Реферат по производству серы
Обновлено: 03.07.2024
Сера - минерал лимонно-желтого цвета, иногда медово-жёлтого, желтовато-серого или коричневатого, представляет собой молекулярную серу – S, минерал очень хрупкий, твердость 1-2.
Бурый или чёрный цвет кристаллам могут придавать включения органики, капелек нефти.
Кристаллизуется в ромбической сингонии. Встречается в виде кристаллов пирамидальной формы и в зернистых агрегатах. Иногда наблюдаются натёчные почковидные формы и налёты, землистые массы.
Блеск алмазный, на изломе жирный, в кристаллах просвечивает. Самородная сера чувствительна к повышенным температурам, растрескивается даже от теплоты рук. От спички она легко плавится и загорается голубым пламенем.
Происхождение
Сера образуется исключительно на поверхности земной коры, в результате вулканических извержений, осаждаясь в виде возгонов, а иногда изливаясь в расплавленном виде. Образуется при выветривании сульфидов (главным образом пирита), или же накапливается в морских осадках, нефтях и битумах, биохимическим путём. Может ассоциировать с гипсом, выделяясь из его толщ. Большие скопления самородной серы в природе встречаются довольно редко. Чаще она присутствует во вмещающей породе в виде мелких вкраплений.
Месторождения
Залежи серы широко распространены на территории Средней Азии, месторождения Гаурдак, Шор-Су – в трещинах и пустотах различных осадочных пород в ассоциации с нефтью, гипсом,
целестином, кальцитом, арагонитом и др. В Кара-Кумской пустыне в виде бугров, прикрытых кремнистыми корками, в ассоциации с гипсом, кварцем, халцедоном, опалом и др. Большие осадочные месторождения
имеются в Поволжье (в районе города Куйбышева). Большой известностью пользуются месторождения Сицилии, мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США), Боливии, Мишрак и Ираке, Южная Польша, Штасфурт в Германии. Области вулканизма: Камчатка, Япония, Италия, Индонезия.
Главное применение сера имеет в производстве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленности; используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями, в резиновом производстве (процесс вулканизации каучука), при изготовлении спичек, красок, пиротехники.
Лечебные и магические свойства
Считается, что сера обладает свойством поглощать негативную энергию, помогает избегать конфликтов и ссор, усмиряет эмоциональные порывы.
Значительная часть природных лечебных методов базируется на использовании соединений серы, будь то долька чеснока или сероводородная ванна Мацесты. За оздоравливающий эффект здесь отвечают полисульфиды - соединения серы и сероводорода.
Сера издавна известна человеку. Сведения о ее использовании в Египте восходят ко второму тысячелетию до н. э. Знали серу и древние греки, и римляне. О ней упоминается в знаменитых произведениях Гомера, Плиния Старшего и в Библии. Серу с давних пор широко использовали в медицине. В лечебных целях издревле применяли ее и на Руси. Один из первых отечественных ученых, изучавших серу, М. В. Ломоносов писал: "Земля в своих недрах содержит такое количество серы, что не только ею заполнены подземелья. но это ископаемое выделяется даже на поверхности земли", отмечая в то же время, что встречается "она самородная и чистая, однакож редко". Несколько позже академик В. Севергин оценивал распространение серы уже более оптимистично: "Самородная сера чистая и в смешении с землями находится в России изобильно". Сейчас известно свыше 400 минералов, имеющих в своем составе серу. А ее содержание в земной коре составляет около 0,05%.
На наличие самородной серы в Крыму указывалось в середине прошлого века. О "розысках" здесь серы писал в 1849 г. "Горный журнал". Речь шла об окрестностях Чокракского озера на Керченском полуострове, где в известняке были обнаружены "весьма явственные, но весьма мелкие кристаллы самородной серы". Поручик Антипов провел здесь по распоряжению князя Воронцова разведочные работы с проходкой горных выработок. Оказалось, что сера приурочена только к выходам сероводородных источников. Ее образование было объяснено разложением сероводорода. "В заключение должен сказать, - пишет поручик, - что это месторождение серы не представляет какой-либо важности в техническом отношении, кроме одного целительного свойства источников, обещающих великую пользу". Тонкие белесые налеты серы можно наблюдать и в настоящее время у Чокракских и других источников сероводородных вод, например, в окрестностях Судака.
