Кислородные соединения серы кратко

Обновлено: 17.05.2024

Для получения серы используют реакцию Вакенродера (1) или получают ее неполным окислением сероводорода (2):

Из-за наличия нескольких степеней окисления сера способна проявлять и окислительные (в реакциях с металлами) и восстановительные (в реакциях с сильными окислителями) свойства:

Fe 0 -2e = Fe 2+ — процесс окисления (восстановитель)

S 0 +2e = S 2- — процесс восстановления (окислитель)

S 0 – 4e = S 4+ — процесс окисления (восстановитель)

O₂ 0 + 2e = 2O 2- — процесс восстановления (окислитель)

Сера взаимодействует с концентрированными растворами кислот (растворяется в них) и со щелочами (диспропорционирует):

Сероводород. Сероводородная кислота. Сульфиды

При нагревании серы с водородом происходит обратимая реакция в результате которой выделяется сероводород – бесцветный газ с запахом тухлых яиц, ядовитый и плохо растворимый в воде:

Однако, выход сероводорода в этой реакции невелик и для его получения чаще всего используют реакцию действия разбавленных кислот на сульфиды (соли сероводородной кислоты):

Водный раствор сероводорода – очень слабая кислота, диссоциация которой протекает в две ступени:

В связи с этим, для сероводородной кислоты характерна способность к образованию солей двух видов – средних – сульфидов (кислотный остаток — S 2- ) и кислых – гидросульфидов (кислотный остаток — HS — ).

Для сульфидов, как для солей образованных слабой кислотой, характерна способность к гидролизу. Сульфиды металлов, стоящих в ряду активности левее железа, растворимы в сильных кислотах:

Качественной реакцией на H₂S и растворимые в воде сульфиды является:

S 2- + Pb 2+ = PbS↓ (осадок черного цвета)

Оксид серы (IV). Сернистая кислота

Выделяют промышленные и лабораторные способы получения оксида серы (IV). Так, в промышленности (1), его получают при обжиге сульфидов, а в лаборатории (2) – при действии сильных кислот на сульфиты:

В водном растворе оксида серы (IV) возможно одновременное существование нескольких химических равновесий:

Образующаяся в результате сернистая кислота (H₂SO₃) является двухосновной, поэтому способна к образованию двух типов солей – средних — сульфитов (кислотный остаток SO₃ 2 ) и кислых — гидросульфитов (кислотный остаток HSO₂ — ).

Для оксида серы (IV), сернистой кислоты и её солей характерны химические свойства, которые можно разделить на 3 группы: кислотно-основные реакции (1), реакции окисления (2) и реакции восстановления (2):

Качественная реакция на SO₂ и сульфиты – обесцвечивание раствора перманганата калия:

Оксид серы (VI). Серная кислота

Оксид серы (VI) представляет собой бесцветную жидкость, которую получают окислением оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора (V₂O ₅):

Оксид серы (VI) хорошо растворим в воде (образуется серная кислота) и в 100%-ной серной кислоте (образуется олеум):

Серная кислота представляет собой тяжелую вязкую жидкость, которая хорошо смешивается с водой в любых отношениях. Водный раствор серной кислоты – сильная кислота. Поскольку H₂SO₄ двухосновная кислота, она способна образовывать два типа солей – средние – сульфаты (кислотный остаток SO₄ 2- ) и кислые – гидросульфиты (кислотный остаток HSO₄ — ).

При взаимодействии с металлами (как, стоящими в ряду активности до водорода, так и после него) серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Разбавленная серная кислота окисляет только металлы, стоящими в ряду активности до водорода:

Качественной реакцией на серную кислоту и растворимые сульфаты является образование осадка сульфата бария – осадка белого цвета, нерастворимого в щелочах и кислотах:

Примеры решения задач

Задание	Осуществите ряд превращений S→H₂S→SO₂→SO₃→H₂SO₄
Решение	Получение сероводорода из серы осуществляют путем её восстановления водородом:

Оксид серы (IV) из сероводорода получают путем его окисления кислородом:

Чтобы получить оксид серы (VI) из оксида серы (IV) необходимо окислить оксид серы (IV) кислородом:

Оксид серы (VI) типичный кислотный оксид, который при взаимодействии с водой образует кислоту, поэтому, для того, чтобы получить серную кислоту из оксида серы (VI) необходимо пропустить его через воду:

Задание

При взаимодействии серы с концентрированной азотной кислотой (массовая доля 60%, плотность раствора 1,27 г,мл) образовалась серная кислота и оксид азота (II) объемом 67,2 л (н.у.). Вычислите массу серы и объем раствора азотной кислоты, вступивших в реакцию.

