水性使其炭化，因此有时候情人不和时，常被用来毁容，这是不对的。
 
 
 ### 浓硫酸与铜的反应
 按图3.5搭好装置，关闭双连球上的活塞，在从左至右的第1支试管中加入约2 ～ 3 mL浓硫酸，第2支试管中加入3 mL 0.1%品红试液，第3支试管中加入约3 mL酸性高锰酸钾稀溶液，烧杯中加入约50 mL氢氧化钠稀溶液。将插在橡皮塞上的粗铜丝缓慢旋入浓硫酸中，加热试管。反应后，将铜丝慢慢旋出液体，打开双连球上的活塞，用双连球将装置内残留的气体吹入氢氧化钠溶液，随后打开橡皮塞，用长滴管吸取第1支试管中的悬浊液，小心注入另一支盛有少量水的试管中，观察溶液颜色。
 
 
![图片](/uploads/2025-10/113978.jpg)

浓硫酸具有强氧化性，它可以将金属铜氧化成 +2价的铜离子，而浓硫酸中的硫元素被还原为 +4 价，生成二氧化硫。

与铜一样，在加热条件下，多数金属（除铂、金外）可以与浓硫酸反应，生成相应的硫酸盐、二氧化硫和水。常温下，浓硫酸还可以＂钝化＂铁、铝等金属，在这些金属的表面形成一层致密氧化物，从而阻止金属内部继续与浓硫酸反应。利用＂钝化＂现象，冷的浓硫酸可用铁或铝制的容器进行贮存。

在加热条件下，浓硫酸还可以氧化一些非金属。例如，将烧红的木炭加人热的浓硫酸中，会发生剧烈反应。

$$
\mathrm{C}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4(\text { 浓 }) \xlongequal{\triangle} \mathrm{CO}_2 \uparrow+2 \mathrm{SO}_2 \uparrow+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
$$

### 3．硫酸盐
三氧化硫、硫酸与碱性氧化物、碱反应都可以生成硫酸盐。硫酸盐的种类很多，重晶石、石膏、明矾和胆矾等都是常见的硫酸盐。
 
 ![图片](/uploads/2025-10/8d58a3.jpg)
 
硫酸和硫酸盐溶于水时均会产生硫酸根离子，怎样检验硫酸根离子呢？

在硫酸、硫酸钠溶液等中加人氯化钡，则生成白色的硫酸钡沉淀，即可检验溶液中的硫酸根离子。

$$
\mathrm{Ba}^{2+}+\mathrm{SO}_4^{2-}=\mathrm{BaSO}_4 \downarrow
$$

**检验硫酸根离子**
在碳酸钠溶液中加人氯化钡，同样可观察到白色的碳酸钡沉淀。但是，与硫酸钡不同的是，碳酸钡溶于盐酸或稀硝酸，并放出二氧化碳气体。因此，常先用盐酸把待测液酸化，以排除碳酸根等离子可能造成的干扰，再加人氯化钡溶液，如果有白色沉淀出现，则说明待测液中含有硫酸根离子。

`例` 某化学兴趣小组成员在讨论鉴别浓硫酸和稀硫酸的方法时，设计了如下表所示几种方案

![图片](/uploads/2025-10/06d027.jpg)
 
 （1） 评价甲、乙、丙、丁四组方法的可行性。
 （2） 请再给出两种鉴别方法。
 
 （1）  我们需要了解稀硫酸和浓硫酸在性质上的差异，才能找到鉴别的方法。甲方案利用的是浓硫酸的脱水性；丙方案利用的是浓硫酸遇水放热的特点。乙方案想要利用浓硫酸的强氧化性来生成二氧化硫，但没有考虑到铝在浓硫酸中会钝化；丁方案想要利用挥发性来鉴别酸性气体，但硫酸沸点高，不具有挥发性。所以，乙、丁方案不可行。
  （2）  我们可以利用浓硫酸的一些特殊性质，如密度大、黏稠等物理性质或与铜、碳反应等化学特性进行鉴别，例如
  
   ![图片](/uploads/2025-10/ac2ea2.jpg)

