硫
浓硫酸倒在白糖上，等一会儿，糖变黑、冒出水蒸气，一根多孔的黑色炭柱从烧杯里升起来。
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白糖变黑
烧杯里是 50 克白糖，也就是蔗糖。老师在通风橱里把浓硫酸倒上去，起初什么也没有发生。
英国皇家化学会的演示是这样写的：糖先变黄，再变棕，约一分钟后开始变黑；一团海绵似的黑色东西顺着烧杯往上长，冒出水蒸气，最后能升到烧杯高度的两三倍。等多久，各家的说法不一样，从半分钟到几分钟都有。
烧杯会变得很烫。浓硫酸会严重灼伤皮肤和眼睛；这是老师的演示，这一页不教任何人去做。
先变黄，再变棕 · 约一分钟后变黑 · 升到烧杯高度的两三倍
拿走的是水
蔗糖的分子式是 C₁₂H₂₂O₁₁：十二个碳原子，再加上正好能凑成十一个水分子的氢和氧。浓硫酸特别能吸水，它把糖里的氢和氧按水的比例拿走，剩下碳。这叫脱水：糖不是被火烧黑的。
C₁₂H₂₂O₁₁ → 12 C + 11 H₂O，课本上这样写。按这个式子算，50 克蔗糖留下约 21.05 克碳，交出约 28.95 克水。碳只占糖的 42%，一多半的质量是水。
实际没有这么整齐。英国皇家化学会说，这个式子是简化了的：一部分碳被氧化成一氧化碳和二氧化碳，一部分硫酸被还原成二氧化硫。留下的黑色东西也不是纯净的石墨，是一种疏松的含碳物质。
C₁₂H₂₂O₁₁ → 12 C + 11 H₂O · 50 克糖 → 21.05 克碳 + 28.95 克水
水蒸气把它撑起来
这个反应放出大量的热。浓硫酸遇到水本身就放热；按标准生成焓算，把糖拆成碳和水这一步也放热。两部分在实际的反应里各占多少，没有找到测量，这里不给数字。
热把拿出来的水变成水蒸气。英国皇家化学会的文章说，水蒸气把剩下的碳撑开，成了一根多孔、冒烟的黑柱。如果 50 克糖里的水全部在 100 °C 变成水蒸气，约有 49 升。这只烧杯是 250 毫升，水蒸气的体积是它的近两百倍。
冒出来的不只是水蒸气，还有二氧化硫、一氧化碳和二氧化碳，所以要在通风橱里做。黑柱里还浸着酸，做完不能用手碰。
50 克糖里的水 → 最多约 49 升水蒸气（100 °C）· 撑成多孔的黑柱
淡蓝色的小火
硫是黄色的晶体或粉末，在约 115 °C 熔化。它在燃烧匙的小杯里燃烧，火焰是淡蓝色的；美国海岸警卫队的化学品资料说，这种火焰在白天不太容易看清。
硫和氧气化合成二氧化硫：S + O₂ → SO₂。按生成焓算，每克硫放热约 9.26 千焦。0.1 克硫生成约 0.2 克二氧化硫，在 20 °C 约 75 毫升；纯的硫本来没有气味，燃烧的硫那股呛人的味道，就是二氧化硫。
按内径 60 毫米、高 300 毫米算，这只集气瓶约 848 毫升，瓶里空气中的氧气约 178 毫升，最多够烧约 0.24 克硫。工厂里把硫磺烧成二氧化硫，是为了做硫酸，见“从硫磺到硫酸”一页。
S + O₂ → SO₂ · 0.1 克硫 → 约 75 毫升二氧化硫（20 °C）
呛人的气体
二氧化硫没有颜色，气味呛人、令人窒息，在 −10 °C 时沸腾。摩尔质量是 64.06 克每摩尔，约是空气的 2.2 倍重。
它很容易溶进水里：21 °C 时，每升水能溶下约 107 克，按气体算约 40 升。溶液是酸性的，叫作亚硫酸；纯的亚硫酸分离不出来。
美国 NIOSH 建议，工作场所的长时间平均浓度不超过 2 ppm，任何 15 分钟里不超过 5 ppm；到 100 ppm，就会立即危及生命或健康。0.2 克硫烧出的约 150 毫升二氧化硫，就够让约 75 立方米的空气达到 2 ppm。英国学校的安全资料说，多于试管量的这种气体要在通风橱里用，有哮喘的人尤其要避开它。
二氧化硫 64.06 克每摩尔 · 约是空气的 2.2 倍重 · 每升水溶约 107 克（21 °C）
褪了色，还能回来
湿的红花瓣放进二氧化硫里，颜色慢慢褪去。美国化学会的演示影片里，一朵红玫瑰在二氧化硫里慢慢褪色，最后变成粉红；糖柱冒出的二氧化硫，也能让一片花瓣褪色。
