二氧化硫

二氧化硫
	IUPAC名; Sulfur dioxide
英文名	Sulfur dioxide （美国）、Sulphur dioxide（英国）
别名	亚硫酸酐
识别
CAS号	7446-09-5
PubChem	1119
ChemSpider	1087
SMILES	O=S=O;
InChI	1/O2S/c1-3-2;
InChIKey	RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYAT
Beilstein	3535237
Gmelin	1443
UN编号	1079, 2037
EINECS	231-195-2
ChEBI	18422
RTECS	WS4550000
KEGG	D05961
MeSH	Sulfur+dioxide
性质
化学式	SO2
摩尔质量	64.054 g·mol⁻¹
外观	無色氣體
氣味	泼辣
密度	2.551 g/L[來源請求]
熔点	−72.4 °C（200.75 K）
沸点	−10 °C（263 K）
溶解性（水）	9.4 g/100 mL，形成亚硫酸
pKa	1.81
黏度	12.82 μPa·s
结构
分子构型	角形
偶极矩	1.62 D
热力学
ΔfHm⦵298K	−296.81 kJ mol−1
S⦵298K	248.223 J K−1 mol−1
危险性
	欧盟危险性符号; 有毒 T
警示术语	R：R23-R34
安全术语	S：S1/2-S9-S26-S36/37/39-S45
H-术语	H314, H331
NFPA 704	0 3 0
闪点	易燃
	致死量或浓度：
LC50（中位浓度）	3000 ppm（小鼠，30分钟）; 2520 ppm（大鼠，1小时）
LCLo（最低）	993 ppm（大鼠，20分钟）; 611 ppm（大鼠，5小时）; 764 ppm（小鼠，20分钟）; 1000 ppm（人，10分钟）; 3000 ppm（人，5分钟）
相关物质
相关化学品	三氧化硫、硫酸
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

二氧化硫（英語：sulphur dioxide , sulfur dioxide）是最常见的硫氧化物，化学式是SO₂。无色气体，有强烈刺激性气味。大气主要污染物之一。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。由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃烧时会生成二氧化硫。當二氧化硫溶於水中，會形成亞硫酸（酸雨的主要成分）。若把SO₂进一步氧化，通常在催化剂如二氧化氮的存在下，便会生成硫酸。^[6]这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。

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SO₂是一个V型的分子，其对称点群为C_2v。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。


二氧化硫的三种共振结构，中央的共振結構對混成體之貢獻最大

SO₂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O₃中的O-O键长（127.8 pm）则比氧气O₂中的O-O键长（120.7 pm）长。SO₂的平均键能（548 kJ mol⁻¹）要大于SO的平均键能（524 kJ mol⁻¹），而O₃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^[7]

地球大气层中的二氧化硫含量很小，约为1 ppm。^[8]^[9]

在金星大气层中，二氧化硫是第三多的气体，含量150 ppm。在那里，它和水反应生成硫酸云，是金星大气层硫循环的关键物质，也导致了全球变暖。^[10]虽然二氧化硫在火星仅以痕量存在，但它被认为是早期火星变暖的关键因素，据估计低层大气层中的二氧化硫浓度高达100 ppm。^[11]在金星、地球和火星中，大气层中的二氧化硫主要来自火山。木星的卫星木卫一的大气层90%都是二氧化硫，^[12]而木星大气层中可能也有痕量的二氧化硫。

二氧化硫被认为在伽利略卫星中大量存在。它可能是木卫一升华的冰或霜，^[13]也可能存在于木卫二、木卫三和木卫四的地壳和地幔中。^[14]

检验二氧化硫的方法很多，比如：

可使品红溶液的红色褪去。
可与酸性高锰酸钾溶液反应使其褪色。

常见制取二氧化硫方法有：

用硫或硫化物在空气或氧气中燃烧制备。
用铜或汞和浓硫酸共热制备。
用强酸与亚硫酸钠反应制备。

酸性氧化物

SO₂是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。可以與水作用得到二氧化硫水溶液，即“亞硫酸”（中强酸），但真正的亚硫酸分子从未在溶液中观测到。^[15]

