化学自习室移动版

1、为什么硫矿多出现在火山口咐近？

任何矿物的形成都和火山、地震、流水冲刷沉积等地壳活动有关，我们知道，火山口喷出的气体里常含有大量H₂S。H₂S气体一旦进入氧化性气氛的大气 中，很容易被空气中的O₂氧化为S：2H₂S＋O₂= 2H₂O ＋ 2S，目前，一些火山活动比较多的国家和地 区，还有不少直接在火山口附近直接采集硫磺的现象，在一些火山口附近的地表通过上述氧化反应沉积的硫磺层，遭遇新的剧烈火山活动或地震时，则可能再次被覆盖埋入地下，形成硫磺的矿床。

2、如何开釆地下硫矿？

很多人可能觉得，这还不简单，跟挖煤一样打一 矿井，派人下去开釆不就得了，其实不需要如此麻烦。科学家根据硫单质的熔点只有113°C，设计了一个非 常巧妙的方案：在硫磺矿上方钻一机井直达矿床，通 过管道向井下输入过热水蒸气(如150 °C)，硫磺受热熔化后，通过机器即可像抽水一样将熔化的硫抽出， 注入冷水中冷却，即得固体硫磺。

3、为什么天然气中往往含有H₂S气体？地球表面每天那么多动植物遗体不断腐败，为什么大气成分里不 含有H₂S气体？

要回答这个问题，首先我们要知道天然气的来历，一般认为，天然气和石油、煤一样，是由古代地壳运动中埋藏到地下的有机质(动、植物遗体)在缺氧条件下产生的，所以天然气、煤、石油并称“化石燃料”，动植物体内的硫元素(大多数蛋白质是含硫的)在形成天然气的还原性条件下即转化为H₂S。

地球表面的动、植物遗体在不断腐败，产生H₂S 气体，这也正是沼气池、化粪池、下水道等封闭的发酵设施逸出的气体具有臭味的主要原因。但是，逸出到大气中的H₂S“寿命”不会长久，很快就被O₂氧化掉， 所以大气的成分里几乎不含有H₂S气体。

4、维修工人进入下水道前，应该如何防止H₂S气体 中毒？

这是一个非常现实的问题，其实不仅下水道维修，沼气池、化粪池等设施的维护维修都涉及防止 H₂S中毒的问题。因缺乏防护意识、不懂防护措施，误 入上述设施中毒甚至直接死亡的案例，几乎每年都有报道。

作为学习化学的你，可能根据H₂S的性质想到诸如用碱中和、用氧化剂氧化等过于复杂的办法，其实很简单，只需要一台鼓风机即可。因为上述封闭设施内不仅仅有H₂S，更多的是CH₄，N₂等不支持呼吸的气体，用鼓风机将大量新鲜空气送入，将CH₄、H₂S、 N₂等气体吹出即可解决问题。

5、一般情况下都是强酸制弱酸，为什么H₂S(弱酸) 通入CuSO₄溶液可制得硫酸(强酸)：H₂S ＋ CuSO₄= CuS ↓ ＋H₂SO₄?

这个问题还可以从别的角度提出，比如为什么同样是弱酸(H₂S)的盐，FeS可以与硫酸反应：FeS ＋ H₂SO₄= FeSO₄＋H₂S ↑ ，而CuS则不能与硫酸反应？

说简单也很简单，其实大部分都是由于CuS溶解度太小的缘故。

CuS这种物质在水中的溶解度极小(也可以说溶度积常数ksp极小)，在Cu^2＋一定的条件下，只需要物质的量浓度极低的 S^2- 即可从溶液中析出CuS沉淀。H₂S是二元弱酸，需经过2步电离才能产生浓度极低 的 S^2- (饱和H₂S溶液中，S^2- 的物质的量浓度浓度约 为7×10^-15mol/L)，但这对于沉淀 Cu²⁺ 来说已经足够了(Ksp(CuS)为6×10^-36，这个数据告诉我们，对 于0.1 mol/L的CuSO₄溶液，只需要有6 ×10^-35 mol/L的量就可以产生CuS沉淀)，H₂S气体通 入一定浓度的铜盐溶液时，随着CuS沉淀不断析出， H₂S也不断电离，最终形成“弱酸制强酸”的结果。

通过上述分析不难发现，“弱酸制强酸”只是表观的现象，生成极其难溶的CuS沉淀才是反应的本质。

与CuS相比，同样不溶解于水的FeS就不同了， Ksp(FeS)为10^-17量级，单从这个数据看，似乎在饱和 H₂S溶液(可以电离产生10^-15mol/L的 S^2- )里加 入一定浓度的 Fe^2＋，也符合形成 FeS 沉淀的要求，但是我们要看到，随着微量 FeS(尚不能形成肉眼可见的沉淀程度)的形成，体系内就会因为 H₂S 电离产生较高浓度的H^＋，抑制H₂S，HS^－等的电离，这时溶液里的 S^2- 的物质的量浓度不可能达到单独 H₂S 饱和溶液时的10^-15mol/L，也就是说，H₂S不可能与 Fe²⁺盐溶液持续反应形成FeS沉淀。

以上只是定性、直观的理解，其实我们完全可以从平衡常数的角度对以上过程加以分析。

根据平衡常数的性质可得，反应⑤的平衡常数

可见该反应属于完全的自发反应，同样方法计算反应 Fe^2＋＋H₂S=FeS＋2H^＋ 的平衡常数：

该数值非常之小，接近10^-5数量级，说明该反应只有极其微弱的可逆性，以至于我们很难观察到反应的发生。