元素各論-硫及其化合物

中道中學 99 課綱化學科補充教材

整理：楊明錦老師 二年級 班 姓名 座號 講義編號：011 主題：硫及其化合物 硫（S）屬於週期表第Ⅵ族（16 族）元素，價電子組態 3s2 _3p4 _，因此 可獲得兩個電子形成負二價離子，或形成兩個共價鍵，已達成鈍氣的組態， 其氧化數最低為 –2 最高為 +6 。 一、元素硫：硫俗稱硫磺，在地球上分布極廣，元素狀態的硫大都產於地下 石灰岩層及火山口附近區域。 二、化合態的硫大多形成硫化物或硫酸鹽類，如黃鐵礦（FeS2 ）、石膏等。 三、從硫礦開採硫： （1）一般採用法拉西法（Frasch process）。 （2）此法係將三層套管插入礦床中，從外層管壓入約 180℃的高壓熱水， 使硫熔化，同時從內層管壓入熱空氣，則熔化的硫會形成輕的泡沫 由中間的管子流出，此法所得的硫黃純度可達 99.5﹪。 （3）石油中常含有少量的硫磺，煉油時必須將其分離，因此，硫黃為石油 煉油的副產品。 四、性質與用途： （1）硫在常溫時為淡黃色，性脆的安定固體，稍有臭味，不溶於水，易溶 於二硫化碳。 （2）硫有三種同素異形體，即斜方硫、單斜硫與彈性硫。其中最重要者為 斜方硫和單斜硫，兩者均是以環狀的 S8為構成單位。 （3）在常溫時，將硫粉溶於二硫化碳中，在將硫黃溶液靜置一段時間，使 二硫化碳慢慢蒸發，即可製得菱形斜方硫晶體。二硫化碳有毒且易燃， 使用時應小心。 （4）若將斜方硫加熱至 95.6℃時，會逐漸形成針狀的單斜硫。 （5）固態硫加熱時的變化： ₉₅ _.60C _1190_C _mp_ 160℃以上 446℃ 200℃以上 ₂₀₀₀ 0C 氣體硫原子（S） （6）硫在工業上最重要的用途即是製造硫酸。 ※ 硫的三種同素異形體性質比較 斜 方 晶 硫 單 斜 晶 硫 彈 性 硫 製法 硫的CS2溶液蒸發 後，析出斜方晶硫 將120℃的液態硫緩 慢冷卻，即可析出單 斜晶硫 將約250℃的液態硫， 倒入冷水急冷可得 彈性硫 外觀 黃色，環形晶體 淡黃色針狀晶體 黑褐色，具彈性， 無定形固體 溶解度 不溶於水易溶於CS2 不溶於水易溶於CS 2 不溶於任何溶劑 五、硫的化合物 1. 硫酸（H2 SO4 ） 硫酸是工業上最重要的無機酸，很多化學產品的製造需要硫酸，故硫酸的 消耗量可反映出一個國家化學工業的水準，稱為化學工業之母。 （1）硫酸的製備： A.接觸法：工業上使用五氧化二釩（V2 O5）為催化劑來製造硫酸的過程。 B.步驟： （a）首先將硫在空氣中燃燒，產生二氧化硫。 S8  s ＋ 8 O2  g  8 SO2  g （b）二氧化硫在 V2O5的催化下，繼續與氧結合產生三氧化硫。 2 SO2  g ＋ O2  g  2 SO3  g （c）將三氧化流通入 90﹪硫酸中，形成焦硫酸（H2 S2 O7 ；俗稱發煙硫酸）， 接著加水可製得濃度 98﹪的濃硫酸。 SO3  g ＋ H₂SO₄  l  H₂S₂ O7  l H2S2 O7  l ＋ H₂ O l  2 H₂SO₄  l （2）硫酸的性質與用途： A.硫酸是黏稠性液體，比重 1.84，在 338℃左右沸騰而分解出三氧化硫。 B.硫酸的分子中，硫原子在四面體的中心，四個頂點個有一個氧原子。 C.硫酸為強酸，在水溶液中解離，反應式為 H2SO4 aq  Haq＋ HSO    aq 4 K1＝極大 HSO4aq  Haq ＋ SO24 aq K2＝1.0 × 102 （25℃） 斜方硫 固態S8 單斜硫 固態S8 淡黃色液體 低黏度S8 氣體硫分子 S8、S6 S4 、S2 流動性液體 黏度降低 暗褐色液體 高黏度 S8

