§ 34. Кіслародныя злучэнні серы

Сера, выяўляючы ступені акіслення +4 і +6, утварае два ўстойлівыя аксіды саставу  — аксід серы(IV), або сярністы газ, і  — аксід серы(VI).

Аксід серы(IV)

Аксід серы(IV)  — рэчыва малекулярнай будовы (мал. 79).

Фізічныя ўласцівасці. Аксід серы(IV) пры нармальных умовах уяўляе сабой бясколерны газ з характэрным рэзкім пахам — пахам запалкі, якая загараецца. Газ таксічны. У адным аб’ёме вады раствараецца каля 40 аб’ёмаў газу пры 20 °С, што значна ніжэй, чым у выпадку хлоравадароду і аміяку. Тэмпература яго кіпення нашмат вышэйшая, чым у кіслароду, і роўная –10 °С. Газ лёгка звадкоўваецца пры пакаёвай тэмпературы ўжо пры невялікім ціску, што дазваляе захоўваць і транспартаваць звадкаваны газ у балонах (мал. 80).

Хімічныя ўласцівасці. У хімічных рэакцыях, якія праходзяць без змены ступені акіслення, аксід серы(IV) павінен праяўляць уласцівасці кіслотнага аксіду: з вадой ён павінен утвараць кіслату, са шчолачамі і асноўнымі аксідамі — солі. Паколькі найніжэйшая ступень акіслення серы роўная –2, а найвышэйшая +6, варта выказаць меркаванне, што для сярністага газу характэрны рэакцыі як з павышэннем ступені акіслення серы, так і з яе паніжэннем.

Пры павышэнні ступені акіслення атамы серы «губляюць» электроны. Гэта азначае, што аксід праяўляе ўласцівасці адноўніку — рэагуе з акісляльнікамі, напрыклад з кіслародам, хлорам. Паніжаючы ступень акіслення, атамы серы далучаюць электроны, а сярністы газ выступае ў ролі акісляльніку. Гэта адбываецца пры ўзаемадзеянні з моцнымі адноўнікам, напрыклад СО, РН₃.

Пракаментуем сказанае і растлумачым ураўненнямі хімічных рэакцый.

I. Рэакцыі без змены ступені акіслення.

1. Рэакцыя з вадой. Пры прапусканні сярністага газу праз ваду, у якую дададзены лакмус, афарбоўка мяняецца ад фіялетавай да чырвонай — утвараецца сярністая кіслата:

Структурная формула сярністай кіслаты паказана на малюнку 81.

Сярністая кіслата з’яўляецца слабай. Як двухасноўная кіслата яна дысацыіруе ступеньчата:

Гэта таксама азначае, што сярністая кіслата ўтварае два рады солей — сярэднія (сульфіты) і кіслыя (гідрасульфіты).

2. Рэакцыя з растворамі шчолачаў прыводзіць да ўтварэння солей. Састаў прадуктаў залежыць ад мольных суадносін рэагентаў:

2 : 1 або лішак шчолачы	(сульфіт натрыю)
1 : 1 або лішак кіслотнага аксіду	(гідрасульфіт натрыю)

3. З асноўнымі аксідамі сярністы газ таксама ўтварае солі:

СаО + SO₂ = СаSO₃.

II. Рэакцыі са змяненнем ступені акіслення.

Рэакцыі з акісляльнікамі. Узаемадзеянне з кіслародам прыводзіць да ўтварэння аксіду серы(VI):

,

што сведчыць аб аднаўленчых уласцівасцях аксіду серы(IV).

Рэакцыя абарачальная, працякае са значнай скорасцю толькі пры павышанай тэмпературы (больш за 440 °С) у прысутнасці каталізатараў (напрыклад, V₂O₅).

Рэакцыі з адноўнікамі. Прыкладам такой рэакцыі можа служыць утылізацыя сярністага газу вугляродам. Так атрымоўваюць серу з адыходзячых газаў у металургічнай прамысловасці:

Ужыванне аксіду серы(IV). Сярністы газ у прамысловых маштабах з’яўляецца прамежкавым прадуктам пры атрыманні сернай кіслаты. Як харчовая дабаўка (Е220) ён выкарыстоўваецца ў харчовай прамысловасці ў якасці кансерванту. Ім абкурваюць сховішчы гародніны, пладоў і садавіны для абеззаражвання. Яго ўжываюць для адбельвання шоўку і воўны, бо хлор у дадзеным выпадку выкарыстоўваць нельга.

Сярністы газ утвараецца пры спальванні серы і абпале сульфідаў металаў (напрыклад, пірыту, сульфіду цынку).

Аксід серы(IV) у лабараторыі атрымліваюць дзеяннем сернай кіслаты на сульфіты або медзь:

Варта адзначыць, што сярністы газ — адзін з забруджвальнікаў атмасферы. Яго крыніцай з’яўляюцца прадпрыемствы чорнай і каляровай металургіі, цеплаэлектрастанцыі.

