Сероводород и сульфиды . Сероводород H 2 S - бесцветный газ с резким запахом. Очень ядовит, вызывает отравление даже при незначительном содержании в воздухе (около 0,01%). Сероводород тем более опасен, что он может накапливаться в организме. Он соединяется с железом гемоглобина крови, что может привести к обморочному состоянию и смерти от кислородного голодания. В присутствии паров органических веществ токсичность H 2 S резко возрастает.
Вместе с тем сероводород является составной частью некоторых минеральных вод (Пятигорск, Серноводск, Мацеста), применяемых с лечебной целью.
Сероводород содержится в вулканических газах и постоянно образуется на дне Чёрного моря. До верхних слоёв сероводород не доходит, так как на глубине 150 м взаимодействует с проникающим сверху кислородом и окисляется им до серы. Сероводород образуется при гниении белка, поэтому, например, тухлые яйца пахнут сероводородом.
При растворении сероводорода в воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называют сульфидами. Сульфиды щелочных и щёлочноземельных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворяются в воде, сульфиды остальных металлов нерастворимы и окрашены в различные цвета, например: ZnS - белый, PbS - чёрный, MnS - розовый (рис. 120).
Рис. 120.
Сульфиды металлов имеют различную окраску
Сероводород горит. При охлаждении пламени (внесении в него холодных предметов) образуется свободная сера:
2H 2 S + O 2 = 2Н 2 O + 2S↓.
Если же пламя не охлаждать и обеспечить избыток кислорода, то получается оксид серы (IV):
2H 2 S + 3O 2 = 2Н 2 O + 2SO 2 .
Сероводород - сильнейший восстановитель.
Оксид серы (IV), сернистая кислота и её соли . При горении серы, полном сгорании сероводорода и обжиге сульфидов образуется оксид серы (IV) SO 2 , который, как отмечено ранее, часто называют также сернистым газом. Это бесцветный газ с характерным резким запахом. Он проявляет типичные свойства кислотных оксидов и хорошо растворяется в воде, образуя слабую сернистую кислоту. Она неустойчива и разлагается на исходные вещества:
Соли сернистой кислоты, как двухосновной, могут быть средними - сульфитами, например сульфит натрия Na 2 SO 4 , и кислыми - гидросульфитами, например гидросульфит натрия NaHSO 3 . Гидросульфит и сульфит натрия, как и сернистый газ, используют для отбеливания шерсти, шёлка, бумаги и соломы, а также в качестве консервирующих средств для сохранения свежих плодов и фруктов.
Серная кислота и её соли . При окислении оксида серы (IV) образуется оксид серы (VI):
Реакция начинается только при относительно высоких температурах (420-650 °С) и протекает в присутствии катализатора (платины, оксидов ванадия, железа и т. д.).
Оксид серы (VI) SO 3 в обычных условиях - летучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. Этот типичный кислотный оксид, растворяясь в воде, образует серную кислоту:
Н 2 O + SO 3 = H 2 SO 4 .
Химически чистая серная кислота - бесцветная маслянистая тяжёлая жидкость. Она обладает сильным гигроскопическим (водоотнимающим) свойством, поэтому применяется для осушения веществ. Концентрированная серная кислота способна отнимать воду у молекул органических веществ, обугливая их. Если нанести на фильтровальную бумагу рисунок с помощью раствора серной кислоты, а затем подогреть её, то бумага почернеет (рис. 121, а) и рисунок проявится.
Рис. 121.
Обугливание бумаги (а) и сахара (б) концентрированной серной кислотой
Если в высокий стеклянный стакан поместить сахарную пудру, смочить её водой и прилить, перемешивая содержимое стакана стеклянной палочкой, концентрированную серную кислоту, то через 1-2 мин содержимое стакана начнёт чернеть, вспучиваться и в виде объёмистой рыхлой массы подниматься вверх (рис. 121, б). Смесь в стакане при этом сильно разогревается. Уравнение реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты с сахарной пудрой (сахарозой С 12 Н 22 O 11)
объясняет опыт: образующиеся в результате реакции газы вспучивают образующийся уголь, выталкивая его из стакана вместе с палочкой.
Концентрированная серная кислота хорошо растворяет оксид серы (VI), раствор SO 3 в серной кислоте называют олеумом.
Правило разбавления концентрированной серной кислоты вы уже знаете, но повторим его ещё раз: нельзя приливать воду к кислоте (почему?), следует осторожно, тоненькой струйкой вливать кислоту в воду, непрерывно перемешивая раствор.
Химические свойства серной кислоты в значительной степени зависят от её концентрации.
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением Н 2 , с оксидами металлов (основными и амфотерными), с основаниями, с амфотерными гидроксидами и солями.
Лабораторный опыт № 29
Свойства разбавленной серной кислоты
Проделайте опыты, доказывающие, что серная кислота проявляет типичные свойства кислот.
|
Поскольку серная кислота двухосновна, она образует два ряда солей: средние - сульфаты, например Na 2 SO 4 , и кислые - гидросульфаты, например NaHSO 4 .
Реактивом на серную кислоту и её соли является хлорид бария ВаСl 2 ; сульфат-ионы с ионами Ва 2+ образуют белый нерастворимый сульфат бария, выпадающий в осадок (рис. 122):
Рис. 122.
