硫與汞反應(yīng)條件的討論

戴曉龍

高一化學(xué)教學(xué)中，學(xué)生掌握了氧化還原反應(yīng)的規(guī)律后，在繼續(xù)認(rèn)識硫的化學(xué)性質(zhì)時，往往出現(xiàn)障礙，產(chǎn)生較多的困惑。比如，通過教材的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到氯氣，氧氣是活潑的非金屬單質(zhì)，與很多金屬容易發(fā)生反應(yīng)，且能生成高價的金屬氯化物和高價氧化物。而硫是較活潑的非金屬單質(zhì)，也能與大多金屬反應(yīng)，反應(yīng)方程式及反應(yīng)條件如下：

2Na+S=Na2S 常溫

Mg+S=MgS 加熱

Zn+S=ZnS 加熱

Fe+S=FeS 加熱

Cu+S=Cu2S 加熱

Hg+S=HgS常溫

Ag+S=Ag2S 常溫

問題：上面的反應(yīng)中，金屬單質(zhì)由Na到Ag，活潑性依次減弱，它們分別與S反應(yīng)時，較活潑的Mg Zn等需要加熱才能反應(yīng)，而Hg Ag不活潑金屬卻在常溫下就能反應(yīng)。這是什么原因？Hg和S在常溫下真能反應(yīng)嗎？

針對這個問題，筆者查閱資料，從下面三個方面進(jìn)行討論。

一、從金屬升華熱和電離能的角度

不同金屬與硫的反應(yīng)難易程度，不但與金屬原子失電子難易有關(guān)，還與金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān)。在上述金屬與硫的化合中，金屬失電子的能力是主要矛盾。金屬活潑性愈大，失電子的傾向性也愈大，而每種金屬原子在失電子時總會吸收能量的。在同一條件下，失去電子所需吸收的能量越小，反應(yīng)越易進(jìn)行。

這些金屬與硫反應(yīng)，大多是固態(tài)下進(jìn)行的，它們要化合成固態(tài)硫化物，首先要金屬原子失電子。因此要考慮金屬的升華熱和電離能，相關(guān)金屬的主要數(shù)據(jù)列表如下：

因此，Mg Zn Fe與S反應(yīng)所需吸收的能量遠(yuǎn)大于Na Ag與S反應(yīng)所需吸收的能量。所以 Mg Zn Fe與S在加熱時才能反應(yīng)，而Na常溫就能反應(yīng)，混合研磨時易爆炸，Ag常溫下摩擦才易發(fā)生反應(yīng)生成Ag2S，但是Hg雖常溫下為液態(tài)，升華熱很低62 KJ/mol，而其第一電離能1013 KJ/mol，第二電離能1820 KJ/mol，這比Zn Mg Fe的升華熱和電離能之和還要高，由此得知，Hg和S在常溫下很難發(fā)生反應(yīng)。

二、從反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)的角度

反應(yīng)Hg（l）+S（s）=HgS（s） △H（298K）=-58.16 KJ/mol 從熱力學(xué)上講這個反應(yīng)是可自發(fā)進(jìn)行的。并根據(jù)該反應(yīng)的吉布斯自由能 △rG（298K）=-50.6 KJ/mol 計算反應(yīng)的平衡常數(shù)K=7.5×108 可知該反應(yīng)進(jìn)行的很徹底。但是熱力學(xué)所研究的變量中，它只說明反應(yīng)能不能進(jìn)行，以及反應(yīng)進(jìn)行到什么程度為止，至于反應(yīng)在什么時候發(fā)生，以怎樣的速率進(jìn)行，熱力學(xué)無法預(yù)測。比如H2和O2化合生成H2O的反應(yīng)趨勢很大，熱力學(xué)上該反應(yīng)能發(fā)生，但實(shí)際將H2和O2室溫下放到一個容器中，好幾年也覺察不到水生成的痕跡。

對此我們還要考慮這個反應(yīng)的動力學(xué)問題，由于Hg和S反應(yīng)所需的活化能很大，可根據(jù)阿累尼烏斯公式算出該反應(yīng)在室溫下的反應(yīng)速率非常小，兩者可基本視為不反應(yīng)。

三、從實(shí)際采用硫汞法制取HgS的角度

工業(yè)上所用的大量HgS，常采用硫磺和汞直接反應(yīng)來制取，但二者反應(yīng)的溫度條件均在高溫或加熱。

方法1：先將硫磺加熱熔化（硫的熔點(diǎn)113℃），再按比例加入汞進(jìn)行攪拌，并加入少許水，生成黑色顆粒（HgS），然后焙燒于600℃升華，將升華物冷卻，制得磚紅色HgS產(chǎn)品。

方法2：將汞和硫磺在真空中封入耐高溫的玻璃管中，用油浴加熱到240℃以上，反應(yīng)3小時，在冷卻后加入濃硝酸（HgS在濃硝酸中不溶解也不反應(yīng)），然后再加入二硫化碳，以除去未反應(yīng)的汞和硫磺，這樣即可得到硫化汞。

硫和汞反應(yīng)，在方法1中溫度為113℃以上，在方法2中溫度為240℃以上，說明室溫下二者很難反應(yīng)。

綜合以上三個方面，在金屬與硫的反應(yīng)中，只有很活潑的堿金屬常溫下可以和硫反應(yīng)，而其它較活潑和不活潑的金屬一般需加熱才易與硫反應(yīng)，尤其是Hg和S常溫下更不易反應(yīng)。所以高一化學(xué)中介紹硫與汞的反應(yīng)條件為常溫，是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室中水銀灑落到地面上，為防止水銀揮發(fā)使人中毒，常用硫磺去覆蓋處理的方法是不可取的。而最理想的處理方法是，將大部分水銀用紙板掃到一起，收集到瓶中蓋緊蓋子，殘余的水銀撒些鋅粉覆蓋，水銀易溶解鋅粉形成穩(wěn)定的鋅汞齊，有效避免水銀蒸氣對人體產(chǎn)生的傷害。打開窗戶和門，通風(fēng)3～4小時后，利用化學(xué)物理等實(shí)驗(yàn)手段對水銀進(jìn)行無害化處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]《無機(jī)化學(xué)》下冊 第三版.無機(jī)化學(xué)教研室編.

[2]孫明芝.關(guān)于硫與金屬反應(yīng)所需條件的認(rèn)識.教育實(shí)踐與研究，1999年第10期.

[3]皇莆瑩.《關(guān)于硫磺與汞的反應(yīng)探討》.湖州中學(xué).endprint