三氧化硫
| 三氧化硫 | |||
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| IUPAC名 Sulfur trioxide , Sulphur trioxide | |||
| 别名 | 硫酸酐 氧化硫(VI) | ||
| 识别 | |||
| CAS号 | 7446-11-9 
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| PubChem | 24682 | ||
| ChemSpider | 23080 | ||
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N | ||
| Gmelin | 1448 | ||
| UN编号 | UN 1829 | ||
| EINECS | 231-197-3 | ||
| ChEBI | 29384 | ||
| RTECS | WT4830000 | ||
| 性质 | |||
| 摩尔质量 | 80.06 g·mol⁻¹ | ||
| 外观 | 針狀固體或液體，有刺激性氣味 | ||
| 密度 | 1.92 g/cm3 | ||
| 熔点 | 16.9 °C, 62.4 °F | ||
| 沸点 | 45 °C, 113 °F | ||
| 溶解性（水） | 水解成硫酸 | ||
| 热力学 | |||
| ΔfHm⦵298K | −397.77 kJ/mol | ||
| S⦵298K | 256.77 J·K−1·mol−1 | ||
| 危险性 | |||
欧盟危险性符号 腐蚀性 C | |||
| 警示术语 | R：R14-R35-R37 | ||
| 安全术语 | S：S1/2-S26-S30-S45 | ||
| NFPA 704 |
 0
3
3
OX
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| 闪点 | 非易燃 | ||
| 致死量或浓度： | |||
LC50（中位浓度）
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大鼠, 4hr 375 mg/m3 | ||
| 相关物质 | |||
| 相关化学品 | 二氧化硫、硫酸、硫酰氯 | ||
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
三氧化硫（IUPAC名：sulphur trioxide，分子式：SO3）是一种硫的氧化物，有類似二氧化硫的氣味，溶於水中反應成硫酸。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。
结构
[编辑]气态构型
[编辑]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。
固态结构
[编辑]
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。[1] 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[S（=O）2（μ-O）]3[2].
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[S（=O）2（μ-O）]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[3]。
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。[3]
SO3极易水解。事实上，由于SO3使碳水化合物脱水並放出大量热，该反应足以使混合了SO3的木头或者棉花点燃。[3]
制备
[编辑]- 脱水：
2 NaHSO4Na2S2O7 + H2O - 热分解：
Na2S2O7Na2SO4 + SO3
![{\displaystyle {\ce {->[{\text{315℃}}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7823f38808f55ea0ab2f21cb6636f840a4517b14)
![{\displaystyle {\ce {->[{\text{460℃}}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3a14ded0ac776894a89ec4d2ac10c96e88e0544c)
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：
- 2 SO2 + V2O5 → 2 SO3 + V2O3
- V2O3 + O2 → V2O5
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，把硫酸銅在空氣中加熱至650°C，硫酸銅會分解成三氧化硫及氧化銅。
![{\displaystyle {\ce {CuSO4->[650^{\circ }C]SO3{\uparrow }+CuO}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/284a3259dc858189882686943b4e70914f98aa97)
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）：
- 2SO2 + O22SO3
![{\displaystyle {\ce {->[{\ce {N}}O]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1bd235ec8b1d7be61ab3d0673b257359ec946c8c)
化学性质
[编辑]SO3是硫酸（H2SO4）的酸酐，三氧化硫與水反應，釋放出大量的熱，而形成硫酸。因此，可以发生以下反应：
- SO3(𝑔) + H2O(𝑙) → H2SO4(𝑎𝑞)（Δ𝐻ᶱ＝-88 kJ mol−1）
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。
此外，三氧化硫与一些碱土金属氧化物作用时可发光。
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。
- SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
危害
[编辑]人體吸入三氧化硫後，氣體進入呼吸道及肺，並溶於粘液，形成硫酸，腐蝕呼吸道。
来源
[编辑]- WebElements（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- NIST Standard Reference Database（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- European Chemicals Bureau
- ChemSub Online: 三氧化硫（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Public Health Statement for Sulfur Trioxide and Sulfuric Acid（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- http://www.chem-page.de/experimente/chemolumineszenz-mit-erdalkalieoxiden.html?highlight=WyJzbzMiLCJtZ28iXQ== （页面存档备份，存于互联网档案馆）