D.稀釋硫酸時會產生很大的熱量，因此必須將硫酸倒入水中稀釋，若是 將水倒入硫酸中會有濺沸的現象產生。 E.濃硫酸具有強的脫水性，若加在有機物中，如蔗糖，會脫去其水分而 殘留炭渣。 F.稀硫酸和鋅反應會產生氫氣，其反應式為 Zn s ＋ 2 Haq  H2  g ＋ Zn2aq G.稀硫酸和銅不會反應，但濃硫酸和銅反應會產生二氧化硫，其反應式為 Cu s ＋ 2 H2 SO4 aq（濃） CuSO4 aq ＋ SO2  g ＋2 H2 O l H.水溶液的硫酸根通常用氯化鋇來檢驗，會形成白色的硫酸鋇沉澱物。 Ba2aq ＋ SO42 aq  BaSO4  s I.硫酸可用於製造肥料、塑膠、清潔劑、油漆等化工產品，亦可做脫水劑、 催化劑、溶劑、蓄電池的電解液等，用途極廣。 2.硫代硫酸鈉（Na2S2 O3；俗稱海波或大蘇打） （1）製備：亞硫酸鈉（Na2SO3）與元素硫共熱，可製得硫代硫酸鈉 Na2SO3 ＋ S  Na2 S2O3 （2）性質與用途： A. 其陰離子 S2 O  2 3 中的兩個 S，一個為中心原子，另一個則取代 SO  2 4 中 的一個 O 原子，故其形狀與 SO2 4 相似，為四面體型。 B. S2O  2 3 遇酸將生成SO2氣體，並有硫析出。 S2 O  2 3 ＋ 2 H   aq  SO2  g ＋ S ＋ H2O l C. 於照相術中作為定影劑，將底片上未曝光的 AgBr 溶解，而曝光析出的 Ag 則不溶解，而顯現出影像。 AgBr s ＋ 2 S2 O32  Ag（S2 O3）32 ＋ Br   aq D. 於碘滴定法中，作為還原劑，將 I2 反應成I 離子，本身反應成 四硫磺酸根，其反應式為 I2 ＋ 2 S2 O23  2 I ＋ S4 O62 E. 可作為脫氯劑，其水溶液可吸收 Cl2，反應式為 Na2 S2O3 ＋ 4 Cl2 ＋ 5 H2 O l  2 NaHSO4 ＋8HCl Na2 S2O3 ＋ 2HCl  2NaCl ＋ SO2 ＋ S ＋ H2 一、 單選 i( )01 關於S₂O₃2離子的敘述，下列何者錯誤？　 ii (A)可作碘（I2）的定量試劑 (B)與碘（I2）時，作為還原劑　 iii (C)可作沖洗照片的定影劑 (D)在鹼性溶液中不安定，易發生自身氧化還原反應 i( )02 將Na2S2O3溶於酸性溶液中，釋出的氣體為下列何者？　 ii (A)SO3　(B)SO2　(C)S2O4　(D)SO i( )03 下列有關氧和臭氧的敘述，何者錯誤？ (A)加熱氧化汞可製得氧 (B)氧氣通過高壓放電時可得臭氧 (C)O2與O3為同分異構物 (D)臭氧的毒性強，可用於飲用水消毒，不會像用氯氣消毒殘留臭味 i( )04 在第16 族的各元素中，化性最不同於該族其他元素的為何？　 ii (A)O　(B)S　(C)Se　(D)Te i( )05 有關氣體的敘述，以下何項錯誤？ (A)若未加入二氧化錳，僅加熱氯酸鉀不能產生氧氣 (B)臭氧在常溫時較氧不穩定，極易分解為氧 (C)氧和臭氧均由同一元素組成，稱為同素異形體 (D)惰性氣體皆為單原子分子，化性不活潑 i( )06 有關硫與其化合物性質之敘述，下列何者錯誤？ (A)斜方硫與單斜硫之分子式皆為S8 (B)氣態硫有S2、S4、S6、S8等分子存在 (C)溫度愈高，則氣態硫中S8分子的含量比愈高 (D)銅與濃硫酸作用產生SO2氣體 ii i ii( )07 下列何者可製得硫化氫？ (A)氯化鈉和濃硫酸反應　　(B)硫代硫酸鈉和稀鹽酸反應 (C)亞硫酸鈉和稀鹽酸反應　(D)硫化鈉和稀鹽酸反應 i( )08 在常溫常壓下，何種物質之分子量最大？　 ii (A)氟　(B)白磷　(C)硫　(D)氯 i( )09 下列有關硫及其化合物的敘述，何項正確？ (A)常溫常壓下以單斜硫最穩定 (B)塑性硫之分子式為S8 (C)焦硫酸之分子式為H2S2O7(D)銅或鋅和硫酸（濃）反應均產生二氧化硫 i( )10 某生誤將NaCl，Ba(NO3)2，(NH4)2SO4等三種溶液混合，發生沉澱現象， ii 則沉澱物為下列何種物質？

(A) Na2SO4　(B)BaSO4　(C)NH4Cl　(D)NaNO3 i( )11 有關硫的敘述，何項錯誤？ (A)斜方硫由S8分子所組成，可溶於CS2，不溶於水 (B)約 l20℃時硫呈淡黃色液態，黏滯性較低，係由S8分子所組成 (C)約 200℃液態暗褐色漿狀的硫是由 Sn鏈所組成，n 為很大的整數 (D)氣態之硫僅含S8分子 i( )12 下列有關臭氧與氧氣的敘述，何者正確？

(A)臭氧是強氧化劑，但氧氣分子不具氧化力 (B)臭氧的正常沸點低於氧氣的正常沸點 (C)在氣態時，同溫同壓下，臭氧的比重大於氧氣的比重 (D)室溫下，臭氧與氧氣均易使潮濕的碘化鉀澱粉試紙變為深藍色 i( )13 下列有關硫與其化合物性質之敘述，何者錯誤？　 ii (A)硫的同素異形體中，斜方硫與單斜硫之分子式皆為S8，常溫下較安定的 iii 是斜方晶硫　(B)氣態硫有S2、S4、S6、S8等分子存在，溫度愈高， iv 則氣態硫中S8分子愈少　(C)以接觸法製造的硫酸，濃度可高達 98%　 v (D)硫酸因具高氧化力的特性，可用於製鹽酸、硝酸等 i( )14 下列有關硫與其化合物性質之敘述，何者錯誤？ (A)斜方硫與單斜硫之分子式皆為S8(B)氣態硫有S2、S4、S6、S8等分子存在 (C)溫度愈高，則氣態硫中S8分子愈少 (D)硫酸因具高氧化力的特性，可用於製鹽酸、硝酸等 i( )15 濃硫酸與下列何者反應無法產生三氧化硫？　 ii (A)Zn　(B)C　(C)S　(D)Cu。 i ii ( )16 關於氧氣之製備，何者正確？ (A)液態空氣分餾，先得O2再得N2 (B)電解水，在陽極得O2 (C)加熱大理石，可得O2 (D)將鈉丟入水中，可得O2 i ( )17 有關硫代硫酸納的敘述錯誤者？　 ii (A)俗稱大蘇打　(B)當成定影劑將未曝光的 AgBr 除去　 iii (C)與碘反應：4I₂ S₂O₃2 5H₂O8I2SO₄2 10H iv 　 (D)S₂O₃22HSO₂H₂O。 i ( )18 下列何項不能說明H2SO4分子的高親水性及脫水作用？ (A)當濃H2SO4與水混合時溫度上升　(B)濃H2SO4與紙的作用　 ii (C)糖＋濃H2SO4　(D)Cu濃H2SO4 i ( )19 有關硫酸的敘述，何者錯誤？ (A)接觸法製硫酸以V2O5為催化劑 (B)焦硫酸的分子式為H2S2O7，溶於水可得硫酸 (C)市售濃硫酸約 18 M (D)濃硫酸和食鹽共同加熱，可得氯化氫，是利用濃硫酸為強氧化劑的原理 i ( )20 對硫酸的下列敘述，何者錯誤？ (A)濃硫酸置於燒杯，曝露於空氣中一段時間後，濃度會降低 (B)工業上製造純度 98%的硫酸，是採用接觸法 (C)硫酸根離子中，硫原子位於離子結構中心 (D)使用濃硫酸與鹵化鈉作用，可製備所有的氫鹵酸 ii 二、 複選 i ( )01 某固體化合物強熱以後，可得一無色無臭氣體，收集氣體後， ii 硫在其中可以燃燒，產生刺鼻味氣體，該固體化合物可能是 (A)氧化汞　(B)氯酸鉀　(C)碳酸鉀　(D)氯化銨　(E)二鉻酸銨 i ( )02 下列有關Na2S2O3的敘述，何者正確？ (A)俗稱海波　(B)亦稱為小蘇打　(C)常作為還原劑　 ii (D)遇碘溶液被氧化為 2 4 SO 　(E)可作為照相術中的顯影劑 i ( )03 下列有關硫的敘述，何者正確？ (A)常溫常壓下，最安定的硫為斜方硫 (B)斜方硫及單斜硫均不溶於水，但可溶於二硫化碳中 (C)斜方硫、單斜硫及彈性硫皆可形成晶體 (D)常溫常壓下，單斜硫會逐漸變成斜方硫 (E)彈性硫為鏈狀結構 i ( )04 下列化合物何者在加熱後分解產生氧氣？

(A)CaCO3　(B)Na2O　(C)HgO　(D)KClO3　(E)H2O2 i ( )05 下列哪些物質擴散至臭氧層，會使臭氧減少？

(A)氧　(B)一氧化氮　(C)二氧化碳　(D)一氧化碳　(E)氟氯碳化合物 i ( )06 下列化合物中，何者溶於水，其溶液呈鹼性？

(A)CaO　(B)Na2O　(C)P4O10　(D)CaH2　(E)NO2 i ( )07 下列反應何者與硫酸的強氧化力有關？　 ii (A)利用食鹽和濃硫酸製氯化氫　(B)硝酸鋇滴入硫酸中，產生白色沉澱　 iii (C)蔗糖滴加濃硫酸而變黑　 iv (D)銅片溶於濃硫酸中，產生有刺激臭味的氣體　 v (E)以溴化鈉製備溴化氫時，不用硫酸而用磷酸 i ( )08 有關硫及其化合物之說明何項正確？ (A)塑性硫為具有彈性的分子晶體 (B)塑性硫之分子式為 Sx，x 的值很大且有固定的數值 (C)鋅和濃硫酸反應可產生元素硫及H2S (D)焦硫酸之化學式H2S2O7 (E)銅和稀硫酸反應產生氫氣 i ( )09 有關硫及其化合物之說明何項正確？ (A)常溫常壓下以單斜硫最穩定 (B)焦亞硫酸鈉之化學式Na2S2O5 (C)鋅和濃硫酸反應可產生元素硫及H2S (D)氫氧化鋇和稀硫酸反應產生白色沉澱 (E)塑性硫在室溫下可長久存在 i ( )10 下列敘述何者正確？ (A)H2S2O7的氧化力比濃硫酸強 (B)鋅金屬與稀硫酸反應產生H2S (C)銅金屬與濃硫酸反應產生氫氣 ii (D)銅金屬與稀硫酸反應產生二氧化硫

(E)接觸法製硫酸使用V2O5為催化劑

一、 單選

i01解 (D) 02解 (B) 03解 (C) ii04解 (A) 05解 (A) 06解 (C) i07解 (D) 08解 (C) 09解 (C) i10解 (B) 11解 (D) 12解 (C) i13解 (D) 14解 (D) 15解 (A) i16解 (B) 17解 (C) 18解 (D) i19解 (D) 20解 (D) 二、 複選 i01解 (A)；(B) i02解 (A)；(C) ii03解 (A)；(B)；(D)；(E) i04解 (C)；(D)；(E) i05解 (B)；(E) i06解 (A)；(B)；(D) i07解 (D)；(E) ii08解 (C)；(D) i09解 (B)；(C)；(D) i10解 (A)；(E)