Качественная реакция на сульфат-ион
Концентрированная серная кислота по свойствам сильно отличается от разбавленной кислоты. Так, при взаимодействии H 2 SO 4(конц) с металлами водород не выделяется. С металлами, стоящими правее водорода в ряду напряжений (медью, ртутью и др.), реакция протекает так:
Процессы окисления и восстановления, происходящие при этом, можно записать так:
При взаимодействии с металлами, находящимися в ряду напряжений до водорода, концентрированная серная кислота восстанавливается до S, SO 2 или H 2 S в зависимости от положения металла в ряду напряжений и условий протекания реакции, например:
Теперь вам понятно, что с H 2 SO 4(конц) взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений как до водорода, так и после него. При этом водород не образуется, так как окислителем в такой реакции являются не катионы водорода Н+, как у H 2 SO 4(разб) , а сульфат-ионы .
Железо и алюминий пассивируются концентрированной серной кислотой, т. е. покрываются защитной плёнкой, поэтому концентрированную кислоту можно перевозить в стальных и алюминиевых цистернах.
Будучи нелетучей сильной кислотой, концентрированная серная кислота способна вытеснять другие кислоты из их солей. Вы уже знаете такую реакцию, например получение хлороводорода:
Серная кислота - один из важнейших продуктов, используемых в разных отраслях промышленности (рис. 123). Основные области её применения: производство минеральных удобрений, металлургия, очистка нефтепродуктов.
Рис. 123.
Применение серной кислоты:
1-8 - производство химических продуктов и товаров (кислот 1, взрывчатых веществ 2, минеральных удобрений 3, электролитической меди 4, эмали 5, солей 6, искусственного шёлка 7, лекарств 8); 9 - очистка нефтепродуктов; 10 - в качестве электролита в аккумуляторах
Серную кислоту применяют также в производстве других кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарств, красок, в качестве электролита для свинцовых аккумуляторов. На рисунке 124 показано, какое количество серной кислоты (в %) от общего мирового производства используют в различных отраслях промышленности.
Рис. 124.
Доля расхода серной кислоты на различные нужды промышленного производства
Из солей серной кислоты наибольшее значение имеют уже известные вам сульфат натрия, или глауберова соль, Na 2 SO 4 10Н 2 O, гипс CaSO 4 2Н 2 O и сульфат бария BaSO4 (где их применяют?).
Медный купорос CuSO 4 5Н 2 O используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.
Производство серной кислоты . Получают серную кислоту в три стадии.
Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы:
1.Получение SO 2 . В качестве сырья применяют серу, колчедан или сероводород:
2.Получение SO 3 . Этот процесс вам уже известен - окисление кислородом проводят с использованием катализатора (запишите уранение реакции и дайте её полную характеристику).
3. Получение H 2 SO 4 . А вот здесь, в отличие от известной вам реакции, описываемой уравнением:
SO 3 + Н 2 O = H 2 SO 4 ,
процесс растворения оксида серы (VI) проводят не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получается знакомый вам олеум.
Производство серной кислоты создаёт немало экологических проблем. Выбросы и отходы сернокислотных заводов оказывают крайне негативное воздействие, вызывая поражения дыхательной системы у человека и животных, гибель растительности и подавление её роста, повышение коррозионного износа материалов, разрушение сооружений из известняка и мрамора, закисление почв и др.
Новые слова и понятия
- Сероводород и сульфиды.
- Сернистый газ, сернистая кислота, сульфиты.
- Серная кислота, разбавленная и концентрированная.
- Применение серной кислоты.
- Соли серной кислоты: глауберова соль, гипс, сульфат бария, медный купорос.
- Производство серной кислоты.
Задания для самостоятельной работы
- Какое из веществ проявляет только восстановительные, только окислительные или и окислительные, и восстановительные свойства: сера, сероводород, оксид серы (IV), серная кислота? Почему? Подтвердите свой ответ уравнениями соответствующих реакций.
- Охарактеризуйте: а) сернистый газ; б) оксид серы (VI) по плану: получение, свойства, применение. Напишите уравнения соответствующих реакций.
- Напишите уравнения реакций, характеризующих свойства разбавленной серной кислоты как электролита. Какое свойство является окислительно-восстановительным процессом? Какие реакции можно отнести к реакциям ионного обмена? Рассмотрите их с точки зрения теории электролитической диссоциации.
- Напишите уравнения реакций, лежащих в основе получения серной кислоты, согласно приведённой в параграфе схеме.
- В 400 мл воды растворили 40 г оксида серы (VI) (н. у.). Вычислите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.
- Дайте характеристику реакции синтеза оксида серы (VI), используя все изученные вами классификации реакций.
- В 5 л воды растворили 500 г медного купороса. Вычислите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе.
- Почему серную кислоту называют «хлебом химической промышленности»?
