【種花家務·化學】2-2-03硫的氧化物——『數(shù)理化自學叢書6677版』

2023-01-29 15:32 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎(chǔ)自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。??

第二章硫，氧族元素

§2-3硫的氧化物

【01】在講硫的化學性質(zhì)時，我們知道硫能跟氧氣直接化合生成二氧化硫和三氧化硫兩種硫的氧化物。這兩種硫的氧化物都是酸性氧化物，它們是相應的含氧酸（亞硫酸和硫酸）的酐。

二氧化硫（亞硫酐）和亞硫酸

【02】二氧化硫的分子式是 $SO_2$ ，它相應的水化物是亞硫酸，分子式是 $H_2SO_3$ 。

1、二氧化硫的物理性質(zhì)

【03】二氧化硫是無色的氣體，具有令人咳嗆的特殊的刺激性氣味。在家庭里，有時為了殺滅某種細菌，在屋內(nèi)熏燒硫黃時，就能聞到這種氣味。

【04】二氧化硫有毒，它對粘膜有強烈的刺激作用。因此，在做有關(guān)二氧化硫的試驗時，應該特別注意通風。

【05】二氧化硫比空氣重，和相同條件下同體積空氣的重量比是2.2。

【06】二氧化硫容易溶解于水，在通常情況下，1體積水大概能夠溶解40體積的二氧化硫氣體。

【07】二氧化硫是最容易液化的氣體之一，利用一般的致冷劑（冰和食鹽的混和物），或者在平常溫度下，把壓強增加到35個大氣壓，就能把它冷凝成液體。液態(tài)二氧化硫的沸點是-10℃。

2、二氧化硫的化學性質(zhì)

【08】二氧化硫是一種酸性氧化物，它具有酸性氧化物的一般通性。例如：

【09】(1)能跟水反應生成相應的酸（亞硫酸）：

$SO_2%2BH_2O%3DH_2SO_3$

【山注，SO_2+H_2O=H_2SO_3】

【10】因此，二氧化硫又稱亞硫酐。

【11】(2)能跟堿性氧化物化合生成鹽（亞疏酸鹽），例如：

$SO_2%2BCaO%3D%5Cmathop%7BCaSO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%99%7D$

【山注，SO_2+CaO=\mathop{CaSO_3}\limits_{亞硫酸鈣}】

【12】(3)能跟堿反應生成鹽（亞硫酸鹽）和水，例如：

$SO_2%2B2NaOH%3D%5Cmathop%7BNa_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%A0%7D%2BH_2O$

【山注，SO_2+2NaOH=\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉}+H_2O】

【13】二氧化硫除具有上述的一般酸性氧化物的通性以外，還具有它自己的特性：

【14】(1)在二氧化硫分子里硫的化合價是4價，這還不是硫的最高化合價，因此，二氧化硫在一定條件下，還能跟更多的氧化合。二氧化硫在有催化劑（鉑石棉等）存在時，在適當?shù)母邷叵履軌虮豢諝饫锏难鯕庋趸扇趸?。反應的化學方程式是：

$2SO_2%2BO_2%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%5C!%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%EF%BC%88%E9%93%82%E7%9F%B3%E6%A3%89%EF%BC%89%7D_%7B%E5%8A%A0%E7%83%AD%7D2SO_3$

【山注，2SO_2+O_2\mathop{=\!=\!=\!=}\limits^{（鉑石棉）}_{加熱}2SO_3】

【鉑石棉就是表面上附有許多極細鉑粉的石棉。把石棉在鉑氯酸（ $H_2PtCl_6$ ）的稀溶液里浸透，然后把它放在火焰上灼燒，鉑氯酸受熱分解，生成很細很細的鉑粉，附著在石棉的表面上。由于鉑分散很細，因此它的表面積很大，催化作用比普通的鉑粉要強得多】

【15】(2)二氧化硫?qū)δ承┯猩挠袡C物質(zhì)有漂白作用。如果在燃燒硫黃的玻璃鐘罩里放置用水浸濕過的紅色鮮花（圖2-7），可以看到花的紅色漸漸變淡。二氧化硫漂白物質(zhì)的化學反應和上一章所講的氯氣的漂白作用完全不同【山注，2-1-02第04~08段，傳送門CV20919870】。前面講過，氯氣的漂白作用是由于氯氣跟水反應后生成的次氯酸把色素氧化，變成無色物質(zhì)。二氧化硫不能氧化色素，但它能和色素結(jié)合生成無色的化合物，由于這種無色化合物不是十分穩(wěn)定的，經(jīng)過一些時侯它又能重新分解.因此，用二氧化硫漂白的物質(zhì)，例如，象牙、草帽鞭、絲等，日久會重新變黃。

