连二亚硫酸钠：结构、性质与应用

连二亚硫酸钠：结构、性质与应用

连二亚硫酸钠是一种重要的化学物质，广泛应用于工业和实验室领域。本文将详细介绍其结构、制备方法、性质和反应，以及在工业和实验室中的应用。

连二亚硫酸钠

连二亚硫酸钠（又名连二亚硫酸钠）为白色结晶性粉末，有硫磺气味。 虽然在干燥空气中稳定，但在热水和酸溶液中分解。

结构

该结构已通过拉曼光谱和单晶 X 射线衍射进行了检查。连二亚硫酸盐二价阴离子具有 C2 对称性，几乎以 16° O-S-S-O扭转角消失。 在二水化形式 (Na2S2O4·2H2O), 连二亚硫酸盐阴离子具有 56° O-S-S-O 扭转角。

弱 S-S 键由 239 pm 的 S-S 距离表示，它被拉长了 ca。 相对于典型的 S-S 债券，下午 30 点。 因为这种键很脆弱，连二亚硫酸盐阴离子在溶液中离解成 [SO2]-自由基，这已通过 EPR光谱学得到证实。 还观察到 35S 在中性或酸性溶液中在 S2O42− 和 SO2 之间进行快速交换，这与阴离子中的弱 S-S 键一致。

准备

连二亚硫酸钾是通过二氧化硫还原而工业化生产的。 1990年产量约30万吨。使用锌粉的路线是两步法：

2 SO2 + Zn → ZnS2O4

ZnS2O4 + 2 NaOH → Na2S2O4 + Zn(OH)2

硼氢化钠法遵循以下化学计量：

NaBH4 + 8 NaOH + 8 SO2 → 4 Na2S2O4 + NaBO2 + 6 H2O

每当量的 H− 减少两当量的二氧化硫。甲酸盐也被用作还原剂。

性质和反应

水解

连二亚硫酸钙干燥时稳定，但水溶液会因下列反应而变质：

2 S2O42− + H2O → S2O32− + 2 HSO3−

这种行为与连二亚硫酸的不稳定性一致。 因此，连二亚硫酸钠溶液不能长期保存。

无水连二亚硫酸钠在空气中温度高于 90°C 时分解为硫酸钠和二氧化硫。 在没有空气的情况下，它在 150°C 以上迅速分解为亚硫酸钠、硫代硫酸钠、二氧化硫和微量硫。

氧化还原反应

连二亚硫酸钙是一种还原剂。 在 pH 7 时，与普通氢电极相比，电势为 -0.66 V。 氧化还原伴随亚硫酸氢盐的形成而发生：

S2O42- + 2 H2O → 2 HSO3− + 2 e− + 2 H+

连二亚硫酸钙与氧气反应：

Na2S2O4 + O2 + H2O → NaHSO4 + NaHSO3

这些反应表现出复杂的 pH 依赖性平衡，涉及亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐和二氧化硫。

有机羰基化合物

在醛存在的情况下，连二亚硫酸钠在室温下反应形成 α-羟基亚磺酸盐，或者在 85°C 以上的温度下将醛还原为相应的醇。 在类似条件下，一些酮也会被还原。

应用

工业

由于是水溶性的，连二亚硫酸钠在一些工业染色过程中被用作还原剂。 对于硫化染料和还原染料，可以将不溶于水的染料还原成水溶性碱金属盐（例如靛蓝染料）。

连二亚硫酸钙还可用于水处理、水族箱水质调节剂、气体净化、清洗、剥离等。 它也被用作磺化剂。 除了纺织工业，这种化合物还用于与皮革、食品、聚合物、摄影和许多其他行业有关的行业，通常用作脱色剂。 它甚至在国内用作白色衣物的脱色剂，当它被染色的物品滑入高温洗涤周期而意外弄脏时。 它通常以 5 克小袋的形式提供，以盐的旧名称命名为连二亚硫酸盐。

它是 Iron Out Rust Stain Remover（一种商业防锈产品）中的活性成分。

实验室

连二亚硫酸钙常用于生理学实验，作为降低溶液氧化还原电位的一种手段（Eo' -0.66 V vs SHE，pH 7）。铁氰化钾通常用作此类实验中的氧化化学品（Eo' ~ .436 V，pH 7）。 此外，连二亚硫酸钠常用于土壤化学实验，以确定未掺入原生硅酸盐矿物中的铁量。 因此，用连二亚硫酸钠提取的铁也称为游离铁。 连二亚硫酸盐离子对二价和三价金属阳离子（M2+、M3+）的强亲和力使其能够提高铁的溶解度，因此连二亚硫酸盐是一种有用的螯合剂。

连二亚硫酸钠的水溶液曾经被用来生产“Fieser 溶液”以从气流中去除氧气。 吡啶硫酮可以通过两步合成从2-溴吡啶通过氧化成 N-氧化物来制备。