[文化課]——氯與硫的故事

氯與硫的故事

• 前言：上次在機房無意中寫了一篇“化學小記”幫我自己梳理了一下知識。結果反響很好，化學年排進了前50。因此我覺得寫blog是個不錯的方式。於是，就有了今天的這一篇blog。

• 由於信競停課，以下內容部分是自學 + 網上搜索 + 問老師得到的，如有錯誤，請指出！

氯

• 說到氯氣。我們來分析分析這種物質是什麼。
• 首先它是黃綠色的氣體。說到顏色，我想起F2是淺黃綠色，Cl2是黃綠色色，Br2是棕紅色，I2是紫紅色，有木有發現它們顏色依次加深？
• 氯氣還是有毒氣體，所以只能輕輕扇動讓極少量氯氣飄進鼻孔。它是可溶於水的。比例是1:2。也就是一份水溶兩份氯氣。
• ok那麼物理性質就這一點點啦、
• 注意，Cl2有強氧化性。所以他能把人家的化合價升高。
• 比如說與金屬反應
  • 2Fe + 3Cl2 =加熱= 2FeCl3；Cu + Cl2 =加熱= CuCl2。
  • 注意上面倆反應是固體和氣體反應噢，所以你會看到棕黃色的煙。這個是固體小顆粒。
  • 總結出規律：變價金屬與Cl2反應生成高價金屬。
  • 我有個疑問，那麼如何產生低價金屬呢？答案是用硫。後面會講。
• 氯氣還可能跟非金屬反應
  • Cl2 + H2 =點燃= 2HCl（安靜燃燒，蒼白色火焰，瓶口有白霧）
  • 注意，如果把點燃換成光照，就會爆炸！
• 氯氣跟水反應
  • Cl2 + H2O =可逆= HCl + HClO。出現了！HClO！
  • HClO叫次氯酸，是一種比碳酸都要弱的弱酸。但是，它有強氧化性，具有漂白性。
  • 單純的氯氣沒有漂白性噢！
• 氯氣跟鹼反應
  • Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO +H2O。這個反應其實可以推出來，你可以看成Cl2先跟水反應生成了HCl和HClO。然後HCl跟NaOH反應生成NaCl，HClO跟NaOH反應生成NaClO。至於H2O，配平用的。
  • 好再來看個Cl2跟Ca(OH)2反應，自然可以推出2Cl2 + 2Ca(OH)2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O。
  • 注意，NaClO又叫漂白液，CaCl2和Ca(ClO)2叫漂白粉/漂粉精，其中Ca(ClO)2是主要成分。
• 突然想說說氯水。我們知道，氯氣可以跟水反應生成HCl跟HClO。但是，氯氣是以1:2溶於水的。所以，肯定有一些氯氣沒溶進去。所以何謂氯水？就是Cl2 + H2O + HCl + HClO。所以這也順便證明了氯水是黃綠色的。
• 真的嗎？錯！
• 當時光飛逝，氯氣全部與水反應掉，氯水中只有H2O + HCl + HClO，又由於陽光長時間照射氯水。這時HClO是種比碳酸還弱的酸，所以它易分解。程式：2HClO =光照= 2HCl + O2↑。所以，氯水裏的HClO就分解掉了！此時，氯水中竟只含有HCl + H2O。
• 所以新制氯水中有HClO、H2O、Cl2分子；H、Cl、OH、ClO離子

• 久制氯水中有H2O分子；H、Cl、OH離子

• 突然想說說漂白。
• 我們知道：2Cl2 + 2Ca(OH)2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O。得到漂白粉，那漂白粉又是如何發揮作用的呢？
• 如下三個程式體現出來：
  • Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3↓ + 2HClO
  • 2HClO =光照= 2HCl + O2↑
  • CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O
• 主要是第二步產生了新生態的氧氣從而使物質褪色。這三個程式既是漂白原理，也是失效原理。因爲空氣中有光有CO2有H2O啊。
• 最後注意下，漂白分幾個類型。利用強氧化性漂白的：次氯酸、過氧化氫、次氯酸鈉、次氯酸鈣；利用吸附性漂白的：活性炭；利用化合性漂白的：SO2。

• 利用強氧化性漂白的一般都是不可逆的，而且能漂白的物質多一些。但利用化合性的只是跟有色物質生成了無色物質，加熱時無色物質分解又有色了。所以化合性漂白往往可逆而且能漂白的物質還少。

• 實驗室裏制氯氣用MnO2+濃鹽酸+加熱。程式如下：
  • MnO2 + 4HCl(濃) =加熱= MnCl2 + Cl2↑ + H2O
• 有幾個要注意的地方：
  1. 一定要用濃鹽酸且加熱，要不不得分
  2. 濃鹽酸體現出的還原性和酸性比例是1:1
  3. 反應到一定程度時，HCl變稀。所以實際生成的Cl2量會少些
• 那麼製出來氯氣後怎麼收集呢？

