第一講硫的基礎(chǔ)知識17

第一講硫的基礎(chǔ)知識素

名

稱[Ne]3s23p?32.076

硫

電子排布——相對原子質(zhì)量

電負(fù)性

元素符號2.5英

文

名

稱

———

-Sulfur原

子

半

徑

/pm

——

104發(fā)現(xiàn)年代

古代

古人類發(fā)現(xiàn)者密

度

/g

·cm3

——

2

.07(a)熔

點

/

*C

—

—

112

.8(a)沸

占

/

C

-

444674原

子

序

數(shù)

—

-

1第一電離能/kJmol氧化態(tài)生命必需元素硫元素1000

-6,4,±2單

斜

三

角正

交元硫在遠(yuǎn)古時代就被人們知曉而使用了。硫在自然界中存在有單

質(zhì)狀態(tài)，每次火山爆發(fā)都會把地下大量的硫帶到地面。硫還和多種

金屬形成硫化物和各種硫酸鹽，廣泛存在于自然界中。單質(zhì)硫具有

鮮明的橙黃色，燃燒時形成強(qiáng)烈的臭味，金屬硫化物礦在煅燒過程

中，或者落進(jìn)古代人們的篝火中時，同樣發(fā)生硫在燃燒時所產(chǎn)生的

氣味。在西方，古代人們認(rèn)為硫燃燒所形成的濃厚的煙和強(qiáng)烈的臭

味能夠驅(qū)除魔鬼，在古羅馬，人們用硫燃燒產(chǎn)生的二氧化硫清掃消

毒住屋或漂白布匹，在龐貝城的發(fā)掘中，發(fā)現(xiàn)一幅畫，畫中有一個

盛有硫黃的鐵盤，在鐵盤的上面是懸吊物體的裝置。我們的祖先首

先把硫用來制造火藥，火藥是我國古代的四大發(fā)明之一，當(dāng)時的火

藥是硫黃、硝石和木炭的混合物。

硫的歷史硫在地殼中的含量為0.045%,是一種分布較廣的元素。它在自然界中

以兩種形態(tài)出現(xiàn)——單質(zhì)硫和化合態(tài)硫。天然的硫化合物包括金屬硫化物、

硫酸鹽和有機(jī)硫化合物三大類。最重要的硫化物礦是黃鐵礦FeS2,

它是制造

硫酸的重要原料。其次是黃銅礦CuFeS2、

方鉛礦PbS、閃鋅礦ZnS等。硫酸鹽

礦以石膏CaSO4

·2H20和Na2SO4

·

10H20為最豐富。有機(jī)硫化合物除了存在于

煤和石油等沉積物中外，還廣泛地存在于生物體的蛋白質(zhì)、氨基酸中。單質(zhì)

硫主要存在于火山附近。在1776年，法國化學(xué)家拉瓦錫首先確定了硫的不可分割性，認(rèn)為它是一

種元素。它的拉丁名稱為sulphur,

傳說來自印度的梵文sulvere,

原意為鮮

黃色，它的英文名稱為sulfur。

化學(xué)符號為S。

硫的來源斜方硫亦稱為菱形硫或α-硫，單斜硫又叫β-硫。斜方硫在368.4K

以下穩(wěn)定，單斜硫在368.4K以上穩(wěn)定。368.4K是這兩種變體的轉(zhuǎn)變溫度，

在這個溫度時這兩種變體處于平衡狀態(tài)：單質(zhì)硫有多種同素異形體，其中最常見的是斜方硫和單斜硫。單質(zhì)硫斜方硫和單質(zhì)硫都易溶于CS2中，都是由S8環(huán)狀分子(皇冠構(gòu)型)組成

的，在這個環(huán)狀分子中，每個S原子采取sp3雜化態(tài)，與另外兩個硫原子形成

共價單鍵相聯(lián)結(jié)。在此構(gòu)型中鍵長是206pm,

內(nèi)鍵角為108°,兩個面之間的

夾角為98°。

單質(zhì)硫S,環(huán)狀分子(皇冠構(gòu)型)硫為黃色晶狀固體，熔點為385.8K

(斜方硫)和392K

(單斜硫),沸

點717.6K,

密度為2.06g/cm3

(斜方硫)和1.99g/cm3

(單斜硫)。它的導(dǎo)熱

性和導(dǎo)電性都很差，性松脆，不溶于水，能溶于CS2中。從CS2中再結(jié)晶，可

以得到純度很高的晶狀硫。硫在熔化時，

S8環(huán)狀分子破裂并發(fā)生聚合作用，形成很長的硫鏈。此時

液態(tài)硫的顏色變深，粘度增加。溫度高于563K時，長硫鏈就會斷裂成較小的

短鏈分子，所以粘度下降。當(dāng)溫度達(dá)到717.6K時，硫開始沸騰，硫變成蒸氣，

蒸氣中有S8、S6、S4、S2等分子存在。在1473K以上時，硫蒸氣離解成S原子。若把熔融的硫急速傾入冷水中，纏繞在一起的長鏈狀的硫被固定下來，成為能拉伸的彈性硫。但放置后，彈性硫會逐漸轉(zhuǎn)變成晶狀硫。彈性硫與晶