Самородная сера нередко образуется и при выветривании сульфидов - пирита и марказита. Ее находили в Крыму в связи с разнообразными горными породами: в мергелях у Феодосии, известняках окрестностей Бахчисарая, гранодиоритах вблизи Алушты. Сера этого типа входит обычно в состав землистых агрегатов в смеси с сульфатами и гидроксилами железа и представлена мельчайшими неправильными зернышками, иногда - кристалликами. Нередко ей сопутствует гипс. Тонкая порошковатая сера присутствует в илах соляных озер, например, Сакского.
Самые крупные скопления серы обнаружил в Крыму в 1883 г. Н. И. Андрусов на Керченском полуострове у деревни Чекур-Кояш. В дальнейшем оказалось, что здесь целое месторождение. Сера приурочена к гипсоносным глинам и мергелям и образует прослойки и желваки размерами от нескольких миллиметров до 30 см. Содержание ее в руде от 10 до 30%.
По одной из принятых гипотез самородная сера образовалась из гипса под действием обогащенных органическими веществами сероводородных вод при участии бактерий.
По нынешним масштабам месторождение выглядело бы скромным. Но в свое время оно сыграло важную роль. Дело в том, что до революции серу ввозили в Россию из-за границы. И Чекур-Кояшское месторождение одним из первых дало промышленную отечественную серу. Вот краткая история его освоения.
В прошлом веке кустарным способом было добыто лишь немного серы для местных нужд. Месторождение почти не изучалось. В 1906 г. его арендовала Бельгийская компания и начала геологическую разведку и подготовку к эксплуатации. Технический уровень работ был низким. Выработки плохо проветривались. Это привело к трагической гибели рабочего и администратора, отравившихся в забое серным газом, после чего работы были прекращены.
С начала первой мировой войны в стране сложилось критическое положение с серой, и по решению Военно-Промышленного Комитета в 1915 г. приступили к разведке Чекур-Кояша. В 1916 г. уже велась подготовка к отработке и попутная добыча. Было извлечено 1600 т. руды. Из нее вручную отобрали около 10 т. серы. Но в 1917 г. работы были прекращены и шахты залило водой.
Возрождение рудника началось со времени установления Советской власти в Крыму. Сначала небольшое количество серы получали на маленьком заводике из ранее добытой руды. Затем провели основательную геологическую разведку и подсчет запасов серы. В 1928 г. рудник и завод, практически построенные заново, начали давать серу. Добыча велась около 10 лет, и месторождение было выработано. Крымская сера в начальный период добычи играла важную роль. "Керченская сера имеет большое значение для Союза наших республик", - отмечалось в печати 30-х гг. С открытием и разработкой крупных месторождений Средней Азии сера Чекур-Кояша сохраняла лишь местное значение. В настоящее время на Керченском полуострове известно около десятка непромышленных проявлений серы.
Своеобразен внешний вид самородной серы. Цвет желтый разных оттенков, чаще соломенно-желтый. Блеск жирный. Сера образует пленки, землистые и порошковые массы, тонкие прослойки и желваки, реже встречается в правильных кристалликах. Характерны четырехгранные бипирамидки с усеченными вершинками самой распространенной ромбической, или так называемой альфа-серы. Она наиболее устойчива на поверхности земли. Любопытно, что в известняках района Керченского пролива С. П. Попов обнаружил в 1901 г., наряду с этой разновидностью, более редкие в природе пластинчатые кристаллы моноклинной (бета) серы. Это первая в мире находка бета-серы в условиях земной поверхности вне связи с вулканической деятельностью. Форма кристаллов бета-серы из Крыма но С. П. Попову прочно вошла в справочники по минералогии.
По твердости сера незначительно превосходит тальк - самый мягкий минерал шкалы Мооса. У талька твердость принята за 1, а у серы она составляет 1-2 по этой шкале. Сера в два раза тяжелее воды. Плотность ее около двух. Важным отличием является способность серы гореть. По Плинию Старшему, "никакое вещество столь удобно не возгорается, из чего явствует, что в ней заключена большая огненная сила". До появления современных представлений долгое время считали, что сера является носителем особого горючего вещества. Способность серы гореть можно использовать как надежный диагностический признак. Для проверки достаточно ничтожной крупинки вещества. Испытание можно провести на кончике лезвия перочинного ножа с помощью горящей спички пли спиртовки. Можно воспользоваться и раскаленной швейной иглой. Очень характерен и запах горящей серы, отличающий ее от других минералов. В тонких порошковатых и землистых выделениях сера бывает похожа на сульфаты железа. В отличие от многих сходных минералов сера растворяется в керосине и скипидаре.