• 首先要過一個飽和食鹽水溶液，來除去揮發出來的HCl氣體。原理我覺得有必要跟大家講一下（死纏爛打地問老師才說的）

• 氯氣在水中的溶解包括兩部分：一部分溶解於水中，另一部分是與水發生反應。Cl2在食鹽水中溶解度很低，所以第一部分損失的Cl2很少。第二部分的程式爲Cl2 + H2O =可逆= HCl + HClO，由於飽和食鹽水中Cl-濃度很大,所以平衡左移，導致Cl2很難與H2O進行反應了，從而第二部分的Cl2也消耗的很少。又由於HCl易溶於飽和食鹽水，所以它就溶進去了。而Cl2就等於無視了飽和食鹽水直接穿過去了。

• 然後再過一個濃硫酸，除水嘛。

• 最後收集就行啦。用向上排空氣法（氯氣密度>空氣密度）

• 別忘了在最後加個尾氣處理裝置哦，一般用NaOH溶液。

硫

• woc我真的要佩服我們的鄭哥講這塊內容只花了10min。以下是原話：
• “關於硫的物化性質自己去走邏輯不就推出來了嗎？”
• “全部都可以用CO2類比出來啊，有什麼好講的？”
• “自學纔是清北班學生的最大優點。”
• “自己去處理。”
• 牛逼。
• 好了，不說廢話。還是獻上我的一些總結。
• 單質硫在火山邊有。物理性質：是黃色晶體（俗名硫黃）；不溶於水，微溶於酒精，易溶於CS2。高中易溶於CS2的只有白磷（P4）和S了。
• 化學性質：首先跟變價金屬反應生成低價金屬。這個在上面鋪墊過了。例如：
  • Cu + S =加熱= Cu2S；Fe + S =加熱= FeS
• S還可以跟非金屬反應：
  • S + O2 =點燃= SO2；S + H2 =加熱= H2S。
  • 注意，這裏的H2S可以叫硫化氫也可以叫氫硫酸，是有毒氣體。還有，這玩意兒是弱酸，寫離子方程式時不拆
• S還可以跟鹼反應：
  • 3S + 6NaOH =加熱= NaS + Na2SO3 + 3H2O
• 接下來就是SO2了！
• 物理性質：無色、有刺激性氣味、易溶於水（1:40）、密度大於空氣
• 化學性質：類比CO2
  • 跟H2O：SO2 + H2O =可逆= H2SO3。亞硫酸的酸性比碳酸強。
  • 跟鹼：SO2 + CaO = CaSO3（CaSO3是沉澱噢）
  • 跟鹼性氧化物：SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
  • 思考一下，如果跟NaOH反應SO2過量呢？
  • 當然是生成NaHSO3啦！程式：
    • SO2 + NaOH = NaHSO3
    • 記住，沒有頭緒時，想想CO2時怎樣反應的。因爲它們都是酸性氧化物
• 因爲SO2是強還原劑，所以跟O2可以反應
  • 2SO2 + O2 =可逆,加熱,催化劑= 2SO3。注意這個SO3在標況下爲非氣體
• 並且SO2同時具有氧化性，所以可以跟H2S反應
  • SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O。現象當然就是看到黃色沉澱(S)
• 接下來說個SO2的重點。漂白性
• 上文提到過了，SO2的漂白性是化合性漂白。能漂白的物質比較少。爲了方便起見，我們記一下SO2可以漂白品紅就好了。酚酞不行，因爲SO2跟H2O一反應就變成H2SO3了。
• 最後就是怎樣制SO2了（實驗室製法）
  • Na2SO3 + H2SO4 = NaSO4 + SO2↑ + H2O
  • 怎麼推出來的，類比CO2啊！

注意

• 關於褪色問題，可以延伸出很多東西：
• 首先對於品紅：SO2加進入先褪色，加熱又恢復。Cl2加進去褪色，加熱也不會恢復。
• 然後對於紫色石蕊：SO2加進去不會褪色，反而變成了紅色。因爲生成了亞硫酸。Cl2加進去先變紅，然後褪色，加熱也不能恢復。因爲Cl2與H2O反應生成HCl和HClO。鹽酸有酸性所以變紅，HClO有強氧化性所以漂白掉了。這同過氧化鈉加入到酚酞中，酚酞先變紅後褪色的原理是一樣的。
• 那，SO2跟溴水反應或酸性高錳酸鉀反應使其褪色能叫漂白嗎？
• 首先看看跟溴水反應吧
  • SO2 + Br2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4
  • 溴水是橙黃色的，這麼一弄，直接褪色了。原因是被反應掉了！
  • （欸好像一下製得了倆強酸，意外收穫:D
  • 說到一下製得倆強酸，我記得還有一個反應：
    • SO2 + Cl2 + H2O = 2HCl + H2SO4
• 再看看跟酸性高錳酸鉀反應。
  • 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4
  • 所以我們除SO2可以用酸性高錳酸鉀來除
  • 說到除SO2，我想起做題時碰到可以用飽和的NaHCO3溶液來除，程式爲：
    • SO2 + 2NaHCO3 = Na2SO3 + H2O + 2CO2。但注意，這裏產生了CO2！
• 補充個反應，做題時碰到的：
  • SO2 + 2Na2S + 2H2O = 4NaOH + 3S↓
• 就寫到這叭～