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

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 №1
Напишите 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

Сероводород пропустили через 18%-ый раствор сульфата меди (II) массой 200 г. Вычислите массу осадка, выпавшего в результате этой реакции.

Задание №5
Определите объём сероводорода (н.у.), образовавшегося при взаимодействии соляной кислоты с 25% - ым раствором сульфида железа (II) массой 2 кг?

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).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сероводород представляет собой бесцветный газ с характерным запахом гниющего белка.

Он немного тяжелее воздуха, сжижается при температуре -60,3 o С и затвердевает при -85,6 o С. На воздухе сероводород горит голубоватым пламенем, образуя диоксид серы и воду:

2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2 .

Если внести в пламя сероводорода какой-нибудь холодный предмет, например фарфоровую чашку, то температура пламени значительно понижается и сероводород окисляется только до свободной серы, оседающей на чашке в виде желтого налета:

2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S.

Сероводород легко воспламеняется; смесь его с воздухом взрывает. Сероводород очень ядовит. Длительное вздыхание воздуха, содержащего этот газ даже в небольших количествах, вызывает тяжелые отравления.

При 20 o С один объем воды растворяет 2,5 объема сероводорода. Раствор сероводорода в воде называется сероводородной водой. При стоянии на воздухе, особенно на свету, сероводородная воды скоро становится мутной от выделяющейся серы. Это происходит в результате окисления сероводорода кислородом воздуха.

Получение сероводорода

При высокой температуре сера взаимодействует с водородом, образуя газ сероводород.

Практически сероводород обычно получают действием разбавленных кислот на сернистые металлы, например на сульфид железа:

FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S.

Более чистый сероводород можно получитьпри гидролизе CaS, BaS или A1 2 S 3 . Чистейший газполучается прямой реакцией водорода и серы при 600 °С.

Химические свойства сероводорода

Раствор сероводорода в воде обладает свойствами кислота. Сероводород - слабая двухосновная кислота. Она диссоциирует ступенчато и в основном по первой ступени:

H 2 S↔H + + HS — (K 1 = 6×10 -8).

Диссоциация по второй ступени

HS — ↔H + + S 2- (K 2 = 10 -14)

протекает в ничтожно малой степени.

Сероводород - сильный восстановитель. При действии сильных окислителей он окисляется до диоксида серы или до серной кислоты; глубина окисления зависит от условий: температуры, рН раствора, концентрации окислителя. Например, реакция с хлором обычно протекает до образования серной кислоты:

H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 O = H 2 SO 4 + 8HCl.

Средние соли сероводорода называют сульфидами.

Применение сероводорода

Применение сероводорода довольно ограничено, что, в первую очередь связано с его высокой токсичностью. Он нашел применение в лабораторной практике в качестве осадителя тяжелых металлов. Сероводород служит сырьем для получения серной кислоты, серы в элементарном виде и сульфидов

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Определите во сколько раз тяжелее воздуха сероводород H 2 S.
Решение	Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа. Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. D air (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (air); D air (H 2 S) = 34 / 29 = 1,17. M r (H 2 S) = 2 ×A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34.
Ответ	Сероводород H 2 S тяжелее воздуха в 1,17 раз.

ПРИМЕР 2

Задание	Найдите плотность по водороду смеси газов, в которой объемная доля кислорода составляет 20%, водорода - 40%, остальное - сероводород H 2 S.
Решение	Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси: M r conditional (mixture) = φ (O 2) ×M r (O 2) + φ (H 2) ×M r (H 2) + φ (H 2 S) ×M r (H 2 S);

Сернистый газ имеет молекулярное строение, аналогичное озону. Атом серы, находящийся в центре молекулы, связан с двумя атомами кислорода. Этот газообразный продукт окисления серы не имеет цвета, издает резкий запах, при изменении условий легко конденсируется в прозрачную жидкость. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает антисептическими свойствами. В больших количествах получают SO 2 в химической промышленности, а именно в цикле сернокислотного производства. Газ широко используется для обработки сельскохозяйственных и пищевых продуктов, отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Систематические и тривиальные названия вещества

Необходимо разобраться в многообразии терминов, относящихся к одному и тому же соединению. Официальное название соединения, химический состав которого отражает формула SO 2 , — диоксид серы. ИЮПАК рекомендует использовать этот термин и его английский аналог — Sulfur dioxide. Учебники для школ и ВУЗов чаще упоминают еще такое название — оксид серы (IV). Римской цифрой в скобках обозначена валентность атома S. Кислород в этом оксиде двухвалентен, а окислительное число серы +4. В технической литературе используются такие устаревшие термины, как сернистый газ, ангидрид сернистой кислоты (продукт ее дегидратации).

Состав и особенности молекулярного строения SO 2

Молекула SO 2 образована одним атомом серы и двумя атомами кислорода. Между ковалентными связями имеется угол, составляющий 120°. В атоме серы происходит sp2-гибридизация — выравниваются по форме и энергии облака одного s и двух p-электронов. Именно они участвуют в образовании ковалентной связи между серой и кислородом. В паре О—S расстояние между атомами составляет 0,143 нм. Кислород более электроотрицательный элемент, чем сера, значит, связывающие пары электронов смещаются от центра к внешним углам. Вся молекула тоже поляризована, отрицательный полюс — атомы О, положительный — атом S.

Некоторые физические параметры диоксида серы

Оксид четырехвалентной серы при обычных показателях окружающей среды сохраняет газообразное агрегатное состояние. Формула сернистого газа позволяет определить его относительную молекулярную и молярную массы: Mr(SO 2) = 64,066, М = 64,066 г/моль (можно округлять до 64 г/моль). Этот газ почти в 2,3 раза тяжелее воздуха (М(возд.) = 29 г/моль). Диоксид обладает резким специфическим запахом горящей серы, который трудно перепутать с каким-либо другим. Он неприятный, раздражает слизистые покровы глаз, вызывает кашель. Но оксид серы (IV) не такой ядовитый, как сероводород.