3、二氧化硫的用途

【16】二氧化硫有著廣泛的用途。二氧化硫氧化后生成的三氧化硫，是制造最重要的化工產(chǎn)品——硫酸的原料。二氧化硫可以用作殺滅許多微生物的藥劑。潮濕的谷倉、地下室、地窖、發(fā)酵桶等可用燃燒硫黃來熏殺霉菌。二氧化硫可以代替氯氣用來漂白毛、絲、草帽緶等，因為這些物質(zhì)如果用氯氣來漂白，它們的纖維容易受到傷害。

【17】利用二氧化硫容易液化的性質(zhì)，可以用于某種機械冷卻器（例如電冰箱）。先用壓氣機增加壓強，使二氧化硫氣體液化，然后讓它膨脹蒸發(fā)。液態(tài)二氧化硫在蒸發(fā)時要吸收大量的熱，使周圍空氣的溫度急劇下降。

4、二氧化硫的制法

【18】在工業(yè)上，二氧化硫主要是由燃燒硫或黃鐵礦（ $FeS_2$ ）而產(chǎn)生的。反應的化學方程式是：燃

$%5Cbegin%7Beqnarray%7DS%2BO_2%26%26%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E7%87%83%E7%83%A7%7DSO_2%5C%5C4FeS_2%2B11O_2%26%26%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E7%87%83%E7%83%A7%7D2Fe_2O_3%2B8SO_2%E2%86%91%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注，\begin{eqnarray}S+O_2&&\mathop{=\!=}\limits^{燃燒}SO_2\\ 4FeS_2+11O_2&&\mathop{=\!=}\limits^{燃燒}2Fe_2O_3+8SO_2↑\end{eqnarray}】

【19】黃鐵礦燃燒生成二氧化硫的化學方程式的平衡，可按以下步驟進行：

【20】第一步，把反應物和生成物的分子式分寫在方程式的兩邊，即

$FeS_2%2BO_2%E2%80%94%5C!%E2%80%94Fe_2O_3%2BSO_2$

【山注，F(xiàn)eS_2+O_2—\!—Fe_2O_3+SO_2】

【21】第二步，先平衡方程式兩邊的鐵原子數(shù)，右邊有2個鐵原子，左邊只有1個鐵原子，因此在左邊分子式 $FeS_2$ 前面添一系數(shù)“2”，得

$2FeS_2%2BO_2%E2%80%94%5C!%E2%80%94Fe_2O_3%2BSO_2$

【山注，2FeS_2+O_2—\!—Fe_2O_3+SO_2】

【22】第三步，再平衡方程式兩邊的硫原子數(shù)，左邊共有4個硫原子，右邊只有1個硫原子，因此在右邊分子式 $SO_2$ 前面添一系數(shù)“4”，得

$2FeS_2%2BO_2%E2%80%94%5C!%E2%80%94Fe_2O_3%2B4SO_2$

【山注，2FeS_2+O_2—\!—Fe_2O_3+4SO_2】

【23】第四步，再平衡方程式兩邊的氧原子數(shù)，右邊共有11個氧原子，左邊只有2個氧原子，因此在左邊分子式 $O_2$ 前面添一系數(shù)“ $%5Cfrac%7B11%7D%7B2%7D%20$ ”，得

$2FeS_2%2B%5Cfrac%7B11%7D%7B2%7D%20O_2%E2%80%94%5C!%E2%80%94Fe_2O_3%2B4SO_2$

【山注，2FeS_2+\frac{11}{2} O_2—\!—Fe_2O_3+4SO_2】

【24】第五步，把各物質(zhì)的系數(shù)都乘以2，以消除 $O_2$ 前面的分數(shù)，并在方程式兩邊劃上等號，并注明反應條件，得

$4FeS_2%2B11O_2%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E7%87%83%E7%83%A7%7D2Fe_2O_3%2B8SO_2%E2%86%91$

【山注，4FeS_2+11O_2\mathop{=\!=}\limits^{燃燒}2Fe_2O_3+8SO_2↑】

【25】在實驗室里，二氧化硫通常用亞硫酸的分解反應來制取。但是亞硫酸是一種極不穩(wěn)定的酸，實驗室里沒有現(xiàn)成的亞硫酸，必須臨時制備。因此，要制取二氧化硫，先要制得亞硫酸（象實驗室里制取二氧化碳時先要制得碳酸一樣）。亞硫酸可以利用亞硫酸鹽（通常用亞硫酸鈉）跟酸（通常用稀硫酸或稀鹽酸）的復分解反應制得，這個反應在常溫下就能進行。例如，

$%5Cmathop%7BNa_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%A0%7D%2BH_2SO_4%3D%5Cmathop%7BH_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%7D%2BNa_2SO_4$

【山注，\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉}+H_2SO_4=\mathop{H_2SO_3}\limits_{亞硫酸}+Na_2SO_4】