二氧化硫是一种还原剂。1911 年的《不列颠百科全书》说，有水的时候它常常能漂白，这种漂白是还原。对浆果和红葡萄酒里的红色色素花青素，现在的化学文献说得更细：二氧化硫溶进水里变成亚硫酸氢根，挂到花青素上，生成无色的化合物。这一步能倒回去：加一点氧化剂，或者多加些酸，红色又回来了。
用硫熏白的羊毛也一样，用肥皂或苏打一洗，又会变回原来的黄色。氯气的漂白不一样：它和水生成次氯酸，把有色的物质氧化成无色的物质，见“氯气”一页。
二氧化硫让湿的红花瓣褪色 · 花青素加氧化剂或酸，红色能回来
果干和葡萄酒
二氧化硫和亚硫酸盐也用在食物里：它们抑制褐变，抑制酶的反应和细菌的生长，也是抗氧化剂。酿葡萄酒时，用它来杀死不想要的细菌、霉菌和酵母。
欧盟规定了上限，都按二氧化硫计：杏干、桃干、葡萄干、西梅干和无花果干，每千克不超过 2000 毫克；苹果干和梨干不超过 600 毫克。葡萄酒里的总二氧化硫，在含糖每升少于 5 克时，红葡萄酒每升不超过 150 毫克，白葡萄酒和桃红葡萄酒每升不超过 200 毫克。
美国从 1986 年起不许把亚硫酸盐用在生吃的新鲜水果和蔬菜上，成品里的亚硫酸盐一旦达到每千克 10 毫克，就要在标签上写出来。欧洲食品安全局 2016 年给过一个临时的每日允许摄入量，2022 年撤销了：它认为现有的毒性数据不够定出这个数，按估算的摄入量存在安全隐患。
欧盟上限（按二氧化硫计）：杏干等 2000 毫克每千克 · 红葡萄酒 150 毫克每升 · 白葡萄酒 200 毫克每升
从烟囱到雨
空气里的二氧化硫，最大的来源是发电厂和工厂烧化石燃料；硫是煤里的一种杂质。美国环保署说，二氧化硫和氮的氧化物在空气里同水、氧气和别的物质反应，变成硫酸和硝酸，随雨落下。氮的氧化物见“铜和浓硝酸”一页。
正常的雨 pH 约 5.6，酸雨通常在 4.2 到 4.4 之间，氢离子的浓度是正常雨的 16 到 25 倍。火山也放出二氧化硫，但只是一小部分：1991 年菲律宾皮纳图博火山喷发，把近 2000 万吨二氧化硫送进了平流层。火山见“火山从哪里来”一页。
烟道里的洗涤塔用碱性的试剂吸收二氧化硫，湿法的去除率在 90% 以上。美国酸雨计划里的电厂在 2023 年排放的二氧化硫，比 1990 年少了 96%；欧盟 27 国在 2024 年的硫氧化物排放，比 1990 年少了 95%。
正常的雨 pH 约 5.6 · 酸雨 4.2–4.4 · 美国电厂的二氧化硫 1990 → 2023 少了 96%
台上的每一件
八件：烧杯和它里面的炭柱连同隔热垫、燃烧匙、两只集气瓶、一瓶硫磺粉连同表面皿和药匙、一瓶浓硫酸、带风速显示的侧板、导流板和后壁。最要紧的是：所有冒出来的气体都留在通风橱里，被风机抽走。
烧杯 · 隔热垫 · 燃烧匙 · 集气瓶 · 硫磺粉 · 浓硫酸 · 侧板 · 导流板
糖和酸
这是本页的模型，在网页里算。选白糖的质量和浓硫酸的体积，按“倒进去”。碳和水的质量按上面的式子算；水蒸气是这些水全部在 100 °C 变成气体时的上限；“每摩尔酸分到的水”是拿出来的水和酸的摩尔数之比。
炭柱的高度是模型自己取的：它和碳的质量成正比，50 克糖的炭柱高出烧杯底 30 厘米，约是烧杯高度的两倍半。等待和升起的时间在模型里压缩了。范围只取资料里用过的：糖 20 到 60 克，酸 20 到 60 毫升。这是网页上的模型，不是做实验的方法。
本页的模型 · 质量按方程算 · 炭柱高度是模型自己取的
试一试实验台上把白糖加到 60 克：留下多少克碳？水蒸气最多有多少升？再把浓硫酸加到 60 毫升，每摩尔酸分到多少摩尔水？
模型省略了什么
台上是老师演示的模型，不是哪一套实物的复制。通风橱只画了一段，台面宽 460 毫米。烧杯是目录里 250 毫升的高型烧杯，直径 60 毫米、高 120 毫米；英国皇家化学会用的是 100 毫升的烧杯。隔热垫 150 毫米见方；集气瓶的内径是 60 毫米、高 300 毫米；燃烧匙按目录取杆长 350 毫米、杯径 18 毫米、铝盖 88 毫米。炭柱的形状、高度和孔都是画出来的，不是算出来的；高度取烧杯高度的两倍半，在资料说的两三倍之内，它略微歪着只是造型。水蒸气、火焰和褪色的快慢也是画的，燃烧匙怎样点着没有画出来。方程是课本上的简化写法，实际的反应还生成一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫，模型只按方程算质量。
