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SOsub3/sub
✍ dations ◷ 2025-09-17 02:59:22 #SO<sub>3</sub>
三氧化硫(IUPAC名:sulphur trioxide,分子式:SO3)是一种硫的氧化物,有类似二氧化硫的气味,溶于水中反应成硫酸。它的气体形式是一种严重的污染物,是形成酸雨的主要来源之一。在673K、1atm下,三氧化硫略有分解并达到平衡(三氧化硫含量99.2%),较低的温度与较高的压力有利于三氧化硫的稳定。但1173K时,三氧化硫完全分解。气态的SO3是一种具有D3h对称的平面正三角形分子,含有一个离域的
π
4
6
{displaystyle pi _{4}^{6}}
键。这与价层电子对互斥理论(VSEPR)所预测的结论是一致的。三氧化硫中,硫的化合价为+6,分子为非极性分子。天然的SO3固体有一种令人惊讶的、因痕量水导致结构改变的复杂结构。 由于气体的液化,极纯的SO3冷凝形成一种通常称作γ-SO3的三聚体。这种分子形式是一种熔点在16.8℃的无色固体。它形成的环状结构被称为3.如果SO3在27℃以上冷凝,可形成熔点为62.3℃的α-"SO3" . α-SO3外观为类似石棉的纤维状(虽然两者相差甚远)。在结构上来说,它是形如n的聚合物。聚合物分子的每个末端都以-OH结束(因此α-"SO3"并非真正是SO3的一个构型)。β-SO3是与α构型相类似、但相对分子质量不同的纤维状聚合物,其分子末端亦皆为羟基,熔点为32.5℃。γ构型和β构型都是介稳的,在长时间放置后最终会转化为稳定的α构型。这种转化是由痕量水导致的。在同一温度下固体SO3的相对蒸气压大小为α<β<γ,亦指明它们相对分子质量的大小。液态三氧化硫的蒸气压说明它是γ构型。因此加热α-SO3的晶体至其熔点时会导致蒸气压的突然升高,巨大的压力甚至可以冲破加热它的玻璃管。这个结果被称为"α爆炸。"SO3极易水解。事实上,由于SO3使碳水化合物脱水并放出大量热,该反应足以使混合了SO3的木头或者棉花点燃。在实验室中三氧化硫可以通过硫酸氢钠的两步高温分解来制备:其他的金属硫酸氢盐同样在这个办法中适用,这个的关键在于中间媒介焦硫酸盐的稳定性。SO3的工业制法是接触法。二氧化硫通常通过硫的燃烧或黄铁矿矿石(一种含硫铁矿石)的煅烧得到的,先通过静电沉淀进行提纯。提纯后的SO2在400至600°C的温度下,用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾(助催剂)的五氧化二钒作为催化剂,将二氧化硫用氧气氧化为三氧化硫。铂同样可以充当这个反应的催化剂但是价格昂贵,比混合物更容易发生催化剂中毒(导致失效)。其催化机理为:以这种方式制得的三氧化硫大部分都被转化为了硫酸,但不能用水进行吸收,否则将形成大量酸雾,但如果采用98.3%硫酸作吸收剂,因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低,故吸收效率最高。另外,把硫酸铜在空气中加热至650°C,硫酸铜会分解成三氧化硫及氧化铜。另一种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剧毒(也有认为钒也是此反应的催化剂):SO3是硫酸(H2SO4)的酸酐,三氧化硫与水反应,释放出大量的热,而形成硫酸。因此,可以发生以下反应:这个反应进行得非常迅速,而且是放热反应。在大约~340 °C以上时,硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡浓度下共存。三氧化硫也与二氯化硫发生反应来生产很有用的试剂——亚硫酰氯。人体吸入三氧化硫后,气体进入呼吸道及肺,并溶于粘液,形成硫酸,腐蚀呼吸道。
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