Решение

Запишем уравнение реакции:

Найдем количество вещества оксида азота:

$n=\frac =\frac$

$n(NO)=\frac<67,2> =3$
моль.

Вычислим массу серы:

$n=\frac<m> $

Для расчета объема азотной кислоты необходимо знать её количество. По уравнению реакции для образования 2 моль оксида азота (II) необходимо 2 моль азотной кислоты:

Определим массу азотной кислоты:

Вычислим массу раствора азотной кислоты, зная массовую долю HNO₃ в растворе. По определению:

$\omega=\frac<m_<(B-BA)> >>\cdot 100%\ ,$

$m_<(P-PA)> =\frac\cdot 100><\omega>=\frac=315$
(г).

Определим объем раствора 60 %-ной азотной кислоты, необходимый для взаимодействия:

$V=\frac<m_<(P-PA)> >=\frac=229,9$
(мл).

Сера, проявляя степени окисления +4 и +6, образует два устойчивых оксида состава — оксид серы(IV), или сернистый газ, и — оксид серы(VI).

Оксид серы(IV)

Рис. 79. Структурная формула и шаростержневая модель молекулы сернистого газа

Оксид серы(IV) — вещество молекулярного строения ( рис. 79 ).

Физические свойства. Оксид серы(IV) при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом — запахом загорающейся спички. Газ токсичен. В одном объёме воды растворяется около 40 объёмов газа при 20 °С , что гораздо ниже, чем в случае хлороводорода и аммиака.

Рис. 80. Хранение сжиженного сернистого газа (сернистого ангидрида)

Температура его кипения намного выше, чем у кислорода, и равна –10 °С . Газ легко сжижается при комнатной температуре уже при небольшом давлении, что позволяет хранить и транспортировать сжиженный газ в баллонах ( рис. 80 ).

Химические свойства. В химических реакциях, протекающих без изменения степени окисления, оксид серы(IV) должен проявлять свойства кислотного оксида: с водой он должен образовывать кислоту, со щелочами и основными оксидами — соли. Поскольку низшая степень окисления серы равна –2 , а высшая +6, следует предположить, что для сернистого газа характерны реакции как с повышением степени окисления серы, так и с её понижением.

Рис. 81. Структурная формула и шаростержневая модель молекулы сернистой кислоты

Прокомментируем выше сказанное и поясним уравнениями химических реакций.

I. Реакции без изменения степени окисления.

1. Реакция с водой. При пропускании сернистого газа через воду, в которую добавлен лакмус, окраска меняется от фиолетовой до красной — образуется сернистая кислота:

Структурная формула сернистой кислоты изображена на рисунке 81.

Сернистая кислота является слабой. Как двухосновная кислота она диссоциирует ступенчато:

Это также означает, что сернистая кислота образует два ряда солей — средние (сульфиты) и кислые (гидросульфиты).

2. Реакция с растворами щелочей приводит к образованию солей. Состав продуктов зависит от мольного соотношения реагентов:

3. С основными оксидами сернистый газ также образует соли:

II. Реакции с изменением степени окисления.

Реакции с окислителями. Взаимодействие с кислородом приводит к образованию оксида серы(VI):

что свидетельствует о восстановительных свойствах оксида серы(IV).

Реакция обратимая, протекает со значительной скоростью лишь при повышенной температуре (более 440 °С ) в присутствии катализаторов (например, V₂O₅).

