高中化学课件《硫磺的性质》

硫磺的性质欢迎来到高中化学课程中关于硫磺性质的专题学习本课程是第一单元非金属元素及其化合物的重要组成部分通过本次课程，我们将深入探讨硫这一重要非金属元素的基本特性、化学反应以及在工业和日常生活中的应用硫元素作为周期表中的重要成员，不仅在自然界中分布广泛，而且在化学工业中具有举足轻重的地位通过学习硫的性质，我们将能够更好地理解非金属元素的化学特性，为后续学习打下坚实基础课程目标元素基础性质掌握了解硫元素的基本性质和在元素全面掌握硫的物理性质如熔点、周期表中的位置，掌握其电子构沸点、溶解性和同素异形体，以型和化学活性特点，建立对非金及化学性质包括与氧、金属、非属元素性质的系统认识金属的反应规律和机理应用理解深入理解硫在自然界和工业生产中的重要应用，掌握硫化合物在农业、医药、化工等领域的实际使用价值和环境影响通过本课程的学习，我们将系统构建对硫元素的科学认知，不仅从理论上理解其化学本质，还能从实践角度认识其广泛应用课程将结合实验演示、理论分析和实际案例，帮助你全面掌握硫的重要性质硫在元素周期表中的位置16原子序数硫元素在元素周期表中的核电荷数

32.07相对原子质量硫元素的平均原子质量3所处周期硫位于元素周期表第三周期16所处族硫位于主族VIA族（现代标记为第16族）硫元素的电子构型为1s²2s²2p⁶3s²3p⁴，其最外层有6个电子，其中包括一对未成对电子这种电子构型决定了硫的化学性质——既可以得到电子形成-2价离子，也可以失去电子形成多种正价离子硫与同族元素氧、硒、碲有许多相似的化学性质，但也表现出明显的周期性变化特征硫的同素异形体斜方硫（₈）单斜硫（₈）αβ-S-S黄色晶体，最稳定的同素异形体黄色针状晶体，亚稳态形式熔点℃熔点℃•

115.21•119标准状态下最常见形式从熔融硫冷却获得••胶态硫塑性硫乳白色胶体，悬浮于液体中的微粒褐色橡皮状物质，分子为长链状从硫化物溶液中酸化获得熔融硫骤冷形成•••粒径为10-1000纳米•随时间逐渐转变为结晶硫硫的同素异形体之间可以相互转化，这种转化与温度和外部条件密切相关例如，斜方硫在℃以上会自发转变为单斜硫，而塑性

95.5硫则是熔融态硫急剧冷却的产物这些不同形态的硫在物理性质和晶体结构上存在显著差异，但化学性质基本相似硫的物理性质物理状态常温下为淡黄色固体密度

2.07g/cm³熔点

115.21℃（斜方硫）沸点

444.6℃溶解性不溶于水，微溶于醇，溶于二硫化碳硫是一种具有独特物理性质的非金属元素在标准状态下，它呈现淡黄色固体形态，质地较为脆硬硫的密度略大于水，但明显低于大多数金属元素值得注意的是，硫的溶解性表现出强烈的选择性，它几乎不溶于水，但在有机溶剂如二硫化碳中具有良好的溶解度硫的熔点和沸点之间跨度较大，这使得熔融硫在不同温度区间表现出丰富多变的状态特性这种温度相关的物理性质变化是由于硫分子结构的温度依赖性所导致的，也是硫元素物理化学特性的重要体现硫分子结构环状结构键长特征₈分子呈冠状环形，是常温下的主要存在S键长约为，显示共价键本质S-S206pm形式电子排布键角属性每个硫原子形成两个共价键，外层还有两对键角约为，接近四面体构型S-S-S108°孤电子对硫分子在常温下主要以₈环状分子形式存在，这种八原子环结构形似王冠，每个硫原子通过共价键与相邻的两个硫原子相连₈分子中的键角与S S理想四面体构型的非常接近，反映了硫原子杂化轨道的电子构型特征

109.5°sp³这种环状结构赋予了硫独特的物理和化学性质每个硫原子上还存在两对孤电子对，这使得硫分子表面呈现出复杂的电子云分布，也为硫参与化学反应提供了活性位点硫分子结构的稳定性与其同素异形体的多样性密切相关硫分子结构（续）低温结构中温转变高温结构气态分子S₈环状分子，结构稳定环断裂形成长链，粘度增加长链断裂形成S₂、S₃等小分子气态主要为S₂分子，紫色硫的分子结构随温度变化而发生显著转变，这种转变直接影响其物理性质当温度升高到℃左右时，₈环开始断裂，形成链状结构在℃115S160-180范围内，长链分子相互缠绕，导致熔融硫的粘度急剧增加进一步升温至℃以上，长链结构开始断裂形成较短的链或小分子，使粘度又开始下降200当硫被加热到沸点附近时，主要以₂分子形式存在，这种小分子结构使硫蒸气呈现出特征性紫色这一系列结构变化解释了硫在不同温度下表现出的复S杂物理性质，特别是其熔融态的粘度异常变化这种结构与性质的关联是理解硫行为的关键硫的同位素硫在自然界中的分布地壳含量主要存在形式硫在地壳中的质量分数约为自然界中的硫主要以硫化物（如

0.048%，是地壳中含量第十六位FeS₂黄铁矿）和硫酸盐（如的元素这一含量虽不算特别高，CaSO₄·2H₂O石膏）形式存在，但足以支持硫在地质和生物过程中纯净的单质硫相对罕见，主要分布的重要作用在火山活动区域地质分布单质硫常见于火山口周围和温泉地区，这些地方的硫是由地下深处释放的含硫气体（如₂）经氧化或微生物作用形成的H S硫元素在自然界中分布广泛但不均匀，主要集中在某些特定类型的矿床中硫化物矿床是工业提取硫的重要来源，特别是黄铁矿（₂）储量巨大此外，与石油和天然气共生FeS的元素硫矿床在美国、墨西哥、波兰等地也有丰富储藏海洋中溶解的硫酸盐也是硫的重要储库，海水中硫酸根离子的平均浓度约为生

