邯郸北科公益课：第六期 元素-硫

邯郸北科公益课：第六期 元素-硫

近日，教育部办公厅和工业与信息化部办公厅联合印发了《关于中小学延期开学期间“停课不停学”有关工作安排的通知》，对中小学延期开学期间停课不停学的有关工作进一步提出了意见。同时，《人民日 》刊发了北科基地理论 章《发挥科普在疫情防控中的重要作用》， 章指出要推进科研与科普有效连接、打造智能科普、让权威科学家做好科普工作、在疫情防控中进一步加强科普工作、有效发挥科普作用等内容。

为积极响应教育部“停课不停学”号召，充分发挥优势科普资源，倡导广大中小学生在线学习，让“宅”在家的孩子能够轻松学习科学知识，从即日起，北京市科学技术研究院邯郸分院免费向公众推出线上3D智能教学课程，充实孩子们的假期时光，并通过寓教于乐的形式给孩子们增加科学教育的内容，让科学精神陪伴孩子们快乐成长。

此次向公众免费推出的科普课程是由北京市科学技术研究院邯郸分院和爱创者学院联合开发，包含了《地理科学》、《地球科学》、《生命科学》、《自然科学》四大部分，都是由权威课程专家精心制作挑选的优质科普课程。同时本课程还将在邯郸科普、 邯郸市青少年活动中心、复兴教育体育、邯山女性之声等微信公众同步免费发布。

邯郸北科公益课前情回顾：

08.03.2020 北科院邯郸分院、爱创者学院

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硫元素科普视频

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硫的概念

硫（sulfur）是一种非金属元素，化学符号S，原子序数16。硫是 氧族元素（ⅥA族）之一，在元素周期表中位于第三周期。

通常单质硫是黄色的晶体， 又称作硫磺。硫单质的同素异形体有很多种，有斜方硫、单斜硫和弹性硫等。硫元素在自然界中通常以硫化物、硫酸盐或单质的形式存在。硫单质难溶于水，微溶于 乙醇，易溶于 二硫化碳。

硫是人体内 蛋白质的重要组成元素，对人的生命活动具有 重要意义。硫主要用于肥料、火药、润滑剂、杀虫剂和抗真菌剂生产。

硫及含硫矿石燃烧（S+O2 +点燃=SO2)生成的二氧化硫在空气中与水结合形成亚硫酸，亚硫酸与空气中的氧气发生化合反应生成硫酸，从而造成硫酸型酸雨。

对人体而言，天然单质硫是无毒无害的，而稀硫酸、硫酸盐、亚硫酸和亚硫酸盐有毒，硫化物通常有剧毒。浓硫酸会腐蚀人体皮肤。

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硫的物理性质

1.核素和原子（离子）结构

硫有25种同位素，其中四种是稳定的：32S（95.02%）、33S（0.75%）、34S（4.21%）和36S（0.02%），除35S外，其它放射性同位素的半衰期都很短。硫-35由宇宙射线射击空气中的氩-40而导致，其半衰期为87.48天。

2.在森林生态系统中，硫酸盐主要来自空气，少量来自矿物的风化。其中硫的同位素的不同含量可用来确定它们的来历。

原子半径：102pm；

离子半径：184pm（S2-），29pm（S4+）；

基态原子电子排布式为：1s2 2s2 2p6 3s23p4。（加粗部分为价电子）

3.分子种类

不同分子种类的硫单质包括S2（二聚硫），S3（三聚硫），S4（四聚硫），S5（五聚硫），S6（环六硫），S7（环七硫），S8（环八硫），S9（环九硫），S10（环十硫），S11（环十一硫），S12（环十二硫），S18（环十八硫），S20（环二十硫）和硫链等。

4.色、态

纯硫是浅黄色固体，质地柔软、轻，粉末有臭味。

5.溶解性

硫不溶于水但溶于二硫化碳。

导热性和导电性都差。性松脆，不溶于水。无定形硫主要有弹性硫，是由熔态硫迅速倾倒在冰水中所得。不稳定，可转变为晶状硫。晶状硫能溶于有机溶剂如二硫化碳（而弹性硫只能部分溶解）、四氯化碳、甲苯和苯。除0价外常见化合价有3种，为-2(硫化氢)、+4(亚硫酸钠)和+6(硫酸)价；而+2价(甲醛次硫酸氢钠)则并不常见。第一电离能10.360电子伏特。结晶形硫不溶于水，稍溶于乙醇和乙醚，溶于二硫化碳、四氯化碳、甲苯和苯。可转变为晶状硫（正交硫），正交硫是室温下唯一稳定的硫的存在形式。原子半径：88pm。

甲苯中析出的硫晶体

6.晶体

以S8环在空间的不同排列顺序，可以形成几种硫的单质晶体，其中最常见的是斜方硫和单斜硫。

斜方硫也称作菱形硫或是α-硫，它是室温下唯一的稳定的硫的存在形式。加热到95.5℃时转变为单斜硫（此时并未融化）。单斜硫又称作β-硫，在低于95.5℃时单斜硫会缓慢转化为稳定的斜方硫。单斜硫和斜方硫均能溶于二硫化碳（CS2），苯（C6H6）等非极性溶剂。

7.粘度

硫的粘度变化（变量：温度（℃））

固体硫磺的分子一般为S8，其结构呈马鞍型，当硫磺受热时，分子结构发生变化。当加热到160℃时，S8的环状开始破裂为开链，粘度升高，到190℃时粘度最大。继续加热到190℃以上时，长链开始发生断裂，粘度又重新下降。在130～160℃时，液硫的粘度最小，流动性最好。

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硫的化学性质

1.原子性质

亲和能（kJ·mol-1）：A1：-200，A2：590；[4]

电离能如下表 [2]

