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二氧化硫
硫的氧化物
二氧化硫（英文名稱：SulfurDioxide），無機化合物，由硫元素和氧元素組成。化學式為SO2，別名亞硫酸酐、氧化亞硫，摩爾質(zhì)量為64.07g/mol，密度為2.26g/cm。二氧化硫為具有強烈刺激性臭味的無色氣體，容易液化，可溶于水、乙醇，常溫常壓下，1體積水能溶解40體積二氧化硫，是一種酸性氧化物，易于大多數(shù)堿性物質(zhì)反應(yīng)，并且具有氧化性和還原性，但還原性強于氧化性，還具有漂白性。實驗室可以用亞硫酸鈉固體或銅與濃硫酸反應(yīng)來制取二氧化硫，工業(yè)上常通過焙燒硫或硫鐵礦來制取二氧化硫。二氧化硫主要用于制造硫酸，也用于生產(chǎn)亞硫酸鹽以及連二亞硫酸鈉(俗稱保險粉)等重要化工產(chǎn)品。二氧化硫也直接用作漂白劑、殺菌劑，廣泛用于制漿、造紙、食品、飲料、水處理、防腐等許多重要領(lǐng)域。
基本信息
中文名
二氧化硫
英文名
SulfurDioxide
別名
亞硫酸酐，氧化亞硫
CAS號
7446-09-5
性質(zhì)
化學式
SO2
摩爾質(zhì)量
64.07g/mol
外觀
無色氣體
氣味
強烈刺激性臭味
密度
2.26g/cm（20℃）
在330kPa（20℃）時液化，液體的密度為1.43g/cm
熔點
-75.5℃
沸點
-10℃
溶解性
溶于水、乙醇
危險性
警示術(shù)語
R:23-34
安全術(shù)語
S:1/2-9-26-36/37/39-45
NFPA 704
二氧化硫?qū)ρ奂昂粑鲤つび袕娏业拇碳ぷ饔茫罅课肟梢鸱嗡[、喉水腫、聲帶痙攣而致室息。二氧化硫是造成大氣污染的主要物質(zhì)之一，排放到大氣中的二氧化硫可形成酸雨，使水質(zhì)酸化，導致水生態(tài)系統(tǒng)變化，浮游生物死亡，魚類繁殖受到影響。
相關(guān)歷史
早在1702年，德意志化學家施塔爾（G.E.GeorgErnstStahl）用堿性溶液吸收硫磺燃燒生成的氣體，得到亞硫酸鹽溶液，所以后來將這種氣體叫做無水亞硫酸（即二氧化硫）。1774年，英國化學家約瑟夫·普里斯特利（J.JosephPriestley）在用硫酸做加熱實驗時，無意間將水銀倒入熱酸中，發(fā)現(xiàn)有大量白煙生成并有臭味發(fā)出，后來他又用銅、鐵、銀、硫分別和硫酸共熱，都生成了這種具有惡臭的氣體。此時他才知道這種氣體是由硫元素和氧元素組成。1807年，法國物理學家、化學家約瑟夫·路易·蓋-呂薩克（JosephLouisGay-Lussac）通過對硫酸鹽的加熱分解并收集，發(fā)現(xiàn)生成的無水亞硫酸和氧氣在容量上的比為2:1，由此可得無水亞硫酸中的硫與氧的重量比為1:1，因為當時還沒有分子的概念。直到阿伏伽德羅分子學說確立后，才知道無水亞硫酸的分子式為SO2。
來源
二氧化硫的唯一天然來源是火山爆發(fā)，自然界產(chǎn)生的二氧化硫只占總量中很少的一部分。環(huán)境中大部分的二氧化硫來自人為排放，主要有以下三個來源：①含硫礦物燃料的燃燒；②含硫礦物開采和有色金屬的冶煉；③還有一部分來自化學工業(yè)的生產(chǎn)過程，例如石油精煉、硫酸、亞硫酸鹽、硫化橡膠、漂白紙漿等含硫化合物制造工業(yè)。
體內(nèi)代謝