- (сернистый водород) H2S, бесцветный газ с запахом тухлых яиц; tпл?85,54 .С, tкип?60,35 .С; при 0 .С сжижается под давлением 1 МПа. Восстановитель. Побочный продукт при очистке нефтепродуктов, коксовании угля и др.; образуется при разложении… … Большой Энциклопедический словарь
СЕРОВОДОРОД - (H2S), бесцветный, ядовитый газ с запахом тухлых яиц. Образуется в процессах гниения, содержится в сырой нефти. Получают действием серной кислоты на сульфиды металлов. Используется в традиционном КАЧЕСТВЕННОМ АНАЛИЗЕ. Свойства: температура… … Научно-технический энциклопедический словарь
СЕРОВОДОРОД - СЕРОВОДОРОД, сероводорода, мн. нет, муж. (хим.). Газ, образующийся при гниении белковых веществ, издающий запах тухлых яиц. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
СЕРОВОДОРОД - СЕРОВОДОРОД, а, муж. Бесцветный газ с резким неприятным запахом, образующийся при разложении белковых веществ. | прил. сероводородный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
сероводород - сущ., кол во синонимов: 1 газ (55) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
СЕРОВОДОРОД - бесцветный ядовитый газ H2S с неприятным специфическим запахом. Обладает слабокислотными свойствами. 1 л С. при t 0 °C и давлении 760 мм составляет 1,539 г. Встречается в нефтях, в природных водах, в газах биохимического происхождения, как… … Геологическая энциклопедия
СЕРОВОДОРОД - СЕРОВОДОРОД, H2S (молекулярный вес 34,07), бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Литр газа при нормальных условиях (0°, 760 мм) весит 1,5392 г. Темп, кипения 62°, плавления 83°; С. входит в состав газообразных выделений… … Большая медицинская энциклопедия
сероводород - — Тематики биотехнологии EN hydrogen sulfide … Справочник технического переводчика
сероводород - СЕРОВОДОРОД, а, м Бесцветный газ с резким неприятным запахом, образующийся при разложении белковых веществ и представляющий собой соединение серы с водородом. Сероводород содержится в некоторых минеральных водах и лечебных грязях и используется… … Толковый словарь русских существительных
Книги
- Как бросить курить! (DVD) , Пелинский Игорь , "Нет ничего легче, чем бросить курить, - я уже тридцать раз бросал" (Марк Твен). Почему люди начинают курить? Чтобы расслабиться, отвлечься, собраться с мыслями, избавиться от стресса или… Категория: Психология. Бизнес Серия: Путь к здоровью и совершенству Издатель: Сова-Фильм , Купить за 275 руб
- Вестиментиферы – бескишечные беспозвоночные морских глубин , В. В. Малахов , Монография посвящена новой группе гигантских (до 2,5 м) глубоководных животных, обитающих в районах глубоководной гидротермальной активности и холодных углеводородных просачиваний. Наиболее… Категория: Медицина Издатель: Товарищество научных изданий КМК , Купить за 176 руб электронная книга (fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)
Пособие-репетитор по химии
Продолжение. Cм. в № 22/2005;
1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10/2009
ЗАНЯТИЕ 30
10-й класс (первый год обучения)
Сера и ее соединения
1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.
2. Происхождение названия.
3. Физические свойства.
4. Химические свойства.
5. Нахождение в природе.
6. Основные методы получения.
7. Важнейшие соединения серы (сероводород, сероводородная кислота и ее соли; сернистый газ, сернистая кислота и ее соли; триоксид серы, серная кислота и ее соли).
В периодической системе сера находится в главной подгруппе VI группы (подгруппа халькогенов). Электронная формула серы 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 4 , это р -элемент. В зависимости от состояния сера может проявлять валентность II, IV или VI:
S: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 3d 0 (валентность II),
S * : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 1 (валентность IV),
S ** : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 2 (валентность VI).
Характерные степени окисления серы –2, +2, +4, +6 (в дисульфидах, содержащих мостиковую связь –S–S– (например, FeS 2), степень окисления серы равна –1); в соединениях входит в состав анионов, с более электроотрицательными элементами – в состав катионов, например:
Сера – элемент с высокой электроотрицательностью, проявляет неметаллические (кислотные) свойства. Имеет четыре стабильных изотопа с массовыми числами 32, 33, 34 и 36. Природная сера на 95 % состоит из изотопа 32 S.
Русское название серы произошло от санскритского слова cira – светло-желтый, по цвету природной серы. Латинское название sulfur переводится как «горючий порошок». 1
Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а
Сера образует три аллотропные модификации : ромбическая (-сера), моноклинная (-сера) и пластическая , или каучукоподобная. Наиболее устойчива при обычных условиях ромбическая сера, а выше 95,5 °С стабильна моноклинная сера. Обе эти аллотропные модификации имеют молекулярную кристаллическую решетку, построенную из молекул состава S 8 , расположенных в пространстве в виде короны; атомы соединены одинарными ковалентными связями. Различие ромбической и моноклинной серы состоит в том, что в кристаллической решетке молекулы упакованы по-разному.
Если ромбическую или моноклинную серу нагреть до точки кипения (444,6 °С) и полученную жидкость вылить в холодную воду, то образуется пластическая сера, по свойствам напоминающая резину. Пластическая сера состоит из длинных зигзагообразных цепей. Эта аллотропная модификация неустойчива и самопроизвольно превращается в одну из кристаллических форм.
Ромбическая сера – твердое кристаллическое вещество желтого цвета; в воде не растворяется (и не смачивается), но хорошо растворяется во многих органических растворителях (сероуглерод, бензол и т.д.). Сера обладает очень плохой электро- и теплопроводностью. Температура плавления ромбической серы +112,8 °С, при температуре 95,5 °С ромбическая сера переходит в моноклинную:
Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а
По своим химическим свойствам сера является типичным активным неметаллом. В реакциях может быть как окислителем, так и восстановителем.
Металлы (+):
2Na + S = Na 2 S,
2Al + 3S Al 2 S 3 ,
Неметаллы (+/–)*:
2P + 3S P 2 S 3 ,
S + Cl 2 = SCl 2 ,
S + 3F 2 = SF 6 ,
S + N 2 реакция не идет.
Н 2 О (–). сера не смачивается водой.
Основные оксиды (–).
Кислотные оксиды (–).
Основания (+/–):
S + Cu(OH) 2 реакция не идет.
Кислоты (не окислители) (–).
Кислоты-окислители (+):
S + 2H 2 SO 4 (конц.) = 3SO 2 + 2H 2 O,
S + 2HNO 3 (разб.) = H 2 SO 4 + 2NO,
S + 6HNO 3 (конц.) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O.