狀硫不同之處在于：晶狀硫能溶解在CS2中，而彈性硫只能部分溶解。

硫的特性

硫的特性

硫磺易溶于二硫化碳，不溶于水，略溶于酒精和醚類。硫在空氣里燃燒發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰，在氧氣里燃燒則發(fā)出明亮的藍(lán)紫

色火焰。氣體硫磺，硫只有在2千度以上高溫才有可存在單質(zhì)硫，在927℃溫度以上只有S2存在，隨著溫度下降硫的形態(tài)發(fā)生如下變化：

S2→S4→S6→S8,

同時存在少量的S3、S5、S7等。硫在一定的溫度

下形成了各種形態(tài)硫的混合物，溫度越低S8越多，隨溫度下降氣體

顏色也由無色→草黃色→黃色。液體硫磺主要存在S8環(huán)狀和Sn鏈狀二種，它具有特殊的溫粘特

性。溫度從120℃升高至159℃時，

S8環(huán)狀結(jié)構(gòu)增多，液體的粘度隨

溫度升高而降低；溫度從159℃再升高至188℃時，

Sn長鏈結(jié)構(gòu)迅速

增多，液體的粘度隨溫度升高突然增加；溫度從188再升高至444℃時，

Sn長鏈開始斷裂，液體粘度又隨溫度

下降。液硫隨溫度升高顏色由淡黃色流動狀→暗棕色粘稠狀→暗棕

色流動狀。液體硫磺隨冷卻速度不同會形成不同的晶體，主要有正交晶硫

和斜方晶硫二種。正交晶硫是唯一穩(wěn)定的狀態(tài)，它以S8環(huán)為基本單

位，16個該單位結(jié)合成一個晶格，其分子量為4069。斜方晶硫有十

幾種結(jié)構(gòu)，其中最著名的是聚合硫。當(dāng)氣體或液體硫溫度突然下降

時，

Sn長鏈迅速聚合，其形成了特別的結(jié)構(gòu)，分子量可達(dá)到30000~40000,它不溶于CS2,

為此又稱為不溶性硫。聚合硫由于其

結(jié)構(gòu)與橡膠相近，可以作為添加劑，生產(chǎn)子午線輪胎和耐油橡膠。

硫的特性固體硫磺：比重：2.046t/m3;

溶化點：120℃;沸點：444.6℃;

臨界點1041℃;比熱：0.71J/g.k;

溶化熱：1.7175Kj/mol;

傳熱系數(shù)：0.00269w/cm.k;

燃燒熱：2.241Kcal/g

(固體單斜晶);

2.221Kcal/g

(固體正交晶);原子化熱：279Kj/mol。液體硫粘度：在溫度120℃時，粘度0.28泊(含雜質(zhì)),粘度0.21泊

(純);在溫度159℃時，粘度0.35泊(含雜質(zhì)),粘度0.08

泊(純);

在溫度163℃時，粘度0.55泊(含雜質(zhì)),粘度50泊(純)。液體硫密度：在溫度121℃時，密度1796

KG/M3;

在溫度140℃時，

密度1787KG/M3,;

在溫度155℃時，粘度1755

KG/M3。硫的基本參 數(shù)硫磺屬易燃物，固體硫磺燃燒溫度在248~261℃,粉狀硫磺燃燒溫

度為190℃,液硫自燃溫度為230℃。硫磺燃燒需要大量氧，因此純

硫磺在空氣中燃燒時火焰較短，又由于傳熱效果差火焰擴(kuò)展緩慢，

但燃燒后生成的S02會引起人窒息。硫磺混合一定量的氧化劑后會

發(fā)生爆炸，當(dāng)硫塵濃度達(dá)到35克/立方米時具有爆炸可能，它屬于

Ⅱ

類爆炸物。液硫溫度較高容易燙傷皮膚。硫粉塵的致毒性十分微弱，沒有引起急性中毒的可能。但是經(jīng)常有

微量的硫進(jìn)入身體，也可能有一定的危害作用。對人每天服入小劑

量硫(1~10mg),1~2

周后發(fā)生頭痛、眩暈、疲倦、便秘、腹痛等。

長期吸入硫塵可能會引起肺臟塵埃性疾病，長期在硫塵環(huán)境中可能

引起眼睛發(fā)生結(jié)膜炎，硫塵也可能引起特別敏感者發(fā)生濕疹。硫磺安全性硫磺是一種重要的化工原料，其它用途包括炸藥、鋼鐵酸洗、醫(yī)藥食品工業(yè)、