2.7g/L物圈中的硫主要存在于蛋白质中的含硫氨基酸，以及某些特殊的生物化合物中，如大蒜和洋葱中的含硫有机物质硫的主要矿物黄铁矿（FeS₂）是地球上最普遍的含硫矿物，因其金黄色外观又被称为愚人金它占全球硫矿资源的50%以上，是主要的工业硫来源石膏（CaSO₄·2H₂O）作为重要的硫酸盐矿物，全球储量超过2000亿吨，广泛用于建筑材料和艺术创作重晶石（BaSO₄）因其高密度特性（

4.5g/cm³）被广泛应用于石油钻井泥浆中硬石膏（CaSO₄·½H₂O）是石膏脱水后的产物，是制作石膏板、模型和装饰品的重要材料自然硫矿床虽然相对稀少，但在火山活动区域如日本、意大利的西西里岛和美国路易斯安那州有丰富的储量，这些自然硫的纯度通常很高硫的提取方法过热水注入将150℃过热水注入硫矿层硫熔化地下硫熔化形成液态压缩空气注入压缩空气将熔融硫推向地表提取纯化熔融硫被提升至地表并纯化弗拉希法（Frasch process）是一种革命性的硫提取技术，由德裔美国化学家赫尔曼·弗拉希（Herman Frasch）于1894年发明这种方法主要用于开采位于石灰岩和石膏层下方的自然硫矿床，特别适用于那些埋藏较深且不适合传统开采方法的硫矿弗拉希法的显著优势在于其高效率和环保性，提取的硫纯度可达

99.5%以上，几乎不需要后续纯化处理这种方法在20世纪大部分时间里主导了全球硫生产，特别是在美国墨西哥湾沿岸地区的应用最为广泛虽然现代硫生产已逐渐转向从石油和天然气中回收硫，但弗拉希法在特定地区仍具有重要应用价值弗拉希法（）原理Frasch Process三管同心钻井系统弗拉希法采用三根同心套管的钻井装置，从外到内分别为热水管、压缩空气管和熔融硫提取管外管直径最大，用于输送过热水；中管输送压缩空气；内管则负责将熔融的硫送至地表这种设计确保了热能的有效传递和熔融硫的高效回收，是该工艺的核心组成部分每个钻井平台通常可以开采周围几百米范围内的硫矿硫的化学性质概述化学活性硫的化学活性适中，居于高活性非金属（如氟、氧）和低活性非金属（如碘）之间氧化态范围硫的氧化态范围广泛，从-2价到+6价，反映了其多变的化学性质常见化合物硫形成多种重要化合物，如H₂S（-2价）、SO₂（+4价）、H₂SO₄（+6价）反应多样性参与多种类型的化学反应，既可作为氧化剂也可作为还原剂硫的化学性质丰富多样，这与其特殊的电子构型密切相关作为第三周期元素，硫原子不仅可以通过使用3p轨道形成共价键，还能利用3d轨道参与成键，这使得硫能够形成多种价态的化合物，从最低的-2价到最高的+6价在化学反应中，硫表现出两面性面对强氧化剂时，它表现为还原剂；而面对活泼金属或某些还原性物质时，又能表现为氧化剂这种双重性质使硫成为化学反应中的多功能参与者最常见的硫化合物包括硫化氢（H₂S）、二氧化硫（SO₂）和硫酸（H₂SO₄），它们在工业和环境化学中具有重要地位硫的氧化性与金属的反应硫在高温条件下可以直接与多种金属发生反应，表现出氧化性这些反应通常需要加热才能进行，反应过程中硫接受电子被还原为硫离子（S²⁻），形成相应的金属硫化物•Fe+S→FeS（高温条件下）•2Cu+S→Cu₂S•Zn+S→ZnS•Hg+S→HgS这些反应是工业生产金属硫化物的重要方法，某些金属硫化物如HgS（朱砂）在历史上具有重要价值硫的氧化性强弱取决于反应条件和反应物性质与活泼金属如钠、镁反应时，硫表现出较强的氧化性，反应剧烈且放热显著；而与铜、铅等活动性较弱的金属反应时，通常需要加热才能发生反应值得注意的是，金属与硫反应形成的硫化物具有多样的性质——部分金属硫化物如Na₂S溶于水并水解生成碱性溶液，而大多数过渡金属硫化物如CuS、ZnS几乎不溶于水这种性质差异在分析化学中被用于金属离子的分离和鉴定硫的还原性与氧气反应S+O₂→SO₂（点燃时）硫燃烧时发出蓝色火焰，产生二氧化硫气体这是一个放热反应，生成的SO₂具有强烈的刺激性气味与氯酸盐反应3S+2KClO₃→2KCl+3SO₂硫与氯酸钾混合后加热会发生剧烈反应，可用于制造某些烟火这个反应中硫被氧化为SO₂，而氯酸钾被还原为氯化钾与浓硫酸反应S+2H₂SO₄浓→3SO₂+2H₂O硫与热浓硫酸反应，表现出还原性，自身被氧化为SO₂，同时使硫酸中的硫被还原与浓硝酸反应2S+6HNO₃浓→2H₂SO₄+6NO₂+2H₂O硫与浓硝酸反应生成硫酸和二氧化氮这是一个强氧化反应，硫被完全氧化至+6价硫的还原性主要体现在与强氧化剂的反应中作为一种非金属元素，硫原子外层有6个电子，容易失去这些电子被氧化至更高价态与不同的氧化剂反应时，硫可能被氧化到不同程度，生成不同价态的氧化产物，从+4价的SO₂到+6价的SO₃或H₂SO₄硫与氧气反应点燃过程硫在空气中被点燃后，会与氧气发生剧烈反应这一反应的启动需要达到硫的燃点，通常通过外部加热实现燃烧特征燃烧中的硫呈现特征性的蓝色火焰，这是硫分子在高温下激发发光的结果反应过程中释放大量热能，是一个典型的放热反应生成产物反应主要生成二氧化硫气体（₂）在特定条件下，少量₂可能进一步SO SO氧化为三氧化硫（₃）生成的气体具有强烈的刺激性气味SO硫与氧气的反应是一个基本的氧化还原反应，化学方程式为S+O₂→SO₂，反应焓变ΔH=-297kJ/mol这个反应在工业上具有重要意义，是生产硫酸的第一步在实验室中，这个反应可以用来演示非金属元素的燃烧特性和氧化物的酸性值得注意的是，硫燃烧产生的二氧化硫是一种重要的大气污染物，能与水反应生成亚硫酸，进而被氧化为硫酸，是酸雨的主要成因之一因此，现代工业过程中通常采取措施控制硫燃烧产生的废气排放硫与强氧化性酸的反应与浓硫酸反应与浓硝酸反应与热浓盐酸反应S+2H₂SO₄浓→3SO₂+2H₂O2S+6HNO₃浓→2H₂SO₄+6NO₂+2H₂SO+2HCl浓→H₂S+Cl₂硫与热的浓硫酸反应时，会被氧化为二氧化硫与浓硝酸反应时，被完全氧化为硫酸，同时在高温条件下，硫可以与浓盐酸反应生成硫化硫，同时还原部分硫酸中的硫元素这个反应硝酸被还原为二氧化氮反应过程中会产生棕氢和氯气这个反应在常温下几乎不发生，需通常在加热条件下进行，反应中会释放出大量红色的NO₂气体，这是鉴别该反应的重要特要在高温条件下才能观察到明显反应的二氧化硫气体征硫与强氧化性酸的反应充分展示了硫作为还原剂的性质这些反应通常需要在加热条件下进行，反应过程中硫被氧化，而酸中的阳离子或中心原子被还原这类反应在实验室制备某些气体和化合物时具有重要应用硫与非金属反应与氢反应S+H₂→H₂S（加热）与碳反应S+C→CS₂（高温）与磷反应3S+2P→P₂S₃与氟反应S+F₂→SF₆硫与非金属元素的反应展示了硫化学性质的多样性这些反应通常需要特定条件才能发生，如加热或催化剂的存在与氢反应生成的硫化氢（H₂S）是一种有毒气体，具有臭鸡蛋味；与碳反应生成的二硫化碳（CS₂）是一种重要的有机溶剂和工业原料硫与磷反应生成的硫化磷用于制造火柴和烟火；而与氟反应生成的六氟化硫（SF₆）则是一种重要的电气绝缘气体这些反应在工业上具有广泛应用，用于生产多种化工产品和特种材料每种反应的条件和产物性质各不相同，反映了硫元素化学性质的丰富多样性硫与金属反应与铁反应与铝反应与钠反应2Fe+3S→Fe₂S₃2Al+3S→Al₂S₃2Na+S→Na₂S高温条件下铁粉与硫粉反应剧铝与硫在高温下反应生成硫化钠与硫反应极为剧烈，即使在常烈，生成硫化铁，这是一个强放铝，该化合物遇水会水解生成氢温下也能发生，产生大量热并生热反应氧化铝和硫化氢成硫化钠与汞反应Hg+S→HgS汞与硫反应生成朱砂（HgS），这是一种重要的颜料和汞矿石硫与金属的反应是形成金属硫化物的重要途径这些反应的活跃程度取决于金属的活动性和反应条件活泼金属如钠、钾与硫反应极为剧烈，甚至可能导致燃烧或爆炸；而较不活泼的金属如铜、铅则需要加热才能与硫充分反应金属硫化物的性质多种多样碱金属和碱土金属的硫化物通常可溶于水且呈碱性；大多数过渡金属硫化物则难溶于水某些金属硫化物如辰砂（HgS）、黄铁矿（FeS₂）在历史上具有重要价值，被用作颜料或矿石现代工业中，金属硫化物在冶金、催化剂和电子材料领域有广泛应用硫的熔融特性℃115硫熔化，形成淡黄色流动性液体℃160液体变为棕红色，流动性减弱℃180-200液体变为深红色，极度粘稠几乎不流动℃以上200粘度再次降低，变得更加流动硫的熔融行为是其最独特的物理特性之一，体现了分子结构随温度变化的复杂转变当温度达到