几个容易误会的地方
糖不是被烧黑的，是浓硫酸拿走了它里面的氢和氧；但反应确实很热，还会放出二氧化硫和一氧化碳。黑柱不是纯净的石墨。浓硫酸本身没有颜色，像油。硫本来没有气味，“硫磺味”是二氧化硫的。二氧化硫是无色的，瓶里看不出颜色。二氧化硫的漂白常常能倒回去（花青素加酸或氧化剂、熏白的羊毛洗过以后）；氯气的次氯酸是把色素氧化成别的东西。空气里的二氧化硫主要来自烧化石燃料，火山只占一小部分。
常见问题 · 5
- 浓硫酸为什么能让白糖变黑？
浓硫酸特别能吸水，它把糖里的氢和氧按水的比例拿走，剩下碳。这叫脱水：糖不是被火烧黑的。
02拿走的是水 ↑- 糖和浓硫酸反应，黑柱为什么是多孔的？
热把拿出来的水变成水蒸气。英国皇家化学会的文章说，水蒸气把剩下的碳撑开，成了一根多孔、冒烟的黑柱。
03水蒸气把它撑起来 ↑- 硫燃烧时是什么颜色的火焰？
硫是黄色的晶体或粉末，在约 115 °C 熔化。它在燃烧匙的小杯里燃烧，火焰是淡蓝色的；美国海岸警卫队的化学品资料说，这种火焰在白天不太容易看清。
04淡蓝色的小火 ↑- 二氧化硫漂白过的颜色还能回来吗？
对浆果和红葡萄酒里的红色色素花青素，现在的化学文献说得更细：二氧化硫溶进水里变成亚硫酸氢根，挂到花青素上，生成无色的化合物。这一步能倒回去：加一点氧化剂，或者多加些酸，红色又回来了。
06褪了色，还能回来 ↑- 酸雨的 pH 是多少？
正常的雨 pH 约 5.6，酸雨通常在 4.2 到 4.4 之间，氢离子的浓度是正常雨的 16 到 25 倍。
08从烟囱到雨 ↑
资料来源
- 英国皇家化学会（RSC）、Nuffield Foundation：Sulfuric acid as a dehydrating agent（约 50 克蔗糖；先变黄、变棕，约一分钟后变黑；升到烧杯高度的两三倍；方程是简化了的；必须在通风橱里做）
- C. Baker（2007）：The dehydration of sucrose，Education in Chemistry，Exhibition chemistry（水蒸气把剩下的碳撑成多孔、冒烟的黑柱）
- OpenStax：Chemistry 2e，18.9（浓硫酸是很好的脱水剂；二氧化硫溶于水成亚硫酸）
- OpenStax：Chemistry 2e，18.10（硫；燃烧的硫闻到的是二氧化硫）
- OpenStax：Chemistry 2e，18.11（次氯酸把有色物质氧化成无色）
- OpenStax：Chemistry 2e，附录 G（标准生成焓）
- 英国皇家化学会周期表：Sulfur（黄色的晶体或粉末）
- 美国国家医学图书馆：PubChem，硫（HSDB 转引 CRC 手册：熔点、沸点；美国海岸警卫队 CHRIS：淡蓝色火焰，白天不易看清）
- 美国国家医学图书馆：PubChem，二氧化硫（无色、呛人；沸点；溶解度；NIOSH 和 OSHA 暴露限值）
- 美国国家医学图书馆：PubChem，硫酸（Hawley’s：98%，密度 1.84；Merck：遇水大量放热，能使糖炭化）
- 美国国家标准与技术研究院：NIST Chemistry WebBook，二氧化硫的流体性质（20 °C、1 atm 的密度）
- CLEAPSS：Student Safety Sheets 22（硫酸）和 52（二氧化硫）（腐蚀；吸入有毒；哮喘的人尤其敏感；多于试管量要用通风橱）
- 美国化学会化学教育分会：Chemistry Comes Alive!，Chemical Properties of Sulfur Dioxide（红玫瑰在二氧化硫里慢慢褪成粉红）
- 美国化学会化学教育分会：Chemistry Comes Alive!，Formation of Carbon from Carbohydrate（糖柱放出的二氧化硫让花瓣褪色）