安全剝離、水處理、橡膠、電解工業(yè)、催化劑、顏料、化學(xué)品、硫磺混凝土、

醇類、黏合劑、農(nóng)藥等。硫磺產(chǎn)品形式：液硫、固硫。膠體硫：膠體硫產(chǎn)品為灰黃色塊狀固體或硫粉，有吸濕性、易粘結(jié)，但不

影響使用效果。加水后可成為良好的懸浮液。其中硫磺顆粒比硫磺粉劑和可

濕性硫磺粉都小，所以防治效果較好。聚合硫：黃色粉末，是硫磺的聚合體，不溶于二氧化碳，具有熱塑性，與

橡膠的塑性均勻，混煉時分散均勻，溫度過高時容易轉(zhuǎn)化為可溶性硫磺，常溫下有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。其中硫含量55-90%,酸度≤0.05%

(以H2S04計)灰分≤0.3%,加值失重≤0.5%。

硫磺的用途硫能形成氧化態(tài)為-2、+6、+4、+2、+1的化合物，

-2價的硫具有較強(qiáng)的還原性，+6價的硫只有氧化性，+4價的硫既具有氧化性也有還

原性。除金、鉑外，硫幾乎能與所有的金屬直接加熱化合，生成金屬硫化

物。除稀有氣體、碘、分子氮以外，硫與所有的非金屬一般都能化合。硫能溶解在苛性鈉溶液中。硫能被濃硝酸氧化成硫酸。硫磺化學(xué)性質(zhì)控制項目硫磺產(chǎn)品硫水分灰分酸度鐵有機(jī)物砷單

位w%w%w%w%w%w%w%優(yōu)等品*99.90+0.100.03+0.003+0.0030.030.0001一等品*99.50+0.50>0.10>0.005+0.0050.30>0.01合格品*99.00>1.0>0.20>0.02不規(guī)定>0.80>0.05工業(yè)硫磺產(chǎn)品指標(biāo)人們跟硫化氫氣體打交道的時間雖然很久很久了，而且對

它非常厭惡，但卻無所認(rèn)識，到了17世紀(jì)才逐漸有所了解。

1663年化學(xué)家波義耳知道它能使銀器變黑。

1

7

7

2

年

化學(xué)家舍勒才開始研究它，證明硫在氫氣中燃燒可以得到這種氣

體。理化性質(zhì)硫化氫分子式H2S。

為無色氣體，具有臭蛋味，密度比空氣

略大，有劇毒，能溶于水，易溶于甲醇類、石油溶劑和原油中。

氣體可燃上限為45.5%,下限為4.3%,自燃點為260

℃。

硫化氫硫化氫化學(xué)性質(zhì)硫化氫在高溫下不穩(wěn)定，在1700℃完全分解為氫和硫。硫化氫在常溫時很難被空氣中的02氧化，

H2S在一定溫度燃燒時火焰呈淡藍(lán)

色，在空氣不足時燃燒，生成硫和水；在空氣充足時燃燒，生成二氧化硫和

水。硫化氫是強(qiáng)還原劑，能將高錳酸鉀、溴等還原。與S02的反應(yīng)后生成物的顏

色，如是兩氣體混合，混合后會產(chǎn)生淺黃色粉未狀的固體，如是在水溶液中

則是產(chǎn)生乳白色的混濁。硫化氫在水中的溶解度不大，其亨利常數(shù)E值(atm)在0℃為2.68×10-6,在

常溫常壓下一體積水僅能溶解2.5體積硫化氫，飽和溶液的濃度為0.1摩爾/

升。硫化氫的水溶液稱為氫硫酸，是一種二元弱酸。硫化氫與許多金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成溶解度不同和各種顏色的金屬硫化物

沉淀，可用于分離和鑒定金屬離子。硫化氫主要用途化學(xué)分析、金屬的精制、各種工業(yè)試劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥品、螢

光體、電發(fā)光、半導(dǎo)體光電曝光計、硫及各種硫化物的制備、有機(jī)合成的還原劑、標(biāo)準(zhǔn)氣、校正氣、等離子干刻。硫化氫毒性H2S是具有“臭蛋樣”氣味的無色劇毒氣體，毒性幾乎與HCN

一樣，是CO的六倍。在0.01~0.15PPM濃度時就能夠聞到刺鼻的

臭味，但極高濃度很快引起嗅覺疲勞而不覺其味。低濃度接觸

僅有呼吸道及眼的局部刺激作用，高濃度時全身作用較明顯，表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和窒息癥狀。二氧化硫化學(xué)式：

