化学必修一——硫
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$\ce{S}$
物理性质
- 有多种同素异形体
这不算物理性质 - 熔沸点低
- 加热时试管略向上倾斜
- 黄色
- 质脆，易研磨成粉末
- 不溶于水，微溶于酒精，易溶于 $\ce{CS2}$。
化学性质
- 常见价态：$-2,0,+4,+6$
- $0$ 价或 $+4$ 价时，往负价态变化体现氧化性，往正价态变化体现还原性。
- 氯气也有类似的特点。
- $0$ 价或 $+4$ 价时，往负价态变化体现氧化性，往正价态变化体现还原性。
黑火药
- “一硫二硝三木炭”
- 化合价变化：硫 $0 \to -2$，氮 $+5 \to 0$，碳 $0 \to +4$。
- $\ce{S}, \ce{KNO3}$ 是氧化剂；$\ce{C}$ 是还原剂。
- 电子转移共 $12$ 个。
与 $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$ 反应
\[\boxed{ \ce{Fe + S ->[\triangle] \overset{+2}{Fe}S} }\]对比：
\[\ce{2Fe + 3Cl ->[点燃] 2\overset{+3}{Fe}Cl3}\]\[\boxed{ \ce{2Cu + S ->[\triangle] \overset{+1}{Cu}_2S} }\]
对比：
\[\ce{Cu + Cl2 ->[点燃] \overset{+2}{Cu}Cl2}\]硫的氧化性比氯气弱，只能把变价金属氧化到较低价。
与 $\ce{H2}$ 反应
\[\ce{H2 + S ->[\triangle] H2S}\]- $\ce{H2S}$ 的性质
- 两步电离：$\ce{H2S <=> H+ + HS-}$，$\ce{HS- <=> H+ + S^2-}$
- 热稳定性差：$\ce{H2S ->[\triangle] H2 + S v}$
与 $\ce{O2}$ 反应
\[\ce{S + O2 ->[TODO:] SO2}\]- 实验现象
- 空气：微弱淡蓝色
- 氧气：明亮蓝紫色
- 刺激性气味
- 无论氧气是否过量，都不产生 $\ce{SO3}$。
总结：氧化性强弱判断
- $\ce{S < Cl2}$
- 硫只能把变价金属氧化到较低价。
- $\ce{S < O2}$
- 反应条件：$\ce{H2 + S}$ 是加热，$\ce{H2 + O2}$ 是点燃。
- 氢化物热稳定性：$\ce{H2S}$ 比 $\ce{H2O}$ 热稳定性差。
- $\ce{S + O2}$ 反应中，$\ce{O2}$ 是氧化剂，$\ce{S}$ 被氧化。
与 $\ce{Hg}$ 反应
\[\ce{Hg + S -> HgS}\]与强碱反应
\[\ce{3\overset{0}{S} + 6NaOH ->[\triangle] 2Na2\overset{-2}{S} + Na2\overset{+4}{S}O3 + 3H2O}\]对比 $\ce{Cl2}$：
\[\ce{\overset{0}{Cl}_2 + 2NaOH -> Na\overset{-1}{Cl} + Na\overset{+1}{Cl}O + H2O}\]这两个反应都是典型的歧化反应。⭐️加入强酸可以归中：
\[\ce{2 S^2- + SO3^2- + 6H+ -> 3 S v + 3 H2O}\]举例：硫酸 $\ce{2 Na2S + Na2SO3 + 3H2SO4 -> 3S v + 3Na2SO4 + 3H2O}$
$\ce{S + NaOH}$ 应用：洗涤附着硫的试管，使用热浓 $\ce{NaOH}$ 溶液。
$\ce{SO2}$
物理性质
- 无色
- 刺激性气味
- 密度比空气大
- 易溶于水
- $1$ 体积水可溶解 $40$ 体积 $\ce{SO2}$
化学性质
$\ce{SO2}$ 和 $\ce{CO2}$ 极其相似，以下几乎每个反应都有 $\ce{CO2}$ 的对应版本。
与水反应
\[\ce{SO2 + H2O <=> H2SO3}\]（二氧化碳版本 $\ce{CO2 + H2O -> H2CO3}$）
与 $\ce{NaOH}$ 反应
$\ce{NaOH}$ 少量：
\[\ce{SO2 + NaOH -> NaHSO3}\]$\ce{NaOH}$ 过量：
\[\ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}\]与 $\ce{Ca(OH)2}$ 反应
\[\ce{SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3 v + H2O}\] \[\ce{CaSO3 + SO2 + H2O -> Ca(HSO3)2}\]因为 $\ce{SO2}$ 和 $\ce{CO2}$ 这里性质完全一样，所以澄清石灰水不能鉴别 $\ce{SO2}$ 和 $\ce{CO2}$。
那怎么鉴别呢？闻一下即可。
与碱性氧化物反应
\[\ce{SO2 + Na2O -> Na2SO3}\] \[\ce{SO2 + CaO -> CaSO3}\]钙基固硫。* 这个反应后续可以制石膏 $\ce{CaSO4}$。
与 $\ce{H2S}$ 反应
书上版本，气相反应不写沉淀：
\[\ce{\overset{+4}{S}O2 + 2H2\overset{-2}{S} -> 3S + 2H2O}\]水溶液中反应则要写沉淀：
\[\ce{SO2 + 2H2S -> 3S v + 2H2O}\]是一个归中反应。
与卤素反应
\[\ce{SO2 + X2 + H2O -> H2SO4 + 2HX}\]关于 $\ce{SO3}$
