三氧化硫
| 三氧化硫 | |||
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| IUPAC名 Sulfur trioxide , Sulphur trioxide | |||
| 別名 | 硫酸酐 氧化硫(VI) | ||
| 識別 | |||
| CAS號 | 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編號 | UN 1829 | ||
| EINECS | 231-197-3 | ||
| ChEBI | 29384 | ||
| RTECS | WT4830000 | ||
| 性質 | |||
| 摩爾質量 | 80.06 g·mol⁻¹ | ||
| 外觀 | 針狀固體或液體，有刺激性氣味 | ||
| 密度 | 1.92 g/cm3 | ||
| 熔點 | 16.9 °C, 62.4 °F | ||
| 沸點 | 45 °C, 113 °F | ||
| 溶解性（水） | 水解成硫酸 | ||
| 熱力學 | |||
| ΔfHm⦵298K | −397.77 kJ/mol | ||
| S⦵298K | 256.77 J·K−1·mol−1 | ||
| 危險性 | |||
歐盟危險性符號 腐蝕性 C | |||
| 警示術語 | R：R14-R35-R37 | ||
| 安全術語 | S：S1/2-S26-S30-S45 | ||
| NFPA 704 |
 0
3
3
OX
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| 閃點 | 非易燃 | ||
| 致死量或濃度： | |||
LC50（中位濃度）
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大鼠, 4hr 375 mg/m3 | ||
| 相關物質 | |||
| 相關化學品 | 二氧化硫、硫酸、硫酰氯 | ||
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
三氧化硫（IUPAC名：sulphur trioxide，分子式：SO3）是一種硫的氧化物，有類似二氧化硫的氣味，溶於水中反應成硫酸。它的氣體形式是一種嚴重的污染物，是形成酸雨的主要來源之一。
在673K、1atm下，三氧化硫略有分解並達到平衡（三氧化硫含量99.2%），較低的溫度與較高的壓力有利於三氧化硫的穩定。但1173K時，三氧化硫完全分解。
結構
[編輯]氣態構型
[編輯]氣態的SO3是一種具有D3h對稱的平面正三角形分子，含有一個離域的鍵。這與價層電子對互斥理論（VSEPR）所預測的結論是一致的。
三氧化硫中，硫的化合價為+6，分子為非極性分子。
固態結構
[編輯]
天然的SO3固體有一種令人驚訝的、因痕量水導致結構改變的複雜結構。[1] 由於氣體的液化，極純的SO3冷凝形成一種通常稱作γ-SO3的三聚體。這種分子形式是一種熔點在16.8℃的無色固體。它形成的環狀結構被稱為[S（=O）2（μ-O）]3[2].
如果SO3在27℃以上冷凝，可形成熔點為62.3℃的α-"SO3" . α-SO3外觀為類似石棉的纖維狀（雖然兩者相差甚遠）。 在結構上來說，它是形如[S（=O）2（μ-O）]n的聚合物。聚合物分子的每個末端都以-OH結束（因此α-"SO3"並非真正是SO3的一個構型）。β-SO3是與α構型相類似、但相對分子質量不同的纖維狀聚合物，其分子末端亦皆為羥基，熔點為32.5℃。γ構型和β構型都是介穩的，在長時間放置後最終會轉化為穩定的α構型。這種轉化是由痕量水導致的[3]。
在同一溫度下固體SO3的相對蒸氣壓大小為α<β<γ，亦指明它們相對分子質量的大小。液態三氧化硫的蒸氣壓說明它是γ構型。因此加熱α-SO3的晶體至其熔點時會導致蒸氣壓的突然升高，巨大的壓力甚至可以衝破加熱它的玻璃管。這個結果被稱為α爆炸。[3]
SO3極易水解。事實上，由於SO3使碳水化合物脫水並放出大量熱，該反應足以使混合了SO3的木頭或者棉花點燃。[3]
製備
[編輯]- 脫水：
2 NaHSO4Na2S2O7 + H2O - 熱分解：
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)
其他的金屬硫酸氫鹽同樣在這個辦法中適用，這個的關鍵在於中間媒介焦硫酸鹽的穩定性。
SO3的工業製法是接觸法。二氧化硫通常通過硫的燃燒或黃鐵礦礦石（一種含硫鐵礦石）的煅燒得到的，先通過靜電沉澱進行提純。提純後的SO2在400至600°C的溫度下，用負載在硅藻土上的含氧化鉀或硫酸鉀（助催劑）的五氧化二釩作為催化劑，將二氧化硫用氧氣氧化為三氧化硫。鉑同樣可以充當這個反應的催化劑但是價格昂貴，比混合物更容易發生催化劑中毒（導致失效）。其催化機理為：
- 2 SO2 + V2O5 → 2 SO3 + V2O3
- V2O3 + O2 → V2O5
以這種方式製得的三氧化硫大部分都被轉化為了硫酸，但不能用水進行吸收，否則將形成大量酸霧，但如果採用98.3%硫酸作吸收劑，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的總蒸氣壓最低，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)
另一種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劇毒（也有認為釩也是此反應的催化劑）：
- 2SO2 + O22SO3
![{\displaystyle {\ce {->[{\ce {N}}O]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1bd235ec8b1d7be61ab3d0673b257359ec946c8c)
化學性質
[編輯]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，可以發生以下反應：
- SO3(𝑔) + H2O(𝑙) → H2SO4(𝑎𝑞)（Δ𝐻ᶱ＝-88 kJ mol−1）
這個反應進行得非常迅速，而且是放熱反應。在大約~340 °C以上時，硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡濃度下共存。
此外，三氧化硫與一些鹼土金屬氧化物作用時可發光。
三氧化硫也與二氯化硫發生反應來生產很有用的試劑——亞硫酰氯。
- SO3 + SCl2 → SOCl2 + SO2
危害
[編輯]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。
來源
[編輯]- WebElements（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- NIST Standard Reference Database（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- European Chemicals Bureau
- ChemSub Online: 三氧化硫（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Public Health Statement for Sulfur Trioxide and Sulfuric Acid（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- http://www.chem-page.de/experimente/chemolumineszenz-mit-erdalkalieoxiden.html?highlight=WyJzbzMiLCJtZ28iXQ== （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