Самородная сера нередко содержит до нескольких процентов примесей. В крымской сере установлены кальций, селен, мышьяк и некоторые другие элементы. Примеси могут ограничивать применение серы в отдельных отраслях промышленности.
Профессий у серы чрезвычайно много, причем издавна. "Польза ее весьма пространная, - писал в начале прошлого века В. Севергин. - Она употребляется различным образом в химии, во врачебном искусстве, на добывание серной кислоты, на приготовление киновари, огнестрельного пороха, в потешных огнях. на истребление насекомых". В настоящее время сера находит еще большее применение. Ежегодно в мире добывают десятки миллионов тонн самородной серы. Используют ее при производстве синтетических волокон, резины, красителей, в пищевой промышленности. Примерно половина добываемой серы идет на получение серной кислоты, четверть - в целлюлозно-бумажную промышленность, около 10% в сельское хозяйство. Крымскую серу применяли в основном для борьбы с вредителями виноградников и в санитарных целях.
Сера распространена в Крыму гораздо шире других минералов класса самородных элементов. Но найти хорошие ее образцы непросто. Приходится рассчитывать лишь на мельчайшие кристаллики в десятые доли миллиметра, различимые с помощью лупы, и на землистые и порошковатые налеты и выцветы в смеси с другими минералами. Но и такие образцы, особенно собственные находки, - отличный материал для коллекции
Происхождение серы
Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.
Когда образовались эти вкрапления — одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.
Теория сингенеза (т. е. одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ил образовал руду.
Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.
В 1961 году в Ираке было открыто месторождение Мишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями). Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.
Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриты превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы. Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.
Все это означает, что разнообразие теорий и гипотез о происхождении самородной серы — результат не только и не столько неполноты наших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще из элементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могут привести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.
Добыча серы
Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретён чёрный порох. Ведь сера (вместе с углём и селитрой) – непременный его компонент. В наше время сера - один из важнейших видов сырья для многих химических производств. Ежегодное мировое потребление серы составляет около 20 млн. тонн. Её промышленными потребителями являются самые различные производства: сернокислотное, бумажное, резиновое, спичечное и др. Сера широко используется также для борьбы с вредителями сельского хозяйства, в пиротехнике, и отчасти в медицине. По содержанию в земной коре(0,03%) сера относится к весьма распространённым элементам. Однако большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует некоторых рудах. Руда самородной серы - это порода с вкраплениями чистой серы. Когда образовались эти вкрапления - одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Серные руды добывают разными способами - в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов-соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания
Серные руды добывают разными способами—в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.
Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на обогатительную фабрику, а оттуда—на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу. Методы извлечения—различны. О некоторых из них будет рассказано ниже. А здесь уместно кратко описать скважинный метод добычи серы из-под земли, позволивший Соединенным Штатам Америки и Мексике стать крупнейшими поставщиками серы.
В конце прошлого века на юге Соединенных Штатов были открыты богатейшие месторождения серной руды. Но подступиться к пластам было непросто: в шахты (а именно шахтным способом предполагалось разрабатывать месторождение) просачивался сероводород и преграждал доступ к сере. Кроме того, пробиться к сероносным пластам мешали песчаные плывуны. Выход нашел химик Герман Фраш, предложивший плавить серу под" землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше 120° С) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 году начались испытания, приведшие к успеху.
В принципе установка Фраша очень несложна: труба в трубе. В пространство между трубами подается перегретая вода и по нему идет в пласт. А по внутренней, обогреваемой со всех сторон, трубе поднимается расплавленная сера. Современный вариант установки Фраша дополнен третьей — самой узкой трубой. Через нее в скважину подается сжатый воздух, который помогает поднять расплавленную серу на поверхность. Одно из основных достоинств метода Фраша — в том, что он позволяет уже на первой стадии добычи получить сравнительно чистую серу. При разработке богатых руд этот метод весьма эффективен.
А руду, полученную в карьерах и шахтах, приходится перерабатывать (часто с предварительным обогащением), используя для этого различные технологические приемы.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Италия стала родиной и пароводяных методов извлечения серы из руд. В 1859 году Джузеппе Джилль получил патент на свой аппарат — предшественник нынешних автоклавов. Автоклавный метод (значительно усовершенствованный, конечно) используется и сейчас во многих странах.