电负性：2.58（鲍林标度），2.44（阿莱-罗周标度）；

2.同素异形体

硫在所有的物态中（固态、液态和气态），硫都有不同的同素异形体，这些同素异形体的相互关系还没有被完全理解。晶体的硫一般组成一个由八个原子组成的环：S8，也存在不稳定的环状S6分子作为结构单元的硫单质。单质硫的分子以环状S8最为稳定，这种环状分子中，每个硫原子采取sp3不等性杂化，与另外两个硫原子之间以单键相连，键长是206pm，内键角108°，两个面之间的夹角是98°。无论种类，硫单质常简写为S。

3.常见反应

硫可与变价金属反应生成低价态金属硫化物，例如：硫粉与铁粉；硫粉与铜粉。

注意：硫和汞常温下即可反应，故可用硫处理泄露的汞；硫还可与强氧化性酸反应。

4.化合价及对应化合物

硫在自然界中的常见化合价有-2、0、+4、+6价。

-2价的有H2S、Na2S以及其他硫化物，0价的硫是硫单质，+4价的SO2、H2SO3、亚硫酸盐（Na2SO3等），+6价的有SO3、H2SO4、硫酸盐（Na2SO4等）。

5.键能

6.危险性

工业硫磺为易燃固体。此外，空气中含有一定浓度硫磺粉尘时不仅遇火会发生爆炸，而且硫磺粉尘也很易带静电产生火花导致爆炸（硫磺粉尘爆炸下限为2.3g/m3），继而燃烧引发火灾。按固体火灾危险性分类硫磺属于乙类，硫磺回收和成型装置属于火灾危险性乙类装置。人体吸入硫磺粉尘后还会引起咳嗽、喉痛等。

⑴燃烧爆炸：

①正常情况下燃烧缓慢，与氧化剂混合时燃烧速度剧增；

②与氧化剂混合可形成爆炸性混合物；

③遇明火、高温易发生火灾；

④粉尘易带高达数千伏乃至上万伏静电；

⑤摩擦产生的高温和明火等均可导致硫磺粉尘爆炸和火灾；

⑥一般情况下硫磺粉尘比易燃气体更易发生爆炸，但燃烧速度和爆炸压力比易燃气体小。

⑵对人体危害：

①因其可在肠内部分转化为硫化氢而被人体吸收，故大量吞入（10g以上）可导致硫化氢中毒；

②可引起眼结膜炎、皮肤湿疹，对皮肤有弱刺激性；

③长期吸入硫磺粉尘一般无明显毒性：[5]

接触限值：中国MAC、美国TWA和STEL均未制定标准

毒理资料：低毒性。

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硫的用途1.工业需求

硫在工业中很重要，比如作为电池中或溶液中的 硫酸。硫被用来制造 火药。在橡胶工业中做 硫化剂。硫还被用来杀真菌， 用做化肥。硫化物在 造纸业中用来漂白。 硫酸盐在烟火中也有用途。硫代硫酸钠和硫代硫酸氨在照相中做 定影剂、肥料。

制造 硫酸、亚硫酸盐、杀虫剂、塑料、搪瓷、合成染料、橡胶硫化、漂白、药物、油漆、硫磺软膏等。

硫矿物最主要的用途是生产 硫酸和硫磺。硫酸是耗硫大户，中国约有70%以上的硫用于硫酸生产。化肥是消费硫酸的最大户，消费量占硫酸总量的70%以上，尤其是磷肥耗硫酸最多，增幅也最大。硫酸除用于化学肥料外，还用于制作苯酚、硫酸钾等90多种化工产品； 轻工系统的自行车、皮革行业； 纺织系统的粘胶、纤维、维尼纶等产品； 冶金系统的钢材酸洗、氟盐生产部门； 石油系统的原油加工、石油催化剂、添加剂以及 医药工业等都离不开硫酸。

高品位硫铁矿烧渣可以回收铁等； 低品位的烧渣可作水泥配料。烧渣还可以回收少量的银、金、铜、铝、锌和钴等。硫磺除为生产硫酸的原料之外，还广泛用来生产化工产品，如硫化铜、焦亚硫酸钠等。另外，在 食糖生产中，要把硫磺氧化为二氧化硫气体用于漂白脱色。在 农药生产中也直接或间接使用硫磺； 粘胶纤维生产中需用二硫化碳作溶剂；硫化金属矿浮选用的药剂要以二硫化碳为原料；除以上应用外， 消费硫磺的行业还有火柴制造、水泥枕轨处理、医药等。

硫被用来制造黑色火药、火柴等。硫也是生产橡胶制品的重要原料。硫还被用来杀真菌，用做化肥。硫化物在造纸业中用来漂白。硫代硫酸钠和硫代硫酸氨在照相中做定影剂。硫又是制造某些农药（如石灰硫黄合剂）的原料。

2.生理作用

半胱氨酸、蛋氨酸、同型半胱氨酸和牛磺酸等氨基酸和一些常见的酶含硫，因此硫是所有细胞中必不可少的一种元素。在蛋白质中，多肽之间的二硫键是蛋白质构造中的重要组成部分。有些细菌在一些类似光合作用的过程中使用硫化氢作为电子提供物（一般植物使用水来做这个作用）。植物以硫酸盐的形式吸收硫。无机的硫是铁硫蛋白的一个组成部分。在细胞色素氧化酶中，硫是一个关键的组成部分。

医疗上，硫还可用来制硫磺软膏医治某些皮肤病，但硫对身体危害较大长期在高含硫的工矿下工作对身体有极大损害。

日常生活中，水银温度计破裂，可用硫磺洒在散落的汞珠旁，生成稳定化合物（），防止汞蒸发危害。

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邯郸北科公益课下期预告：

第七期 燃料的热值和效率

敬请期待