S02

,

常溫下無色氣體，具辛辣和窒息氣味，比空氣

重。在常溫時壓力(4～5Kg/cm2)

下壓縮為無色、流動的液體，液態(tài)二氧化硫是一種非水溶劑，能溶解很多無機(jī)和有機(jī)化合物，是一種無色透明、有刺激性臭味的液體。易溶于水，常溫常壓下，

1體積水大約能溶解40體積的S02,

易于與水混合并氧化成亞硫酸；

易溶于甲醇、乙醇、硫酸、醋酸、氯仿和乙醚。二氧化硫有毒，會引起氣管發(fā)炎和食欲衰退，它也是一種大氣污染物，來源于煤

和石油的燃燒和有色金屬冶煉工廠。分子量：64.063,沸

點：

-10.0℃

(101.325

kPa),

熔

點

：-75.5℃(101.325kPa),

氣體密度：3.049kg/m3(0℃,101.325kPa

。二氧化硫主要用途：

制備H2S04、Na2S等無機(jī)硫化物，有機(jī)物合成，熏蒸劑，

殺蟲劑，水果蔬菜的保鮮劑，消毒用殺菌劑，漂白劑，造紙工業(yè)，

鞣皮，制冷劑，石油精煉，鎂的冶煉，防腐劑，標(biāo)準(zhǔn)氣，校正氣，

在線儀表標(biāo)準(zhǔn)氣?；瘜W(xué)性質(zhì)：

S02屬酸性氧化物——具有酸性氧化物的一切通性；較

弱的氧化性——還原產(chǎn)物為S;

較強(qiáng)的還原性——氧化產(chǎn)物為S03、

H2S04或硫酸鹽；漂白性——S02溶于水生成H2S03;

生成亞硫酸及亞硫酸鹽——S02

溶于水，所得溶液稱為亞硫酸。

H2S03是二元中

強(qiáng)酸，

H2S03酸性比H2CO3強(qiáng)；生成三氧化硫——二氧化硫的催化

氧化二氧化硫的催化氧化是二氧化硫的重要化學(xué)性質(zhì)之一。二氧化硫S02

對環(huán)境的污染(酸雨的形成):正常的雨水由于溶解CO2形成弱酸H2CO3,

pH約為5.6。酸雨的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過程。

一般認(rèn)為，

酸雨是由于人為排放的S02等酸性氣體進(jìn)入大氣后，造成局部地區(qū)大氣中的

二氧化硫富集，在水凝結(jié)過程中溶解于水形成亞硫酸，然后經(jīng)某些污染物的

催化作用及氧化劑的氧化作用生成硫酸，隨雨水降下形成酸雨。酸雨中的酸度主要是由H2S04

和HNO3造成的，

pH<5.6。H,O>SO,

→H?SO?O??SO?酸雨二氧化硫酸雨的危害：

給地球生態(tài)環(huán)境和人類的社會經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的影響

和破壞，酸雨使土壤酸化，降低土壤肥力，許多有毒物質(zhì)被值物

根系統(tǒng)吸收，毒害根系，殺死根毛，使植物不能從土壤中吸收水

分和養(yǎng)分，抑制植物的生長發(fā)育。酸雨使河流、湖泊的水體酸化，

抑制水生生物的生長和繁殖，甚至導(dǎo)致魚苗窒息死亡；酸雨還殺

死水中的浮游生物，減少魚類食物來源，使水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂；

酸雨污染河流湖泊和地下水，直接或間接危害人體健康。酸雨通

過對植物表面(葉、莖)的淋洗直接傷害或通過土壤的間接傷害，

促使森林衰亡，酸雨還誘使病蟲害暴發(fā)，造成森林大片死亡。羰基硫外觀與性狀：

無色惡臭氣體，易潮解，300℃分解為一氧化碳和硫，

可被氫氧化鉀迅速吸收而分解。溶解性：易溶于水，易溶于乙醇、

甲苯。毒性分級：高毒，職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

TLV-TWA

10

毫克/立方米；STEL

20

毫克/立方米。爆炸極限：11.9-28.5%,爆轟氣體危險特

性：與空氣混合易爆?？扇夹晕ｋU特性：易燃；燃燒生成有毒二

氧化硫氣體；與水反應(yīng)生成硫化氫氣體。主要用途：合成含硫的

有機(jī)化合物分子式：COS,

分子量：60.17。液體比重：1.24(-87℃,液

體),氣體密度：2.1。熔點：

-138.2℃,沸點：

-50.2℃,閃點：

<-50℃。蒸