115.21℃时，斜方硫（α-S₈）熔化形成淡黄色液体，此时S₈环状分子仍保持完整随着温度上升到约160℃，液体颜色逐渐加深为棕红色，这是因为S₈环开始断裂形成长链状结构在180-200℃范围内，熔融硫变得极度粘稠，呈现深红色，几乎不能流动这种异常粘度增加是由于长链分子相互缠绕形成网状结构当温度继续升高超过200℃后，长链开始断裂形成较短的链和小分子，使粘度又开始下降，液体重新变得流动这种随温度变化的反常粘度行为在液体中非常罕见，是硫特有的性质硫的熔融特性（续）实验硫的熔融实验准备器材准备试管、酒精灯、试管夹、硫粉加热观察小火慢慢加热试管中的硫粉，观察颜色和流动性变化继续加热持续加热至深褐色且粘稠，然后继续加热观察粘度变化冷却观察停止加热，让硫慢慢冷却，观察结晶过程硫的熔融实验是观察其独特物理性质的经典教学实验在实验过程中，首先将少量硫粉放入干燥的试管中，然后用小火慢慢加热当温度达到约115℃时，硫开始熔化，形成淡黄色流动性良好的液体随着温度继续升高，液体颜色逐渐加深，从黄色变为棕红色，同时流动性开始明显下降在180-200℃左右，熔融硫变得极度粘稠，几乎不能流动此时将试管倒置，可以观察到液体硫不会流出继续加热至200℃以上，硫液又变得流动，可以轻易地从试管中倒出若将高温熔融的硫倒入冷水中，会形成褐色橡皮状的塑性硫整个实验过程需注意安全，避免硫蒸气吸入和硫的燃烧熔融硫冷却过程熔融状态急冷处理高温下硫呈现流动性液体熔融硫倒入冷水中结构转变形成塑性硫塑性硫逐渐变脆变黄生成褐色橡皮状弹性体熔融硫的急冷处理是制备塑性硫的重要方法当温度超过200℃的熔融硫被迅速倒入冷水中时，长链分子没有足够时间重新排列为环状结构，而是保持了无规则的长链状态，形成了一种称为塑性硫的特殊同素异形体塑性硫呈褐色半透明状，具有显著的弹性和可塑性，质地类似橡胶塑性硫是一种亚稳态形式，随着时间推移，其中的长链分子会逐渐重新排列为更稳定的S₈环状结构这一过程导致塑性硫逐渐失去弹性，变得脆硬，颜色也从褐色转变为黄色，最终完全转化为结晶硫这种结构转变通常需要几小时到几天的时间，取决于温度和其他环境条件塑性硫的密度（约