Реакции с восстановителями. Примером такой реакции может служить утилизация сернистого газа углеродом. Так получают серу из отходящих газов в металлургической промышленности:

Применение оксида серы(IV). Сернистый газ в промышленных масштабах является промежуточным продуктом при получении серной кислоты. Как пищевая добавка (Е220) он используется в пищевой промышленности в качестве консерванта. Им окуривают хранилища овощей, плодов и фруктов для обеззараживания. Его применяют для отбеливания шёлка и шерсти, так как хлор в данном случае использовать нельзя.

Сернистый газ образуется при сжигании серы и обжиге сульфидов металлов (например, пирита, сульфида цинка).

Оксид серы(IV) в лаборатории получают действием серной кислоты на сульфиты или медь:

Следует отметить, что сернистый газ — один из загрязнителей атмосферы. Его источником являются предприятия чёрной и цветной металлургии, теплоэлектростанции.

Оксид серы(VI)

Оксид серы(VI) — высший оксид серы ( рис. 82 ).

Оксид серы(VI) образуется при окислении сернистого газа кислородом или озоном:

Рис. 82. Структурная формула и масштабная модель молекулы оксида серы(VI)

Физические свойства. Оксид серы(VI) является бесцветной жидкостью в узком интервале температур: от 16,9 °С до 4 4,9 °С . Обладает удушающим запахом. При попадании на кожу вызывает тяжёлые ожоги.

Химические свойства. — типичный кислотный оксид и сильный окислитель. Как кислотный оксид реагирует с водой, образуя серную кислоту:

В реакциях со щелочами и основными оксидами образует соли:

Особым свойством оксида серы(VI) является его способность растворяться в серной кислоте.

Такой раствор называют олеумом. Он представляет собой дымящую на воздухе бесцветную маслянистую вязкую жидкость или даже кристаллы.

Олеум перевозят в стальных цистернах. Из него разбавлением получают серную кислоту нужной концентрации. При этом первоначально разбавляют серной кислотой, так как при вливании олеума в воду происходит вскипание, в результате чего образуется ядовитый сернокислотный туман.

В составе олеума, помимо серной кислоты, содержатся и другие кислоты серы(VI), например дисерная (или пиросерная):

Как окислитель SO₃ реагирует с восстановителями. Атомы серы в составе оксида имеют высшую степень окисления +6 и могут её только понижать, принимая электроны от восстановителей. Примером окислительных свойств оксида серы(VI) может служить реакция с фосфором как восстановителем:

Важнейшими кислородными соединениями серы являются два кислотных оксида — оксид серы(IV), или сернистый газ SO₂, и оксид серы(VI) SO₃. Как кислотные оксиды они образуют кислоты при взаимодействии с водой и соли в реакциях со щелочами и основными оксидами.

Оксид серы(IV) проявляет и окислительные, и восстановительные свойства, а оксид серы(VI) — только окислительные.

Вопросы, задания, задачи

1. Запишите формулы оксидов серы и соответствующих им кислот, укажите их названия.

2. Назовите области использования сернистого газа.

3. В колбу с дистиллированной водой непродолжительное время пропускали сернистый газ, а затем добавили несколько капель индикатора. Назовите окраску содержимого колбы, если этим индикатором был:

а) лакмус;
б) метилоранж;
в) фенолфталеин.

4. Для сернистого газа рассчитайте:

а) плотность при н. у. по формуле ;
б) относительную плотность по водороду;
в) относительную плотность по воздуху.

Реагенты

Оксид серы(IV)

Оксид серы(VI)

Сделайте вывод о сходстве и различии химических свойств указанных оксидов серы.

6. Рассчитайте, чему равен объём (н. у.) оксида серы(IV), прореагировавшего с раствором гидроксида натрия, если при этом образовалась средняя соль массой 37,8 г .

7. Составьте уравнения реакций согласно схеме, назовите каждое из исходных веществ:

8. Рассчитайте минимальный объём (н. у.) сернистого газа, который нужно пропустить через раствор массой 200 г с массовой долей гидроксида натрия 2 % , чтобы получить только кислую соль.

9. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:

Укажите, окислителем или восстановителем является SO₂.

