Print bookPrint book

§ 34. Кислородные соединения серы

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 34. Кислородные соединения серы
Printed by: Guest user
Date: Saturday, 18 May 2024, 2:41 AM

Сера, проявляя степени окисления +4 и +6, образует два устойчивых оксида состава straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 — оксид серы(IV), или сернистый газ, и straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 — оксид серы(VI).

Оксид серы(IV)

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

Оксид серы(IV) straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 — 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.

img
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.

При повышении степени окисления атомы серы «теряют» электроны. Это означает, что оксид проявляет свойства восстановителя, то есть реагирует с окислителями, например с кислородом, хлором. Понижая степень окисления, атомы серы присоединяют электроны, а сернистый газ выступает в роли окислителя. Это происходит при взаимодействии с сильными восстановителями, например, СО, РН3.

img
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:

SO subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O space rightwards arrow over leftwards arrow space straight H subscript 2 SO subscript 3.

Структурная формула сернистой кислоты изображена на рисунке 81.

img
Реакция сернистого газа с водой

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

straight H subscript 2 SO subscript 3 space rightwards arrow over leftwards arrow space straight Н to the power of plus stack space stack plus space HSO subscript 3 superscript negative space end superscript with гидросульфит minus ион below left parenthesis 1 minus straight я space ступень right parenthesis semicolon with blank below
space HSO subscript 3 superscript negative space end superscript rightwards arrow over leftwards arrow space straight Н to the power of plus space end exponent stack stack plus space space space space SO subscript 3 superscript 2 minus end superscript space space space space space space space space space space space with сульфит minus ион below left parenthesis 2 minus straight я space ст with blank below упень right parenthesis.

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:

2 NaOH space plus space SO subscript 2 space end subscript equals space Na subscript 2 SO subscript 3 space plus space straight H subscript 2 straight O
2 : 1 или избыток щёлочи
(сульфит натрия)
2 OH to the power of – space plus space SO subscript 2 space equals space SO subscript 3 superscript 2 minus end superscript space plus space straight H subscript 2 straight O
NaOH space plus space SO subscript 2 space equals space NaHSO subscript 3
1 : 1 или избыток кислотного оксида
(гидросульфит натрия)
OH to the power of – space plus space SO subscript 2 space equals space НSO subscript 3 superscript minus

3. С основными оксидами сернистый газ также образует соли:

СаО + SO2 = СаSO3.

II. Реакции с изменением степени окисления.

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

stack 2 straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space straight O with 0 on top subscript 2 space end subscript stack not stretchy rightwards arrow over leftwards arrow with space straight V subscript 2 straight O subscript 5 comma space t comma space p space on top stack space stack 2 straight S with plus 6 on top with blank on top with blank on top stack straight O with negative 2 on top subscript 3 with blank on top,

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).

img

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

begin mathsize 14px style straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space straight С with 0 on top space equals space straight S with 0 on top not stretchy downwards arrow space plus space stack 2 straight С with plus 4 on top straight O subscript 2. end style

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.

img

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:

begin mathsize 14px style Na subscript 2 SO subscript 3 space plus space straight Н subscript 2 SO subscript 4 space equals space Na subscript 2 SO subscript 4 space plus space straight Н subscript 2 straight О space plus space SO subscript 2 not stretchy upwards arrow semicolon
Cu space plus space 2 straight Н subscript 2 SO subscript 4 left parenthesis конц right parenthesis space end subscript stack equals space with t on top CuSO subscript 4 space plus space 2 straight Н subscript 2 straight О space plus space SO subscript 2 not stretchy upwards arrow. end style

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

Оксид серы(VI)

Оксид серы(VI) straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 — высший оксид серы (рис. 82).

img

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

begin mathsize 14px style stack 2 straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space straight O subscript 2 space rightwards arrow over leftwards arrow space stack 2 straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 semicolon number space number space stack number space straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space straight O subscript 3 space equals space stack space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space plus space straight O subscript 2. end style

img
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 44,9 °С. Обладает удушающим запахом. При попадании на кожу вызывает тяжёлые ожоги.

Химические свойства. straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 — типичный кислотный оксид и сильный окислитель. Как кислотный оксид реагирует с водой, образуя серную кислоту:

stack space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space plus space straight H subscript 2 straight O space equals space straight H subscript 2 straight S with plus 6 on top straight O subscript 4 plus Q.

В реакциях со щелочами и основными оксидами образует соли:

stack space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space plus space СаO space equals space straight С аS with plus 6 on top straight O subscript 4 semicolon
stack space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space plus space 2 NaOH space equals space Na subscript 2 straight S with plus 6 on top straight O subscript 4 space plus space straight H subscript 2 straight O.

ul

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.

img

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

SO3 + H2SO4 = H2S2O7.

img

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:

begin mathsize 14px style stack 5 straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 space plus space 2 straight Р space equals space straight Р subscript 2 straight O subscript 5 space plus stack space 5 straight S with plus 4 on top straight O subscript 2. end style

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) stack space straight S with plus 4 on top straight O subscript 2 проявляет и окислительные, и восстановительные свойства, а оксид серы(VI) stack space straight S with plus 6 on top straight O subscript 3 — 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 begin mathsize 14px style straight rho equals M over V subscript straight m space left parenthesis straight г divided by дм cubed right parenthesis end style;
  • б) относительную плотность по водороду;
  • в) относительную плотность по воздуху.

5. Заполните таблицу «Химические свойства оксидов серы» соответствующими уравнениями реакций для реагентов Н2О, КОН, CaO, O2.

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:

  • а) begin mathsize 14px style straight S space stack not stretchy rightwards arrow space with 1 on top straight Н subscript 2 straight S stack space not stretchy rightwards arrow with 2 on top space SO subscript 2 stack space not stretchy rightwards arrow with 3 on top space straight Н subscript 2 SO subscript 3 stack space not stretchy rightwards arrow with 4 on top space KHSO subscript 3 end style;
  • б) begin mathsize 14px style ZnS space stack space not stretchy rightwards arrow with 1 on top space SO subscript 2 stack space not stretchy rightwards arrow with 2 on top space SO subscript 3 stack space not stretchy rightwards arrow space with 3 on top straight H subscript 2 SO subscript 4 stack space not stretchy rightwards arrow space with 4 on top Na subscript 2 SO subscript 4 end style.

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:

  • а) begin mathsize 14px style SO subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight S space rightwards arrow space straight S space plus space straight H subscript 2 straight O end style;
  • б) begin mathsize 14px style KMnO subscript 4 space plus space SO subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O space rightwards arrow space straight K subscript 2 SO subscript 4 space end subscript plus space MnSO subscript 4 space plus space straight H subscript 2 SO subscript 4 end style.

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) Вариант <i>а</i>
б) Вариант <i>б</i>
в) Вариант <i>в</i>
г) Вариант <i>г</i>

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:

  • а) О2;
  • б) Na2O;
  • в) Са(ОН)2;
  • г) СаО.

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

  • а) 5;
  • б) 7;
  • в) 8;
  • г) 9.