В п р и р о д е сера встречается как в самородном состоянии, так и в виде соединений, важнейшими из которых являются пирит, он же железный, или серный, колчедан (FeS 2), цинковая обманка (ZnS), свинцовый блеск (PbS), гипс (CaSO 4 2H 2 O), глауберова соль (Na 2 SO 4 10H 2 O), горькая соль (MgSO 4 7H 2 O). Кроме того, сера входит в состав каменного угля, нефти, а также в различные живые организмы (в составе аминокислот). В организме человека сера концентрируется в волосах.
В л а б о р а т о р н ы х у с л о в и я х серу можно получить, используя окислительно-восстановительные реакции (ОВР), например:
H 2 SO 3 + 2H 2 S = 3S + 3H 2 O,
2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O.
В а ж н е й ш и е с о е д и н е н и я с е р ы
Сероводород (H 2 S) – бесцветный газ с удушающим неприятным запахом тухлых яиц, ядовит (соединяется с гемоглобином крови, образуя сульфид железа). Тяжелее воздуха, малорастворим в воде (2,5 объема сероводорода в 1 объеме воды). Связи в молекуле ковалентные полярные, sp 3 -гибридизация, молекула имеет угловое строение:
В химическом отношении сероводород достаточно активен. Он термически неустойчив; легко сгорает в атмосфере кислорода или на воздухе; легко окисляется галогенами, диоксидом серы или хлоридом железа(III); при нагревании взаимодействует с некоторыми металлами и их оксидами, образуя сульфиды:
2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O,
2H 2 S + 3O 2 2SO 2 + 2H 2 O,
H 2 S + Br 2 = 2HBr + S,
2H 2 S + SO 2 3S + 2H 2 O,
2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl,
H 2 S + Zn ZnS + H 2 ,
H 2 S + CaO CaS + H 2 O.
В лабораторных условиях сероводород получают действием на сульфиды железа или цинка сильных минеральных кислот или необратимым гидролизом сульфида алюминия:
ZnS + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 S,
Аl 2 SO 3 + 6HOH 2Al(OH) 3 + 3H 2 S.
Раствор сероводорода в воде – сероводородная вода, или сероводородная кислота . Слабый электролит, по второй ступени практически не диссоциирует. Как двухосновная кислота образует два типа солей – сульфиды и гидросульфиды :
например, Na 2 S – сульфид натрия, NaHS – гидросульфид натрия.
Сероводородная кислота проявляет все общие свойства кислот. Кроме того, сероводород, сероводородная кислота и ее соли проявляют сильную восстановительную способность. Например:
H 2 S + Zn = ZnS + H 2 ,
H 2 S + CuO = CuS + H 2 O,
Качественной реакцией на сульфид-ион является взаимодействие с растворимыми солями свинца; при этом выпадает осадок сульфида свинца черного цвета:
Pb 2+ + S 2– -> PbS,
Pb(NO 3) 2 + Na 2 S = PbS + 2NaNO 3 .
Оксид серы(IV) SO 2 – сернистый газ, сернистый ангидрид – бесцветный газ с резким запахом, ядовит. Кислотный оксид. Связи в молекуле ковалентные полярные, sp 2 -гибридизация. Тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде (в одном объеме воды – до 80 объемов SO 2), образует при растворении сернистую кислоту , существующую только в растворе:
H 2 O + SO 2 H 2 SO 3 .
По кислотно-основным свойствам сернистый газ проявляет свойства типичного кислотного оксида, сернистая кислота также проявляет все типичные свойства кислот:
SO 2 + CaO CaSO 3 ,
H 2 SO 3 + Zn = ZnSO 3 + H 2 ,
H 2 SO 3 + CaO = CaSO 3 + H 2 O.
По окислительно-восстановительным свойствам сернистый газ, сернистая кислота и сульфиты могут проявлять окислительно-восстановительную двойственность (с преобладанием восстановительных свойств). С более сильными восстановителями соединения серы(IV) ведут себя как окислители:
С более сильными окислителями они проявляют восстановительные свойства:
В промышленности диоксид серы получают:
При горении серы:
Обжигом пирита и других сульфидов:
4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 ,
2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2 .
К лабораторным методам получения относятся:
Действие сильных кислот на сульфиты:
Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + SO 2 + H 2 O;
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с тяжелыми металлами:
Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = СuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Качественные реакции на сульфит-ион – обесцвечивание «йодной воды» или действие сильных минеральных кислот:
Na 2 SO 3 + I 2 + 2NaOH = 2NaI + Na 2 SO 4 + H 2 O,
Ca 2 SO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + SO 2 .
Оксид серы(VI) SO 3 – триоксид серы, или серный ангидрид , – это бесцветная жидкость, которая при температуре ниже 17 °С превращается в белую кристаллическую массу. Ядовит. Существует в виде полимеров (мономерные молекулы существуют только в газовой фазе), связи в молекуле ковалентные полярные, sp 2 -гибридизация. Гигроскопичен, термически неустойчив. С водой реагирует с сильным экзо-эффектом. Реагирует с безводной серной кислотой, образуя олеум . Образуется при окислении сернистого газа:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q ,
n n SO 3 .
По кислотно-основным свойствам является типичным кислотным оксидом:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ,
SO 3 + CaO = CaSO 4 ,
По окислительно-восстановительным свойствам выступает сильным окислителем, обычно восстанавливаясь до SO 2 или сульфитов:
В чистом виде практического значения не имеет, является промежуточным продуктом при производстве серной кислоты.
Серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха. Хорошо растворима в воде (с большим экзо-эффектом). Гигроскопична, ядовита, вызывает сильные ожоги кожи. Является сильным электролитом. Серная кислота образует два типа солей: сульфаты и гидросульфаты , которые проявляют все общие свойства солей. Сульфаты активных металлов термически устойчивы, а сульфаты других металлов разлагаются даже при небольшом нагревании:
Na 2 SO 4 не разлагается,
ZnSO 4 ZnO + SO 3 ,
4FeSO 4 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2 ,
Ag 2 SO 4 2Ag + SO 2 + O 2 ,
HgSO 4 Hg + SO 2 + O 2 .