## 自然界中的硫循环
硫循环是硫元素在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及各种地质系统之间迁移演化的地球化学过程。在硫循环中各种含硫的物质会呈现—2、+4、+6等不同的价态，如海水中溶解的硫酸盐，大气中存在的二氧化硫、硫化氢等气体，这些物质通过氧化还原反应等转化过程构成了复杂的全球循环。地球上硫最主要的储积库是岩石和海洋，而地球表面体系中硫的主要循环转化发生在海洋、大气、生物和人为活动之间。硫循环的基本过程是：陆地和海洋中的硫通过生物分解、火山喷发等进入大气；大气中的硫通过降水、沉降和表面吸收等作用，回到陆地和海洋；地表径流又带着硫进入河流，输往海洋，并沉积于海底。

![图片](/uploads/2025-10/da7757.jpg)
 
 陆地火山喷发，使地壳和岩浆中的硫以二氧化硫、硫化氢、硫酸盐等形式排入大气；陆地和海洋中的一些动植物腐败后，其机体中的硫经微生物的厌氧活动还原产生硫化氢，并向大气释放；海水中硫酸盐也会随着波浪翻涌进入大气。大气中的二氧化硫、硫化氢被氧化成硫酸根离子，随降水落到陆地和海洋；大气中的二氧化硫、硫酸根离子还可经自然沉降被土壤、植物或海水吸收，或随大气运动参与海陆间循环。人类的工农业活动对硫循环有重要影响。燃烧、冶炼含硫矿物而排入大气的二氧化硫远高于因风化作用进入大气圈和水圈的硫，城市和工矿区的大气二氧化硫污染和酸雨灾害引起了各国的普遍关注
 
 ## 酸雨
 大量的二氧化硫散发到大气中，被雨水吸收就会形成对自然界危害较大的酸雨。

未污染的大气降水的 pH 一般小于 7 ，大于 5.6 ，这是由于溶解了二氧化碳气体的缘故。如果其他酸性污染物也溶于降水中，其 pH 会明显变小。当大气降水的 pH 小于 5.6时，我们就称之为酸雨。

酸雨的成因很复杂。化学分析表明，酸雨中含有硫酸、硝酸和有机酸，多数情况下以硫酸为主。硫酸和硝酸是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物（主要指一氧化氮和二氧化氮）转化而成的。

空气中的二氧化硫溶于水生成亚硫酸，亚硫酸被氧化生成硫酸。空气中少量的二氧化硫在催化剂（烟尘中的金属氧化物）作用下，被氧化成三氧化硫，三氧化硫溶于水也形成硫酸。空气中的二氧化硫主要来自含硫的煤和石油的燃烧。

![图片](/uploads/2025-10/2c3081.jpg)
 
 
 $$
\begin{aligned}
\mathrm{SO}_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} & \rightleftharpoons \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_3 \\
2 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_3+\mathrm{O}_2 & =\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4 \\
2 \mathrm{SO}_2+\mathrm{O}_2 & \stackrel{\text { 催化剂 }}{\rightleftharpoons} 2 \mathrm{SO}_3 \\
\mathrm{SO}_3+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} & =\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4
\end{aligned}
$$

酸雨中存在硝酸，主要是因为高温燃烧生成的一氧化氮，排人大气后转化成二氧化氮，遇水则生成硝酸和亚硝酸。

硫和氮是营养元素，弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质，供动植物吸收，可一旦酸性过强，土壤中的营养成分溶解后流失，就会对动植物生长产生危害。此外，湖泊、河流酸化后，鱼的繁殖和发育会受到严重影响；土壤酸化后，植物生长所必需的细菌大多无法存活，致使农业减产；酸雨还会伤害植物的新生芽叶或树叶，从而影响其发育生长。

酸雨容易腐蚀建筑材料、金属结构等，使大理石雕像受损、钢铁表面生锈、古建筑物被破坏。作为水源的湖泊和地下水酸化后，由于金属的溶出，可能对饮用者的健康产生有害影响。

如何防治酸雨？减少酸雨的生成，必须控制空气中二氧化硫、氮氧化物等气体的含量。目前世界上减少二氧化硫排放量的措施主要有：优先使用低硫燃料，如含硫量较低的煤和天然气等；对煤和石油进行脱硫，或对它们燃烧后形成的烟气在排放之前除去硫的氧化物等。

![图片](/uploads/2025-10/1dc296.jpg)

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