1.95g/cm³）略低于结晶硫（约

2.07g/cm³），这反映了其分子排列的差异硫的溶解性在常见溶剂中的溶解性硫的溶解性表现出强烈的选择性，这与溶剂的极性和分子结构密切相关在水中，硫几乎完全不溶，这是因为水分子的极性与非极性的S₈分子之间存在显著的相容性差异然而，在非极性溶剂中，尤其是二硫化碳（CS₂），硫表现出极高的溶解度在有机溶剂方面，硫在乙醇中微溶，在苯、甲苯等芳香族溶剂中溶解度适中，而在高温石油、松节油等中则有一定溶解度这种溶解性模式对于硫的提取、纯化和应用具有重要意义溶剂对同素异形体的选择性不同溶剂对硫的同素异形体具有选择性溶解作用例如，二硫化碳能有效溶解环状S₈分子，但对长链态的硫溶解能力较弱这种选择性可用于分离不同形态的硫温度对硫的溶解度有显著影响以二硫化碳为例，在室温下每100克溶剂可溶解约35克硫，但随着温度升高，溶解度明显增加这种温度依赖性在硫的结晶和纯化过程中被广泛利用通过控制溶液的冷却速率，可以获得不同大小和纯度的硫晶体硫的常见化合物氧化物二氧化硫（SO₂）是一种无色、具有刺激性气味的气体，是重要的工业原料和环境污染物三氧化硫（SO₃）是一种极易吸水的白色固体，是制备硫酸的直接前体含氧酸亚硫酸（H₂SO₃）是一种不稳定的弱酸，仅在水溶液中存在硫酸（H₂SO₄）是一种重要的强酸，被称为工业之血，在化工、冶金等领域应用广泛硫化物硫化氢（H₂S）是一种有毒气体，具有特征性的臭鸡蛋气味金属硫化物如硫化铁（FeS）、硫化铜（CuS）在矿物学和材料科学中具有重要地位有机硫化合物巯基化合物（R-SH）、硫醇和硫醚是重要的有机硫化合物，在生物化学和药物化学中扮演关键角色，如含硫氨基酸和某些抗生素的活性基团硫能形成丰富多样的化合物，这反映了其多变的化学性质和广泛的应用价值从无机硫化物到复杂的有机硫化合物，硫参与形成的物质种类繁多，性质各异这些化合物在工业生产、环境科学、生物学和医药学等领域具有重要应用，也是化学课程中的重要学习内容二氧化硫（₂）SO物理性质化学性质二氧化硫是一种无色气体，具有强烈的刺激性气味它的密度为

2.62g/L（0℃，1个大气压），比空二氧化硫是一种酸性氧化物，与水反应生成亚硫酸SO₂+H₂O⇌H₂SO₃它既可表现为氧化气重约2倍，这使其在泄漏时容易积聚在低洼处SO₂极易溶于水，在0℃时每升水可溶解约80升剂，又可表现为还原剂，这种两性使其在化学反应中表现出多样性SO₂气体，形成亚硫酸溶液SO₂的漂白作用是其重要特性之一，它能与许多有色物质反应使其褪色这种漂白多为还原性漂白，SO₂可被液化，其沸点为-10℃液态SO₂是一种无色、高挥发性的液体，常用作工业溶剂和制冷与氧化性漂白剂（如漂白粉）形成对比SO₂还可与某些醛、酮等有机化合物形成加成产物，这一性剂在高压下，SO₂还可形成白色晶体固体质在有机合成中有重要应用二氧化硫的制备二氧化硫的化学性质酸性SO₂+H₂O⇌H₂SO₃二氧化硫溶于水形成亚硫酸，呈现酸性这一反应是大气中SO₂形成酸雨的关键步骤亚硫酸是一种中强度的酸，能与碱反应形成亚硫酸盐氧化性SO₂+2H₂S→3S+2H₂O二氧化硫可以氧化硫化氢，自身被还原为硫这一反应在处理含H₂S的工业气体中有应用，可同时去除SO₂和H₂S两种污染物还原性SO₂+Br₂+2H₂O→2HBr+H₂SO₄SO₂可被强氧化剂如溴水、高锰酸钾溶液氧化为硫酸这一还原性使SO₂能够作为还原剂用于某些化学反应漂白性SO₂+[O]+色素→SO₃+无色化合物SO₂具有还原性漂白作用，能漂白某些植物色素、有机染料等这种漂白通常是可逆的，与氧化性漂白不同二氧化硫化学性质的多样性使其成为化学工业中的重要原料和反应物SO₂既可以作为酸性氧化物参与酸碱反应，又可以在氧化还原反应中表现出双重性质这种化学多面性是理解SO₂在环境化学和工业过程中行为的关键实验二氧化硫的漂白作用准备材料收集新鲜花瓣（如玫瑰或康乃馨）、湿润滤纸、含硫粉末的燃烧勺、密闭透明容器产生₂SO在燃烧勺中点燃少量硫粉，使其燃烧产生二氧化硫气体观察漂白将燃烧的硫放入装有花瓣的密闭容器中，观察花瓣颜色变化记录结果记录漂白过程中的现象，并尝试将漂白后的花瓣放在空气中观察是否恢复颜色二氧化硫的漂白作用实验是展示其还原性的经典演示在这个实验中，SO₂与花瓣中的色素分子反应，破坏其共轭体系，导致颜色消失这种漂白作用与次氯酸盐等氧化性漂白剂不同，SO₂主要通过还原作用实现漂白值得注意的是，SO₂的漂白作用在许多情况下是可逆的当漂白后的花瓣暴露在空气中一段时间后，其颜色可能部分恢复，这是因为空气中的氧气重新氧化了还原后的色素分子这种可逆漂白特性使SO₂在某些特殊漂白应用中具有优势，如用于漂白易受氧化性漂白剂损害的材料三氧化硫（₃）SO三氧化硫（₃）是一种重要的硫氧化物，在标准状态下呈现为无色针状晶体或液体它的沸点为℃，熔点为℃₃具有极SO

44.

