硫、硫化氢及硫的氧化物

硫、硫化氢及硫的氧化物

一、硫

1、从硫的原子结构认识硫的化学性质

(1)硫元素的核电荷数为16, 硫原子核外有16个电子, 分3个电子层, 最外层上有6个电子; 原子半径较小。在化学反应中易获得2个电子(或共用电子对偏近于硫原子)而达到稳定结构, 显－2价, 表现出硫的氧化性。

①在一定条件下, 硫能与Na、Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ag、Hg等金属反应, 生成金属硫化物。

Mg + S ∆

MgS

2Al + 3S ∆

Al2S3

Hg + S ∆

HgS

②在加热条件下, 硫蒸气与H2反应生成硫化氢。

H2 + S ∆

H2S

(2)硫原子最外电子层上的6个电子或其中的4个电子在与某些非金属结合时, 形成的共用电子对偏远于硫原子, 从而使硫显+6价或+4价, 表现出硫的还原性。如硫与氧、氯、氟等非金属的反应:

S + 2Cl2∆

SCl4

S + O2点燃

SO2

SO2在一定温度和催化剂存在的条件下, 可与O2进一步反应生成SO3。

(3)硫元素有－2、0、+4、+6等多种价态

硫单质是硫的0价态, 在一些反应中其价态可以升高变为+4价或+6价, 在另一些反应中其价态可以降低为－2价。所以硫单质既有氧化性又有还原性。

但必须清楚, 硫的氧化性和还原性并不是均等的, 硫是较活泼的非金属单质, 在一般情况下主要表现出氧化性, 只有跟强氧化剂反应时才表现出还原性。在特殊情况下, 如硫与KOH溶液共热时, 硫本身既是氧化剂又是还原剂, (通常称为歧化反应)。

3S + 6KOH ∆

2K2S + K2SO3 + 3H2O

2、硫的非金属性比氧和氯都弱

(1)从原子结构上比较

氧、硫、氯三种元素的原子结构示意图分别为:

可知硫原子比氧原子多1个电子层; Cl原子与硫原子电子层数相同, 但Cl原子最外电子层上比氧原子多1个电子。其原子半径的大小为S > 0, S > Cl。因此氧原子和氯原子得电子能力都大于硫, 即氧和氯的氧化性都比硫强。也就是说, 硫的非金属性比氧和氯都弱。

(2)从S、O2、Cl2与变价金属Cu、Fe反应生成物中金属的化合价来分析

2Fe + 3Cl2点燃

2Fe Cl

3

3

+

Cu + Cl2点燃

Cu Cl

2

2

+

3Fe + 2O 2

点燃 Fe 3O 4 (Fe 3O 4中2 / 3的铁显+3价, 1 / 3的铁显+2价) 2Cu + O 2 ∆ 2CuO 2+

Fe + S ∆ FeS 2+

2Cu + S ∆ Cu S 12+

可知, Cl 2、O 2能把Fe 、Cu 氧化到高价态, 而S 只能把Fe 、Cu 氧化到低价态。说明S 原子得电子能力比氧原子、氯原子都差, 即硫的非金属性比氧和氯都弱。

(3)从S 、O 2、Cl 2与H 2反应的难易来分析

Cl 2与H 2的混合气见强光或点燃时发生爆炸, 生成的HCl 很稳定; O 2与H 2的混合气在点燃或放电时发生爆炸, 生成的H 2O 也很稳定; S 蒸气与H 2在加热的条件下, 发生不完全反应, 生成的H 2S 不稳定。可知硫的非金属性比氧和氯都弱。

(4)Cl 2、O 2都可把氢硫酸中的硫置换出来。

Cl H S 2HCl S 22+=+↓ 氧化性Cl 2 > S

O 2H S 2H O 2S 222+=+↓ 氧化性O 2 > S 可知硫的非金属性比氧和氯都弱。

二、硫化氢

1、硫化氢的物理性质

硫化氢是无色, 有臭鸡蛋气味的气体, 密度比空气大, 有剧毒, 是大气污染物, 能溶于水(通常情况下溶解度为1∶2.6)。

2、硫化氢的化学性质

(1)不稳定性

H 2S ∆ H 2 + S (300℃时分解)