Раствор с массовой долей серной кислоты ниже 70 % обычно считается разбавленным; выше 70 % – концентрированным; раствор SO 3 в безводной серной кислоте называется олеум (концентрация триоксида серы в олеуме может достигать 65 %).
Разбавленная серная кислота проявляет все свойства, характерные для сильных кислот:
Н 2 SO 4 2H + + SO 4 2– ,
Н 2 SO 4 + Zn = ZnSO 4 + Н 2 ,
Н 2 SO 4 (разб.) + Cu реакция не идет,
Н 2 SO 4 + CaO = CaSO 4 + H 2 O,
CaCO 3 + Н 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2 .
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она окисляет многие металлы, неметаллы, а также некоторые органические вещества. Не окисляются под действием концентрированной серной кислоты железо, золото и металлы платиновой группы (правда, железо хорошо растворяется при нагревании в умеренно концентрированной серной кислоте с массовой долей 70 %). При взаимодействии концентрированной серной кислоты с другими металлами образуются сульфаты и продукты восстановления серной кислоты.
2Н 2 SO 4 (конц.) + Cu = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O,
5Н 2 SO 4 (конц.) + 8Na = 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O,
Н 2 SO 4 (конц.) пассивирует Fe, Al.
При взаимодействии с неметаллами концентрированная серная кислота восстанавливается до SO 2:
5Н 2 SO 4 (конц.) + 2Р = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O,
2Н 2 SO 4 (конц.) + C = 2H 2 O + CO 2 + 2SO 2 .
Контактный метод получения серной кислоты состоит из трех стадий:
1) обжиг пирита:
4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 ;
2) окисление SO 2 в SO 3 в присутствии катализатора – оксида ванадия:
3) растворение SO 3 в серной кислоте с получением олеума:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q ,
n SO 3 + H 2 SO 4 (конц.) = H 2 SO 4 n SO 3 .
Качественная реакция на сульфат-ион – взаимодействие с катионом бария, в результате чего выпадает белый осадок BaSO 4 .
Ba 2+ + SO 4 2– -> BaSO 4 ,
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl.
Тест по теме «Сера и ее соединения»
1. Сера и кислород – это:
а) хорошие проводники электричества;
б) относятся к подгруппе халькогенов;
в) хорошо растворимы в воде;
г) имеют аллотропные модификации.
2. В результате реакции серной кислоты с медью можно получить:
а) водород; б) серу;
в) сернистый газ; г) сероводород.
3. Сероводород – это:
а) ядовитый газ;
б) сильный окислитель;
в) типичный восстановитель;
г) один из аллотропов серы.
4. Массовая доля (в %) кислорода в серном ангидриде равна:
а) 50; б) 60; в) 40; г) 94.
5. Оксид серы(IV) является ангидридом:
а) серной кислоты;
б) сернистой кислоты;
в) сероводородной кислоты;
г) тиосерной кислоты.
6. На сколько процентов уменьшится масса гидросульфита калия после прокаливания?
в) гидросульфит калия термически устойчив;
7. Сместить равновесие в сторону прямой реакции окисления сернистого газа в серный ангидрид можно:
а) используя катализатор;
б) увеличивая давление;
в) уменьшая давление;
г) понижая концентрацию оксида серы(VI).
8. При приготовлении раствора серной кислоты необходимо:
а) наливать кислоту в воду;
б) наливать воду в кислоту;
в) порядок приливания не имеет значения;
г) серная кислота не растворяется в воде.
9. Какую массу (в г) декагидрата сульфата натрия необходимо добавить к 100 мл 8%-го раствора сульфата натрия (плотность равна 1,07 г/мл), чтобы удвоить массовую долю соли в растворе?
а) 100; б) 1,07; в) 30,5; г) 22,4.
10. Для определения сульфит-иона в качественном анализе можно использовать:
а) катионы свинца;
б) «йодную воду»;
в) раствор марганцовки;
г) сильные минеральные кислоты.
Ключ к тесту
| б, г | в | а, в | б | б | г | б, г | а | в | б, г |
Задачи и упражнения на серу и ее соединения
Ц е п о ч к и п р е в р а щ е н и й
1. Сера -> сульфид железа(II) -> сероводород -> сернистый газ -> триоксид серы > серная кислота > оксид серы(IV).
3. Серная кислота -> сернистый газ -> сера -> диоксид серы -> триоксид серы -> серная кислота.
4. Сернистый ангидрид -> сульфит натрия -> гидросульфит натрия -> сульфит натрия -> сульфат натрия.
5. Пирит -> сернистый газ -> серный ангидрид -> серная кислота -> оксид серы(IV) -> сульфит калия -> сернистый ангидрид.
6. Пирит > сернистый газ -> сульфит натрия -> сульфат натрия -> сульфат бария -> сульфид бария.
7. Сульфид натрия -> А -> В -> С -> D -> сульфат бария (все вещества содержат серу; первая, вторая и четвертая реакции – ОВР).
| У р о в е н ь А |
1. Через раствор, содержащий 5 г едкого натра, пропустили 6,5 л сероводорода. Определите состав полученного раствора.
Ответ. 7 г NaHS, 5,61 г H 2 S.
2. Какую массу глауберовой соли необходимо добавить к 100 мл 8%-го раствора сульфата натрия (плотность раствора равна 1,07 г/мл), чтобы удвоить массовую долю вещества в растворе?
Ответ. 30,5 г Na 2 SO 4 10H 2 O.