大氣環(huán)境中的二氧化硫主要經(jīng)呼吸道進入機體，大部分在上呼吸道中被黏膜的濕潤表面吸收（約40%~90%）。二氧化硫被吸收進入血液后立即與蛋白質(zhì)結(jié)合（因此不能檢測出游離的亞硫酸離子），并隨血流分布到全身，在氣管、肺門淋巴結(jié)和食道中含量較高。二氧化硫在亞硫酸氧化酶的作用下轉(zhuǎn)化生成亞硫酸離子，再與蛋白質(zhì)或小分子物質(zhì)的硫化物鍵發(fā)生反應(yīng)，形成R-S-SO3；最后經(jīng)亞硫酸氧化酶催化與氧氣結(jié)合生成SO4從尿中排出。亞硫酸氧化酶在肝臟最多，但在其他臟器也有分布。二氧化硫還能與起輔酶作用的維生素B1結(jié)合，破壞維生素B1與維生素C的結(jié)合，干擾體內(nèi)維生素的平衡，從而影響機體的正常功能。
分子結(jié)構(gòu)
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
二氧化硫化學式為SO2，是一種具有強烈刺激性臭味的無色氣體，可溶于水、乙醇，常溫常壓下，1體積水能溶解40體積二氧化硫，摩爾質(zhì)量為64.07g/mol，密度為2.26g/cm，熔點為-75.5℃，沸點為-10℃。
二氧化硫氣體易被液化，在330kPa（20℃）時液化，液體的密度為1.43g/cm。純度為100%的二氧化硫氣體在常溫（30℃）下加壓（絕對壓力大于0.46MPa）可全部液化，在常壓下用冷凍的方法（溫度低于-10℃）也可以將二氧化硫全部轉(zhuǎn)化為液體。工業(yè)生產(chǎn)液體二氧化硫，采用很高濃度（大于95%）或很低濃度（小于12%）的二氧化硫氣體液化得到。
化學性質(zhì)
與水反應(yīng)
二氧化硫是酸性氧化物（亞硫酸的酸酐——亞硫酐），能與水反應(yīng)生成亞硫酸。亞硫酸水溶液能被空氣逐漸氧化為硫酸，濃度越低，氧化越快。亞硫酸水溶液一經(jīng)加熱就自行氧化。各反應(yīng)式如下：
與堿性氧化物反應(yīng)
與堿溶液反應(yīng)
二氧化硫與堿溶液反應(yīng)生成亞硫酸鹽和水。
漂白性
二氧化硫跟某些有色物質(zhì)化合生成無色物質(zhì)而具有漂白作用（這與氯水的氧化性漂白作用實質(zhì)不同），但無色物質(zhì)不穩(wěn)定，見光、遇熱或長久放置又容易分解而恢復到原來的顏色。例如二氧化硫能使品紅溶液褪色，加熱后又恢復為紅色。
氧化性與還原性
二氧化硫中硫元素為+4價，屬于硫的中間價態(tài)（介于+2與+6之間），故二氧化硫既有氧化性，也有還原性（還原性強于氧化性）。
①還原性
②氧化性
二氧化硫具有弱氧化性，可以與硫化氫氣體反應(yīng)生成硫和水。
人體內(nèi)源性二氧化硫
人體內(nèi)含硫氨基酸經(jīng)代謝后可產(chǎn)生SO2，其中L-半胱氨酸在半胱氨酸氧化酶的作用下氧化L-為半胱氨酰亞磺酸，L-半胱氨酰亞磺酸通過兩條途徑代謝，其中一條途徑在谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)氨基生成β-亞磺酰丙酮酸，后者自發(fā)分解為丙酮酸和SO2，SO2在體內(nèi)與水結(jié)合產(chǎn)生SO3，SO3再經(jīng)亞硫酸氧化酶生成SO4，最后經(jīng)腎隨尿液排出體外；L-半胱氨酰亞磺酸還可以被半胱氨酰亞磺酸脫羧酶脫羧生成CO2和次牛磺酸，大部分次牛磺酸參與結(jié)合膽汁酸的代謝。科學家經(jīng)研究認為，微生物（如酵母）在吸收硫酸鹽的過程中，通過減少3-磷酸腺苷-5磷酸硫酸而產(chǎn)生亞硫酸鹽；應(yīng)用氯酸鹽（PAPS合成的特異性阻滯劑）可明顯抑制被激活的中性粒細胞產(chǎn)生亞硫酸，同時過量的PAPS可部分阻斷氯酸鹽的抑制效應(yīng)，上述研究表明亞硫酸鹽至少部分是通過激活中性粒細胞中PAPS而產(chǎn)生的，激活的中性粒細胞也可在NADPH氧化酶的參與下使H2S氧化為亞硫酸鹽。