816.9SO强的吸水性，在空气中会迅速吸收水分形成浓硫酸，产生白烟正是这种与水的剧烈反应性，使₃在空气中表现出发烟现象₃SOSO₂₂₄+H O→H SO化学性质方面，₃是一种强氧化剂，能氧化许多物质它与许多有机化合物发生反应，特别是可与含羟基的化合物发生脱水反应这种SO强烈的脱水性使其成为有机合成中的重要磺化试剂₃还是制备高纯度硫酸和发烟硫酸的直接原料，在化学工业中占有重要地位由于SO其强腐蚀性和毒性，操作₃时需采取严格的安全防护措施SO三氧化硫的制备实验室制备在实验室中，三氧化硫可通过加热硫酸铁等硫酸盐或浓硫酸脱水制得例如，硫酸亚铁在高温下分解2FeSO₄→Fe₂O₃+SO₂+SO₃无水磷酸也可用作脱水剂处理浓硫酸获得SO₃工业制备工业上主要通过接触法制备SO₃，即在催化剂存在下氧化二氧化硫2SO₂+O₂⇌2SO₃这是一个可逆的放热反应，根据勒夏特列原理，低温有利于SO₃生成，但反应速率又要求较高温度催化条件五氧化二钒（V₂O₅）是最常用的催化剂，通常负载在硅藻土等载体上工业生产中采用的温度范围为400-450℃，适当加压可提高转化率现代工艺采用多级转化器，逐级降温以提高总转化率₃处理SO生成的SO₃通常不单独分离，而是直接通入浓硫酸中制成发烟硫酸或普通硫酸若需要纯SO₃，可通过低温冷凝分离生产中需注意SO₃极强的腐蚀性和吸水性，设备材质选择十分重要三氧化硫的制备方法反映了化学工业中平衡理论与实践的智慧虽然从热力学角度看，低温有利于SO₂向SO₃的转化，但低温下反应速率又极为缓慢工业生产通过找到合适的催化剂和优化反应条件，成功解决了这一矛盾硫酸（₂₄）H SO

98.08分子量硫酸的相对分子质量

1.84密度浓硫酸的密度g/cm³337沸点硫酸沸点温度℃亿3年产量全球硫酸年产量吨硫酸是一种极其重要的无机强酸，被称为工业之血，几乎所有工业部门都直接或间接使用硫酸浓硫酸（98%）是一种无色、无味、油状粘稠液体，具有强酸性、强氧化性和强脱水性三大特点它极易吸水，与水混合时会放出大量热，因此稀释硫酸时必须将酸慢慢加入水中，而非相反操作工业上硫酸主要通过接触法生产先将SO₂氧化为SO₃，然后再吸收到硫酸中形成浓硫酸这一方法高效且环保，是现代硫酸工业的基础硫酸的应用范围极广，包括化肥生产、金属冶炼与处理、石油精炼、蓄电池制造、染料生产和纺织工业等众多领域硫酸也是实验室中最常用的酸之一硫酸的酸性质子解离与金属反应H₂SO₄⇌H⁺+HSO₄⁻⇌2H⁺+SO₄²⁻Zn+H₂SO₄稀→ZnSO₄+H₂与盐反应与碱反应H₂SO₄+BaCl₂→BaSO₄↓+2HCl H₂SO₄+2NaOH→Na₂SO₄+2H₂O硫酸是一种典型的双质子酸，分两步解离产生氢离子第一步解离几乎完全（Ka₁=

1.0×10²），使硫酸成为强酸；第二步解离较弱（Ka₂=

1.2×10⁻²），形成氢硫酸根离子和硫酸根离子这种分步解离特性使硫酸能形成两种盐正盐（如Na₂SO₄）和酸式盐（如NaHSO₄）稀硫酸与金属反应时，其酸性是主要表现，能与金属活动性顺序中位于氢前的金属反应放出氢气与碱反应时，硫酸表现出完全的中和作用，形成相应的硫酸盐和水硫酸还能与某些盐发生置换反应，特别是能与钡盐反应生成难溶的硫酸钡沉淀，这一反应常用于检测硫酸根离子硫酸的氧化性与铜反应Cu+2H₂SO₄浓→CuSO₄+SO₂↑+2H₂O浓硫酸加热时能氧化铜，生成硫酸铜、二氧化硫和水这是一个典型的氧化还原反应，其中硫酸中+6价的硫被还原为+4价与碳反应C+2H₂SO₄浓→CO₂+2SO₂+2H₂O浓硫酸能在高温下氧化碳，产生二氧化碳和二氧化硫这一反应展示了浓硫酸强氧化性，能将碳元素完全氧化为+4价与硫反应S+2H₂SO₄浓→3SO₂+2H₂O浓硫酸能氧化硫元素，生成二氧化硫和水这个反应中，硫元素被氧化为+4价，而硫酸中的部分硫被还原浓硫酸的氧化性是其重要的化学特性之一，这种氧化性主要体现在与金属和非金属元素的反应中浓硫酸能氧化许多金属，包括那些在金属活动性顺序中位于氢后面的铜、银等这种氧化过程通常伴随着硫酸中的硫原子从+6价被还原为更低价态，最常见的是被还原为+4价的SO₂硫酸的脱水性蔗糖碳化浓硫酸与蔗糖接触后，会迅速夺取蔗糖分子中的水分，导致蔗糖碳化，形成松软的黑色碳质物质和水蒸气反应方程式C₁₂H₂₂O₁₁→12C+11H₂O纤维素碳化浓硫酸滴在纸张或木材等含纤维素的物质上，会导致纤维素碳化，显现出黑色痕迹这是因为硫酸夺取了纤维素中的水分子C₆H₁₀O₅n→6nC+5nH₂O工业干燥应用浓硫酸在工业中常用作气体干燥剂，特别是用于干燥不与硫酸反应的气体这种应用利用了硫酸强烈的吸水性，能有效去除气体中的水分硫酸的脱水性是其最显著的化学特性之一，特别是浓硫酸能与有机物中的-OH、-H基团作用，强烈夺取水分子这种脱水作用不同于一般的吸湿性，它能直接从有机分子中夺取构成水分子的元素，导致有机物发生深度变化，通常表现为碳化现象实验浓硫酸的脱水性准备材料浓硫酸、蔗糖、试管、滴管添加硫酸向试管中的蔗糖小心滴加浓硫酸观察反应观察蔗糖变色、膨胀和释放热量总结现象记录并解释观察到的物理化学变化浓硫酸的脱水性实验是展示其强脱水作用的经典演示在这个实验中，当浓硫酸滴加到白色蔗糖上时，会观察到一系列引人注目的变化首先，接触处迅速变黄，然后转为褐色，最终变为黑色；同时，混合物体积显著增加，形成多孔的黑色固体柱状物；整个过程伴随着明显的放热和水蒸气释放这一实验的原理是浓硫酸与蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）接触后，强烈夺取其中的氢和氧原子形成水分子（脱水），导致蔗糖中的碳元素析出反应过程剧烈且放热，产生的黑色物质主要是碳，混合有少量的焦糖化合物这个实验形象地展示了浓硫酸强大的脱水能力，也是酸对有机物作用的生动例证进行此实验时必须注意安全，使用防护眼镜和手套，并在通风橱中操作硫化氢（₂）H S物理性质化学性质硫化氢是一种无色气体，具有强烈的臭鸡蛋气味即使在极低浓度（