В России автоклавный способ был впервые применен инженером К. Г. Паткановым в 1896 году.
Современные автоклавы — это огромные аппараты высотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, на сероплавильном заводе Роздольского горнохимического комбината в Прикарпатье.
По-разному и удовлетворяют свои потребности в сере разные страны. Мексика и США используют в основном метод Фраша. Италия, занимающая по добыче серы третье место среди капиталистических государств, продолжает добывать и перерабатывать (разными методами) серные руды сицилийских месторождений и провинции Марко. У Японии есть значительные запасы серы вулканического происхождения. Франция и Канада, не имеющие самородной серы, развили крупное производство, ее из газов. Нет собственных серных месторождений и в Англии и Германии. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счёт переработки серосодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серу импортируют.
Россия полностью удовлетворяют свои потребности благодаря собственным источникам сырья. После открытия и освоения богатых Прикарпатских месторождений СССР и Польша значительно увеличили производство серы. Эта отрасль промышленности продолжает развиваться. Были построены новые крупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и в Туркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.
Лук и чеснок своим запахом также обязаны соединениям серы.
Сера - один из биогенных элементов. Сера входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов.
Человек содержит примерно 2 г серы на 1 кг своего веса.
Особенно богаты ею кровь, нервная ткань, печень, мышцы, скелет. Достаточно много серы в поверхностных слоях кожи, в составе меланина и кератина (ногти, волосы).
В данной работе раскрываются общие сведения о сере, ее нахождение в природе, об основных соединениях серы в различной степени окисления и их химические свойства.
Общая характеристика серы
Сера (S) имеет атомную массу 32,064. Электронная конфигурация атома серы
Атом серы имеет 6 валентных электронов, обладает большим радиусом и поэтому проявляет меньшую электротрицательность по сравнению с кислородом. Сера проявляет степени окисления -2; 0; +4; +6.
Сера может образовывать несколько аллотропных видеизменений. Это - ромбическая (октаэдрическая), пластическая и моноклинная сера.
Ромбическая сера - наиболее распространенное аллотропное видоизменение серы. Это кристаллическо вещество лимонно-желтого цвета, кристаллизующееся виде октаэдров. Плотность ромбической серы 2,07 г/см!
Она плавится при температуре 112,8 °С, кипит при 444,6 °С, в воде нерастворима, но хорошо растворяется в сероуглероде, бензоле и других органических растворителях. Температура воспламенения 360 °С.
Пластическая сера получается, если нагревать ромбическую серу почти до кипения и затем быстро вылить в стакан с холодной водой. Эта модификация серы обладает пластичностью в отличие от весьма хрупкой ромбической серы. Пластическая сера довольно быстро переходит в ромбическую.
В химическом отношении сера является активным веществом. Она довольно легко реагирует со многими металлами. Во всех случаях образуются сульфиды, например при нагревании серы с алюминиевым или цинковым порошком, а с натрием просто при растирании в ступке.
При пропускании водорода через пары серы образуется сероводород.
Возможны и другие реакции, в результате которых сера приобретает положительные степени окисления. Обычно это бывает при непосредственном взаимодействии серы с кислородом – горение серы
Поскольку у кислорода величина электроотрицательности больше, чем у серы, то в соединении SO2 сера проявляет степень окисления +4 и в данной реакции ведет себя как восстановитель.
Двуокись серы имеет следующую электронную структуру:
Более глубокое окисление серы до степени окисления +6 возможно при образовании серного ангидрида. В присутствии катализатора при температуре 400-500 °С оксид серы (IV) окисляется кислородом, образуя серный ангидрид:
Сера вступает во взаимодействие и со сложными органическими веществами.
Сера в природе. Применение серы
Несмотря на высокую химическую активность, сера довольно широко встречается в виде минерала, который называется самородной серой. Это почти исключительно ромбическая сера. Прочие аллотропные видоизменения серы в природе не встречаются.
Сера обычно вкраплена в различные горные породы, из которых ее довольно легко выплавить. Самородная сера чаще всего имеет вулканическое происхождение. Богаты самородной серой Кавказ, Каракумы, Керченский полуостров, Узбекистан.
Сера встречается также в виде сульфидов - сернистых металлов (пирит FeS2, цинковая обманка ZnS, свинцовый блеск РЬS), в виде сульфатов (глауберова соль Na2S04 ·10Н2O, гипс СаSO4 ∙ 2Н2O).