內(nèi)源性SO2在心血管系統(tǒng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用，它不僅具有舒張血管、抑制心臟功能、改善血管重構(gòu)、抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化以及調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等作用，而且對改善肺動脈高壓、高血壓和急性肺損傷等心肺血管疾病具有重要的病理生理學意義。研究表明，內(nèi)源性SO2為心血管調(diào)節(jié)的新型氣體信號分子。
制備方法
實驗室制法
實驗室可以用亞硫酸鈉固體或銅與濃硫酸反應(yīng)來制取二氧化硫。
工業(yè)制法
焙燒硫或硫鐵礦
通過焙燒硫或硫鐵礦來制取二氧化硫。
石膏煅燒還原
硫化氫燃燒
廢硫酸分解
二氧化硫的提純
液體二氧化硫的制造通常需要先制得純二氧化硫氣體，然后再經(jīng)壓縮、冷凍將其液化。具體方法如下：
哈涅希-希洛特法
該法創(chuàng)始于1884年，用水為吸收劑，（加壓）吸收二氧化硫的溶液用蒸汽將其吸收，再經(jīng)冷凝、干燥、液化。
氨-硫酸法
發(fā)煙硫酸法
該法是Stauffer化學公司開發(fā)，是將已有的發(fā)煙硫酸或濃硫酸生產(chǎn)裝置結(jié)合起來生產(chǎn)液體二氧化硫。反應(yīng)式如下：
應(yīng)用領(lǐng)域
水處理
葡萄酒的釀造
在葡萄酒釀造過程的不同工序中，加入不同量的二氧化硫，其目的在于使發(fā)酵得以順利或有利于葡萄酒的儲存。加入二氧化硫有殺菌、澄清、抗氧、溶解、增酸和改善口味等作用。
食品領(lǐng)域
在食品工業(yè)中二氧化硫廣泛用作熏煮劑、防腐劑、漂白劑和谷物浸漬劑。用二氧化硫漂白茶葉，可防止去皮和切片時顏色變褐。制葡萄酒時，少量的二氧化硫可殺死細菌、霉菌和野酵母而不損傷發(fā)酵的酵母。葡萄酒瓶也用二氧化硫消毒。制麥芽過程用二氧化硫處理可防止啤酒中亞硝酸胺生成。在糖漿制造、糖精制過程中，二氧化硫有漂白和抑止微生物生成雙重效用。在制高梁糖糖漿時，二氧化硫生成亞硫酸氫鈉在酶催化異構(gòu)化過程中抑止不希望生長的微生物。玉米浸漬濕磨早期，0.1%~0.2％(重量)二氧化硫溶液亦起到上述作用，并阻止Maillord反應(yīng)。
選礦和電解煉銅
在選礦時，二氧化硫和其五硫酸鹽是硫化物礦的浮選抑止劑。從含銅礦石浸取液中電解冶煉銅時，二氧化硫把三價鐵離子還原為二價鐵離子，提高電流效率和銅陽極質(zhì)量。二氧化硫可以從煉銅副產(chǎn)物亞硒酸中引發(fā)金屬硒的沉淀。
化工領(lǐng)域
二氧化硫主要用于制造硫酸，也用于生產(chǎn)亞硫酸鹽以及連二亞硫酸鈉(俗稱保險粉)等重要化工產(chǎn)品；在鄰二甲苯或萘氧化為鄰苯二甲酸酐工藝中作為助催化劑或催化改性劑；是制溴抗氧劑；又是糠基樹脂快速固化催化劑。
安全事宜
安全標識
象形圖 |  壓縮氣體 |  腐蝕 |  急性毒性 |
GHS分類
GHS | 危險說明 | 危險等級 |
H314 | 造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷 | 皮膚腐蝕/刺激 |
H331 | 吸入有毒 | 急性毒性，吸入 |
毒性與接觸
