二氧化硫(Sulfur Dioxide)是最常见、最简单的硫氧化物,化学式SO2,大气主要污染物之一,且属世界卫生组织国际癌症研究机构公布的3类致癌物之一。 它是无色气体,有强烈刺激性气味。火山爆发时会喷出该气体,在许多工业过程中也会产生二氧化硫。
二氧化硫理化性质
物理性质
二氧化硫为无色透明气体,有刺激性臭味。 溶于水、乙醇和乙醚。
液态二氧化硫比较稳定,不活泼。气态二氧化硫加热到2000℃不分解。不燃烧,与空气也不组成爆炸性混合物。
无机化合物如溴、三氯化硼、二硫化碳、三氯化磷、磷酰氯、氯化碘以及各种亚硫酰氯化物都可以任何比例与液态二氧化硫混合。碱金属卤化物在液态二氧化硫中的溶解度按I->Br->Cl-的次序减小。金属氧化物、硫化物、硫酸盐等多数不溶于液态二氧化硫。
二氧化硫是一个弯曲的分子,其对称点群为C2v。硫原子的氧化态为+4,形式电荷为0,被5个电子对包围着,因此可以描述为超价分子。从分子轨道理论的观点来看,可以认为这些价电子大部分都参与形成S-O键。二氧化硫中的S-O键长(143.1 pm)要比一氧化硫中的S-O键长(148.1 pm)短,而中的O-O键长(127.8 pm)则比氧气中的O-O键长(120.7 pm)长。二氧化硫的平均键能(548 kJ·mol-1)要大于S-O的平均键能(524 kJ·mol-1),而的平均键能(297 kJ·mol-1)则小于O2的平均键能(490 kJ·mol-1)。这些证据使化学家得出结论:二氧化硫中的S-O键的键级至少为2,与臭氧中的O-O键不同,臭氧中的O-O键的键级为1.5。
分子结构与极性:V形分子,极性分子。
pH:2/3的二氧化硫溶于水生成亚硫酸(H2SO3),溶液的pH值变成2或3。
25℃时二氧化硫在空气中的扩散系数:1.15*e-5(m2/s)。
40 ℃:6.5 | |
0℃:22 | 50℃:5.0 |
10℃:15 | 60℃:4.0 |
20℃:11 | 70 ℃:3.5 |
25 ℃:9.4 | 80 ℃:3.4 |
30℃:8 | 90 ℃:3.5 |
100℃:3.7 |
化学性质
在常温下,潮湿的二氧化硫与硫化氢反应析出硫。在高温及催化剂存在的条件下,可被氢还原成为硫化氢,被一氧化碳还原成硫。强氧化剂可将二氧化硫氧化成三氧化硫,仅在催化剂存在时,氧气才能使二氧化硫氧化为三氧化硫。具有自燃性,无助燃性。液态二氧化硫能溶解如胺、醚、醇、苯酚、有机酸、芳香烃等有机化合物,多数饱和烃不能溶解。有一定的水溶性,与水及水蒸气作用生成有毒及腐蚀性蒸气。
二氧化硫化学性质极其复杂,不同的温度可作为非质子溶剂、路易氏酸、还原剂、氧化剂、氧化还原试剂等各种作用。液态二氧化硫还可作自由基接受体。如在偶氮二异丁腈自由基引发剂存在下与乙烯化合物反应得到聚砜。液态二氧化硫在光照下,可与氯和烷烃进行氯磺化反应,在氧存在下生成磺酸。液态二氧化硫在低温表现出还原作用,但在300℃以上表现出氧化作用。
二氧化硫可以使品红溶液褪色,加热后颜色还原,因为二氧化硫的漂白原理是二氧化硫与被漂白物反应生成无色的不稳定的化合物,破坏了起到品红中起发色作用的对醌式,加热时,该化合物分解,恢复原来颜色,所以二氧化硫的漂白又叫暂时性漂白。
能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
二氧化硫可以在硫磺燃烧的条件下生成:
S(s) +(g) =点燃=(g)
硫化氢可以燃烧生成二氧化硫:
(g) + 3(g) ==点燃= 2(g) + 2(g)
加热硫铁矿,闪锌矿,硫化汞,可以生成二氧化硫:
4FeS2(s) + 11O2(g) === 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)
2ZnS(s) + 3O2(g) === 2ZnO(s) + 2SO2(g)
HgS(s) + O2(g) === Hg(l) + SO2(g)
二氧化硫具有漂白性。工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽等。二氧化硫的漂白作用是由于它(亚硫酸)能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色,因此用二氧化硫漂白过的草帽辫日久又变成黄色。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法厂商非法用来加工食品,以使食品增白等。食用这类食品,对人体的肝、肾脏等有严重损伤,并有致癌作用。
此外二氧化硫还能够抑制霉菌和细菌的滋生,可以用作食物和干果的防腐剂。但必须严格按照国家有关范围和标准使用。
化学方程式
SO2+H2O=(可逆)=H2SO3(亚硫酸)
SO2可以自偶电离:2SO2===(可逆)===SO2++SO32-
2SO2+O2=== 2SO3(加热,五氧化二钒做催化剂,可逆;在自然中,也可由空气中尘埃催化)
2H2S+SO2=== 3S↓+2H2O(归中反应)
SO2+Cl2+2H2O === 2HCl+H2SO4
SO2+2NaOH === Na2SO3+H2O(SO2少量)
SO2+NaOH === NaHSO3(SO2过量)
Na2SO3+SO2+H2O === 2NaHSO3
CaO+SO2====CaSO3,2CaSO3+O2====2CaSO4(加热)
SO2+2FeCl3+2H2O===2FeCl2+H2SO4+2HCl
SO2+H2O2===H2SO4
SO2+Na2O===Na2SO3
5SO2+2KMnO4+2H2O===2MnSO4+K2SO4+2H2SO4
3SO2+2NaNO3+2H2O===Na2SO4+2NO↑+2H2SO4
二氧化硫使用限量
GB 2760-96:可用于葡萄酒、果酒作为防腐剂,0.25g/kg。二氧化硫残留量不得超过0.05g/kg。
以熏硫法漂白果干、果脯、干菜、粉丝、蜜饯类允许残留量参照“硫黄”。熏硫就是燃烧硫黄产生二氧化硫,可使果片表面细胞破坏,促进干燥,同时由于其还原作用,可破坏酶的氧化系统,阻止氧化作用。使果实中的单宁物质不致被氧化而变成棕褐色。尚可保存果实中的维生素C。熏硫室中二氧化硫浓度一般为1%~2%,最高可达3%。熏硫时间30~50min,最长可达3h。
FAO/WHO(1984;mg/kg):白砂糖20(规格A)、70(规格B);糖粉、果糖、葡萄糖粉20(带入量);绵白糖40;无水葡萄糖、一水葡萄糖20;葡萄糖浆40;用于制造糖果时400;高浓度葡萄糖浆40,用于制造糖果时150;漂白葡萄干1500;果酱、果冻、橘皮果冻100,带入量;杏干2000;酸黄瓜50,由初制品带入;带防腐剂的菠萝浓汁500(仅用于制造)。