硫與汞反應條件的討論

戴曉龍

高一化學教學中，學生掌握了氧化還原反應的規律后，在繼續認識硫的化學性質時，往往出現障礙，產生較多的困惑。比如，通過教材的學習，學生已經認識到氯氣，氧氣是活潑的非金屬單質，與很多金屬容易發生反應，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，也能與大多金屬反應，反應方程式及反應條件如下：

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

針對這個問題，筆者查閱資料，從下面三個方面進行討論。

一、從金屬升華熱和電離能的角度

不同金屬與硫的反應難易程度，不但與金屬原子失電子難易有關，還與金屬單質的結構和狀態有關。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，反應越易進行。

這些金屬與硫反應，大多是固態下進行的，它們要化合成固態硫化物，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，相關金屬的主要數據列表如下：

因此，Mg Zn Fe與S反應所需吸收的能量遠大于Na Ag與S反應所需吸收的能量。所以 Mg Zn Fe與S在加熱時才能反應，而Na常溫就能反應，混合研磨時易爆炸，Ag常溫下摩擦才易發生反應生成Ag2S，但是Hg雖常溫下為液態，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在常溫下很難發生反應。

二、從反應的熱力學和動力學的角度

反應Hg（l）+S（s）=HgS（s） △H（298K）=-58.16 KJ/mol 從熱力學上講這個反應是可自發進行的。并根據該反應的吉布斯自由能 △rG（298K）=-50.6 KJ/mol 計算反應的平衡常數K=7.5×108 可知該反應進行的很徹底。但是熱力學所研究的變量中，它只說明反應能不能進行，以及反應進行到什么程度為止，至于反應在什么時候發生，以怎樣的速率進行，熱力學無法預測。比如H2和O2化合生成H2O的反應趨勢很大，熱力學上該反應能發生，但實際將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的動力學問題，由于Hg和S反應所需的活化能很大，可根據阿累尼烏斯公式算出該反應在室溫下的反應速率非常小，兩者可基本視為不反應。

三、從實際采用硫汞法制取HgS的角度

工業上所用的大量HgS，常采用硫磺和汞直接反應來制取，但二者反應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113℃），再按比例加入汞進行攪拌，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），然后再加入二硫化碳，以除去未反應的汞和硫磺，這樣即可得到硫化汞。

硫和汞反應，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。

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

應用：實驗室中水銀灑落到地面上，為防止水銀揮發使人中毒，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定的鋅汞齊，有效避免水銀蒸氣對人體產生的傷害。打開窗戶和門，通風3～4小時后，利用化學物理等實驗手段對水銀進行無害化處理。

參考文獻：

[1]《無機化學》下冊 第三版.無機化學教研室編.

[2]孫明芝.關于硫與金屬反應所需條件的認識.教育實踐與研究，1999年第10期.

[3]皇莆瑩.《關于硫磺與汞的反應探討》.湖州中學.endprint