Под давлением при комнатной температуре газообразный сернистый ангидрид сжижается. При низких температурах вещество находится в твердом состоянии, плавится при -72…-75,5 °C. При дальнейшем повышении температуры появляется жидкость, а при -10,1 °C вновь образуется газ. Молекулы SO 2 являются термически устойчивыми, разложение на атомарную серу и молекулярный кислород происходит при очень высоких температурах (около 2800 ºС).

Растворимость и взаимодействие с водой

Диоксид серы при растворении в воде частично взаимодействует с ней с образованием очень слабой сернистой кислоты. В момент получения она тут же разлагается на ангидрид и воду: SO 2 + Н 2 О ↔ Н 2 SO 3 . На самом деле в растворе присутствует не сернистая кислота, а гидратированные молекулы SO 2 . Газообразный диоксид лучше взаимодействует с прохладной водой, его растворимость понижается с повышением температуры. При обычных условиях может раствориться в 1 объеме воды до 40 объемов газа.

Сернистый газ в природе

Значительные объемы диоксида серы выделяются с вулканическими газами и лавой во время извержений. Многие виды антропогенной деятельности тоже приводят к повышению концентрации SO 2 в атмосфере.

Сернистый ангидрид поставляют в воздух металлургические комбинаты, где не улавливаются отходящие газы при обжиге руды. Многие виды топливных ископаемых содержат серу, в результате значительные объемы диоксида серы выделяется в атмосферный воздух при сжигании угля, нефти, газа, полученного из них горючего. Сернистый ангидрид становится токсичным для человека при концентрации в воздухе свыше 0,03 %. У человека начинается одышка, могут наступить явления, напоминающие бронхит и воспаление легких. Очень высокая концентрация в атмосфере диоксида серы может привести к сильному отравлению или летальному исходу.

Сернистый газ — получение в лаборатории и в промышленности

Лабораторные способы:

1. При сжигании серы в колбе с кислородом или воздухом получается диоксид по формуле: S + O 2 = SO 2 .
2. Можно подействовать на соли сернистой кислоты более сильными неорганическими кислотами, лучше взять соляную, но можно разбавленную серную:

• Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 SO 3 ;
• Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (разб.) = Na 2 SO 4 + H 2 SO 3 ;
• H 2 SO 3 = Н 2 О + SO 2 .

3. При взаимодействии меди с концентрированной серной кислотой выделяется не водород, а диоксид серы:

2H 2 SO 4 (конц.) + Cu = CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2 .

Современные способы промышленного производства сернистого ангидрида:

1. Окисления природной серы при ее сжигании в специальных топках: S + О 2 = SO 2 .
2. Обжиг железного колчедана (пирита).

Основные химические свойства диоксида серы

Сернистый газ является активным соединением в химическом плане. В окислительно-восстановительных процессах это вещество чаще выступает в качестве восстановителя. Например, при взаимодействии молекулярного брома с диоксидом серы продуктами реакции являются серная кислота и бромоводород. Окислительные свойства SO 2 проявляются, если пропускать этот газ через сероводородную воду. В результате выделяется сера, происходит самоокисление-самовосстановление: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.

Диоксид серы проявляет кислотные свойства. Ему соответствует одна из самых слабых и неустойчивых кислот — сернистая. Это соединение в чистом виде не существует, обнаружить кислотные свойства раствора диоксида серы можно с помощью индикаторов (лакмус розовеет). Сернистая кислота дает средние соли - сульфиты и кислые — гидросульфиты. Среди них встречаются стабильные соединения.

Процесс окисления серы в диоксиде до шестивалентного состояния в ангидриде серной кислоты — каталитический. Получившееся вещество энергично растворяется в воде, реагирует с молекулами Н 2 О. Реакция является экзотермической, образуется серная кислота, вернее, ее гидратированная форма.

Практическое использование сернистого газа

Основной способ промышленного производства серной кислоты, для которого нужен диоксид элемента, насчитывает четыре стадии:

1. Получение сернистого ангидрида при сжигании серы в особых печах.
2. Очищение полученного диоксида серы от всевозможных примесей.
3. Дальнейшее окисление до шестивалентной серы в присутствии катализатора.
4. Абсорбция триоксида серы водой.

Ранее почти всю двуокись серы, необходимую для производства серной кислоты в промышленных масштабах, получали при обжиге пирита как побочный продукт сталеплавильного производства. Новые виды переработки металлургического сырья меньше используют сжигание руды. Поэтому основным исходным веществом для сернокислотного производства в последние годы стала природная сера. Значительные мировые запасы этого сырья, его доступность позволяют организовать широкомасштабную переработку.

Диоксид серы находит широкое применение не только в химической промышленности, но и в других отраслях экономики. Текстильные комбинаты используют это вещество и продукты его химического взаимодействия для отбеливания шелковых и шерстяных тканей. Это один из видов бесхлорного отбеливания, при котором волокна не разрушаются.

Диоксид серы обладает отличными дезинфицирующими свойствами, что находит применение в борьбе с грибками и бактериями. Сернистым ангидридом окуривают хранилища сельскохозяйственной продукции, винные бочки и подвалы. Используется SO 2 в пищевой промышленности как консервирующее и антибактериальное вещество. Добавляют его в сиропы, вымачивают в нем свежие плоды. Сульфитизация
сока сахарной свеклы обесцвечивает и обеззараживает сырье. Консервированные овощные пюре и соки тоже содержат диоксид серы в качестве антиокислительного и консервирующего агента.