刺激性：家兔經(jīng)眼：6x10/4h，32d，輕度刺激。
致突變性：DNA損傷：人淋巴細胞5700x10。DNA抑制：人淋巴細胞5700x10。
生殖毒性：大鼠吸入最低中毒濃度（TCL0）：4mg/m，24h（交配前72d），引起月經(jīng)周期改變或失調(diào)，對分娩有影響，對雌性生育指數(shù)有影響。
暴露途徑：吸入，當空氣中的二氧化硫濃度達20×10時可引起眼結(jié)膜炎、急性支氣管炎，極高濃度時可導致聲門水腫、肺水腫和呼吸道麻痹。
環(huán)境影響
二氧化硫是造成大氣污染的主要物質(zhì)之一。二氧化硫在大氣中經(jīng)過復雜的變化，成為硫酸和硫酸鹽，能傷害植物葉片，濃度高時，會使植物枯死。排放到大氣中的二氧化硫可形成酸雨，使水質(zhì)酸化，導致水生態(tài)系統(tǒng)變化，浮游生物死亡，魚類繁殖受到影響。酸雨還會危害森林，破壞土壤，使農(nóng)作物產(chǎn)量降低，而且還會腐蝕石刻、建筑。
泄露處理
迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處，并立即進行隔離，小泄漏時隔離150m，大泄漏時隔離450m，嚴格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防毒服。從上風處進入現(xiàn)場。盡可能切斷泄漏源。用工業(yè)覆蓋層或吸附/吸收劑蓋住泄漏點附近的下水道等地方，防止氣體進入。合理通風，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能，用一捉捕器使氣體通過次氯酸鈉溶液。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗后再用。
消防處理
二氧化硫不可燃。消防人員必須佩戴過濾式防毒面具（全面罩）或隔離式呼吸器、穿全身防火防毒服，在上風向滅火。切斷氣源。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠場地。
健康危害
二氧化硫易被濕潤的黏膜表面吸收生成亞硫酸、硫酸。對眼及呼吸道黏膜有強烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水腫、喉水腫、聲帶痙攣而致室息。①急性中毒：輕度中毒時，主要表現(xiàn)有眼及呼吸道黏膜的刺激癥狀，如眼睛灼傷、流淚、畏光、咳嗽，結(jié)膜及咽喉充血等；嚴重中毒可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)生肺水腫；極高濃度吸入可引起反射性聲門痙攣而致室息。②慢性影響：長期低濃度接觸，可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀，以及慢性鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺及味覺減退等。
急救措施
皮膚接觸：立即脫去被污染的衣著，用大量流動清水沖洗。就醫(yī)。
吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫(yī)。
儲存與運輸
二氧化硫?qū)儆跓o機酸性腐蝕物品。貯存鋼瓶應(yīng)在低溫、通風良好場所，避免日曬，遠離高溫物體。貯運時嚴禁泄露，搬運鋼瓶時應(yīng)輕拿輕放，切勿激烈振蕩，避免引起爆炸。
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