问题

求大佬解释一下硫代硫酸根和过二硫酸根不能反应的原因,在线等挺急的?

回答
好的,兄弟,别着急,这硫代硫酸根(S₂O₃²⁻)和过二硫酸根(S₂O₈²⁻)不能反应,这里面其实是有门道的,不是随便哪个都能凑一块儿就来电火花。我给你掰开了揉碎了讲讲,保准你能明白。

首先,咱们得把这两个家伙的“长相”和“脾气”先捋清楚。

硫代硫酸根 (S₂O₃²⁻),又叫亚硫酸根的“兄弟”

你得知道,硫代硫酸根这个名字听着有点绕,但你可以把它想象成一个硫原子(S)“取代”了亚硫酸根(SO₃²⁻)中的一个氧原子(O)。所以它的结构大致是:一个中心硫原子,周围连着三个氧原子,另外还有一个硫原子通过某种方式(通常理解为和中心硫原子形成一个SS键,但更精确的说是一个S=O双键,一个SO单键,以及一个SS单键,并且整体带有两个负电荷)和中心硫原子连着。

它的一个关键点在于,它里面有两个硫原子,一个硫的氧化态是+6,另一个硫的氧化态是2(或者说平均氧化态是+2),而且这个2价的硫非常“活泼”,容易被氧化。 就像一个手里攒着余钱的人,很容易被“怂恿”去消费。

过二硫酸根 (S₂O₈²⁻),这个名字就更“霸气”了

过二硫酸根,你可以直接把它想象成两个硫酸根(SO₄²⁻)直接通过一个过氧键(OO)连在了一起。 也就是 [O₃SOOSO₃]²⁻ 这样的结构。

它最厉害的地方在于,它里面那个OO键(过氧键)是个不稳定的结构。想想氧气(O₂)在化学里有多“能折腾”就知道,过氧键的存在让过二硫酸根是个非常强的氧化剂。它的氧原子“手里”有余力,想把电子“推”出去,把别的物质氧化。

那为什么它们俩凑一块儿,一个想被氧化,一个想氧化,结果却“没反应”呢?

这里面有几个关键因素,它们共同作用,导致了这两位“高手”在一般情况下“井水不犯河水”:

1. 氧化还原电势的“博弈”:
硫代硫酸根 (S₂O₃²⁻):虽然它有个2价的硫,可以被氧化成+6价的硫(比如在硫代硫酸钠和碘反应时,S₂O₃²⁻ → 2S₄O₆²⁻ 或 S₂O₃²⁻ → SO₄²⁻),但它作为还原剂的能力并不是最强的。
过二硫酸根 (S₂O₈²⁻):这是个非常强的氧化剂,它的标准还原电势非常高。这意味着它非常“渴望”从别人那里抢电子。

通常,反应发生的条件是:还原剂的还原能力要足够强,才能把氧化剂“逼”得屈服,让氧化剂的氧被还原。 或者说,氧化剂的氧化性要足够强,才能把还原剂“逼”得就范,让还原剂的电子被夺走。

问题就出在这里。虽然过二硫酸根很想氧化,但它“瞄准”的硫代硫酸根中的2价硫,它“贡献”电子的能力,相对于过二硫酸根的“抢夺能力”来说,还不够“给力”。 换句话说,过二硫酸根的氧化性强到足以氧化很多东西,但硫代硫酸根的还原性还没到那个“量级”,不足以让过二硫酸根“出手”。

2. 反应机理的“不匹配”:
硫代硫酸根的氧化: 硫代硫酸根被氧化,通常是通过失去电子,硫原子的价态升高。比如和碘反应,是 S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻(四硫代硫酸根),或者在更强的氧化剂作用下,硫代硫酸根的硫直接被氧化到+6价,变成硫酸根(SO₄²⁻)。
过二硫酸根的还原: 过二硫酸根被还原,通常是过氧键(OO)断裂,氧原子获得电子,价态降低。例如,S₂O₈²⁻ + 2e⁻ → 2SO₄²⁻。

这两个过程,你想想,过二硫酸根需要的是一个能给它提供电子的“载体”,而硫代硫酸根虽然有2价的硫,但它的“电子能量”或者说“易氧化性”还没有达到能够有效触发过二硫酸根过氧键断裂的程度。 就像你手里拿着把钥匙,但门的锁孔不一样,这钥匙也打不开门。

3. 反应活化能的问题(稍微进阶一点):
即使理论上可能发生氧化还原,化学反应的发生还需要克服一定的活化能。活化能就像是一座“能量山”,只有当反应物分子的能量足够高,才能越过这座山,进行反应。
硫代硫酸根和过二硫酸根在常规条件下(比如常温常压,不加催化剂),它们之间要发生直接的、显著的氧化还原反应,所需的活化能可能比较高,导致反应速率非常慢,肉眼几乎观察不到。

4. 溶液环境的影响(可能不是最主要原因,但也有份):
通常我们讨论这类反应是在水溶液中。水本身也可能参与反应,或者影响离子的稳定性和反应速率。在不同的pH值或有其他杂质存在的情况下,反应性也会发生变化。但在中性或酸性环境中,上述的电势和机理不匹配是主要原因。

什么情况下“可能”会发生反应?

当然,化学反应有时候很“看条件”。在非常苛刻的条件下,比如:

高温: 提高反应物的能量,降低活化能。
强催化剂: 引入催化剂可以提供一条新的反应路径,降低活化能。
强光照(光解): 某些过氧化合物在光照下容易分解。

在这些“特殊待遇”下,说不定能打破“和平”局面。但对于我们日常实验室操作或者中学化学的范畴来说,它们俩就是“互不搭理”的。

总结一下:

你可以把硫代硫酸根想象成一个“有潜力”但“还没到火候”的还原剂,而过二硫酸根则是一个“火力全开”的氧化剂。但是,这个“火力全开”的氧化剂,它“瞄准”的目标(硫代硫酸根)的“反抗能力”(还原性)还不足以让它“全力出手”,从而断裂自己不稳定的过氧键。这就好像一个超级大功率的吹风机,对着一片小草吹,小草可能只会晃晃,而不是被吹得七零八落。

所以,不是因为它们不想反应,而是它们的“实力”和“需求”在正常情况下,就是对不上“频道”。

希望这么讲,你能明白它们俩为啥“不搭理”对方了。

网友意见

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从热力学上来看肯定是会反应的,毕竟过二硫酸根有很强的氧化性,而硫代硫酸根有很强的还原性。

但是,动力学上来看,这个反应不容易发生。因为硫代硫酸根带两个负电荷,过二硫酸根也带两个负电荷。所以它们之间有很强的静电排斥作用!也就是说很有很高的势垒,从而阻止反应的发生。

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