\[\ce{2 SO2 + O2 <=>[催化剂][\triangle] 2 SO3}\]$\ce{SO2}$ 与水产生亚硫酸，$\ce{SO3}$ 与水则产生硫酸：
\[\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}\]漂白
$\ce{SO2}$ 可以漂白品红等色素。
它可以和色素生成不稳定无色物质。但是受热后会分解变回原来颜色（隔壁的次氯酸变不回来）。
使 $\ce{KMnO4}$ 溶液褪色
这个不算漂白！
反应长这样，应该不会考（只要知道能褪色就可以了）：
\[\ce{5 SO2 + 2 KMnO4 + 2 H2O -> K2SO4 + 2 MnSO4 + 2 H2SO4}\]$\ce{H2SO3}$
二元中强酸，酸性比 $\ce{H2CO3}$ 大，不稳定。
与 $\ce{NaOH}$ 反应
（$\ce{NaOH}$ 少量）
\[\ce{H2SO3 + NaOH -> NaHSO3 + H2O}\]（$\ce{NaOH}$ 过量）
\[\ce{H2SO3 + 2NaOH -> Na2SO3 + 2H2O}\]$\ce{SO3^2-}$ 的氧化性与还原性
这里的 $\ce{S}$ 是 $+4$ 价态，同时具有氧化性和还原性。
体现氧化性的例子：
\[\ce{H2SO3 + 2H2S -> 3S v + 3H2O}\]体现还原性的例子：
\[\ce{2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4}\]（可以用于除氧气）
$\ce{H2SO4}$
性质
- 难挥发的无色油状液体
- 可与水以任意比例混合（释放大量热）
- 常见计算：$98\%$ 浓硫酸的物质的量浓度 $c = \frac {1000 \rho \omega} M = 1.84 \ \ce{mol \cdot L^{-1}}$
- 以分子为主要存在形式（这是浓硫酸的特性）
- 稀硫酸则完全电离，具有酸的通性。
- 经典的三个性质
- 吸水性
- 吸收水分和固体中的结晶水。
- 可以干燥气体。但不能干燥以下气体：
- 碱性气体 $\ce{NH3}$
- 还原性气体 $\ce{H2S, HBr, HI}$
- 脱水性
- 把有机化合物中的氢氧元素按 $2:1$ 的比例脱去，使其炭化。
- 在浓硫酸与蔗糖的反应中体现，见下文。
- 强氧化性
- 在浓硫酸与蔗糖的反应中体现，见下文。
- 吸水性
浓硫酸与蔗糖
蔗糖炭化：
\[\ce{C12H22O11 ->[浓 \ce{H2SO4}] 12C + 11H2O}\]这体现了脱水性。
产生气体：
\[\boxed{ \ce{C + 2H2SO4 (浓) ->[\triangle] 2SO2 ^ + CO2 ^ + 2H2O} }\]这体现了强氧化性。
与非金属共热
浓硫酸与非金属共热，将其氧化成高价态的氧化物或含氧酸。
\[\ce{C + 2 H2SO4 (浓) ->[\triangle] CO2 ^ + 2 SO2 ^ + 2 H2O}\] \[\ce{2 P + 5 H2SO4 (浓) ->[\triangle] 2 H3PO4 + 5 SO2 ^ + 2 H2O}\] \[\ce{S + 2 H2SO4 (浓) ->[\triangle] 3 SO2 ^ + H2O}\]与绝大多数金属反应
浓硫酸能和除了 $\ce{Au, Pt}$ 的金属反应。
\[\ce{Cu + 2 H2SO4 (浓) ->[\triangle] SO2 ^ + CuSO4 + 2H2O}\]注意两个 $\ce{H2SO4}$ 一个作酸（把 $\ce{Cu}$ 变成 $\ce{CuSO4}$）一个作氧化剂（$\ce{H2SO4}$ 还原成 $\ce{SO2}$）。后面的反应同理。
\[\ce{2Al + 6 H2SO4 (浓) ->[\triangle] 3 SO2 ^ + Al2(SO4)3 + 6 H2O}\]（$\ce{Fe}$ 少量）
\[\ce{2 Fe + 6 H2SO4 (浓) ->[\triangle] 3 SO2 ^ + Fe2(SO4)3 + 6 H2O}\]$\ce{Fe}$ 过量的情况不考，反应完全不同。
特别地，浓硫酸在常温下与 $\ce{Fe, Al}$ 发生钝化反应，在金属表面生成一层致密的氧化物，阻止继续反应。
\[\ce{Zn + 2 H2SO4 (浓) ->[\triangle] ZnSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\]若 $\ce{Zn}$ 过量，则上述反应完成后还会发生：
\[\ce{Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}\]与 $\ce{FeCl2}$ 反应
$\ce{\overset{+2}{Fe}}$ 被氧化为 $\ce{\overset{+3}{Fe}}$。
TODO: 上课没讲具体反应啊，但是默写又默了。
$\ce{SO4^2-}$ 检验
足量盐酸酸化，取清液，加入 $\ce{BaCl2}$，若有白色沉淀则判断有 $\ce{SO4^2-}$。
\[\ce{Ba^2+ + SO4^2- -> BaSO4 v}\]若只加 $\ce{BaCl2}$，则可能会被 $\ce{CO3^2-, SO3^2-, Ag+}$ 干扰。盐酸可以除去全部这些。
为什么不用硝酸和 $\ce{Ba(NO3)2}$？硝酸不能除去 $\ce{SO3^2-}$。
常见硫酸盐
- 胆矾 $\ce{CuSO4 * 5H2O}$
- 明矾 $\ce{KAl(SO4)2 * 12H2O}$。放在水里生成 $\ce{Al(OH)3}$ 胶体。