10. Рассчитайте массовую долю серы в смеси, содержащей сульфит натрия количеством 0,5 моль и гидросульфит натрия количеством 0,2 моль .

*Самоконтроль

1. С наименьшими потерями сернистым газом можно наполнить сосуд:

а)

б)

в)

г)

2. При нормальных условиях оксид серы(VI):

а) не существует;
б) газ;
в) жидкость;
г) твёрдое вещество.

3. Относительно обоих оксидов серы(IV, VI) верно, что:

а) при растворении в воде образуют кислоты;
б) являются причиной загрязнения атмосферы и выпадения кислотных дождей;
в) реагируя со щелочами, могут образовывать и кислые, и средние соли;
г) могут реагировать с оксидом бария.

4. Оксид серы(VI) проявляет свойства кислотного оксида, реагируя с:

5. Сумма коэффициентов в уравнении реакции cернистого газа с избытком гидроксида калия в полной ионной форме равна:

Ключевые слова конспекта: соединения серы, сернистый газ, сульфаты, строение, получение, использование.

Оксид серы (IV) — сернистый газ

Оксид серы (IV) SO₂ – вещество молекулярного строения, молекула имеет угловую конфигурацию.
При обычных условиях оксид серы (IV) SO₂ – бесцветный газ с удушливым запахом, растворим в воде (1 объём воды при комнатной температуре растворяет 36 объёмов SO₂).

Оксид серы (IV) SO₂ – кислотный оксид.

Взаимодействует с водой, образуя сернистую кислоту (слабый электролит):

В водном растворе она ступенчато диссоциирует:

Наличие ионов водорода обусловливает изменение окраски индикатора. Например, при пропускании сернистого газа через раствор лакмуса окраска меняется с фиолетовой на красную.

Реагирует с основаниями и основными оксидами. В реакциях могут образовываться как средние соли, так и кислые соли (гидросульфиты). Например:

SO₂ + 2КОН = K₂SO₃ + H₂О или SO₂ + КОН = KHSO₃

Так как в SO₂ степень окисления серы промежуточная +4, для диоксида серы характерна окислительно-восстановительная двойственность. В реакциях с более сильными восстановителями SO₂ – окислитель:

А в реакциях с более сильными окислителями SO₂ – восстановитель:

В промышленности сернистый газ получают при обжиге пирита (FeS₂) и других сульфидов:

или сжиганием серы в кислороде: S + O₂ = SO₂

В лаборатории сернистый газ получают действием сильных кислот на сульфиты. Обычно используют концентрированную H₂SO₄ и твёрдый сульфит натрия Na₂SO₃:

Сульфаты

Сульфаты – соли серной кислоты. Серная кислота образует два ряда солей: средние (содержат сульфат–ион SO₄ 2– ) и кислые (содержат гидросульфат-ион HSO₄ – ).

Сульфаты можно рассматривать как ионные соединения, в узлах кристаллической решётки – катионы металлов и сульфат-анионы.

Сульфаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство сульфатов бесцветны, но окраска может быть обусловлена наличием того или иного катиона (например, медный купорос – кристаллы синего цвета, железный купорос – кристаллы светло–зелёного цвета и т. п.). Растворимость сульфатов в воде различна. Часто сульфаты кристаллизуются в виде кристаллогидратов.

Для распознавания сульфатов можно воспользоваться качественной реакцией на сульфат-ион. Реагентом является растворимая соль бария Ba(NO₃)₂, ВаCl₂, (СН₃СОО)₂Ва. При взаимодействии реагента с раствором сульфата выпадает белый кристаллический осадок:

Сероводород H₂S – это бинарное летучее водородное соединение соединение с серой. H₂S — бесцветный ядовитый газ, с неприятным удушливым запахом тухлых яиц. При концентрации > 3 г/м 3 вызывает смертельное отравление.

Сероводород тяжелее воздуха и легко конденсируется в бесцветную жидкость. Растворимость в воде H₂S при обычной температуре составляет 2,5.

В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Геометрическая форма молекулы сероводорода представляет собой сцепленные между собой атомы H-S-H с валентным углом 92,1 о .