【26】生成的亞硫酸，立即分解生成二氧化硫和水：

$H_2SO_3%3DH_2O%2BSO_2%E2%86%91$

【山注，H_2SO_3=H_2O+SO_2↑】

【27】把這兩個反應相加，總的反應是：

$Na_2SO_3%2BH_2SO_4%3DNa_2SO_4%2BH_2O%2BSO_2%E2%86%91$

【山注，Na_2SO_3+H_2SO_4=Na_2SO_4+H_2O+SO_2↑】

【28】實驗室里制二氧化硫的裝置如圖2-8所示。在蒸餾燒瓶（有支管的）A里放入亞硫酸鈉粉末（亞硫酸鈉是一種白色粉末），由分液漏斗B逐滴滴入稀硫酸，燒瓶里立即有二氧化硫氣體產(chǎn)生。為了使生成的二氧化硫干燥，先把它通過盛有濃硫酸的C瓶（濃硫酸有強烈的吸收水蒸氣的性質(zhì)，因此能干燥氣體），再把這干燥的二氧化硫氣體導入浸在致冷劑（冰和食鹽的混和物）里的試管D里。幾分鐘后，可以在試管里收集到少量液態(tài)的二氧化硫。如果把試管取出，用手握住底部，試管里的液態(tài)二氧化硫由于受到手心的熱，就立刻沸騰而氣化。

5、亞硫酸

【29】二氧化硫溶解于水，跟水反應生成亞硫酸。因為亞硫酸很不穩(wěn)定，容易分解重新放出二氧化硫。因此，我們只能制得很稀的亞硫酸的水溶液（和第一冊§3-4，§3-5所講的碳酸一樣)【山注，1-3-04傳送門CV20562699；1-3-05傳送門CV20563564】。

【30】亞硫酸具有顯著的酸性，它雖弱于鹽酸、硫酸和硝酸等強酸，但強于碳酸、氫硫酸、醋酸等弱酸，因此可以說它是一種中等強度的酸。

【31】亞硫酸具有酸的一般通性（參看第一冊第五章§5-4）【山注，1-5-04第42~53段，傳送門CV20850981】。例如：

$%5Cbegin%7Beqnarray%7DMg%2BH_2SO_3%3D%26%26%5Cmathop%7BMgSO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%95%81%7D%2BH_2%E2%86%91%5C%5CCaO%2BH_2SO_3%3D%26%26%5Cmathop%7BCaSO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%99%7D%2BH_2O%5C%5C2NaOH%2BH_2SO_3%3D%26%26%5Cmathop%7BNa_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%A0%7D%20%2B2H_2O%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注，\begin{eqnarray}Mg+H_2SO_3=&&\mathop{MgSO_3}\limits_{亞硫酸鎂}+H_2↑\\ CaO+H_2SO_3=&&\mathop{CaSO_3}\limits_{亞硫酸鈣}+H_2O\\ 2NaOH+H_2SO_3=&&\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉} +2H_2O\end{eqnarray}】

【32】由于亞硫酸的不穩(wěn)定性，它跟其他鹽類的反應一般不易發(fā)生。

【33】亞硫酸的特性是容易被氧化。把亞硫酸放在敞口容器里，慢慢地被空氣里的氧氣氧化而成硫酸：

$%5Cmathop%7B2H_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%7D%2BO_2%3D%5Cmathop%7B2H_2SO_4%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E9%85%B8%7D$

【山注，\mathop{2H_2SO_3}\limits_{亞硫酸}+O_2=\mathop{2H_2SO_4}\limits_{硫酸}】

6、亞硫酸鹽

【34】亞硫酸是二價酸，因此，它可以生成正鹽，也可以生成酸式鹽。例如，當亞硫酸跟過量的氫氧化鈉反應時，生成正鹽（ $Na_2SO_3$ ）；氫氧化鈉用量不足時，生成酸式鹽（ $NaHSO_3$ ）:

$%5Cbegin%7Beqnarray%7DH_2SO_3%2B2NaOH%3D%5Cmathop%7BNa_2SO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%92%A0%7D%2B2H_2O%5C%5CH_2SO_3%2BNaOH%3D%5Cmathop%7BNaHSO_3%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E6%B0%A2%E9%92%A0%7D%2BH_2O%5Cend%7Beqnarray%7D$

【山注，\begin{eqnarray}H_2SO_3+2NaOH=\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉}+2H_2O\\ H_2SO_3+NaOH=\mathop{NaHSO_3}\limits_{亞硫酸氫鈉}+H_2O\end{eqnarray}】

【35】過量的亞硫酸跟消石灰反應（或把二氧化硫氣體通入氫氧化鈣），生成亞硫酸氫鈣 $Ca(HSO_3)_2$ :

$%5Cmathop%7B2H_2SO_4%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%7D%2B%5Cmathop%7BCa(OH)_2%7D%5Climits_%7B%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%99%7D%3D%5Cmathop%7BCa(HSO_3)_2%7D%5Climits_%7B%E4%BA%9A%E7%A1%AB%E9%85%B8%E6%B0%A2%E9%92%99%7D%2B2H_2O$