{\rm {SO_{2}+H_{2}O\longleftrightarrow H_{2}SO_{3}}}

与碱反应形成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。以与氢氧化钠的反应为例，产物是亚硫酸钠还是亚硫酸氢钠，取决于二者的用量关系。

{\rm {SO_{2}+2NaOH\longrightarrow Na_{2}SO_{3}+H_{2}O}}

或

{\rm {SO_{2}+NaOH\longrightarrow NaHSO_{3}}}

这也是二氧化硫能使澄清石灰水变浑浊的原因：

{\rm {SO_{2}+Ca(OH)_{2}\longrightarrow CaSO_{3}\downarrow +H_{2}O}}

与碱性氧化物反应生成盐。

{\rm {SO_{2}+CaO\longrightarrow CaSO_{3}}}

氧化还原反应

SO₂中的硫元素的化合价为+4价，为中间价态，既可升高，也可下降。所以SO₂既有氧化性，又有还原性，还原性强于氧化性。

SO₂的还原性较强，可被多种氧化剂（如 O₂、Cl₂、Br₂、HNO₃、KMnO₄等）氧化。

{\rm {SO_{2}+Cl_{2}\longrightarrow SO_{2}Cl_{2}}}

{\rm {2SO_{2}+O_{2}\longleftrightarrow 2SO_{3}}}

（该反应为可逆反应，条件为加热和催化剂：V₂O₅ / Pt / Cr₂O₃）

SO₂也有一定的氧化性，如：

{\rm {SO_{2}+2H_{2}S\longrightarrow 3S+2H_{2}O}}

工业上可以用此反应制造高纯度硫磺。

防腐剂

由于二氧化硫的抗菌性质，它有时用作乾果、醃漬蔬菜、與經加工處理的肉製品（如香腸及漢堡肉）等不同種類的食物中。用来保持水果的外表，或防止食物腐烂。二氧化硫的存在，可以使水果有一种特殊的化学味道、及保持新鮮的外觀。

酿酒

二氧化硫是酿酒时非常有用的化合物，它的E编码为E220。^[16]它甚至在所谓的“无硫的”酒中也存在，浓度可达每升10毫克。^[17]它作为抗生素和抗氧化剂，防止酒遭到细菌的损坏和氧化。它也帮助把挥发性酸度保持在想要的程度^[18]。酒的标签上之所以有“含有亚硫酸盐”等字句，就是因为二氧化硫。根据美国和欧盟的法律，如果酒的SO₂浓度低于10ppm，则不需要标示“含有亚硫酸盐”。酒中允许的SO₂浓度的上限在美国为350ppm，而在欧盟，红酒为160ppm，白酒为210ppm。如果SO₂的浓度很低，那么便很难探测到，但当浓度大于50ppm时，用鼻子就能闻出SO₂的气味，用舌头也能品尝出来。^[19]

二氧化硫还是保持酿酒厂卫生的很重要的物质。因为漂白剂不能用于酿酒厂中，而酿酒厂和设备必须保持十分清洁，所以二氧化硫、水和柠檬酸的混合物通常用来清洁水管、水槽和其它设备，以保持清洁和无菌。

还原性漂白剂

二氧化硫还是很好的还原剂。在水的存在下，二氧化硫可以使物质褪色。因此，它是纸张和衣物的有用的漂白剂。由于空气中的氧气把被还原的染料重新氧化而使颜色恢复，所以该漂白作用通常不能持续很久。

可以用下列化學方程式表示：　H₂SO₃ + 染料 → H₂SO₄ +（染料 - O）

因為空氣提供氧氣給染料，染料被馬上氧化，顯示原來的顏色，這就是漂白作用通常不能持续很久的原因。

可以用下列化學方程式表示： 2（染料 - O） + O₂ → 2染料

中学实验室中用碱性品红溶液检测二氧化硫的存在。二氧化硫可以使品红试液褪色，从而说明二氧化硫使有机物漂白的性质；而褪色后的溶液经过加热，又恢复为红色，从而说明了二氧化硫漂白的原理是与有机物生成了“不稳定的无色物质”，而此类无色物质不稳定，加热时便分解，又放出二氧化硫。一个相关的化学鉴定方法称为希夫法(Schiff法) ，是用亚硫酸氢钠与品红或副品红发生加成，再用二氧化硫脱色。如果得到的溶液（希夫试剂）与待检试液作用生成粉红色或紫色，则可以证明待检试液中醛类的存在。目前该反应的机理一般认为是下图所示的机理：^[20]^[21]^[22]

