硫



??硫，SULPHUR，源自sulphur──《圣经》中记载的硫黄名称，是上古时期即已认识的元素。在现代工业的每一部门中都可发现它的用途。总括来说，制造火柴，杀虫剂和橡胶轮胎等都得用它。美国每年消费的硫，几乎有百分之九十是用在制造硫酸上。硫的发现简史

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硫在远古时代就被人们知晓而使用了。硫在自然界中存在有单质状态，每次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐，广泛存在于自然界中。单质硫具有鲜明的橙黄色，燃烧时形成强烈的臭味，金属硫化物矿在煅烧过程中，或者落进古代人们的篝火中时，同样发生硫在燃烧时所产生的气味。在西方，古代人们认为硫燃烧所形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够驱除魔鬼，在古罗马，人们用硫燃烧产生的二氧化硫清扫消毒住屋或漂白布匹，在庞贝城的发掘中，发现一幅画，画中有一个盛有硫黄的铁盘，在铁盘的上面是悬吊物体的装置。我们的祖先首先把硫用来制造火药，火药是我国古代的四大发明之一，当时的火药是硫黄、硝石和木炭的混合物。

在1776年，法国化学家拉瓦锡首先确定了硫的不可分割性，认为它是一种元素。它的拉丁名称为sulphur，传说来自印度的梵文sulvere，原意为鲜黄色，它的英文名称为sulfur。化学符号为S。

硫在地壳中的含量为0.045%，是一种分布较广的元素。它在自然界中以两种形态出现——单质硫和化合态硫。天然的硫化合物包括金属硫化物、硫酸盐和有机硫化合物三大类。最重要的硫化物矿是黄铁矿FeS2，它是制造硫酸的重要原料。其次是黄铜矿CuFeS2、方铅矿PbS、闪锌矿ZnS等。硫酸盐矿以石膏CaSO4·2H2O和Na2SO4·10H2O为最丰富。有机硫化合物除了存在于煤和石油等沉积物中外，还广泛地存在于生物体的蛋白质、氨基酸中。单质硫主要存在于火山附近。

单质硫

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关于单质硫，我们介绍它的：

同素异形体

物理性质

化学性质

制备方法

同素异形体

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单质硫有多种同素异形体，其中最常见的是斜方硫和单斜硫。

斜方硫亦称为菱形硫或α-硫，单斜硫又叫β-硫。斜方硫在368.4K以下稳定，单斜硫在368.4K以上稳定。368.4K是这两种变体的转变温度，在这个温度时这两种变体处于平衡状态：

斜方硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式，所有其它形式的硫在放置时都会转变成晶体的斜方硫。

斜方硫和单质硫都易溶于CS2中，都是由S8环状分子(皇冠构型)组成的，在这个环状分子中，每个S原子采取sp3杂化态，与另外两个硫原子形成共价单键相联结。在此构型中键长是206pm，内键角为108°，两个面之间的夹角为98°。

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物理性质

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硫为黄色晶状固体，熔点为385.8K（斜方硫）和392K（单斜硫），沸点717.6K，密度为2.06g·cm-3(斜方硫)和1.99g·cm-3（单斜硫）。它的导热性和导电性都很差，性松脆，不溶于水，能溶于CS2中。从CS2中再结晶，可以得到纯度很高的晶状硫。

硫在熔化时，S8环状分子破裂并发生聚合作用，形成很长的硫链。此时液态硫的颜色变深，粘度增加。温度高于563K时，长硫链就会断裂成较小的短链分子，所以粘度下降。当温度达到717.6K时，硫开始沸腾，硫变成蒸气，蒸气中有S8、S6、S4、S2等分子存在。在1473K以上时，硫蒸气离解成S原子。

若把熔融的硫急速倾入冷水中，缠绕在一起的长链状的硫被固定下来，成为能拉伸的弹性硫。但放置后，弹性硫会逐渐转变成晶状硫。弹性硫与晶状硫不同之处在于：晶状硫能溶解在CS2中，而弹性硫只能部分溶解。

化学性质

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硫能形成氧化态为-2、+6、+4、+2、+1的化合物，-2价的硫具有较强的还原性，+6价的硫只有氧化性，+4价的硫既具有氧化性也有还原性。硫是一个很活泼的元素，表现在：

(1) 除金、铂外，硫几乎能与所有的金属直接加热化合，生成金属硫化物。例如：

(2)除稀有气体、碘、分子氮以外，硫与所有的非金属一般都能化合。例如：

(3)硫能溶解在苛性钠溶液中：

3S + 6NaOH == 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

(4)硫能被浓硝酸氧化成硫酸：

S + 2HNO3(浓) == H2SO4 + 2NO

制备方法

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(1)从黄铁矿提取硫：

3FeS2 + 12C + 8O2 == Fe3O4 + 12CO + 6S

(2)弗拉施法提取硫：

用过热水蒸气加热含硫的矿石，使硫熔化，再利用热空气(2~2.5MPa)将液态硫压到地表，硫的纯度可达99.5%。

(3)改良的克劳斯法制备硫：

将H2S催化氧化是制备单质硫的重要途径。

原料来源于天然气和各种工业气体中所含的H2S，催化剂是多孔的氧化铝、三氧化二铁或活性炭。

(4)以冶炼硫化物矿时所产生的SO2为原料，也可以制得单质硫：

SO2 + 2H2S == 3S + 2H2O

SO2 + C == S + CO2

将粗硫蒸馏，可以得到更纯净的硫。硫蒸气冷却后形成细微结晶的粉状硫，叫做硫华。

硫的成键特征

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S原子的价电子层结构为3s23p4，还有可以利用的空3d轨道，因此S在形成化合物时有如下的价键特征：

形成离子键

形成共价键

形成多硫链

形成离子键

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S原子可以从电负性较小的原子接受2个电子，形成S2-离子，生成离子型硫化物。例如Na2S、CaS、(NH4)2S等。

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形成共价键

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S原子可以与电负性相近的原子形成共价键，另外它的3s和3p中的成对电子可以拆开进入它的3d空轨道，然后参加成键。根据S原子采取的不同杂化态，可以分成五种情况：

sp杂化

sp2杂化

sp3杂化

sp3d杂化

sp3d2杂化

sp杂化

S原子sp杂化，生成1个σ键，1个π键，有2对孤电子对，分子构型为直线形。S的氧化数为+2。例如CS2。

在二硫化碳CS2分子中，2个S原子与C之间除各生成1个σ键外，还生成了两个互相垂直的π键，所以在CS2中，C与S之间相当于双键。

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sp2杂化

S原子sp2杂化有两种情况：

(1) 生成2个σ键，2个π键，1对孤电子对，分子构型为V形。S的氧化数为+4。例如SO2。

在SO2分子中，除生成2个σ键外，还生成了一个三中心四电子的π键。由于S原子上1对孤电子对对成键电子对的排斥，使分子弯曲，，键长为143pm。

(2) 生成3个σ键，3个π键，分子构型为平面三角形，S的氧化数为+6，例如气态的SO3分子。

在SO3分子中，S的3s与3p中成对的电子拆开，跃迁到空的3d轨道中去，S与3个O原子除生成3个σ键外，还生成了3个π键，分子呈平面三角形。

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sp3杂化

S原子sp3杂化有三种情况：

(1) 生成2个σ键，2对孤电子对，分子构型为V形。S的氧化数为+2或-2。例如H2S、SCl2。 本文文档版下载：http://www.k12zy.com/19/15/191594.htm