Качественная реакция для обнаружения сероводорода

Для обнаружения анионов S 2- и сероводорода используют реакцию газообразного H₂S с Pb(NO₃)₂:

Влажная бумага, смоченная в растворе Pb(NO₃)₂ чернеет в присутствии H₂S из-за получения черного осадка PbS.

Химические свойства серы

H₂S является сильным восстановителем

При взаимодействии H₂S с окислителями образуются различные вещества — S, SО₂, H₂SO₄

Взаимодействие с кислотами-окислителями:

Взаимодействие со сложными окислителями:

Сероводородная кислота H₂S двухосновная кислота и диссоциирует по двум ступеням:

1-я ступень: H₂S → Н + + HS —

2-я ступень: HS — → Н + + S 2-

H₂S очень слабая кислота, несмотря на это имеет характерные для кислот химические свойства. Взаимодействует:

с малоактивными металлами (Аg, Си, Нg) при совместном присутствии окислителей:

с некоторыми солями сильных кислот, если образующийся сульфид металла нерастворим в воде и в сильных кислотах:

Реакция с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Сульфиды

Получение сульфидов

Непосредственно из простых веществ:

S + Fe → FeS

Восстановление сульфатов при прокаливании с углем:

Физические свойства сульфидов

Сульфиды – это бинарные соединения серы с элементами с меньшей электроотрицательностью, в том числе с некоторыми неметаллами (С, Si, Р, As и др.).

По растворимости в воде и кислотах сульфиды классифицируют на:

растворимые в воде — сульфиды щелочных металлов и аммония;

нерастворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах — сульфиды металлов, расположенных до железа в ряду активности (белые и цветные сульфиды ZnS, MnS, FeS, CdS);

нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах — черные сульфиды (CuS, HgS, PbS, Ag₂S, NiS, CoS)

гидролизуемые водой — сульфиды трехвалентных металлов (алюминия и хрома (III))

По цвету сульфиды можно разделить на:

Химические свойства сульфидов

Обратимый гидролиз сульфидов

Хорошо растворимыми в воде являются сульфиды щелочных металлов и аммония, но в водных растворах они в значительной степени подвергаются гидролизу. Реакция среды — сильнощелочная:

S 2- + H₂O → HS — + ОН —

Сульфиды щелочно-земельных металлов и Mg, при взаимодействии с водой подвергаются полному гидролизу и переходят в растворимые кислые соли — гидросульфиды:

При нагревании растворов сульфидов гидролиз протекает и по 2-й ступени:

Необратимый гидролиз сульфидов

Сульфиды некоторых металлов (Cr₂S₃, Fe₂S_3, Al₂S₃) подвергаются необратимому гидролизу, полностью разлагаясь в водных растворах:

Нерастворимые сульфиды гидролизу не подвергаются

NiS + HСl ≠

Некоторые из сульфидов растворяются в сильных кислотах:

Сульфиды Ag₂S, HgS, Hg₂S, PbS, CuS не pacтворяются не только в воде, но и во многих кислотах.

Сульфиды обладают восстановительными свойствами и вступают в реакции с окислителями:

Окислительный обжиг сульфидов является важной стадией переработки сульфидного сырья в различных производствах

Взаимодействия сульфидов с растворимыми солями свинца, серебра, меди являются качественными на ион S 2− :

Оксид серы (IV), диоксид серы, сернистый газ, сернистый ангидрид (SO₂)

Способы получения сернистого газа

Окисление серы, сероводорода и сульфидов кислородом воздуха:

Действие высокой температуры на сульфиты (термическое разложение):

Действие сильных кислот на сульфиты:

Взаимодействие концентрированной H₂SO₄ с восстановителями, например с неактивными металлами:

Физические свойства сернистого газа

При обычной температуре SO₂ — газ с резким запахом без цвета. В воде растворим хорошо — при 20°С в 1 л воды растворяется 40 л SO₂.

Химические свойства сернистого газа

SO₂ – типичный кислотный оксид. За счет того, что сера находится в промежуточной степени окисления (+4) SO₂ может проявлять свойства как окислителя так и восстановителя.