Аксід серы(VI)

Аксід серы(VI)  — найвышэйшы аксід серы (мал. 82).

Аксід серы(VI) утвараецца пры акісленні сярністага газу кіслародам або азонам:

Фізічныя ўласцівасці. Аксід серы(VI) з’яўляецца бясколернай вадкасцю ў вузкім інтэрвале тэмператур: ад 16,9 °С да 44,9 °С. Валодае задушлівым пахам. Пры кантакце са скурай выклікае цяжкія апёкі.

Хімічныя ўласцівасці.  — тыповы кіслотны аксід і моцны акісляльнік. Як кіслотны аксід рэагуе з вадой, утвараючы серную кіслату:

У рэакцыях са шчолачамі і асноўнымі аксідамі ўтварае солі:

Асаблівай уласцівасцю аксіду серы(VI) з’яўляецца яго здольнасць растварацца ў сернай кіслаце.

Такі раствор называюць олеум. Ён уяўляе з сябе бясколерную алеістую ліпкую вадкасць, якая дыміцца на паветры, або нават крышталі.

Олеум перавозяць у стальных цыстэрнах. З яго развядзеннем атрымліваюць серную кіслату патрэбнай канцэнтрацыі. Пры гэтым першапачаткова разводзяць сернай кіслатой, бо пры ўліванні олеуму ў ваду адбываецца закіпанне, у выніку чаго ўтвараецца атрутны сернакіслотны туман.

У саставе олеуму, акрамя сернай кіслаты, утрымліваюцца і іншыя кіслоты серы(VI), напрыклад дысерная (або пірасерная):

SO₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₇.

Як акісляльнік SO₃ рэагуе з адноўнікам. Атамы серы ў саставе аксіду маюць найвышэйшую ступень акіслення +6 і могуць яе толькі паніжаць, прымаючы электроны ад адноўнікаў. Прыкладам акісляльных уласцівасцей аксіду серы(VI) можа служыць рэакцыя з фосфарам як адноўнікам:

Пытанні, заданні, задачы

1. Запішыце формулы аксідаў серы і адпаведных ім кіслот, пакажыце іх назвы.

2. Назавіце сферы прымянення сярністага газу.

3. У колбу з дыстыляванай вадой непрацяглы час прапускалі сярністы газ, а потым дадалі некалькі кропель індыкатару. Назавіце афарбоўку змесціва колбы, калі гэтым індыкатарам быў:

• а) лакмус;
• б) метыларанж;
• в) фенолфталеін.

4. Для сярністага газу разлічыце:

• а) шчыльнасць пры н. у. па формуле ;
• б) адносную шчыльнасць па вадародзе;
• в) адносную шчыльнасць па паветры.

5. Запоўніце табліцу «Хімічныя ўласцівасці аксідаў серы» адпаведнымі ўраўненнямі рэакцый для рэагентаў Н₂О, KОН, CaO, O₂.

Зрабіце выснову пра падабенства і адрозненне хімічных уласцівасцей названых аксідаў серы.

6. Разлічыце, чаму роўны аб’ём (н. у.) аксіду серы(IV), які прарэагаваў з растворам гідраксіду натрыю, калі пры гэтым утварылася сярэдняя соль масай 37,8 г.

7. Складзіце ўраўненні рэакцый паводле схемы, назавіце кожнае з зыходных рэчываў:

• а) ;
• б) .

8. Разлічыце мінімальны аб’ём (н. у.) сярністага газу, які трэба прапусціць праз раствор масай 200 г з масавай доляй гідраксіду натрыю 2 %, каб атрымаць толькі кіслую соль.

9. Расстаўце каэфіцыенты метадам электроннага балансу:

• а) ;
• б) .

Пакажыце, акісляльнікам або адноўнікам з’яўляецца SO₂.

10. Разлічыце масавую долю серы ў сумесі, якая змяшчае сульфіт натрыю колькасцю 0,5 моль і гідрасульфіт натрыю колькасцю 0,2 моль.

*Самакантроль

1. З найменшымі стратамі сярністым газам можна напоўніць сасуд:

а) 

б) 

в) 

г) 

2. Пры нармальных умовах аксід серы(VI):

• а) не існуе;
• б) газ;
• в) вадкасць;
• г) цвёрдае рэчыва.

3. Адносна абодвух аксідаў серы(IV, VI) слушна, што:

• а) пры растварэнні ў вадзе ўтвараюць кіслоты;
• б) з’яўляюцца прычынай забруджвання атмасферы і выпадзення кіслотных дажджоў;
• в) рэагуючы са шчолачамі, могуць утвараць і кіслыя, і сярэднія солі;
• г) могуць рэагаваць з аксідам барыю.

4. Аксід серы(VI) праяўляе ўласцівасці кіслотнага аксіду, рэагуючы з:

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

5. Сума каэфіцыентаў ва ўраўненні рэакцыі cярністага газу з лішкам гідраксіду калію ў поўнай іоннай форме роўная:

• а) 5;
• б) 7;
• в) 8;
• г) 9.