- I. A. Smellie、I. L. J. Patterson（2024）：Changing the Colour of Whole Fruits!，ChemEd X（亚硫酸氢根和花青素生成无色加合物，加氧化剂或酸可以倒回去）
- 《不列颠百科全书》第 11 版（1911）：Sulphur（有水时二氧化硫常能漂白，这种漂白是还原）
- 《不列颠百科全书》第 11 版（1911）：Bleaching（熏硫漂白的羊毛，用肥皂或苏打洗后又变回黄色）
- 欧盟委员会第 1129/2011 号条例（食品添加剂清单；干果里亚硫酸盐的上限）
- 欧盟委员会第 2019/934 号授权条例（葡萄酒里总二氧化硫的上限）
- 美国联邦法规 21 CFR 101.100（亚硫酸盐 10 ppm 以上要标示）
- 美国联邦法规 21 CFR 182.3862（不得用于生吃的新鲜果蔬；1986 年修订）
- 欧洲食品安全局（2022）：二氧化硫和亚硫酸盐再评估的后续意见，EFSA Journal 20(11)
- 美国环保署：What is Acid Rain?（二氧化硫和氮的氧化物变成硫酸和硝酸；正常的雨 pH 约 5.6，酸雨 4.2–4.4）
- 美国环保署：Power Sector Programs Progress Report，Emissions Reductions（2024；酸雨计划电厂的二氧化硫比 1990 年少 96%）
- 美国环保署：Flue Gas Desulfurization (FGD) – Wet, Spray Dry, and Dry Scrubbers，EPA-452/F-03-034（湿法洗涤塔去除率 90% 以上）
- 欧洲环境署：European Union emission inventory report 1990–2024（2026；欧盟 27 国硫氧化物比 1990 年低 95%）
- 美国地质调查局：The Cataclysmic 1991 Eruption of Mount Pinatubo, Philippines，Fact Sheet 113-97（近 2000 万吨二氧化硫进入平流层）
- 国际纯粹与应用化学联合会 CIAAW：标准原子量
- 美国国家标准与技术研究院：CODATA 2022 推荐值（摩尔气体常数 R）
- NASA：Earth Fact Sheet（空气的平均分子量和氧的份额）
- DWK：DURAN 高型烧杯规格表（250 毫升：直径 60、高 120 毫米）
- Philip Harris：Deflagrating Spoon and Cap（杆长 350、杯径 18、铝盖 88 毫米）
- Philip Harris：Gas Jar: Cylindrical - 60mm x 300mm（内径 60、高 300 毫米）
数据
Sulfur’s, sulfur dioxide’s and the acid’s properties from the CRC Handbook, the Merck Index, Hawley’s and the US Coast Guard’s CHRIS (via PubChem’s HSDB records); exposure limits from NIOSH (via PubChem); sulfur dioxide’s density from the NIST Chemistry WebBook; atomic weights from IUPAC’s CIAAW; the enthalpy of formation of sulfur dioxide and the chemistry of sulfuric and sulfurous acid and of hypochlorous acid from OpenStax Chemistry 2e; air from NASA’s Earth Fact Sheet; R and the standard atmosphere are the exact