3. К 40 г 12%-го раствора серной кислоты добавили 4 г серного ангидрида. Вычислите массовую долю вещества в образовавшемся растворе.
Ответ. 22 % H 2 SO 4 .
4. Смесь сульфида железа(II) и пирита, массой 20,8 г, подвергли длительному обжигу, при этом образовалось 6,72 л газообразного продукта (н.у.). Определите массу твердого остатка, образовавшегося при обжиге.
Ответ. 16 г Fe 2 O 3 .
5. Имеется смесь меди, углерода и оксида железа(III) с молярным соотношением компонентов 4:2:1 (в порядке перечисления). Какой объем 96%-й серной кислоты (плотность равна 1,84 г/мл) нужен для полного растворения при нагревании 2,2 г такой смеси?
Ответ. 4,16 мл раствора H 2 SO 4 .
6. Для окисления 3,12 г гидросульфита щелочного металла потребовалось добавить 50 мл раствора, в котором молярные концентрации дихромата натрия и серной кислоты равны 0,2 моль/л и 0,5 моль/л соответственно. Установите состав и массу остатка, который получится при выпаривании раствора после реакции.
Ответ . 7,47 г смеси сульфатов хрома (3,92 г) и натрия (3,55 г).
| У р о в е н ь Б |
(задачи на олеум)
1. Какую массу триоксида серы надо растворить в 100 г 91%-го раствора серной кислоты, чтобы получить 30%-й олеум?
Решение
По условию задачи:
m (H 2 SO 4) = 100 0,91 = 91 г,
m (H 2 O) = 100 0,09 = 9 г,
(H 2 O) = 9/18 = 0,5 моль.
Часть добавленного SO 3 (m 1) пойдет на реакцию с H 2 O:
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4 .
По уравнению реакции:
(SO 3) = (H 2 O) = 0,5 моль.
m 1 (SO 3) = 0,5 80 = 40 г.
Вторая часть SO 3 (m 2) пойдет на создание концентрации олеума. Выразим массовую долю олеума:
m 2 (SO 3) = 60 г.
Суммарная масса триоксида серы:
m (SO 3) = m 1 (SO 3) + m 2 (SO 3) = 40 + 60 = 100 г.
Ответ . 100 г SO 3 .
2. Какую массу пирита необходимо взять для получения такого количества оксида серы(VI), чтобы, растворив его в 54,95 мл 91%-го раствора серной кислоты (плотность равна 1,82 г/см 3), получить 12,5%-й олеум? Выход серного ангидрида считать за 75 %.
Ответ . 60 г FeS 2 .
3. На нейтрализацию 34,5 г олеума расходуется 74,5 мл 40%-го раствора гидроксида калия (плотность равна 1,41 г/мл). Сколько молей серного ангидрида приходится на 1 моль серной кислоты в этом олеуме?
Ответ . 0,5 моль SO 3 .
4. При добавлении оксида серы(VI) к 300 г 82%-го раствора серной кислоты получен олеум с массовой долей триоксида серы 10%. Найдите массу использованного серного ангидрида.
Ответ . 300 г SO 3 .
5. При добавлении 400 г триоксида серы к 720 г водного раствора серной кислоты получен олеум с массовой долей 7,14 %. Найдите массовую долю серной кислоты в исходном растворе.
Ответ . 90 % H 2 SO 4 .
6. Найдите массу 64%-го раствора серной кислоты, если при добавлении к этому раствору 100 г триоксида серы получается олеум, содержащий 20 % триоксида серы.
Ответ . 44,4 г раствора H 2 SO 4 .
7. Какие массы триоксида серы и 91%-го раствора серной кислоты необходимо смешать для получения 1 кг 20%-го олеума?
Ответ . 428,6 г SO 3 и 571,4 г раствора H 2 SO 4 .
8. К 400 г олеума, содержащего 20 % триоксида серы, добавили 100 г 91%-го раствора серной кислоты. Найдите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.
Ответ . 92 % H 2 SO 4 в олеуме.
9. Найдите массовую долю серной кислоты в растворе, полученном при смешивании 200 г 20%-го олеума и 200 г 10%-го раствора серной кислоты.
Ответ . 57,25 % H 2 SO 4 .
10. Какую массу 50%-го раствора серной кислоты необходимо добавить к 400 г 10%-го олеума для получения 80%-го раствора серной кислоты?
Ответ . 296,67 г 50%-го раствора H 2 SO 4 .
Ответ . 114,83 г олеума.
К а ч е с т в е н н ы е з а д а ч и
1. Бесцветный газ А с резким характерным запахом окисляется кислородом в присутствии катализатора в соединение В, представляющее собой летучую жидкость. Вещество В, соединяясь с негашеной известью, образует соль С. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.
Ответ . Вещества: А – SO 2 , B – SO 3 , C – CaSO 4 .
2. При нагревании раствора соли А образуется осадок В. Этот же осадок образуется при действии щелочи на раствор соли А. При действии кислоты на соль А выделяется газ С, обесцвечивающий раствор перманганата калия. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.
Ответ . Вещества: А – Ca(HSO 3) 2 , B – CaSO 3 , C – SO 2 .
3. При окислении газа А концентрированной серной кислотой образуется простое вещество В, сложное вещество С и вода. Растворы веществ А и С реагируют между собой с образованием осадка вещества В. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.
Ответ . Вещества: А – H 2 S, B – S, C – SO 2 .
4. В реакции соединения двух жидких при обычной температуре оксидов А и В образуется вещество С, концентрированный раствор которого обугливает сахарозу. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.
Ответ . Вещества: А – SO 3 , B – H 2 O, C – H 2 SO 4 .