Свободная сера применяется главным образом в производстве серной кислоты, а также в бумажной промышленности, для вулканизации каучука, в производстве красителей, в сельском хозяйстве для уничтожения вредителей (опыление и окуривание виноградников и хлопчатника), в производстве спичек. В медицине сера используется в виде мазей вместе с другими веществами при чесотке и других кожных заболеваниях. Чистая сера неядовита.
Соединения серы (II)
Сера образует соединения с водородом (сульфид водорода, сероводород Н2S) и металлами (сульфиды Na2S, FеS и др.). Сульфиды можно рассматривать как производные сероводорода, т. е. соли сероводородной кислоты.
Сероводород. Молекула сероводорода построена по полярному типу связи:
Общие электронные пары сильно смещены в сторону атома серы как более электроотрицательного.
Сероводород - это газ тяжелее воздуха, с резким неприятным запахом тухлых яиц. Очень ядовит! Органы обоняния человека весьма чувствительны к сероводороду. При наличии в воздухе 1/2000 части сероводорода может наступить потеря обоняния. Хроническое отравление сероводородом в малых дозах вызывает потерю веса, головные боли.
В случае более сильных отравлений через некоторое время потерпевший может потерять сознание, а очень высокие концентрации вызывают смерть. При отравлениях сероводородом больного выносят на свежий воздух и дают ему вдыхать небольшие количества хлора, а также чистый кислород. Предельно допустимая концентрация сероводорода в рабочем помещении 1 мг/м 3 .
Сероводород переходит в жидкое состояние при температуре -60 °С. Он хорошо растворяется в воде, образуя при этом сероводородную воду, или, как ее еще называют, сероводородную кислоту.
Сероводород - один из лучших восстановителей. Он легко восстанавливает бромную и хлорную воду в бромоводородную или хлороводородную кислоты, при этом S 2- окисляется до нейтральной серы S 0 :
Сероводород горит. При достаточном доступе воздуха происходит полное сгорание:
В этом случае S -2 окисляется до S +4 (происходит отдача шести электронов), а кислород восстанавливается от О 0 до О -2 . При недостаточном доступе воздуха или снижении температуры пламени происходит неполное сгорание сероводорода:
Здесь окисление серы идет менее глубоко — до S 0 .
В лаборатории сероводород получают в аппарате Киппа при взаимодействии сульфида железа (или сульфида натрия) с разбавленной серной кислотой:
Сероводород, растворяясь в воде, образует слабую сероводородную кислоту, диссоциирующую по двум ступеням:
Диссоциация по второй ступени протекает в незначительной степени. Эта кислота настолько слабая, что ее иногда называют сероводородной водой.
Сероводородную кислоту из-за ее неустойчивости нельзя долго хранить в лаборатории. Раствор постепенно мутнеет в результате осаждения свободной серы:
В окислительно-восстановительных реакциях сероводородная кислота ведет себя как типичный восстановитель, например:
Сероводородная кислота проявляет общие свойства кислот. Например, такие металлы, как цинк, железо, с ней не реагируют, а натрий и кальций, попадая в сероводородную кислоту, реагируют не с ней, а с имеющейся в растворе водой, образуя щелочь, которая затем может вступить в реакцию с сероводородной кислотой. Так как эта кислота двухосновная, она может образовывать 2 рода солей - сульфиды и гидросульфиды.
Средние соли сероводородной кислоты - сульфиды - нерастворимы в воде, кроме солей натрия и калия, и имеют различную окраску: сульфиды свинца и железа - черную, цинка - белую, кадмия - желтую. Гидросульфиды хорошо растворимы в воде.
Реактивом на ион серы (II) S 2- является ион кадмия Cd 2+ , который в соединении с ионом серы дает нерастворимый в воде желтый осадок, например:
Соединения серы (IV)
Оксид серы (IV) SO2 - сернистый газ, тяжелее воздуха с резким неприятным запахом. Молекула SO2 построена по ковалентному типу связи, ее полярность слабо выражена.
При -10 °С и атмосферном давлении оксид серы (IV) превращается в жидкость, а затвердевает при -73 °С. Это соединение хорошо растворимо в воде (на 1 объем воды 40 объемов оксида серы) (IV); при этом наряду с растворением происходит взаимодействие с водой:
Получающаяся сернистая кислота является весьма непрочной, поэтому реакция обратима.
