《高一化学硫元素思维导图》

中心主题：硫元素

I. 硫元素的存在与性质

• A. 存在形式

  • 1. 游离态：火山喷口附近（富含硫黄）
  • 2. 化合态：
       • a) 硫化物：FeS₂ (黄铁矿)，ZnS (闪锌矿)，CuFeS₂ (黄铜矿)，HgS (辰砂)
       • b) 硫酸盐：CaSO₄·2H₂O (石膏)，MgSO₄·7H₂O (泻盐)，BaSO₄ (重晶石)
       • c) 有机物：蛋白质（含硫氨基酸）、煤、石油

• B. 物理性质

  • 1. 颜色：淡黄色固体（硫黄）
  • 2. 状态：常温下为固体
  • 3. 溶解性：难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳
  • 4. 其他：有特殊气味；密度较大

• C. 化学性质

  • 1. 氧化性：
       • a) 与金属反应：S + 2Cu = Cu₂S (加热) ; S + 2Ag = Ag₂S (常温，易使银器变黑)
       • b) 与非金属反应：S + H₂ = H₂S (加热)； S + O₂ = SO₂ (点燃) (注意：生成二氧化硫而不是三氧化硫)
       • c) 与其他氧化剂反应：如浓硝酸，氯气等（氧化为硫酸）
  • 2. 还原性：
       • a) 与强氧化剂反应：如O₂，浓HNO₃，Cl₂等，硫被氧化为高价态硫的氧化物或含氧酸。
       • b) 二氧化硫的还原性：SO₂ + Br₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HBr； SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O
       • c) 亚硫酸盐的还原性：能被氧化剂氧化为硫酸盐。

II. 重要的硫的化合物

• A. 二氧化硫 (SO₂)

  • 1. 物理性质：无色、有刺激性气味的有毒气体；易液化；密度比空气大；易溶于水
  • 2. 化学性质：
       • a) 酸性氧化物：SO₂ + H₂O = H₂SO₃ (亚硫酸) (可逆反应)
       • b) 漂白性：能使品红溶液褪色(暂时性漂白，加热恢复)，不能漂白酸碱指示剂
       • c) 还原性：SO₂ + Br₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HBr；SO₂ + 2Fe³⁺ + 2H₂O = 2Fe²⁺ + SO₄²⁻ + 4H⁺；SO₂ + Cl₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl
       • d) 氧化性：SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O (体现了SO₂的氧化性)
       • e) 应用：工业制硫酸的原料；杀菌、消毒、漂白（如漂白纸浆）；食品防腐剂（但有毒，限制使用）
  • 3. 制备：S + O₂ = SO₂ (点燃)； Na₂SO₃ + H₂SO₄(浓) = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂↑ （实验室制备，属于强酸制弱酸原理）
  • 4. 危害：形成酸雨；刺激呼吸道，危害人体健康。

• B. 三氧化硫 (SO₃)

  • 1. 物理性质：无色固体，易潮解，放出大量的热
  • 2. 化学性质：
       • a) 酸性氧化物：SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (与水剧烈反应，放出大量的热)
       • b) 与碱反应：SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O
       • c) 与碱性氧化物反应：SO₃ + CaO = CaSO₄

• C. 氢硫酸 (H₂S)

  • 1. 物理性质：无色、具有臭鸡蛋气味的有毒气体，密度比空气大，能溶于水
  • 2. 化学性质：
       • a) 还原性：2H₂S + O₂ (足量) = 2SO₂ + 2H₂O (点燃)；2H₂S + 3O₂ (少量) = 2S + 2H₂O (点燃)；H₂S + Cl₂ = 2HCl + S
       • b) 酸性：H₂S 溶于水形成氢硫酸，是弱酸，弱于碳酸。H₂S + NaOH = NaHS + H₂O；H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O
       • c) 沉淀金属离子：能与许多金属离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀，如Cu²⁺ + H₂S = CuS↓ + 2H⁺ (CuS为黑色沉淀)

• D. 硫酸 (H₂SO₄)

  • 1. 浓硫酸的特性：
       • a) 吸水性：能吸收空气中的水分，常用作干燥剂（不能干燥氨气）
       • b) 脱水性：能将有机物中的氢氧元素按水的组成脱去，使其碳化。
       • c) 强氧化性：
       • 与金属反应：Cu + 2H₂SO₄(浓) = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O (加热)
       • 与非金属反应：C + 2H₂SO₄(浓) = CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O (加热)
       • d) 腐蚀性：对皮肤、衣物等有强烈的腐蚀作用
  • 2. 稀硫酸的性质：具有酸的通性，如与金属反应生成氢气，与碱发生中和反应，与碳酸盐反应放出二氧化碳等。
  • 3. 用途：重要的化工原料，广泛应用于化肥、农药、冶金、石油、医药等工业。

III. 硫酸的工业制法

• A. 原理：接触法

• B. 流程：

  • 1. 原料气制备：黄铁矿煅烧：4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂
  • 2. 二氧化硫的净化与干燥：除去原料气中的杂质，提高SO₂的纯度，确保催化剂活性。用浓硫酸干燥气体。
  • 3. 二氧化硫的催化氧化：2SO₂ + O₂ = 2SO₃ (V₂O₅催化剂，高温、常压) (可逆反应，但常压下转化率较高)
  • 4. 三氧化硫的吸收：用98.3%的浓硫酸吸收SO₃，防止产生酸雾影响吸收效率。SO₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₇ (焦硫酸)，H₂S₂O₇ + H₂O = 2H₂SO₄

• C. 注意事项：

  • 1. 原料气必须纯净干燥，以保护催化剂
  • 2. 催化氧化反应需控制适宜的温度和压力，以提高SO₂的转化率
  • 3. 采用98.3%的浓硫酸吸收SO₃，避免产生酸雾

IV. 硫元素的特殊应用

• A. 火山灰的利用：火山灰富含硫元素，可以作为肥料，改良土壤。
• B. 硫在橡胶工业中的应用：硫化橡胶，提高橡胶的强度和弹性。
• C. 硫在医药上的应用：某些含硫化合物可用作药物，如磺胺类药物。
• D. 硫在农业上的应用：生产硫磺粉，用于防治农作物病虫害。

V. 环境保护

• A. 酸雨的形成及危害：二氧化硫是形成酸雨的主要原因。酸雨会腐蚀建筑物，破坏森林，酸化水体，危害水生生物。
• B. 减少二氧化硫排放的措施：
  • 1. 使用脱硫煤或天然气等清洁能源
  • 2. 工业废气脱硫处理（如石灰石-石膏法）
  • 3. 提高能源利用效率，减少能源消耗
• C. 硫化氢的毒性及防护：硫化氢是有毒气体，吸入高浓度硫化氢会导致中毒甚至死亡。应加强通风，佩戴防毒面具等防护措施。