# 硫

拉普拉斯的迷你世界 · 图版 89 · 物质、光与声 · 物质

> 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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- 更新于：2026-11-03

## 01 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*

## 02 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*

## 03 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*

## 04 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）*

## 05 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）*

## 06 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*

## 07 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*

## 08 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%*

## 09 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*

## 10 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

### 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。

见：[02 拿走的是水](https://world.lapla.si/zh/sulfur/#water)

### 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。

见：[03 水蒸气把它撑起来](https://world.lapla.si/zh/sulfur/#heat)

### 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。

见：[04 淡蓝色的小火](https://world.lapla.si/zh/sulfur/#burn)

### 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。

见：[06 褪了色，还能回来](https://world.lapla.si/zh/sulfur/#bleach)

### 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。

见：[08 从烟囱到雨](https://world.lapla.si/zh/sulfur/#rain)

## 资料来源

1. [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）](https://edu.rsc.org/experiments/sulfuric-acid-as-a-dehydrating-agent/999.article)
2. [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）](https://edu.rsc.org/exhibition-chemistry/the-dehydration-of-sucrose/2020073.article)
3. [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）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-9-occurrence-preparation-and-compounds-of-oxygen)
4. [OpenStax：Chemistry 2e，18.10（硫；燃烧的硫闻到的是二氧化硫）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-10-occurrence-preparation-and-properties-of-sulfur)
5. [OpenStax：Chemistry 2e，18.11（次氯酸把有色物质氧化成无色）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-11-occurrence-preparation-and-properties-of-halogens)
6. [OpenStax：Chemistry 2e，附录 G（标准生成焓）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/g-standard-thermodynamic-properties-for-selected-substances)
7. [英国皇家化学会周期表：Sulfur（黄色的晶体或粉末）](https://periodic-table.rsc.org/element/16/sulfur)
8. [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）](https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/5362487)
9. [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）](https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1119)
10. [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）](https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1118)
11. [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）](https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?ID=C7446095&Type=IsoBar&P=0.101325)
12. [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）](https://science.cleapss.org.uk/resource/All-in-one-Student-Safety-Sheets.pdf)
13. [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）](https://chemedx.org/JCESoft/jcesoftSubscriber/CCA/CCA3/MAIN/SO2PROP/PAGE1.HTM)
14. [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）](https://chemedx.org/JCESoft/jcesoftSubscriber/CCA/CCA3/MAIN/FORMC/PAGE1.HTM)
15. [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）](https://www.chemedx.org/article/changing-colour-whole-fruits)
16. [《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）](https://en.wikisource.org/wiki/Page:EB1911_-_Volume_26.djvu/79)
17. [《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）](https://en.wikisource.org/wiki/Page:EB1911_-_Volume_04.djvu/68)
18. [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）](https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2011/1129/oj)
19. [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）](https://eur-lex.europa.eu/eli/reg_del/2019/934/oj)
20. [美国联邦法规 21 CFR 101.100（亚硫酸盐 10 ppm 以上要标示）](https://www.ecfr.gov/current/title-21/section-101.100)
21. [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）](https://www.ecfr.gov/current/title-21/section-182.3862)
22. [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)](https://doi.org/10.2903/j.efsa.2022.7594)
23. [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）](https://www.epa.gov/acidrain/what-acid-rain)
24. [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%）](https://www.epa.gov/power-sector/progress-report-emissions-reductions)
25. [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）](https://www.epa.gov/sites/default/files/2020-08/documents/ffdg.pdf)
26. [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%）](https://www.eea.europa.eu/en/analysis/publications/annual-european-union-inventory-report-1990-2024-lrtap/)
27. [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）](https://pubs.usgs.gov/fs/1997/fs113-97/)
28. [国际纯粹与应用化学联合会 CIAAW：标准原子量](https://www.ciaaw.org/abridged-atomic-weights.htm)
29. [美国国家标准与技术研究院：CODATA 2022 推荐值（摩尔气体常数 R）](https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?r)
30. [NASA：Earth Fact Sheet（空气的平均分子量和氧的份额）](https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html)
31. [DWK：DURAN 高型烧杯规格表（250 毫⁠升：直径 60、高 120 毫⁠米）](https://tienda.dicsa.es/beakers-glass-duran-tall$B$einfo253_lang_uk.htm)
32. [Philip Harris：Deflagrating Spoon and Cap（杆长 350、杯径 18、铝盖 88 毫⁠米）](https://www.philipharris.co.uk/product/lab-equipment/labware/deflagrating-spoon-and-cap/b8r07697)
33. [Philip Harris：Gas Jar: Cylindrical - 60mm x 300mm（内径 60、高 300 毫⁠米）](https://philipharris.co.uk/product/chemistry/gas-preparation-and-analysis/gas-jar-cylindrical-60mm-x-300mm/b8a64130)

## 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).

## 许可 CC BY-NC 4.0

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## 引用这幅图版

拉普拉斯的迷你世界，图版 89《硫》，https://world.lapla.si/zh/sulfur/，CC BY-NC 4.0，2026-11-03 更新。