5. В вашем распоряжении имеются сульфид железа(II), сульфид алюминия и водные растворы гидроксида бария и хлороводорода. Получите из этих веществ семь различных солей (без использования ОВР).
Ответ . Соли: AlCl 3 , BaS, FeCl 2 , BaCl 2 , Ba(OH)Cl, Al(OH)Cl 2 , Al(OH) 2 Cl.
6. При действии концентрированной серной кислоты на бромиды выделяется сернистый газ, а на йодиды – сероводород. Напишите уравнения реакций. Объясните разницу в характере продуктов в этих случаях.
Ответ . Уравнения реакций:
2H 2 SO 4 (конц.) + 2NaBr = SO 2 + Br 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O,
5H 2 SO 4 (конц.) + 8NaI = H 2 S + 4I 2 + 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O.
1 См.: Лидин Р.А. «Справочник по общей и неорганической химии». М.: Просвещение, 1997.
* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.
Продолжение следует
Сероводород присутствует в искусственных газах . Он может входить также в состав и некоторых природных газов. Сероводород (Н 2 S) – это бесцветный газ, обладающий сильным специфическим запахом. Сероводород тяжелее воздуха. Его плотность составляет r 0 = 1.539 кг /м 3 . Сероводород является сильным нервным газом , а также раздражающе действует на дыхательные пути и глаза. Предельно допустимая концентрация Н 2 S составляет 0.01 мг /м 3 . При горении сероводорода образуется сернистый газ SO 2 , т.е. протекает следующая реакция:
2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O
Высшая теплота сгорания диоксида серы составляет Q в = 25.727 МДж /м 3 , низшая – 23.715 МДж /м 3 .
Диоксид серы имеет очень большую область воспламенения. Так, нижний предел составляет 4.3% об., верхний 45.5% об. Температура воспламенения его в воздухе составляет 290…487 0 С .
Работа в помещениях с высоким содержанием сернистого газа может привести к бронхиту, одышке и частичной потере сознания . Предельно допустимая концентрация диоксида серы составляет 0.02 мг /м 3 .
Пострадавшим от отравления сероводородом должна быть оказана первая помощь. Необходимо обеспечить доступ свежего воздуха и, в случае необходимости, провести искусственное дыхание . В случае поражения глаз необходимо перевезти пострадавшего в темную комнату и закапать глаза смесью новокаина с адреналином.
Пострадавшим от отравления диоксидом серы необходимо проводить промывание раствором соды носа и глаз. При наличии удушливого кашля применяют кодеин и щелочную ингаляцию .
Сероуглерод
Сероуглерод обычно присутствует в пиролизных газах, относящихся к группе искусственных газов. Он является бесцветной жидкостью со специфическим запахом. Плотность его при 20 0 С оставляет 2.263 кг /м 3 . Пар сероуглерода более чем в 2.5 раза тяжелее воздуха. При горении сероуглерода образуются сернистый и углекислый газы:
CS 2 + 3O 2 = CO 2 + 2SO 2 (5.6)
Пределы воспламеняемости сероуглерода в воздухе составляют: нижний - 1.25% об., верхний – 50% об.
Вдыхание высоких концентраций паров сероуглерода действует на организм человека наркотически. Длительное вдыхание небольших концентраций сероуглерода приводит к заболеваниям нервной системы. Предельно допустимая концентрация сероуглерода в рабочей зоне промышленных помещений составляет 0.01 мг /л .
Первая доврачебная помощь при отравлении сероуглеродом-проводить промывание раствором соды носа и глаз
Аммиак
Содержится он, как правило, в пиролизных газах, получаемых в процессе высокотем-ой перегонки каменного угля. С одной стороны аммиак – это ценный продукт, а с другой он обладает достаточно высокой токсичностью. По своим свойствам аммиак – это бесцветный газ с очень острым запахом. Всего лишь 10% раствора аммиака в воде составляет нашатырный спирт. Кратковременное вдыхание высоких концентраций приводит к сильному слезоточению и боли в глазах, а также вызывает приступы удушья, кашля, головокружения и рвоту. Кроме того, при значительных концентрациях может произойти также нарушение кровообращения и наступить смерть от сердечной недостаточности. Предельно доп. конц. аммиака в воздухе пром помещений составляет 0.02 мг /л . Осложнения последствий отравлений даже при незначительных концентрациях аммиака, может наступить при совместных действиях с сероводородом. Это может привести к потере обоняния и вызвать хронические катары дыхательных путей. При острых отравлениях аммиаком необходимо производить пострадавшему вдыхание паров уксусной кислоты и 10%-го раствора метанола в хлороформе.
Цианистый водород
Цианистый водород входит в состав искусственных газов, главным образом, пиролизных газов. Он образуется в результате взаимодействия аммиака с раскаленным коксом. Величина образующегося цианистого водорода зависит от ряда факторов: температуры, влажности каменного угля, а также содержания в нем азота. По своим физико-химическим свойствам цианистый водород представляет собой жидкость, имеющую специфический запах (запах горького миндаля).
Физические свойства
Газ, бесцветный, с запахом тухлых яиц, ядовит,
растворим в воде (в 1
V
H
2
O
растворяется 3
V
H
2
S
при н.у.);
t
°пл. = -86°
C
;
t
°кип. = -60°С.
Влияние сероводорода на организм:
Сероводород не только скверно пахнет, он еще и чрезвычайно ядовит. При вдыхании этого газа в большом количестве быстро наступает паралич дыхательных нервов, и тогда человек перестает ощущать запах – в этом и заключается смертельная опасность сероводорода.
Насчитывается множество случаев отравления вредным газом, когда пострадавшими были рабочие, на ремонте трубопроводов. Этот газ тяжелее, поэтому он накапливается в ямах, колодцах, откуда быстро выбраться не так-то просто.