При растворении в воде SO₂ частично соединяется с молекулами воды с образованием слабой сернистой кислоты.

Как кислотный оксид, SO₂ вступает в реакции с щелочами и оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:

При взаимодействии с окислителями SO₂проявляет восстановительные свойства. При этом степень окисления серы повышается:

Обесцвечивание раствора перманганата калия KMnO₄ является качественной реакцией для обнаружения сернистого газа и сульфит-иона

SO₂ проявляет окислительные свойства при взаимодействии с сильными восстановителями, восстанавливаясь чаще всего до свободной серы:

Оксид серы (VI), триоксид серы, серный ангидрид (SO₃)

Способы получения серного ангидрида

SO₃ можно получить из SO₂путем каталитического окисления последнего кислородом:

Разложением сульфата железа (III):

Физические свойства серного ангидрида

SO₃ – тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде.

Химические свойства серного ангидрида

Оксид серы (VI) – это кислотный оксид.

Хорошо поглощает влагу и реагирует с водой образуя серную кислоту:

Как кислотный оксид, SO₃взаимодействует с щелочами и основными оксидами, образуются средние или кислые соли:

SO₃ + MgO → MgSO₄ (при сплавлении):

SO3 + ZnO = ZnSO4

SO₃проявляет сильные окислительные свойства, так как сера в находится в максимальной степени окисления (+6).

Вступает в реакции с восстановителями:

При растворении в концентрированной серной кислоте образует олеум (раствор SO₃ в H₂SO₄).

Сернистая кислота (H₂SO₃)

Способы получения сернистой кислоты

При растворении в воде SO₂ образует слабую сернистую кислоту, которая сразу частично разлагается:

Физические свойства сернистой кислоты

Сернистая кислота H₂SO₃ – двухосновная кислородсодержащая кислота. При обычных условиях неустойчива.

Валентность серы в сернистой кислоте равна IV, а степень окисления +4.

Химические свойства сернистой кислоты

Общие свойства кислот

Сернистая кислота – слабая кислота, диссоциирует в две стадии. Образует два типа солей:
кислые – гидросульфиты

Соли сернистой кислоты, сульфиты и гидросульфиты

Способы получения сульфитов

Соли сернистой кислоты получаются при взаимодействии SO₂ с щелочами и оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:

Физические свойства сульфитов

Сульфиты щелочных металлов и аммония растворимы в воде, сульфиты остальных металлов — нерастворимы или не существуют.

Гидросульфиты металлов хорошо растворимы в Н₂O, а некоторые из них, такие как Ca(HSO₃)₂ существуют только в растворе.

Химические свойства сульфитов

Cернистая кислота – двухосновная, образует нормальные (средние) соли — сульфиты Me_x(SO₃)_y и кислые соли — гидросульфиты Me(HSO₃)_x.

Водные растворы сульфитов подвергаются гидролизу. Реакция среды – щелочная(окрашивают лакмус в синий цвет):

Реакции, протекающие без изменения степени окисления:

Нормальные сульфиты в водных растворах, при избытке SO₂, переходят в гидросульфиты:

Ионно-обменные реакции с другими солями, протекающие с образованием нерастворимых сульфитов:

Сульфиты, также как и SO₂, могут быть как восстановителями, так и окислителями, т.к. атомы серы в анионах находятся в промежуточной степени окисления +4

Окисление водных растворов сульфитов, и гидросульфитов до сульфатов:

Твердые сульфиты при хранении на воздухе также медленно окисляются до сульфатов:

При нагревании сухих сульфитов с активными восстановителями (С, Mg, Al, Zn) сульфиты превращаются в сульфиды:

При нагревании сухих сульфитов до высоких температур сульфиты диспропорционируют, превращаются в смесь сульфатов и сульфидов:

Серная кислота (H₂SO₄)

Способы получения серной кислоты

В промышленности серную кислоту производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др.

Наиболее часто серную кислоту получают из пирита FeS₂.

Основные стадии получения серной кислоты включают:

1.Обжиг пирита в кислороде в печи для обжига с получением сернистого газа:

2. Очистка полученного сернистого газа от примесей в циклоне, электрофильтре.