(2)可燃性

2H 2S + 3O 2 点燃 2H 2O + 2SO 2(完全燃烧)

2H 2S + O 2

点燃 2H 2O + 2S(不完全燃烧)

(3)还原性 H 2S 中的硫元素为－2价, 是硫的最低价态, 在化学反应中S 2-的化合价只能升高, 不能

降低, 因此H 2S 有强还原性。如:

H 2S + Cl 2 = 2HCl + S (Br 2、I 2有类似反应)

H 2S + 2FeCl 3 = 2FeCl 2 + 2HCl + S ↓

(4)特殊性 大量事实说明, H 2S 与FeSO 4、MgSO 4、NaNO 3、AlCl 3、ZnCl 2等强酸盐的溶液不能发

生反应, 这是符合弱酸不能与强酸盐反应规律的。但H2S能与CuSO4、(CH3COO)2Pb、

Pb(NO3)2、AgNO3等溶液反应。这是因为FeS、ZnS虽然不溶于水, 但却易溶于酸; Al2S3在溶液中不存在; 故FeSO4、ZnCl2、AlCl3不能与H2S反应。但PbS、CuS、Ag2S等既难溶于水, 又难溶于酸(如稀H2SO4、HCl等), 因而出现了这些金属的可溶性强酸盐溶液(金属活动性顺序中Pb以后金属的盐溶液)能够与H2S这种弱酸发生反应的“特殊”情况。如: +=↓+

CuSO H S CuS H SO

4224

(黑色)

()

+=↓+

CH COO Pb H S PbS2CH COOH

3223

(黑色)

()

+=↓+

Pb NO H S PbS2HNO

3223

+=↓+

2AgNO H S Ag S2HNO

3223

(黑色)

利用这一现象可以检验硫化氢气的存在。

3、氢硫酸

(1)硫化氢的水溶液叫氢硫酸。氢硫酸是易挥发的二元弱酸, 其酸性比碳酸还弱。

(2)硫化氢和氢硫酸的化学式都可用H2S表示, 但它们却是两种不同的物质, 有着许多不同的性质。

(3)氢硫酸具有酸类的通性(H+的性质)、还原性(S2-的性质)和弱氧化性(H+的氧化性)。

H S NaOH NaHS H O

+=+(NaOH不足量)

22

+=+(H2S不足量)

H S2NaOH Na S2H O

222

H2S(溶液) + Mg = MgS + H2↑

2H2S(溶液) + O2 = 2S↓ + 2H2O (氢硫酸不宜在空气中长久存放)

4、实验室用FeS与稀硫酸或盐酸反应制取H2S气

FeS + H2SO4(稀) = FeSO4 + H2S↑

FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑

三、二氧化硫

1、二氧化硫的物理性质

二氧化硫是一种无色有刺激性气味的气体, 密度比空气大, 有毒, 易液化(沸点－10℃), 易溶于水(通常情况下溶解度为1∶40)。

2、二氧化硫的化学性质

SO2溶于水并与水反应生成亚硫酸, 故SO2是亚硫酸的酸酐。SO2中的硫元素显+4价, 是硫的中间价态, 其化合价既可以升高, 也可以降低; 所以SO2既有还原性, 又有氧化性, 但以还原性为主。

(1)酸性氧化物的通性

SO2 + H2O H2SO3(可逆反应)

SO2 + Na2O = Na2SO3

SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O (SO2不足量)

SO2 + NaOH = NaHSO3 (SO2过量)

(2)弱氧化性只在少数反应中表现出来

SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O (氧化产物与还原产物物质的量之比为2∶1)