Важнейшие соединения серы

 Сероводород П р и нагревании сера взаимодействует с водородом с образованием газообразного сероводорода (рис. 4.9): 0 0 (.0 +1 -2 Н 2 + 8 = Н 28 - 2е + 2е в ль ок-лъ В реакции с металлами и водородом сера - окислитель. Сероводород - ядовитый газ с неприятным запахом тухлы х яиц. Сера входит в состав белков и при их гниении образуется сероводород. Вне зависимости от его концентрации, сероводород опасен для человека. П ри дыхании он попадает в кровь и связывает железо из гемоглобина, занимая законное место кислорода. Сера Рис. 4.9. Синтез сероводорода 80 Неметаллы и их соединения Сероводород растворяется в воде с образованием слабой бескислородной двухосновной сероводородной кислоты, диссоциирующ ей ступенчато: I ступень Н 2 8 ® Н + + Н 8 — гидросульфид-ион I I ступень Н 8 ® Н + + 8 2 — сульфид-ион суммарно Н 28 ® 2Н + + 8 2­ В водах Молдовы встречается повышенное содержание сероводорода (“буркутная вода”). Сероводородные воды обладают лечебным действием и их применяют, в частности, при заболеваниях кожи, пищеварительных органов. Такие источники есть в Кишиневе, Кагуле, Калараше и в других местах. 4 .5 .2 .} С ул ьф и д ы м е тал л ов Внимание! Если вы разбили домашний термометр, засыпьте в щели пола порошок серы (ее можно купить в аптеке). Сера соединится со ртутью. После этого отравление парами ртути вам не грозит. П ри простом соприкосновении сера легко соединяется со щелочными металлами, медью, ртутью и серебром, а при нагревании - и с другими металлами: 2 Ш + 8 = ^ 28 Н д + 8 = Н д 8 Ре + 8 = Ре8 Соединения металлов с серой - сульфиды. Большинство из них нерастворимо в воде и встречается в природе в виде сульфидных руд: Ге8 , РЬ8 , Н д8 , А д 28 . Сероводород в растворе взаимодействует с солями многих металлов, образуя нерастворимые сульфиды: Н 28 + Р Ъ ( Ш 3)2 = РЪ8 ! + 2 Н Ш 3 черный Раствор Н23 черный Рис. 4.10. Получение сульфида свинца Н 28 + РЪ2+ = РЪ8 ! + 2Н+ Сульфид свинца - осадок черного цвета. Поэтому с помощ ью иона Р Ь 2+ можно идентифицировать сероводород в воздухе и в воде (рис. 4.10). | Ц ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ_________ 1. Атомы трех элементов имеют заряд ядра +8 ; +16; +34. Какой из них сера? 2. Три элемента расположены в III периоде и имеют на внешнем уровне: а) 5; б) 6 ; в) 7 электронов. Какой из них сера? 3. Какие связи образуют атомы серы в простом веществе? Какие аллотропные видоизменения серы тебе известны? Неметаллы и их соединения И „ *4. Укажи распределение электронов в атомах серы в следующих степенях окисления: 5-2; 5°; 5+4; 5+б. Какие свойства будет проявлять сера в каждой степени окисления, может быть: а) окислителем; б) восстановителем; в) и окислителем, и восстановителем? Приведи в качестве примеров формулы соединений, отвечающих этим степеням окисления серы. 5. Закончи уравнения реакций: а) 5 + ? ® Nа25 в) 5 + ? ® А1253 д) 5 + ? ® Н25 б) 5 + ? ® Ре5 г) 5 + ? ® 502 *Напиши электронные уравнения всех реакций. Укажи окислитель и восстановитель. Сделай вывод об окислительно-восстановительных свойствах серы. 6 . Закончи уравнения реакций: а) Н25 + NаОН ® ? + ? в) Н25 + РЬ(N03) 2 ® РЬ5 + ? д) Nа25 + 2пС12 ® 2п5 + ? черный белый б) Н25 + Си504 ® Си5 +? г) АдN03 + Н25 ® Ад25 + ? е) Nа25 + Ре504 ® Ре5 + ? черный черный коричневый Напиши полные и сокращенные ионные уравнения. Сделай вывод о растворимости сульфидов на основании данных уравнений и таблицы растворимости. 7. Даны: сера, железо, соляная кислота. Как получить сероводород? 8 . В чугуне содержатся следы сульфида железа (II). Как можно это доказать? 9. Если через кровь (в пробирке) пропустить сероводород, она чернеет. Почему? 10. Сравни водородные соединения серы и хлора. Укажи сходство и различие при помощи диаграммы Венна. 4.5.3. } Оксиды серы Сера образует два оксида: низш ий 8 0 2 и вы сш ий 8 0 3. П р и нагревании сера сгорает в кислороде, образуя оксид сер Ы (Г ^ : о 0 +4-2 8 + 0 2 = 8 0 2 + ^ Оксид серы (IV ) такж е образуется при горении сероводорода: 2 Н 28 + 3 0 2 = 2 8 0 2 + 2 Н 20 Оксид серы (IV), называемый также “сернистым газом", - бесцветный газ с резким запахом. Реакция горения серы - одно из самых древних применений серы. Древний историк П линий-старш ий в Г в. до н. э. писал: “Сера применяется для очищения жилищ, так как многие держатся мнения, что запахи горения серы могут предохранять от всяких чародейств и прогнать всякую нечистую силу". И в наше время хорош ий хозяин осенью ежегодно сжигает серу в погребе перед закладкой на хранение овощей и фруктов, потому что сернистый газ обладает дезинф ицирую щ им и свойствами. Бумага, пропитанная серой Рис. 4.11. Горение серы в бочке для вина. Для чего? Неметаллы и их соединения 82 '2 50.'2 5 Метилоранж Н25 0 3 Рис. 4.12. Горение серы в кислороде и образование сернистой кислоты П р и растворении 8 0 2 в воде (до 40 объемов 8 0 2 в 1 объеме воды) образуется неустойчивая, средней силы, двухосновная сернистая кислота (рис. 4.12): 8 О 2 + Н 2О ® Н 28 О 3; сернистая кислота I ступень Н 28 О 3 ® Н + + Н 8 О 3 — гидросульфит-ион I I ступень Н 8 О 3 ® Н + + 8 О 3 — сульфит-ион суммарно Н 28 О 3 ® 2 Н + + 8 О 3- Водные растворы 8 0 2 также обладают дезинфицирую щ ими свойствами. И х применяют в виноделии, крахмало-паточном производстве. Оксид серы (IV ) 8 0 2 образует бесцветные соединения с некоторыми органическими красителями. Поэтому его водные растворы применяют для отбеливания натуральной шерсти, шелка, перьев, соломки для шляп. Но, к сожалению, эти бесцветные соединения нестойки, легко разлагаются. Вот почему белая шерсть, соломка со временем желтеют. +6 Вы сш ий оксид серы 8 О 3 получить непосредственно из серы невозможно. Для этого, как мы уже знаем, оксид серы (IV ) 8 0 2 окисляют в присутствии катализатора - оксида ванадия (V) при высокой температуре: + 4 0 Г^Оа] +6-2 2 8 О 2 + О 2 < > 2 8 О 3 -2е +4е вль ок-ль Оксид серы (V I) - летучая жидкость (температура к и ­ пения 45оС), легко растворяется в воде и при этом полностью с ней реагирует, образуя сильную серную кислоту: 8 О 3 + Н 2О = Н 28 О 4 серная кислота Сернистый газ 8 0 2 образуется при сж игании топлива и попадает в атмосферу, загрязняя ее. К а к вы уже знаете, он окисляется в атмосфере до 8 0 3 и далее в облаках образуется Н 28 0 4. П о этим причинам и вы ­ падают кислотные дожди, от которых чернеют (гибнут) зеленые листья. ^ВО П РО СЫ И УПРАЖНЕНИЯ_______________________ 1. Будучи типичным неметаллом, какую степень окисления проявляет сера в реакциях с разными веществами? Приведи примеры. 2. Напиши три реакции получения оксида серы (IV). 3. Напиши уравнения реакций для следующих превращений: 5 ® 502 ® 503 ® Н2504 Н2503 Неметаллы и их соединения Л 4. Каково содержание сероводорода в водах Республики Молдова и какими свойствами обладает сероводородная вода? 5. Для каких целей используется оксид серы (IV)? * 6 . Даны вещества: а) Си25; б) Си5; в) Си504; г) 502. Какое из них наиболее богато серой? Подтверди соответствующими расчетами. 4.5.4. } Серная кислота и ее соли Физические свойства. Серная кислота - бесцветная, вязкая, нелетучая, тяжелая жидкость (плотность 1,84 г/см3). Она хорошо растворяется в воде и химически присоединяет молекулы воды с образованием гидратов Н28 0 4• пН 20 . При этом выделяется тепло, и раствор сильно разогревается. Запомните, что при приготовлении раствора из концентрированной Н2804 надо лить кислоту в воду! Наоборот поступать нельзя! Вода легче кислоты, поэтому она трудно перемешивается с ней и прямо на поверхности концентрированной кислоты происходит сильнейшее разогревание (>100°С). В результате этого происходит вскипание и разбрызгивание. Брызги горячей концентрированной кислоты летят во все стороны и могут попасть в глаза, на лицо и руки, вызывая ожоги. Концентрированная серная кислота хорошо поглощает пары воды, поэтому ее применяют для осушения газов, не реагирующих с ней, для очистки жидких нефтепродуктов. Она может отрывать молекулы воды даже от органических соединений, содержащих водород и кислород. Например, сахар С12Н220 14 или С12(Н20 )14 при контакте с концентрированной серной кислотой обугливается (превращается в уголь): С12(Н20 )п Н2804(кон® 12С + 11Н20 н -0 ч н - ° А ° Рис. 4.13. Правило смешивания концентрированной серной кислоты и воды Вот почему так опасны ожоги концентрированной серной кислотой - происходит обезвоживание и разрушение тканей. Химические свойства. Серная кислота Н2804 - это двухосновная сильная кислота. Ее диссоциация протекает по двум ступеням: I ступень Н28О4 = Н+ + Н8О4 — гидросульфат-ион I I ступень Н8О4 ® Н+ + 8 0 4 — сульфат-ион суммарно Н28 0 4 ® 2Н+ + 8 0 4- Раствор серной кислоты окрашивает лакмус в красный цвет, а метилоранж - в розовый. Неметаллы и их соединения 84 Серная кислота образует два ряда солей: средние соли - сульфаты ^ а 28 0 4, В а 8 0 4, Р Ъ 8 0 4) ; кислые соли - гидросульфаты ^ а Н 8 0 4, Р Ъ (Н 8 0 4)2). Г Составь уравнения реакций для общих свойств серной кислоты по схеме генетической связи. Гидросульфаты и сульфаты большинства металлов растворимы в воде. Нерастворимы В а 8 0 4, Р Ь 8 0 4 и некоторые другие (см. таблицу растворимости). Разбавленная серная кислота проявляет все общие свойства кислот. Вы ясним общие свойства серной ки слоты, пользуясь генетической схемой: основаниенеметалл - -► кислотный оксид- - ► ки сл о та - металл соль соль Раствор ВаС12 Рис. 4.14. Обнаружение сульфат-иона 8 0 4~. Качественная реакция на ион 8 0 24~. П р и реакции серной кислоты или ее солей с растворами солей бария образуется белый осадок сульфата бария. Например: Н 28 0 4 + ВаС12 = В а 8 0 4! + 2НС1 В а 2+ + 804- = В а 8 0 4! белый осадок Ион бария В а 2+ - это реактив для обнаружения сульфат-ион 804- (рис. 4.14). Применение. Серную кислоту применяют для получения красителей, минеральных удобрений, взрывчатых веществ, кислот, искусственного ш елка и глюкозы, Горизонты Любимая белая краска художников - это свинцовые белила, которые условно можно представить как 2РЬС03-РЬ(0Н)2. Однако они темнеют на картинах в результате взаимодействия с сероводородом и образования черного сульфида свинца РЬ5. Напиши уравнение этой реакции, зная, что кроме сульфида свинца образуется вода и углекислый газ. Реставрацию картин проводят пероксидом водорода Н2О2. Происходит окисление черного сульфида РЬ5 до белого сульфата РЬ504, и образуется вода. Напиши уравнение этой реакции. очистки нефтепродуктов, в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах (рис. 4.15). Соли серной кислоты такж е имеют важное значение: медный купорос, гипс, Глауберова соль, железны й купорос. Рис. 4.15. Применение серной кислоты Электролит в аккумуляторе Искусственный шелк Н 1М Красители Н2504 Неметаллы и их соединения & 85 Медный купорос С и 8 0 4 .5 Н 20 применяется для борьбы с вредителями и болезнями растений (“мильдью” на винограднике, плесневыми грибами на стенах в ж и лы х помещениях). Гипс С а8 0 4.2Н20 - используется для получения жж еного гипса - алебастра (С а8 0 4)2.Н 20, применяемого в медицине и строительстве. Глауберова соль ^ 28 0 4.10Н20 применяется в производстве стекла, в медицине, ветеринарии. Железный купорос Ге 80 4.7 Н 20 используется как ядохимикат в сельском хозяйстве. Биологическая роль серы и ее круговорот в природе. Сера входит в состав белков, особенно тех, которые образуют ногти и волосы у человека, а такж е рога, копы та и шерсть у ж ивотны х и перья птиц. П р и сж игании шерсти вы ощущаете характерный неприятный запах. Так натуральную шерсть и ш елк отличают от искусственных и синтетических волокон. Запах обусловлен образованием сернистого газа 8 0 2 и сероводорода Н 28 . Сера поступает в растения, организмы человека и ж ивотны х в виде сульфатов кальция и магния (ион 8 0 4"). В процессе усвоения превращается в сульфидную форму (8 2-), а при гниении под воздействием гнилостных бактерий выделяется в виде сероводорода Н 28 . В Черном море на больш их глубинах есть бактерии, которые питаются сульфатами и выделяют сероводород. Черноморская сероводородная бактерия, питаясь белками и сульфатами, превратила толстые слои воды в безжизненное пространство. Другие бактерии (серобактерии) питаются сероводородом, образуя органические вещества и серу, и дальше серную кислоту. В биосфере осуществляется цепочка: сульфаты ® белки ® сероводород ® сера ® серная кислота (растения) гнилостные серобактерии (сульфаты) бактерии В неживой природе - другая цепочка: сера ® сульфиды ® сульфаты. Медный купорос Си804.5Н20 Гипс Са804 2Н20 ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ Обнаружение сульфат-ионов 502 (Вспомните правила работы в лаборатории. Приложения 1 и 2) Приборы и реактивы: штатив с пробирками, растворы Nа2504, ВаС12 и Н25О4. Влейте в пробирку 0,5 мл серной кислоты, в другую - 0,5 мл раствора Nа25 0 4 или другого сульфата. Прибавьте в обе пробирки по 0,5 мл раствора хлорида бария ВаС12. Запишите свои наблюдения в тетрадь. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Неметаллы и их соединения 86 Р А Б О Т А В Г Р У П П Е 1. Охарактеризуйте серную кислоту по плану: а) состав; *б) строение; в) основность; г) сила; д) диссоциация; е) действие на индикаторы. 2. Опишите химические свойства серной кислоты. Для этого распределите указанные ниже реакции в соответствии с обобщенной схемой генетической связи. Закончите уравнения реакций: а) Н23 0 4 + КОН ® б) Н23О4 + Ре(ОН)3 ® в) Н23О4 + В аС 12 ® г) Н23О 4(конц.) + № С|(тв.) ® НС|^ + ? е) Н2ЗО 4 + Ре ® ж) Н2ЗО 4 + К2СО 3 ® з) Н 23 О 4(конц.) + Са3(РО4)2 ® Н3РО4 + ? и) Н2ЗО 4 + РеО ® д) Н2ЗО4 + № 23Юз ® к) Н23О4 + 2п ® Н2 Т + ? ^ВО П РО СЫ И УПРАЖНЕНИЯ_______________________ 1. Что такое кислотные дожди и как они влияют на окружающую среду? 2. Чем отличается взаимодействие с водой оксида серы (IV) и оксида серы (VI): 3. Докажите, что сера входит в состав спичечной головки. 4. В двух закрытых склянках без этикеток находятся соляная и концентрированная серная кислоты. Как определить каждую из них, не открывая склянок? ЗАДАЧИ 1. Сероводород сгорает в избытке кислорода с образованием оксида серы (IV) и воды. Вычисли объем (н.у.) 5 0 2, который образуется при сгорании Н25: а) количеством 4 моль; б) объемом 22,4 л (н.у.); в) массой 3,4 г 2. Для получения медного купороса Си504-5Н20 оксид меди (II) массой 8 кг обработали серной кислотой. Вычисли массу: а) серной кислоты, вступившей в реакцию; б) сульфата меди (безводного); *в) кристаллогидрата, образовавшихся в этой реакции. *3. В 175 мл воды растворили 25 г Си504-5Н20. Вычисли массовую долю безводной соли в растворе. 4. Вычисли массу серной кислоты в растворе массой 50 г с массовой долей Н25 0 4 96%. *5. Вычисли массу и объем 96%-ной серной кислоты (плотность 1,84 г/см3), необходимой для приготовления раствора массой 100 г с массовой долей Н25 0 4 в нем 20%. Такой раствор применяется для получения водорода в лаборатории.