硫

说到硫，你会想到什么呢？是死去但突然复高中化学知识，还是有趣的实验？不急，今天我们就来，慢慢了解这位熟人。

硫，是化学元素周期表中的第16号元素，一共有16个电子，最外层电子数有六个。这里就非常奇怪，按照我们的既有经验，只有最外层电子数是四或者最外层电子数达到八电子稳定结构的元素才能形成对应的单质，但是硫一般都是用符号S来表示，而且生活中也存在硫磺（淡黄色粉末）。这是为什么？很显然，在微观分子层面上，硫肯定不是以单个原子构成一份物质的，而是由相同的原子所组成的分子构成。在常温下，硫就是由硫八分子构成的，在这种情况下，才可以达到稳定结构，否则物质将不会存在。

那么硫还有哪些性质呢？从初中的化学学习中，可以得知在加热硫的时候，它会先变成液体，再开始燃烧，所以可以得出熔点很低。其次，从这项反应中与氧气的结合，可以看出硫具备还原性。而还原性对应的就是物质失去电子，这是特有的金属性。那么硫有没有非金属性呢？有。这就涉及到硫与其他物质的反应了。非金属性对应的就是氧化性，如果硫想要达到八电子稳定结构就需要吸引两个电子呈现负二价。事实证明的确如此。将一些金属，比如铁（或者铜）放置在含有硫磺的试管中，并加热，可以看到分别生成了黑色物质以及黑褐色固体。两者在反应的时候，都释放出了大量的热。根据硫化合价的变化可以判断出生成了硫化铁。但是这里存在误区，如何判定？硫与铜反应之后的产物是硫化亚铜还是硫化铜？这里我们采用与盐酸反应，因为根据已知条件，氯化亚铜也是沉淀，如果生成的是硫化亚铜，那么在反应后，便会出现蓝色沉淀，如果生成的是硫化铜，就不会生成沉淀。

PS：硫也可以与氢气反应，生成拥有臭鸡蛋味的硫化氢气体，溶于水后变成氢硫酸，让一些金属离子沉淀，比如铅离子和汞离子。

探究完了单质硫，接下来就是硫的氧化物。我们最常见的就是初中化学所学习过的二氧化硫，其无色，但拥有自己性气味，并且密度大于空气。如果将一些水倒入含有二氧化硫的塑料瓶中，并摇晃可以看到瓶子变瘪了。从此种现象可以判断出二氧化硫溶于水，并且与水发生了反应。那么二氧化硫和水生成的物质是什么呢？如果往二氧化硫水溶液中滴入一些紫色石蕊溶液，可以看到试剂变红，这证明生成了酸。所以二氧化硫是一种酸性氧化物，可以与碱反应。那么根据硫的化合价，拥有硫的酸可不少。在常规状态下就有我们熟知的硫酸和亚硫酸，其他情况下也包括硫代硫酸钠，焦亚硫酸和焦硫酸。当然，这里我们主要区别的还是亚硫酸和硫酸，硫的化合价分别是+4和+6。那么生成物到底是亚硫酸还是硫酸？先前我们探究过二氧化碳和水的反应，生成的碳酸也不稳定，容易分解为二氧化碳和水。那么对照二氧化硫和水的关系，其反应无疑也是一个可逆反应。但我们还不知道亚硫酸能否溶解以及其产物，所以需要验证。

（这里验证生成物是亚硫酸还是硫酸的过程我有些忘了，暂时先不写）

那么二氧化硫还有没有其他性质？根据我们已知硫的价态（+6～-2），可以判断二氧化硫中硫尚处于中间状态，可以向两边进行。所以，二氧化硫可能同时具备还原性和氧化性，但我们仍然需要实践证明。

首先就是还原性。要证明一个物质的还原性就需要相应的氧化剂。这里我们采取高锰酸钾和溴、碘单质进行实验。将一定量的高锰酸钾溶液滴入二氧化硫水溶液中，可以看到高锰酸钾溶液的紫色逐渐变成无色。而溴水同样也褪色了。通过现象可以猜想氧化剂被还原了，所以正气价的锰离子已经变成了正二价，自然硫的化合价只能升高不能降低。通过这一猜想成功得出了反应的方程式，水和二氧化硫以及高锰酸根，分别生成了硫酸根锰离子和氢离子。而另一个反应则是水、二氧化硫和溴单质生成了硫酸根离子、溴离子和氢离子。由此我们可以证明硫的还原性。其实还有一个很难发生的反应也可以证明，那就是二氧化硫和氧氧气反应生成三氧化硫。这个反应很难发生，需要高温和催化剂的作用，在自然界中，二氧化硫在雷雨天的闪电下就会形成三氧化硫。这个反应我们后面再提。