Оксид серы (IV) имеет большое промышленное значение. Его получают обжигом серного колчедана FеS2 (пирита) или серы:
В лаборатории оксид серы (IV) получают действием сильных кислот на соли сернистой кислоты, например действием серной кислоты на сульфит или гидросульфит натрия:
Оксид серы (IV) можно получить разложением солей сернистой кислоты, например сульфита кальция СаSO3 при нагревании:
Оксид серы (IV) ядовит. Нарушает обменные и ферментативные процессы. При острых отравлениях появляются хрипота, приступы сухого кашля, боли в груди, жжение в горле, слезотечение, одышка, иногда потеря сознания, при хронических отравлениях - рвота, синюшность. Предельно допустимая концентрация SO2 в воздухе 10 мг/м 3 . Если случаются выбросы SO2 в атмосферу на химических предприятиях, это существенно нарушает экологическую обстановку в регионе и наносит большой вред здоровью людей.
При взаимодействии с органическими красителями оксид серы (IV) может их обесцветить, но по другой причине, чем при обесцвечивании хлором: окисления не происходит, а возникает бесцветное соединение SO2 с красителем, которое со временем разрушается и окраска красителя восстанавливается.
В связи с тем что степень окисления серы в оксиде +4, т. е. условно с внешнего уровня атома серы отдано 4 электрона, для него существуют две возможности: либо он может дополнительно отдать оставшиеся на внешнем уровне 2 электрона, т. е. проявить свойства восстановителя, либо может принять некоторое количество электронов, т. е. проявить окислительные свойства.
Например, в присутствии сильного окислителя S +4 ведет себя как восстановитель:
Особое значение имеет окисление оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора V2O5 или при температуре 400-500 °С, в результате чего образуется оксид серы (VI) - серный ангидрид.
Этот процесс широко используется в производстве серной кислоты контактным способом.
В присутствии сильных восстановителей, например сероводорода, S +4 ведет себя как окислитель: SO2 + 2Н2S → 2Н2O + 3S.
Оксид серы (IV) применяется в промышленности для отбеливания при невозможности использования хлора, в производстве бумаги, для дезинфекции помещений и крупных резервуаров и т. д.
Как было уже сказано, при растворении оксида серы (IV) в воде образуется сернистая кислота - кислота средней силы. Она диссоциирует по двум ступеням:
Сернистая кислота нестойкая, быстро разлагается на оксид серы (IV) и воду:
В связи с этим реакция сернистой кислоты с металлами, более активными , чем водород, невозможна.
Будучи двухосновной, сернистая кислота может образовать 2 ряда солей: средние – сульфиты и кислые – гидросульфиты. Все сульфиты нерастворимы, за исключением сульфитов щелочных металлов и аммония. У гидросульфитов растворимость несколько выше. Все сульфиты и гидросульфиты могут разлагаться под действием сильных кислот:
При действии кислот на сульфиты и гидросульфиты выделяется оксид серы (IV), обладающий неприятным запахом.
Этой реакцией пользуются для того, чтобы отличить сульфиты от карбонатов, которые ведут себя аналогично, но оксид углерода (IV) запаха не имеет.
Соединения серы (VI)
Как уже упоминалось, при окислении оксида серы (IV) образуются оксид серы (VI), триоксид серы или серный ангидрид. Степень окисления +6 для серы является максимально положительной. Поэтому S +6 никогда не может вести себя как восстановитель.
Серный ангидрид - бесцветное кристаллическое вещество. Температура плавления его 17 °С, температура кипения 45 °С. Серный ангидрид настолько гигроскопичен, что хранить его в обычной посуде нельзя. Его хранят в запаянных стеклянных ампулах.
Это кислотный оксид, обладающий всеми типичными свойствами этой группы веществ. В частности, он может реагировать с водой, образуя серную кислоту:
Серный ангидрид является сильным окислителем и при взаимодействии с водой дает, как уже упоминалось, серную кислоту Н2SO4. Она принадлежит к числу сильных кислот. Серная кислота двухосновная и диссоциирует по двум ступеням:
Графическая формула серной кислоты:
Серная кислота - жидкость, почти вдвое тяжелее воды. Ее плотность при обычных условиях 1,83. Серная кислота затвердевает при 10 °С, ее 95%-й раствор кипит при 330 °С. Запаха и цвета серная кислота не имеет. С водой смешивается в любых соотношениях. Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением большого количества тепла, что может привести даже к закипанию раствора, поэтому при смешивании серной кислоты с водой следует наливать серную кислоту в воду, а не наоборот!