0.02ppm）下也能被人硫化氢是一种弱酸，在水中解离程度低，分两步解离H₂S⇌H⁺+HS⁻⇌2H⁺+类嗅觉感知，这使其成为危险气体泄漏的自然警示然而，在高浓度下会麻痹嗅觉神经，导致S²⁻第一步解离常数Ka₁=

9.1×10⁻⁸，第二步更弱，Ka₂=

1.1×10⁻¹⁴无法察觉继续暴露的危险H₂S具有较强的还原性，容易被氧化为单质硫或更高价态的硫化合物它能与许多金属盐溶H₂S的密度为

1.36g/L（0℃，1个大气压），略重于空气在水中的溶解度适中，20℃时每液反应，生成相应的金属硫化物沉淀，这些沉淀通常具有特征性颜色，在分析化学中用于金属升水可溶解约

2.6升H₂S气体，形成弱酸溶液可被液化，液态H₂S沸点为-

60.7℃离子的检测和分离硫化氢的制备实验室制备硫化铁与盐酸反应生成氯化铁和硫化氢工业来源天然气提炼和石油精炼的副产品检测方法醋酸铅试纸和硝酸银溶液变黑在实验室中，硫化氢通常通过硫化铁与盐酸反应制备₂₂这个反应简单易控，是中学和大学实验室最常用的制FeS+2HCl→FeCl+H S↑备方法硫化铁可通过铁粉与硫粉在高温下直接合成此外，硫化钙与酸反应也可用于制备₂₂Fe+S→FeS H S CaS+2HCl→CaCl+₂H S↑工业上的₂主要来自天然气和石油加工过程原油和天然气中通常含有一定量的硫化氢和其他含硫化合物，在精炼过程中需要去除这些成H S分此过程产生的₂可进一步加工为元素硫或其他含硫化合物硫化氢的检测方法多种多样，最常用的是醋酸铅试纸，遇₂变黑（生成H SH S）；另一种方法是硝酸银溶液，会因形成₂黑色沉淀而变色PbS AgS硫化氢的化学性质实验硫化氢的性质气体发生装置与铜盐反应不同金属盐反应基思瓶中放入硫化铁，滴加稀盐酸，产生当硫化氢通入硫酸铜溶液时，立即形成黑硫化氢与不同金属盐溶液反应，形成特征硫化氢气体通过导管将气体引入不同的色硫化铜沉淀H₂S+CuSO₄→CuS↓性颜色的沉淀铅盐生成黑色PbS，锌盐金属盐溶液中整套装置需在通风橱中操+H₂SO₄这种明显的颜色变化是检测生成白色ZnS，镉盐生成黄色CdS这些作，避免有毒气体泄漏铜离子的重要方法颜色差异在分析化学中极为重要硫化氢性质实验是展示其化学反应多样性的重要教学活动通过观察₂与不同金属盐溶液的反应，学生可以直观理解金属硫化物的HS沉淀规律和颜色特征这些特性是分析化学中离子分离和鉴定的基础，也是理解硫化氢化学本质的重要窗口硫在工业中的应用硫酸生产1消耗全球70%以上的硫橡胶硫化改善橡胶物理性能的关键工艺农用化学品杀虫剂、杀菌剂和肥料添加剂医药与食品药物合成和食品保藏其他工业用途火药、染料、纸浆漂白等硫在现代工业中的应用广泛而重要，硫酸生产是其最大用途，约占全球硫消费的70-80%硫酸作为工业之血，广泛用于化肥生产、金属加工、石油精炼等领域橡胶硫化是硫的另一重要应用，通过在橡胶中添加硫并加热，使弹性体分子间形成交联结构，显著改善橡胶的物理性能在农业领域，硫用于生产硫磺粉作为杀虫剂和杀菌剂，特别是在有机农业中应用广泛食品工业中，二氧化硫用作保鲜剂和防腐剂医药领域则使用硫及其化合物制造多种药物，包括磺胺类抗生素和某些皮肤病治疗药物此外，硫还用于火药制造、染料生产、纸浆漂白等众多工业过程，是现代工业不可或缺的基础材料硫酸工业应用金属冶炼化肥生产用于金属表面处理、电解提纯和酸洗工艺制造磷酸和硫酸铵等肥料，约占硫酸总消耗的60%2石油精炼作为催化剂和处理剂用于石油产品加工纺织工业用于染料生产和纤维处理蓄电池铅酸蓄电池的电解质，全球重要应用硫酸是化学工业中产量最大的基础化工产品，全球年产量超过3亿吨，因其在化工生产中的核心地位被誉为工业之血化肥生产是硫酸最大的用途，用于制造磷酸（进而生产磷酸盐肥料）和直接生产硫酸铵等氮肥金属加工行业使用硫酸进行金属表面处理、酸洗和电解提纯，特别是在铜、锌、铅等有色金属冶炼中用量巨大石油工业中，硫酸用作烷基化反应催化剂，用于生产高辛烷值汽油组分蓄电池行业使用硫酸作为铅酸电池的电解质，这一应用虽然单位用量不大，但全球范围内总量可观此外，硫酸还广泛应用于染料生产、纤维处理、化学合成、水处理和废物处理等众多领域硫酸的普遍应用源于其价格相对低廉、化学性质稳定且反应多样橡胶硫化历史发现1839年，美国发明家查尔斯·固特异Charles