硫与汞反应条件的讨论

戴晓龙

高一化学教学中，学生掌握了氧化还原反应的规律后，在继续认识硫的化学性质时，往往出现障碍，产生较多的困惑。比如，通过教材的学习，学生已经认识到氯气，氧气是活泼的非金属单质，与很多金属容易发生反应，且能生成高价的金属氯化物和高价氧化物。而硫是较活泼的非金属单质，也能与大多金属反应，反应方程式及反应条件如下：

2Na+S=Na2S 常温

Mg+S=MgS 加热

Zn+S=ZnS 加热

Fe+S=FeS 加热

Cu+S=Cu2S 加热

Hg+S=HgS常温

Ag+S=Ag2S 常温

问题：上面的反应中，金属单质由Na到Ag，活泼性依次减弱，它们分别与S反应时，较活泼的Mg Zn等需要加热才能反应，而Hg Ag不活泼金属却在常温下就能反应。这是什么原因？Hg和S在常温下真能反应吗？

针对这个问题，笔者查阅资料，从下面三个方面进行讨论。

一、从金属升华热和电离能的角度

不同金属与硫的反应难易程度，不但与金属原子失电子难易有关，还与金属单质的结构和状态有关。在上述金属与硫的化合中，金属失电子的能力是主要矛盾。金属活泼性愈大，失电子的倾向性也愈大，而每种金属原子在失电子时总会吸收能量的。在同一条件下，失去电子所需吸收的能量越小，反应越易进行。

这些金属与硫反应，大多是固态下进行的，它们要化合成固态硫化物，首先要金属原子失电子。因此要考虑金属的升华热和电离能，相关金属的主要数据列表如下：

因此，Mg Zn Fe与S反应所需吸收的能量远大于Na Ag与S反应所需吸收的能量。所以 Mg Zn Fe与S在加热时才能反应，而Na常温就能反应，混合研磨时易爆炸，Ag常温下摩擦才易发生反应生成Ag2S，但是Hg虽常温下为液态，升华热很低62 KJ/mol，而其第一电离能1013 KJ/mol，第二电离能1820 KJ/mol，这比Zn Mg Fe的升华热和电离能之和还要高，由此得知，Hg和S在常温下很难发生反应。

二、从反应的热力学和动力学的角度

反应Hg（l）+S（s）=HgS（s） △H（298K）=-58.16 KJ/mol 从热力学上讲这个反应是可自发进行的。并根据该反应的吉布斯自由能 △rG（298K）=-50.6 KJ/mol 计算反应的平衡常数K=7.5×108 可知该反应进行的很彻底。但是热力学所研究的变量中，它只说明反应能不能进行，以及反应进行到什么程度为止，至于反应在什么时候发生，以怎样的速率进行，热力学无法预测。比如H2和O2化合生成H2O的反应趋势很大，热力学上该反应能发生，但实际将H2和O2室温下放到一个容器中，好几年也觉察不到水生成的痕迹。

对此我们还要考虑这个反应的动力学问题，由于Hg和S反应所需的活化能很大，可根据阿累尼乌斯公式算出该反应在室温下的反应速率非常小，两者可基本视为不反应。

三、从实际采用硫汞法制取HgS的角度

工业上所用的大量HgS，常采用硫磺和汞直接反应来制取，但二者反应的温度条件均在高温或加热。

方法1：先将硫磺加热熔化（硫的熔点113℃），再按比例加入汞进行搅拌，并加入少许水，生成黑色颗粒（HgS），然后焙烧于600℃升华，将升华物冷却，制得砖红色HgS产品。

方法2：将汞和硫磺在真空中封入耐高温的玻璃管中，用油浴加热到240℃以上，反应3小时，在冷却后加入浓硝酸（HgS在浓硝酸中不溶解也不反应），然后再加入二硫化碳，以除去未反应的汞和硫磺，这样即可得到硫化汞。

硫和汞反应，在方法1中温度为113℃以上，在方法2中温度为240℃以上，说明室温下二者很难反应。

综合以上三个方面，在金属与硫的反应中，只有很活泼的碱金属常温下可以和硫反应，而其它较活泼和不活泼的金属一般需加热才易与硫反应，尤其是Hg和S常溫下更不易反应。所以高一化学中介绍硫与汞的反应条件为常温，是不恰当的。

应用：实验室中水银洒落到地面上，为防止水银挥发使人中毒，常用硫磺去覆盖处理的方法是不可取的。而最理想的处理方法是，将大部分水银用纸板扫到一起，收集到瓶中盖紧盖子，残余的水银撒些锌粉覆盖，水银易溶解锌粉形成稳定的锌汞齐，有效避免水银蒸气对人体产生的伤害。打开窗户和门，通风3～4小时后，利用化学物理等实验手段对水银进行无害化处理。

参考文献：

[1]《无机化学》下册 第三版.无机化学教研室编.

[2]孙明芝.关于硫与金属反应所需条件的认识.教育实践与研究，1999年第10期.

[3]皇莆莹.《关于硫磺与汞的反应探讨》.湖州中学.endprint