3. Осушка сернистого газа в сушильной башне

4. Нагрев очищенного газа в теплообменнике.

5. Окисление сернистого газа в серный ангидрид в контактном аппарате:

6. Поглощение серного ангидрида серной кислотой в поглотительной башне – получение олеума.

Физические свойства, строение серной кислоты

При обычных условиях серная кислота – тяжелая бесцветная маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде. Максимальная плотность равна 1,84 г/мл

При растворении серной кислоты в воде выделяется большое количество теплоты. Поэтому, по правилам безопасности в лаборатории при приготовлении разбавленного раствора серной кислоты во избежание разбрызгивания необходимо наливать серную кислоту в воду тонкой струйкой по стеклянной палочке при постоянном перемешивании. Но не наоборот!

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Качественные реакции для обнаружения серной кислоты и сульфат ионов

Для обнаружения сульфат-ионов используют реакцию с растворимыми солями бария. В результате взаимодействия, образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

Химические свойства серной кислоты

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, образует два типа солей: средние – сульфаты, кислые – гидросульфаты.

Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени и достаточно по второй ступени:

Характерны все свойства кислот:

Реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами и аммиаком:

Вытесняетболее слабые кислоты из их солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.) и летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI):

Концентрированная серная кислота реагирует с твердыми солями, например нитратом натрия, хлорида натрия.

Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, расположенными в ряду напряжения металлов до водорода. В результате реакции образуются соль и водород:

Концентрированная серная кислота — сильный окислитель. Реакция с металлами протекает без вытеснения водорода из кислоты. В зависимости от активности металла образуются различные продукты реакции:

Активные металлы и цинк при обычной температуре с концентрированной серной кислотой образуют соль, сероводород (или серу) и воду:

Металлы средней активности с концентрированной H₂SO₄ образуют соль, серу и воду:

Такие металлы, как железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании, при удалении оксидной пленки реакция возможна.

Неактивные металлы восстанавливают концентрированную серную кислоту до сернистого газа:

В реакциях с неметаллами концентрированная серная кислота также проявляет окислительные свойства:

Концентрированная серная кислота широко используется в химических процессах как водоотнимающий агент, т.к. проявляет сильное водоотнимающее действие. В органической химии ее используют при получении спиртов, простых и сложных эфиров, альдегидов и т.д.

Соли серной кислоты, сульфаты, гидросульфаты

Способы получения солей серной кислоты

Сульфаты можно получить при взаимодействии серной кислоты с металлами, оксидами, гидроксидами (см. Химические свойства серной кислоты). А также при взаимодействии с другими солями, если продуктом реакции является нерастворимое соединение.

Физические свойства солей серной кислоты

Кристаллы разного цвета. Многие средние и кислые сульфаты растворимы в воде. Плохо растворяются или не растворяются в воде сульфаты многозарядных щёлочноземельных металлов (BaSO₄, RaSO₄), сульфаты лёгких щёлочноземельных металлов (CaSO₄, SrSO₄) и сульфат свинца.

Средние сульфаты щелочных металлов термически устойчивы. Кислые сульфаты щелочных металлов при нагревании разлагаются.

Многие средние сульфаты образуют устойчивые кристаллогидраты:

CuSO₄ ∙ 5H₂O − медный купорос

FeSO₄ ∙ 7H₂O − железный купорос

ZnSO₄ ∙ 7H₂O − цинковый купорос

KАl(SO4)₂ x 12H₂O – алюмокалиевые квасцы.

Химические свойства солей серной кислоты

Разложение сульфатов на различные классы соединений в зависимости от металла, входящего в состав соли.

Сера - элемент VIa группы 3 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к группе халькогенов - элементов VIa группы.

Сера - S - простое вещество имеет светло-желтый цвет. Использовалась еще до нашей эры в составе священных курений при религиозных обрядах.

Основное и возбужденное состояние атома серы

Электроны s- и p-подуровня способны распариваться и переходить на d-подуровень. Как и всегда, количество валентных электронов отражает количество возможных связей у атома.