Goodyear偶然发现了硫化工艺，彻底改变了橡胶工业化学原理天然橡胶分子（聚异戊二烯）与硫加热形成交联结构，硫原子在橡胶分子链之间建立化学键3工艺过程将硫粉（通常占橡胶重量的1-5%）与生胶混合，在140-180℃下加热适当时间完成交联性能提升硫化后的橡胶弹性增强、耐热性提高、耐磨性提高、抗溶解性增强，适用范围大幅扩展橡胶硫化是硫工业应用中最具革命性的发明之一在硫化前，天然橡胶（聚异戊二烯）虽有一定弹性，但遇热容易软化变形，遇冷变硬脆裂，且易溶于有机溶剂，实用性极为有限硫化工艺通过在橡胶分子链之间建立硫键（-S-S-或-C-S-C-）的交联网络，赋予橡胶稳定的弹性和更优异的物理性能现代硫化工艺已从固特异的原始方法发展为精确控制的工业过程，通常还加入促进剂、活化剂等助剂以优化反应条件和最终性能硫化橡胶的应用极为广泛，从轮胎到密封件，从鞋底到医疗器械，几乎所有橡胶制品都需要硫化处理不同用途的橡胶制品通过调整硫含量和硫化条件，可获得从软橡胶到硬橡胶的各种性能，满足不同应用需求硫在农业中的应用植物保护土壤调节硫磺粉直接用作杀菌剂和杀虫剂，特别是对硫可用于降低碱性土壤的pH值，改善其理化葡萄、水果和蔬菜的真菌病害如白粉病有显性质硫在土壤中被微生物氧化为硫酸，从著效果石硫合剂（硫化钙和硫的混合物）而增加土壤酸度这对于改良钙质碱性土壤是历史悠久的植物保护剂，至今仍广泛使和盐碱地尤为重要，能提高植物对铁、锰、用，特别是在有机农业中锌等微量元素的吸收植物营养硫是植物必需的大量元素之一，是蛋白质中含硫氨基酸（如蛋氨酸、半胱氨酸）的组成部分十字花科作物如油菜和蔬菜对硫的需求尤其高硫肥施用可显著提高作物产量和品质，特别是在硫缺乏的土壤中硫在农业生产中扮演着多重角色，既是重要的植物营养元素，又是有效的植物保护剂随着环保要求提高和有机农业发展，硫作为一种相对环保的农用化学品，应用前景广阔使用硫磺粉作为杀菌剂时，一般采用喷雾或粉尘的形式直接施用于植物表面，通过接触作用抑制害虫和病原菌的生长作为土壤改良剂，硫通常以单质硫粉或石膏（CaSO₄·2H₂O）形式施用于土壤在微生物作用下，单质硫逐渐氧化为硫酸，缓慢释放酸性，避免了直接施用酸类对植物的伤害在植物营养方面，硫可通过硫酸盐肥料（如硫酸铵、硫酸钾、硫酸镁等）施用，这些肥料同时提供硫和其他必需元素，实现多元素平衡补充硫在医药中的应用硫软膏含硫药物硫磺软膏是一种古老而有效的皮肤病治疗多种重要药物中含有硫元素，如青霉素类药物，特别用于治疗痤疮、疥疮和牛皮癣抗生素中的噻唑环结构、磺胺类药物中的等皮肤病硫具有温和的角质溶解作用和磺酰胺基团这些含硫基团往往是药物分抗菌作用，能促进皮肤新陈代谢和病变细子发挥药理活性的关键部分，使药物能与胞脱落特定受体或酶结合温泉疗法含硫温泉自古以来被认为具有治疗多种疾病的功效，特别是对皮肤病和风湿病有益温泉水中的硫化氢和硫酸盐具有抗炎、杀菌和促进皮肤再生的作用，是传统自然疗法的重要组成部分硫在医药领域的应用有着悠久历史，从古代的矿物药到现代的分子药物设计，硫元素始终扮演着重要角色硫软膏是最古老的皮肤病治疗药物之一，即使在今天的皮肤科临床实践中仍然使用其治疗机制涉及硫对皮肤角质层的温和溶解作用、对细菌和真菌的杀灭作用，以及促进皮肤新陈代谢的作用现代药物分子中，含硫基团常作为重要的药效团存在磺胺类药物是第一代抗生素，其磺酰胺基团是抗菌活性的关键；青霉素类抗生素中的β-内酰胺环与噻唑环结构对其抗菌谱和稳定性至关重要此外，许多降胆固醇药物、抗凝血药物和某些抗癌药物也含有硫基团含硫温泉疗法虽然较为传统，但在欧洲和日本仍被广泛应用于皮肤病和风湿病的辅助治疗，结合现代医学已发展为系统化的硫疗法硫的环境影响二氧化硫污染硫化氢污染环保措施燃煤和含硫燃料燃烧释放的₂是主要大气污₂是一种有毒且具有强烈臭味的气体，主要烟气脱硫技术（）是控制₂排放的主要SO HS FGDSO染物之一，能导致酸雨形成、大气能见度下降来源于石油天然气开采、污水处理和某些工业方法，通常使用石灰石浆液吸收SO₂形成石和呼吸系统疾病高浓度SO₂对植物生长也有过程即使低浓度也会导致嗅觉问题，高浓度膏硫回收技术则用于从石油和天然气加工中显著抑制作用，损害叶绿素和光合作用则可致命H₂S在大气中氧化形成SO₂，进回收硫，减少H₂S排放并提供有用的硫资源一步加剧空气污染硫化合物的环境影响是现代环境保护的重要关注点工业革命以来，化石燃料燃烧导致的₂排放显著增加，引发了严重的环境问题酸雨是其中SO最著名的后果，₂在大气中氧化并溶解于雨水形成稀硫酸，导致降水值下降，进而损害建筑物、破坏土壤结构、危害森林生态系统和酸化水SO pH体酸雨与环境酸雨形成机制环境影响与防治酸雨是大气污染物，特别是硫氧化物和氮氧化物，与大气中水汽反应形成的具有较高酸度的降水酸雨对环境造成多方面损害腐蚀历史建筑和雕塑，特别是石灰石和大理石构筑物；降低土壤pH值，SO₂在大气中的转化过程可表示为SO₂+H₂O+½O₂→H₂SO₄，这一过程可通过多种途径破坏土壤结构，释放有毒金属离子；损害植物生长，减少森林覆盖；酸化湖泊和河流，威胁水生生物多进行，包括气相氧化、液相氧化和催化氧化样性正常降水的pH值约为