CODATA 2022 values. The masses, volumes, heats and ratios are computed here; the lab is the page’s own model. The demonstrations after the Royal Society of Chemistry’s Practical Chemistry (with the Nuffield Foundation) and C. Baker’s Exhibition chemistry (Education in Chemistry, 2007); CLEAPSS Student Safety Sheets 22 and 52; the Journal of Chemical Education’s Chemistry Comes Alive!; I. A. Smellie and I. L. J. Patterson in ChemEd X (2024); the Encyclopædia Britannica, 11th edition (1911), on sulphur and on bleaching; food and wine after EU Regulations 1129/2011 and 2019/934, the US Code of Federal Regulations (21 CFR 101.100 and 182.3862) and EFSA (2022); acid rain after the US EPA (What is Acid Rain?, the power sector progress reports, the scrubber fact sheet), the EEA’s inventory report 1990–2024 and the USGS on Mount Pinatubo. The cupboard is this page’s model of a teacher’s demonstrations: a section of a school fume cupboard, a 250 mL tall-form beaker of 60 × 120 mm (after DURAN’s table) on a 150 mm heatproof mat, gas jars of 60 × 300 mm with 75 mm covers, a deflagrating spoon with a 350 mm rod, an 88 mm cap and an 18 mm cup (after Philip Harris’s catalogue); not a copy of any one set. Material presets and the model kit as on the site’s other model plates (public/looks/CREDITS.md).
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沿这个问题继续
图版 68从硫磺到硫酸接触法分三步：把硫磺烧成二氧化硫，在钒催化剂上让它再接一个氧，变成三氧化硫，再把三氧化硫吸进浓硫酸。第二步放热，热又让平衡后退，所以催化剂分成四层，层间把气体冷下来。前三层之后先吸收一次，再过最后一层，总转化率可到 99.7–99.9%。硫酸最大的用户是磷肥。
图版 87氯气氯气是一种黄绿色的气体，约是空气的 2.5 倍重，能像水一样倒进集气瓶、沉在瓶底。它有毒，演示由老师在通风橱里做。湿的红纸和花在氯气里褪色，干纸不褪：漂白的是氯和水生成的次氯酸，Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO。在砖上点着一块钠，把一瓶氯气倒扣上去，黄色的火焰更亮，瓶里冒出白烟，那是食盐：2 Na + Cl₂ → 2 NaCl。饮用水消毒，每升只要零点几毫克氯。