В противном случае первые порции воды могут закипеть и разбрызгать капли раствора серной кислоты, причинив сильные ожоги. Серная кислота - едкая жидкость, поэтому следует избегать попадания ее на кожу и одежду. В случае попадания необходимо быстро смыть ее большим количеством воды, а затем нейтрализовать раствором соды. Предельно допустимая концентрация паров серной кислоты в воздухе населенных мест 0,1 мг/м 3 . Серная кислота интенсивно адсорбирует влагу из воздуха, поэтому ее часто используют как поглотитель влаги в эксикаторах.
Если в серную кислоту опустить лучинку или поместить кусочек сахара, то они через некоторое время обугливаются. Это объясняется тем, что серная кислота отнимает у древесины и сахара воду, оставляя углерод.
Серная кислота является сильной и наиболее стойкой из известных минеральных кислот. Она может вытеснить из соли любую кислоту, на чем и основаны лабораторные способы получения различных кислот - азотной, хлороводородной:
Промышленный способ получения фосфорной кислоты:
Разбавленная серная кислота, как и все другие кислоты, реагирует с металлами, более активными, чем водород:
с основными оксидами:
Качественной реакцией на сульфат-ион SO4 2- является реакция с катионом бария, в результате которой выпадает белый осадок, нерастворимый в кислотах:
Концентрированная серная кислота — сильный окислитель, особенно при нагревании, так как входящая в ее состав сера S +6 может только принимать электроны, т. е. ведет себя как окислитель. Концентрированная серная кислота может реагировать с металлами, менее активными, чем водород, например с медью. При этом выделяется не водород, а оксид серы (IV) и вода:
Концентрированная серная кислота реагирует с металлами, более активными, чем водород, иначе, чем разбавленная. Цинк, например, из концентрированной серной кислоты не вытесняет водород, а восстанавливает серную кислоту до оксида серы (IV), свободной серы или сероводорода:
В лаборатории серную кислоту не получают, а в основе производственного процесса лежит последовательное окисление серы от S -2 (в пирите FеS2), через S +4 (SO2) до S +6 (SO3 и Н2SO4).
Серная кислота применяется в громадных количествах и в различных отраслях промышленности. Серную кислоту используют в производстве минеральных удобрений, таких, как суперфосфат, сульфат аммония; она является сырьем для получения ее солей, не встречающихся в природе, например медного купороса СиSO4 • 5Н2O, железного купороса FеSO4• 7Н2O.
Благодаря высокой химической стойкости серная кислота применяется для получения других кислот, например фтороводородной НF, хлороводородной НС1 и фосфорной Н3РO4, путем взаимодействия с их солями.
Серная кислота незаменима при очистке нефтепродуктов от примесей. Без серной кислоты невозможно изготовление нитрующей смеси (смесь азотной и серной кислот) и, следовательно, многих взрывчатых веществ (например, нитроглицерина, тротила, пироксилина). Серная кислота широко применяется при синтезе лекарственных веществ, в металлургии, производстве красителей. Разбавленные растворы серной кислоты применяются в производстве искусственных волокон. Ни одна химическая и медицинская лаборатория не может обойтись без серной кислоты.
Соли серной кислоты называются сульфатами.
Поскольку серная кислота является двухосновной, она образует 2 ряда солей: средние - сульфаты и кислые - гидросульфаты, например сульфат натрия Na2SO4, гидросульфат натрия NaНSO4. Сульфаты хорошо растворимы в воде, за исключением сульфата бария, сульфата свинца и малорастворимого сульфата кальция.
Медный купорос CuSO4 • 5Н2O - соль, которая в природе не встречается. Получают только искусственным путем. Применяется медный купорос в строительстве, полиграфии, сельском хозяйстве.
Железный купорос FеSO4• 7Н2O широко используется в сельском хозяйстве как протрава при крашении тканей, для изготовления красителей, для очистки и консервирования древесины и т. д.
Сульфат бария ВаSO4 нерастворим ни в воде, ни в кислотах, ни в органических растворителях и применяется при рентгеноскопии желудка и кишечника. Он совершенно не ядовит (растворимые соли бария являются сильными ядами
Список использованной литературы
Министерство образования и науки Российской Федерации [электронный ресурс].
1. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений– М.: Дрофа, 2010./
Читайте также: