Сернистый газ — физические свойства, получение и применение. Сернистый газ

Оксид серы (сернистый газ, серы диоксид, ангидрид сернистый) - это бесцветный газ, имеющий в в нормальных условиях резкий характерный запах (похож на запах загорающейся спички). Сжижается под давлением при комнатной температуре. Сернистый газ растворим в воде, при этом образуется нестойкая серная кислота. Также это вещество растворяется в серной кислоте и этаноле. Это один из основных компонентов, входящих в состав вулканических газов.

1. Диоксид серы растворяется в воде, при этом образуется сернистая кислота. В обычных условиях данная реакция обратима.

SO2 (диоксид серы) + H2O (вода) = H2SO3 (сернистая кислота).

2. С щелочами диоксид серы образует сульфиты. Например: 2NaOH (гидроксид натрия) + SO2 (сернистый газ)= Na2SO3 (сульфит натрия) + H2O (вода).

3. Химическая активность сернистого газа достаточно велика. Наиболее выражены восстановительные свойства сернистого ангидрида. В таких реакциях степень окисления серы повышается. Например: 1) SO2 (диоксид серы) + Br2 (бром) + 2H2O (вода) = H2SO4 (серная кислота) + 2HBr (бромоводород); 2) 2SO2 (диоксид серы) + O2 (кислород) = 2SO3 (сульфит); 3) 5SO2 (диоксид серы) + 2KMnO4 (перманганат калия) + 2H2O (вода) = 2H2SO4 (серная кислота) + 2MnSO4 (сульфат марганца) + K2SO4 (сульфат калия).

Последняя реакция - это пример качественной реакции на SO2 и SO3. Происходит обесцвечивание раствора фиолетового цвета).

4. В условиях присутствия сильных восстановителей сернистый ангидрид может проявлять свойства окислительные. Например, для того чтобы в металлургической промышленности извлечь серу из отходящих газов, используют восстановление диоксида серы оксидом углерода (CO): SO2 (диоксид серы) + 2CO (оксид углерода) = 2CO2 + S (сера).

Также окислительные свойства этого вещества используют в целях получения фосфорноваристой ксилоты: PH3 (фосфин) + SO2 (сернистый газ) = H3PO2 (фосфорноваристая кислота) + S (сера).

Где применяют сернистый газ

В основном диоксид серы используют для получения кислоты серной. Также его применяют как в производстве слабоалкогольных напитков (вино и другие напитки средней ценовой категории). Благодаря свойству этого газа убивать различные микроорганизмы, им окуривают складские помещения и овощехранилища. Помимо этого, оксид серы используют для отбеливания шерсти, шелка, соломы (тех материалов, которые нельзя отбелить хлором). В лабораториях сернистый газ применяют в качестве растворителя и в целях получения различных солей кислоты сернистой.

Физиологическое воздействие

Сернистый газ обладает сильными токсическими свойствами. Симптомы отравления - это кашель, насморк, охриплость голоса, своеобразный привкус во рту, сильное першение в горле. При вдыхании диоксида серы в высоких концентрациях возникает затруднение глотания и удушье, расстройство речи, тошнота и рвота, возможно развитие острого отека легких.

ПДК сернистого газа:
- в помещении - 10 мг/м³;
- среднесуточная максимально-разовая в атмосферном воздухе - 0,05 мг/м³.

Чувствительность к диоксиду серы у отдельных людей, растений и животных различна. Например, среди деревьев наиболее устойчивы дуб и береза, а наименее - ель и сосна.

Сероводород – H2S

Соединения серы -2, +4, +6. Качественные реакции на сульфиды, сульфиты, сульфаты.

Получение при взаимодействии:

1. водорода с серой при t – 300 0

2. при действии на сульфиды минеральных кислот:

Na 2 S+2HCl =2 NaCl+H 2 S

Физические свойства:

газ без цвета, с запахом тухлых яиц, ядовит, тяжелее воздуха, растворяясь в воде, образует слабую сероводородную кислоту.

Химические свойства

Кислотно-основные свойства

1. Раствор сероводорода в воде – сероводородная кислота – является слабой двухосновной кислотой, поэтому диссоциациирует ступенчато:

H 2 S ↔ HS - + H +

HS - ↔ H - + S 2-

2.Сероводородная кислота имеет общие свойства кислот, реагирует с металлами, основными оксидами, основаниями, солями:

H 2 S + Ca = CaS + H 2

H 2 S + CaO = CaS + H 2 O

H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O

H 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + H 2 SO 4

Все кислые соли – гидросульфиды – хорошо растворимы в воде. Нормальные соли- сульфиды - растворяются в воде по–разному: хорошо растворимыми являются сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов, сульфиды остальных металлов в воде нерастворимы, а сульфиды меди, свинца, ртути и некоторых других тяжелых металлов не растворяются даже в кислотах (кроме азотной кислоты)

CuS+4HNO 3 =Cu(NO 3) 2 +3S+2NO+2H 2 O

Растворимые сульфиды подвергаются гидролизу – по аниону.

Na 2 S ↔ 2Na + + S 2-

S 2- +HOH ↔HS - +OH -

Na 2 S + Н 2 О ↔ NaНS + NaOH

Качественной реакцией на сероводородную кислоту и её растворимые соли (т.е. на сульфид-ион S 2-) является взаимодействие их с растворимыми солями свинца, при этом образуется осадок PbS черного цвета

Na 2 S + Pb(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + PbS↓

Pb 2+ + S 2- = PbS↓

Проявляет только восстановительные свойства, т.к. атом серы имеет низшую степень окисления -2

1. с кислородом

а) с недостатком

2H 2 S -2 +O 2 0 = S 0 +2H 2 O -2

б) с избытком кислорода

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

2. с галогенами (обесцвечивание бромной воды)

H 2 S -2 +Br 2 =S 0 +2HBr -1

3. с конц. HNO 3

H 2 S+2HNO 3 (к) = S+2NO 2 +2H 2 O

б) с сильными окислителями (KMnO 4 , K 2 CrO 4 в кислой среде)

2KMnO 4 +3H 2 SO 4 +5H 2 S = 5S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O

в) сероводородная кислота окисляется не только сильными окислителями, но и более слабыми, например, солями железа (III), сернистой кислотой и т.д.

2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl

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

Получение

1. горение серы в кислороде.

2. горение сероводорода в избытке О 2

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

3. окисление сульфидов

2CuS+3O 2 = 2SO 2 +2CuO

4. взаимодействие сульфитов с кислотами

Na 2 SO 3 +H 2 SO 4 =Na 2 SO 4 +SO 2 +H 2 O

5. взаимодействие металлов ряду активности после (Н 2) с конц. H 2 SO 4

Cu+2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O

Физические свойства

Газ, без цвета, с удушливым запахом жженой серы, ядовит, тяжелее воздуха более, чем в 2 раза, хорошо растворим в воде (при комнатной температуре в одном объеме растворяется около 40 объемов газа).

Химические свойства:

Кислотно-основные свойства

SO 2 – типичный кислотный оксид.

1.со щелочами, образуя два типа солей: сульфиты и гидросульфиты

2KOH+SO 2 = K 2 SO 3 +H 2 O

KOH+SO 2 = KНSO 3 +H 2 O

2.с основными оксидами

K 2 O+SO 2 = K 2 SO 3

3. с водой образуется слабая сернистая кислота

H 2 O+SO 2 = H 2 SO 3

Сернистая кислота существует только в растворе, является слабой кислотой,

обладает всеми общими свойствами кислот.

4. качественная реакция на сульфит – ион – SO 3 2 – действие минеральных кислот

Na 2 SO 3 +2HCl= 2Na 2 Cl+SO 2 +H 2 O запах жженой серы

Окислительно-восстановительные свойства

В ОВР может быть как окислителем, так и восстановителем, потому что атом серы в SO 2 имеет промежуточную степень окисления +4.

Как окислитель:

SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 S

Как восстановитель:

2SO 2 +O 2 = 2SO 3

Cl 2 +SO 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HCl

2KMnO 4 +5SO 2 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2H 2 SO 4 +2MnSO 4

Оксид серы (VI) SO 3 (серный ангидрид)

Получение:

Окисление сернистого газа

2SO 2 + О 2 = 2SO 3 (t 0 , kat )

Физические свойства

Бесцветная жидкость, при температуре ниже 17 0 С превращается в белую кристаллическую массу. Термически неустойчивое соединение, полностью разлагается при 700 0 С. Хорошо растворим в воде, в безводной серной кислоте и реагирует с ней с образованием олеума

SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 S 2 O 7

Химические свойства

Кислотно-основные свойства

Типичный кислотный оксид.

1.со щелочами, образуя два типа солей: сульфаты и гидросульфаты

2KOH+SO 3 = K 2 SO 4 +H 2 O

KOH+SO 3 = KНSO 4 +H 2 O

2.с основными оксидами

СаО+SO 2 = СаSO 4

3. с водой

H 2 O+SO 3 = H 2 SO 4

Окислительно-восстановительные свойства

Оксид серы (VI) – сильный окислитель, обычно восстанавливается до SO 2

3SO 3 + H 2 S = 4SО 2 + H 2 O

Серная кислота H 2 SO 4

Получение серной кислоты

В промышленности кислоту получают контактным способом:

1. обжиг пирита

4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2. окисление SO 2 в SO 3

2SO 2 + О 2 = 2SO 3 (t 0 , kat )

3. растворение SO 3 в серной кислоте

n SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3 (олеум)

H 2 SO 4 ∙ n SO 3 + Н 2 О = H 2 SO 4

Физические свойства

H 2 SO 4 - тяжелая маслянистая жидкость, без запаха и цвета, гигроскопична. Смешивается с водой в любых отношениях, при растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество теплоты, поэтому её надо осторожно приливать в воду, а не наоборот (сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда)

Раствор серной кислоты в воде с содержанием H 2 SO 4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, более 70% - концентрированной.

Химические свойства

Кислотно-основные

Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. В водном растворе диссоциирует:

H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-

1. с основными оксидами

MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O

2. с основаниями

2NaOH +H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

3. с солями

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (белый осадок)

Качественная реакция на сульфат-ион SO 4 2-

Благодаря более высокой температуры кипения, по сравнению с другими кислотами серная кислота при нагревании вытесняет их из солей:

NaCl + H 2 SO 4 = HCl+ NaHSO 4

Окислительно-восстановительные свойства

В разбавленной H 2 SO 4 окислителями являются ионы Н + , а в концентрированной – сульфат –ионы SO 4 2

В разбавленной серной кислоте растворяются металлы, находящиеся в ряду активности до водорода, при этом образуются сульфаты и выделяется водород

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Концентрированная серная кислота – энергичный окислитель особенно при нагревании. Она окисляет многие металлы, неметаллы, неорганические и органические вещества.

H 2 SO 4 (к) окислитель S +6

С более активными металлами серная кислота в зависимости от концентрации может восстанавливаться до разнообразных продуктов

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы (серу, углерод, фосфор и др.), восстанавливаясь до оксида серы (IV)

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

Взаимодействие с некоторыми сложными веществами

H 2 SO 4 + 8HI = 4I 2 + H 2 S + 4 H 2 O

H 2 SO 4 + 2HBr = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O

Соли серной кислоты

2 типа солей: сульфаты и гидросульфаты

Соли серной кислоты имеют все общие свойства солей. Особенным является их отношение к нагреванию. Сульфаты активных металлов (Na, K, Ba) не разлагаются даже при нагревании свыше 1000 0 С, соли менее активных металлов (Al, Fe, Cu) разлагаются даже при небольшом нагревании

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сернистый газ (оксид серы (IV), диоксид серы) в обычных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (температура плавления равна (-75,5 o C), кипения - (-10,1 o C).

Растворимость оксида серы (IV) в воде весьма велика (при обычных условиях около 40 объемов SO 2 на один объем воды). Водный раствор диоксида серы называется сернистой кислотой.

Химическая формула сернистого газа

Химическая формула сернистого газа - SO 2 . Она показывает, что в составе молекулы этого сложного вещества находится один атом серы (Ar = 32 а.е.м.) и два атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу сернистого газа:

Mr(SO 2) = Ar(S) + 2×Ar(O) = 32 + 2×16 = 32 + 32 = 64

Структурная (графическая) формула сернистого газа

Более наглядной является структурная (графическая) формула сернистого газа . Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы. Строение молекулы SO 2 (рис. 1) аналогично строению молекулы озона O 3 (OO 2), но молекула отличается высокой термической устойчивостью.

Рис. 1. Строение молекулы сернистого газа с указанием валентных углов между связями и длин химических связей.

Показывающие распределение электронов в атоме по энергетическим подуровням принято изображать только для отдельных химических элементов, однако для сернистого газа можно представить и такую формулу:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	В состав вещества входит 32,5% натрия, 22,5% серы и 45% кислорода. Выведите химическую формулу вещества.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (натрий), «у» (сера) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na) : ω(S)/Ar(S) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 32,5/23: 22,5/32: 45/16; x:y:z= 1,4: 0,7: 2,8 = 2: 1: 4 Значит формула соединения натрия, серы и кислорода будет иметь вид Na 2 SO 4 . Это сульфат натрия.
Ответ	Na 2 SO 4

ПРИМЕР 2

Задание	Магний соединяется с азотом, образуя нитрид магния, в массовом соотношении 18:7. Выведите формулу соединения.
Решение	Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу: Найдем молярные массы магния и азота (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Mg) = 24 г/моль, а М(N) = 14 г/моль. Тогда, количество вещества этих элементов равно: n (Mg) = m (Mg) / M (Mg); n (Mg) = 18 / 24 = 0,75 моль n (N) = m (N) / M (N); n (N) = 7 / 14 = 0,5 моль Найдем мольное отношение: n(Mg) :n(N) = 0,75: 0,5 = 1,5:1 = 3:2, т.е. формула соединения магния с азотом имеет вид Mg 3 N 2 .
Ответ	Mg 3 N 2