其次就是氧化性。要证明一个物质的氧化性就需要相应的还原剂，并且二氧化硫的状态要降低。这不由让我想起归中反应。所以我们采取硫化氢和二氧化硫进行反应。两瓶气体在互相融合后，在杯壁上出现了淡黄色粉末和一些水珠。是的，二氧化硫被硫化氢还原了。既然二氧化硫有氧化性，那么他有没有漂白性呢？将一定量的二氧化硫水溶液加入品红溶液，可以看到品红溶液居然褪色了。但是如果将混合后的溶液进行加热，可以看到溶液又重新呈现出了品红色，但是在冷却之后却又变成了无色。仔细分析这个现象，可以判断出二氧化硫的氧化性可能并不是那么强，可以与品红溶液生成一种无色化合物，但是在高温下会分解。这一种弱的漂白性，使得二氧化硫在工业中可以运用于有机染料的制作，也算是物尽其用。

刘的氧化物不仅有二氧化硫，也有三氧化硫。这个玩意儿在常常压下是一种液体，而在标况下是固体。其价态和硫酸中的硫是相同的，可以与水反应生成硫酸，这也是自然界中的硫酸来源。根据这一性质也可以判断三氧化硫能与碱反应。

好了，认识完了硫的氧化物，集合出场的就是我们的老熟人硫酸。硫酸密度是1.84克每立方厘米。其在浓硫酸状态下，溶于水会放热。并且具备很强的腐蚀性，其次具备吸水性、氧化性和脱水性（在之前与铁和木条的反应中可以得出）。而且浓硫酸较为浓稠，沸点非常高，很难挥发。那么浓硫酸有没有酸性呢？尽管我们知道硫酸的最大浓度是98%仍然有2%的水，但是几乎可以忽略不计。如果没有水，就无法电离出硫酸中的氢离子形成酸性，所以浓硫酸是没有酸性的，而稀硫酸当然是有酸性的，可以与金属氧化物、碱、金属单质反应。

那么硫酸可不可以与非金属单质反应呢？也是可以的。将一定量的水和蔗糖混合倒在烧杯中，并加入浓硫酸，可以发现蔗糖变成了黑色，并且黑色物质在不断上涨，最终停止。那么我们该如何解释这一过程？其实浓硫酸是以二比一的比例将蔗糖中的结合水脱去了，形成了黑色的物质～碳。而且过程中也生成了二氧化碳和二氧化硫等气体。并且，因为硫酸溶于水会放热，所以热量，致使这一团黑色物质上涨，形成类似“法老之蛇“的现象。所以硫酸对蔗糖分别进行了催化作用（脱水）和化学反应，证明其有脱水性和氧化性。

由浓硫酸的性质，可以准确的定位硫酸的用途。例如，硫酸可以干燥气体，比如中性气体和酸性气体，但是气剂不能干燥碱性气体，否则就会将硫酸反应掉。另一方面，硫酸也是重要的化工原料可以用于染色、制药和制盐。

那么在工业上，我们该如何制备硫酸呢？这又关系到硫化合价的改变，站在我们的角度可能会使用“硫～二氧化硫～亚硫酸～硫酸”的角度进行制备，但实际上，这个过程很不稳定。因为有一些二氧化硫在溶于水后并没有和水反应生成亚硫酸，而且亚硫酸性质不稳定，很容易分解无法将S的利用率最大化。那么能不能使用“硫～二氧化氧～三氧化硫～硫酸”的线路呢？其实也是可以的，但是我们要注意三氧化硫和水反应形成硫酸，这一个反应不属于可逆反应，而且三氧化硫不溶于水，这不仅使制备过程困难，而且形成的硫酸会溶于水放热，形成硫酸蒸气，这无疑是很危险的。所以在工业上，我们一般会使用浓硫酸将三氧化硫吸收变成焦硫酸，再向焦硫酸中通入水变成硫酸。这才是现代工业制备硫酸的主要方式。当然，原材料不仅包括硫单质，也包括黄铁矿和黄铜矿。

通过学习，我整理了下图这样一份含硫物质的转化表供大家参考。其本质其实还是物质价态的高低转化，涉及到氧化剂和还原剂的使用。而在试剂中也包含强和弱。不说化学实验都涉及到这些反应，可以参考也可以拿来学习。

最后留下一个问题：到底是什么因素使得亚硫酸和硫酸的酸性差别如此之大？能否从分子式的角度上去诉说呢？这可能需要到有机化学的时候才能理解。PS：亚硫酸的所有性质就是二氧化硫的所有性质，两者关系是很大的。