5.6（因为大气中的CO₂溶解形成弱碳酸），而酸雨的pH值通常低于

5.0，严重防治酸雨的关键措施是减少SO₂和NOₓ排放主要技术包括燃料脱硫，去除煤和石油中的硫；烟气的甚至可达

3.0或更低，相当于醋的酸度除硫酸外，酸雨中还含有硝酸，来源于氮氧化物的氧化，两脱硫，通过石灰石-石膏法等捕获废气中的SO₂；发展清洁能源，如天然气、核能和可再生能源，减少者共同贡献了酸雨的酸度化石燃料使用；国际合作，因为酸雨是跨区域环境问题，需要协调多国努力硫的生物学意义硫是生命必需的大量元素之一，在生物体中扮演着不可替代的角色蛋白质中的含硫氨基酸蛋氨酸和半胱氨酸是蛋白质结构与——Met Cys功能的关键组成部分半胱氨酸之间形成的二硫键对维持蛋白质三维结构至关重要，如胰岛素和抗体分子的稳定性就依赖于这种键-S-S-硫也是多种重要辅助因子和维生素的组成部分维生素硫胺素和生物素中都含有硫原子，是体内多种酶促反应所必需的辅酶中的巯基B1A是其活性中心，参与脂肪酸代谢和能量转化在植物界，十字花科植物如卷心菜、花椰菜含有硫代葡萄糖苷，这类化合物具有抗癌潜-SH力大蒜和洋葱中的含硫化合物大蒜素和洋葱素不仅赋予其特殊气味，还具有抗菌、降血脂等生物活性硫元素的生物学功能极为多样，是生命化学过程中的重要参与者实验安全与注意事项通风措施个人防护废物处理含硫实验必须在通风橱中进行，特使用合适的防护装备，包括防护眼含硫废液不得直接倒入下水道，应别是涉及H₂S和SO₂等有害气体镜、实验手套和实验服处理浓硫收集在专门容器中，按照化学废物的实验确保实验室通风系统正常酸时需格外小心，佩戴防酸碱手处理规程妥善处置含硫固体废物运行，避免有毒气体积累套，避免皮肤接触也需分类收集处理应急措施了解实验室应急设备位置和使用方法，掌握硫化合物接触急救措施发生事故时，立即冲洗接触部位并寻求医疗帮助在进行含硫化合物实验时，安全是首要考虑因素二氧化硫和硫化氢都是有毒气体，SO₂对呼吸道有强烈刺激作用，而H₂S在高浓度下可导致嗅觉麻痹和急性中毒，甚至致命任何涉及这些气体的实验都必须在通风橱中进行，并避免直接吸入浓硫酸具有强腐蚀性，接触皮肤可造成严重灼伤稀释浓硫酸时，必须将酸慢慢加入水中，而不是反过来操作，以避免剧烈放热导致的飞溅硫粉燃烧产生SO₂，应避免在密闭空间点燃硫实验中产生的含硫废液应按规定收集处理，不可随意排放熟悉实验室安全设备（如洗眼器、安全淋浴）的位置和使用方法，以及应急处理程序，是确保实验安全的重要保障总结与思考硫的基本性质作为第三周期VIA族元素，硫具有丰富的同素异形体和多变的物理化学性质，这与其特殊的电子构型密切相关化合物多样性硫形成多种重要化合物，如SO₂、SO₃、H₂S和H₂SO₄，它们的性质与反应在工业和环境中具有重要意义广泛应用从硫酸制造到橡胶硫化，从农药生产到医药应用，硫元素在现代社会中扮演着不可替代的角色环境与未来平衡硫的工业利用与环境保护，探索更可持续的硫资源利用模式，是未来发展的重要方向通过本课程的学习，我们系统了解了硫元素的基本性质、化学反应和重要应用硫与氧同族但性质存在显著差异硫形成更多同素异形体，化学活性较氧低，能形成更多价态的化合物这些差异源于原子结构的不同，硫原子半径更大，外层还有可用的d轨道展望未来，硫资源的可持续利用面临两大挑战一是传统硫矿资源有限，需要更高效地从石油天然气中回收硫；二是硫化合物对环境的影响需要更好控制，发展更清洁的硫化工技术迫在眉睫硫在新能源材料、高性能聚合物和新型医药中的应用也展现出广阔前景作为化学工业的基础元素之一，硫将继续在人类文明发展中发挥重要作用，而对其性质的深入理解是我们应用和创新的基础。