硫酸的前体

二氧化硫还用来制备硫酸，首先转化成三氧化硫，然后再转化成发烟硫酸，最后转化成硫酸。这个过程中的二氧化硫是含硫矿物与氧气反应产生的。把二氧化硫转化成硫酸的过程，称为接触法。

制冷剂

由于二氧化硫容易液化，且汽化热很大，因此适合作为制冷剂。在氟利昂的发展之前，二氧化硫就曾经用作家用冰箱的制冷剂。

试剂和溶剂

液态二氧化硫是万用的惰性溶剂，广泛用于溶解强氧化性盐。它会发生自偶电离生成SO²⁺和SO₃²⁻。

{\rm {2SO_{2}\rightarrow SO^{2+}+SO_{3}^{2-}}}

它有时也用作有机合成中磺酰基的来源，把芳基重氮盐用二氧化硫处理，便可获得对应的芳基磺酰氯。^[23]

脱氯

在城市的污水处理中，二氧化硫用来处理排放前的氯化污水。二氧化硫与氯气反应，氯气被还原，生成Cl⁻。^[24]

在生物化學或生物醫學上的功用

根据美国国家环保局^[25]，下面的表格列出了美国每年排放的二氧化硫，单位为英吨：

1999	18,867
1998	19,491
1997	19,363
1996	18,859
1990	23,678
1980	25,905
1970	31,161

主要由于美国环境保护机构的酸雨计划，美国在1983年和2002年期间的二氧化硫排放量减少了33%。这是由于烟气脱硫，一种可以让SO₂不从发电厂排放出去的技术。特别地，氧化钙与二氧化硫反应，生成亚硫酸钙：

{\rm {CaO+SO_{2}\longleftrightarrow CaSO_{3}}}

然后CaSO₃再被空气氧化成CaSO₄（石膏）。大部分在欧洲出售的石膏都是来自烟气脱硫。

到2006年为止，中国是世界上二氧化硫排放量最大的国家，2005年的排放量估计为25.49百万吨。自从2000年以来，排放量增加了27%，差不多与美国在1980年的排放量相等^[26]。

2003年，一座伊拉克的硫厂发生了灾难，大量二氧化硫被排放到大气中。

22 g/100ml（0℃）	15 g/100ml（10℃）
11 g/100ml（20℃）	9.4 g/100 ml（25℃）
8 g/100ml（30℃）	6.5 g/100ml（40℃）
5 g/100ml（50℃）	4 g/100ml（60℃）
3.5 g/100ml（70℃）	3.4 g/100ml（80℃）
3.5 g/100ml（90℃）	3.7 g/100ml（100℃）

以上的值是分压为101.3 kPa的SO₂在水中的溶解度。根据亨利定律，气体在液体中的溶解度取决于气体的分压。
这里的溶解度是指在“纯水”中的溶解度，也就是说，水中所含的SO₂与气相中的二氧化硫平衡。此時的水溶液是酸性的。SO₂在中性（或碱性）水中的溶解度一般要更大，因为SO₂将转化为亚硫酸氢根和一些亚硫酸根离子。

二氧化硫具有酸性，可与空气中的其他物质反应，生成微小的亚硫酸盐和硫酸盐颗粒。当这些颗粒被吸入时，它们将聚集于肺部，是呼吸系统症状和疾病、呼吸困难，以及过早死亡的一个原因^[27]。如果与水混合，再与皮肤接触，便有可能发生冻伤。与眼睛接触时，会造成红肿和疼痛^[28]。

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