Получение
1) H 2 + S → H 2 S (при t )
2) FeS + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 S
Химические свойства
1) Раствор H 2 S в воде – слабая двухосновная кислота.
Диссоциация происходит в две ступени:
H 2 S → H + + HS - (первая ступень, образуется гидросульфид - ион)
HS - → 2 H + + S 2- (вторая ступень)
Сероводородная кислота образует два ряда солей - средние (сульфиды) и кислые (гидросульфиды):
Na 2 S – сульфид натрия;
CaS – сульфид кальция;
NaHS – гидросульфид натрия;
Ca ( HS ) 2 – гидросульфид кальция.
2) Взаимодействует с основаниями:
H 2 S + 2 NaOH (избыток) → Na 2 S + 2 H 2 O
H 2 S (избыток) + NaOH → Na Н S + H 2 O
3) H 2 S проявляет очень сильные восстановительные свойства:
H 2 S -2 + Br 2 → S 0 + 2HBr
H 2 S -2 + 2FeCl 3 → 2FeCl 2 + S 0 + 2HCl
H 2 S -2 + 4Cl 2 + 4H 2 O →H 2 S +6 O 4 + 8HCl
3H 2 S -2 + 8HNO 3 (конц) →3H 2 S +6 O 4 + 8NO + 4H 2 O
H 2 S -2 + H 2 S +6 O 4 (конц) →S 0 + S +4 O 2 + 2H 2 O
(при нагревании реакция идет по - иному:
H 2 S -2 + 3H 2 S +6 O 4 (конц) → 4S +4 O 2 + 4H 2 O
4) Сероводород окисляется:
при недостатке O 2
2 H 2 S -2 + O 2 → 2 S 0 + 2 H 2 O
при избытке O 2
2H 2 S -2 + 3O 2 → 2S +4 O 2 + 2H 2 O
5) Серебро при контакте с сероводородом чернеет:
4 Ag + 2 H 2 S + O 2 → 2 Ag 2 S ↓ + 2 H 2 O
Потемневшим предметам можно вернуть блеск. Для этого в эмалированной посуде их кипятят с раствором соды и алюминиевой фольгой. Алюминий восстанавливает серебро до металла, а раствор соды удерживает ионы серы.
6) Качественная реакция на сероводород и растворимые сульфиды - образование темно-коричневого (почти черного) осадка PbS :
H 2 S + Pb(NO 3) 2 → PbS↓ + 2HNO 3
Na 2 S + Pb(NO 3) 2 → PbS↓ + 2NaNO 3
Pb 2+ + S 2- → PbS ↓
Загрязнение атмосферы вызывает почернение поверхности картин, написанных масляными красками, в состав которых входят свинцовые белила. Одной из основных причин потемнения художественных картин старых мастеров было использование свинцовых белил, которые за несколько веков, взаимодействуя со следами сероводорода в воздухе (образуются в небольших количествах при гниении белков; в атмосфере промышленных регионов и др.) превращаются в PbS . Свинцовые белила – это пигмент, представляющий собой карбонат свинца ( II ). Он реагирует с сероводородом, содержащимся в загрязнённой атмосфере, образуя сульфид свинца ( II ), соединение чёрного цвета:
PbCO 3 + H 2 S = PbS ↓ + CO 2 + H 2 O
При обработке сульфида свинца ( II ) пероксидом водорода происходит реакция:
PbS + 4 H 2 O 2 = PbSO 4 + 4 H 2 O ,
при этом образуется сульфат свинца ( II ), соединение белого цвета.
Таким образом реставрируют почерневшие масляные картины.
7) Реставрация:
PbS + 4 H 2 O 2 → PbSO 4 (белый) + 4 H 2 O
Сульфиды
Получение сульфидов
1) Многие сульфиды получают нагреванием металла с серой:
Hg + S → HgS
2) Растворимые сульфиды получают действием сероводорода на щелочи:
H 2 S + 2 KOH → K 2 S + 2 H 2 O
3) Нерастворимые сульфиды получают обменными реакциями:
CdCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + CdS↓
Pb(NO 3) 2 + Na 2 S → 2NaNO 3 + PbS↓
ZnSO 4 + Na 2 S → Na 2 SO 4 + ZnS↓
MnSO 4 + Na 2 S → Na 2 SO 4 + MnS↓
2SbCl 3 + 3Na 2 S → 6NaCl + Sb 2 S 3 ↓
SnCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + SnS↓
Химические свойства сульфидов
1) Растворимые сульфиды сильно гидролизованы, вследствие чего их водные растворы имеют щелочную реакцию:
K 2 S + H 2 O → KHS + KOH
S 2- + H 2 O → HS - + OH -
2) Сульфиды металлов, стоящих в ряду напряжений левее железа (включительно), растворимы в сильных кислотах:
ZnS + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 S
3)Нерастворимые сульфиды можно перевести в растворимое состояние действием концентрированной HNO 3 :
FeS 2 + 8HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + 2H 2 SO 4 + 5NO + 2H 2 O
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
Задание №1Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Cu → CuS → H 2 S → SO 2
Задание №2
Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций полного и неполного сгорания сероводорода. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель для каждой реакции, а так же процессы окисления и восстановления.
Задание №3
Запишите уравнение химической реакции сероводорода с раствором нитрата свинца (II) в молекулярном, полном и кратком ионном виде. Отметьте признаки этой реакции, является ли реакция обратимой?
Задание №4
Задание №5
Определите объём сероводорода (н.у.), образовавшегося при взаимодействии
соляной кислоты с 25% - ым раствором сульфида железа (II) массой 2 кг?