В разных электронных конфигурациях сера способна принимать валентности: II, IV и VI.

Природные соединения

FeS₂ - пирит, колчедан
ZnS - цинковая обманка
PbS - свинцовый блеск (галенит), Sb₂S₃ - сурьмяный блеск, Bi₂S₃ - висмутовый блеск
HgS - киноварь
CuFeS₂ - халькопирит
Cu₂S - халькозин
CuS - ковеллин
BaSO₄ - барит, тяжелый шпат
CaSO₄ - гипс

В местах вулканической активности встречаются залежи самородной серы.

В промышленности серу получают из природного газа, который содержит газообразные соединения серы: H₂S, SO₂.

Серу можно получить разложением пирита

В лабораторных условиях серу можно получить слив растворы двух кислот: серной и сероводородной.

На воздухе сера окисляется, образуя сернистый газ - SO₂. Реагирует со многими неметаллами, без нагревания - только со фтором.

При нагревании сера бурно взаимодействует со многими металлами с образованием сульфидов.

При взаимодействии с концентрированными кислотами (при длительном нагревании) сера окисляется до сернистого газа или серной кислоты.

Сера вступает в реакции диспропорционирования с щелочами.

Сера вступает в реакции с солями. Например, в кипящем водном растворе сера может реагировать с сульфитами с образованием тиосульфатов.

Сероводород - H₂S

Бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Огнеопасен. Используется в химической промышленности и в лечебных целях (сероводородные ванны).

Сероводород получают в результате реакции сульфида алюминия с водой, а также взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами.

Сероводород плохо диссоциирует в воде, является слабой кислотой. Реагирует с основными оксидами, основаниями с образованием средних и кислых солей (зависит от соотношения основания и кислоты).

KOH + H₂S = KHS + H₂O (гидросульфид калия, избыток кислоты)

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Сероводород - сильный восстановитель (сера в минимальной степени окисления S 2- ). Горит в кислороде синим пламенем, реагирует с кислотами.

Качественной реакцией на сероводород является реакция с солями свинца, при котором образуется сульфид свинца.

Оксид серы - SO₂

Сернистый газ - SO₂ - при нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички).

В промышленных условиях сернистый газ получают обжигом пирита.

В лаборатории SO₂ получают реакцией сильных кислот на сульфиты. В ходе подобных реакций образуется сернистая кислота, распадающаяся на сернистый газ и воду.

Сернистый газ получается также в ходе реакций малоактивных металлов с серной кислотой.

С основными оксидами, основаниями образует соли сернистой кислоты - сульфиты.

Химически сернистый газ очень активен. Его восстановительные свойства продемонстрированы в реакциях ниже.

В присутствии сильных восстановителей SO₂ способен проявлять окислительные свойства (понижать степень окисления).

Сернистая кислота

Слабая, нестойкая двухосновная кислота. Существует лишь в разбавленных растворах.

Диссоциирует в водном растворе ступенчато.

В реакциях с основными оксидами, основаниями образует соли - сульфиты и гидросульфиты.

H₂SO₃ + KOH = H₂O + KHSO₃ (соотношение кислота - основание, 1:1)

С сильными восстановителями сернистая кислота принимает роль окислителя.

Как и сернистый газ, сернистая кислота и ее соли обладают выраженными восстановительными свойствами.

Оксид серы VI - SO₃

Является высшим оксидом серы. Бесцветная летучая жидкость с удушающим запахом. Ядовит.

В промышленности данный оксид получают, окисляя SO₂ кислородом при нагревании и присутствии катализатора (оксид ванадия - Pr, V₂O₅).

В лабораторных условиях разложением солей серной кислоты - сульфатов.

Является кислотным оксидом, соответствует серной кислоте. При реакции с основными оксидами и основаниями образует ее соли - сульфаты и гидросульфаты. Реагирует с водой с образованием серной кислоты.

SO₃ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O (основание в избытке - средняя соль)

SO₃ + KOH = KHSO₄ + H₂O (кислотный оксид в избытке - кислая соль)

SO₃ - сильный окислитель. Чаще всего восстанавливается до SO₂.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: