三氧化硫
三氧化硫(IUPAC名:sulphur trioxide,分子式:SO3)是一種硫的氧化物,有類似二氧化硫的氣味,溶於水中反應成硫酸。它的氣體形式是一種嚴重的污染物,是形成酸雨的主要來源之一。
三氧化硫 | |||
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IUPAC名 Sulfur trioxide , Sulphur trioxide | |||
別名 | 硫酸酐 氧化硫(VI) | ||
識別 | |||
CAS號 | 7446-11-9 ![]() | ||
PubChem | 24682 22235242( (hemihydrate)) 23035042((monohydrate)) | ||
ChemSpider | 23080 | ||
SMILES |
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InChI |
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InChIKey | AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N | ||
Gmelin | 1448 | ||
UN編號 | UN 1829 | ||
EINECS | 231-197-3 | ||
ChEBI | 29384 | ||
RTECS | WT4830000 | ||
性質 | |||
莫耳質量 | 80.06 g·mol⁻¹ | ||
外觀 | 針狀固體或液體,有刺激性氣味 | ||
密度 | 1.92 g/cm3 | ||
熔點 | 16.9 °C, 62.4 °F | ||
沸點 | 45 °C, 113 °F | ||
溶解性(水) | 水解成硫酸 | ||
熱力學 | |||
ΔfHm⦵298K | −397.77 kJ/mol | ||
S⦵298K | 256.77 J·K−1·mol−1 | ||
危險性 | |||
歐盟危險性符號 | |||
警示術語 | R:R14-R35-R37 | ||
安全術語 | S:S1/2-S26-S30-S45 | ||
NFPA 704 | |||
閃點 | 非易燃 | ||
致死量或濃度: | |||
LC50(中位濃度)
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大鼠, 4hr 375 mg/m3 | ||
相關物質 | |||
相關化學品 | 二氧化硫、硫酸、硫醯氯 | ||
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
在673K、1atm下,三氧化硫略有分解並達到平衡(三氧化硫含量99.2%),較低的溫度與較高的壓力有利於三氧化硫的穩定。但1173K時,三氧化硫完全分解。
結構
編輯氣態構型
編輯氣態的SO3是一種具有D3h對稱的平面正三角形分子,含有一個離域的 鍵。這與價層電子對互斥理論(VSEPR)所預測的結論是一致的。
三氧化硫中,硫的化合價為+6,分子為非極性分子。
固態結構
編輯天然的SO3固體有一種令人驚訝的、因痕量水導致結構改變的複雜結構。[1] 由於氣體的液化,極純的SO3冷凝形成一種通常稱作γ-SO3的三聚體。這種分子形式是一種熔點在16.8℃的無色固體。它形成的環狀結構被稱為[S(=O)2(μ-O)]3[2].
如果SO3在27℃以上冷凝,可形成熔點為62.3℃的α-"SO3" . α-SO3外觀為類似石棉的纖維狀(雖然兩者相差甚遠)。 在結構上來說,它是形如[S(=O)2(μ-O)]n的聚合物。聚合物分子的每個末端都以-OH結束(因此α-"SO3"並非真正是SO3的一個構型)。β-SO3是與α構型相類似、但相對分子質量不同的纖維狀聚合物,其分子末端亦皆為羥基,熔點為32.5℃。γ構型和β構型都是介穩的,在長時間放置後最終會轉化為穩定的α構型。這種轉化是由痕量水導致的[3]。
在同一溫度下固體SO3的相對蒸氣壓大小為α<β<γ,亦指明它們相對分子質量的大小。液態三氧化硫的蒸氣壓說明它是γ構型。因此加熱α-SO3的晶體至其熔點時會導致蒸氣壓的突然升高,巨大的壓力甚至可以衝破加熱它的玻璃管。這個結果被稱為α爆炸。[3]
製備
編輯- 脫水:
2 NaHSO4 Na2S2O7 + H2O - 熱分解:
Na2S2O7 Na2SO4 + SO3
其他的金屬硫酸氫鹽同樣在這個辦法中適用,這個的關鍵在於中間媒介焦硫酸鹽的穩定性。
SO3的工業製法是接觸法。二氧化硫通常通過硫的燃燒或黃鐵礦礦石(一種含硫鐵礦石)的煅燒得到的,先通過靜電沉澱進行提純。提純後的SO2在400至600°C的溫度下,用負載在硅藻土上的含氧化鉀或硫酸鉀(助催劑)的五氧化二釩作為催化劑,將二氧化硫用氧氣氧化為三氧化硫。鉑同樣可以充當這個反應的催化劑但是價格昂貴,比混合物更容易發生催化劑中毒(導致失效)。其催化機理為:
- 2 SO2 + V2O5 → 2 SO3 + V2O3
- V2O3 + O2 → V2O5
以這種方式製得的三氧化硫大部分都被轉化為了硫酸,但不能用水進行吸收,否則將形成大量酸霧,但如果採用98.3%硫酸作吸收劑,因其液面上水、三氧化硫和硫酸的總蒸氣壓最低,故吸收效率最高。
另外,把硫酸銅在空氣中加熱至650°C,硫酸銅會分解成三氧化硫及氧化銅。
另一種方法是用一氧化氮催化氧化二氧化硫,但此法的缺陷是使用的一氧化氮劇毒(也有認為釩也是此反應的催化劑):
- 2SO2 + O2 2SO3
化學性質
編輯SO3是硫酸(H2SO4)的酸酐,三氧化硫與水反應,釋放出大量的熱,而形成硫酸。因此,可以發生以下反應:
- SO3(𝑔) + H2O(𝑙) → H2SO4(𝑎𝑞)(Δ𝐻ᶱ=-88 kJ mol−1)
這個反應進行得非常迅速,而且是放熱反應。在大約~340 °C以上時,硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡濃度下共存。
此外,三氧化硫與一些鹼土金屬氧化物作用時可發光。
三氧化硫也與二氯化硫發生反應來生產很有用的試劑——亞硫醯氯。
- SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
危害
編輯人體吸入三氧化硫後,氣體進入呼吸道及肺,並溶於粘液,形成硫酸,腐蝕呼吸道。
來源
編輯- WebElements(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- NIST Standard Reference Database(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- European Chemicals Bureau
- ChemSub Online: 三氧化硫(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- Public Health Statement for Sulfur Trioxide and Sulfuric Acid(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- http://www.chem-page.de/experimente/chemolumineszenz-mit-erdalkalieoxiden.html?highlight=WyJzbzMiLCJtZ28iXQ== (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)