Оксид серы. Оксид серы (IV) и сернистая кислота
Большая часть оксида серы(IV) используется для производства сернистой кислоты. Оксид серы (IV) применяется также для получения различных солей сернистой кислоты. Серная кислота проявляет кислотные свойства в реакциях с основаниями и основными оксидами. Поскольку серная кислота двухосновна, она образует два ряда солей: средние - сульфаты, например Na2SO4, и кислые - гидросульфаты, например NaHSO4.
Растворяется также в этаноле и се́рной кислоте. В присутствии сильных восстановителей SO2 способен проявлять окислительные свойства. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий чаще отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха.
Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, Европы, Китая, европейской части России и Украины. Образование белого осадка BaSO4(нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.
Сернистая кислота существует только в растворе. Триоксид серы проявляется кислотные свойства. Эту реакцию используют для получения важнейшего продукта химической промышленности – серной кислоты. Поскольку сера в триоксиде серы имеет высшую степень окисления, то оксид серы(VI) проявляет окислительные свойства.
Вопрос: Какие химические свойства кислот вы знаете? Используется также в качестве консерванта (пищевая добавка Е220). Так как этот газ убивает микроорганизмы, им окуривают овощехранилища и склады. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. 4. Реакции самоокисления-самовосстановления серы возможны и при ее взаимодействии с сульфитами.
Таким образом, SО2, сернистая кислота и ее соли могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Сероводород идет на производство серы, сульфитов, тиосульфатов и серной кислоты, в лабораторной практике – для осаждения сульфидов. Применяется в производстве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. кислот.
Он проявляет типичные свойства кислотных оксидов и хорошо растворяется в воде, образуя слабую сернистую кислоту. Химические свойства серной кислоты в значительной степени зависят от её концентрации. Медный купорос CuSO4 5Н2O используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.
Соединения серы со степенью окисления +1
3. Напишите уравнения реакций, характеризующих свойства разбавленной серной кислоты как электролита. Пластическая сера темного цвета и способна растягиваться, как резина. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Тепловые эффекты химических реакций. Периодическое изменение свойств оксидов, гидроксидов, водородных соединений химических элементов. Физические и химические свойства водорода.
Растворяется в воде с образованием нестойкой серни́стой кислоты; растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры. Этот вазодилатирующий эффект сернистого газа опосредуется через АТФ-чувствительные кальциевые каналы и кальциевые каналы L-типа («дигидропиридиновые»). Диоксид серы в атмосфере Земли существенно ослабляет влияние парниковых газов (диоксид углерода, метан) на рост температуры атмосферы.
Разнообразие форм триоксида серы связано со способностью молекул SO3 полимеризоваться благодаря образованию донорно-акцепторных связей. Полимерные структуры SO3 легко переходят друг в друга, и твердый SO3 обычно состоит из смеси различных форм, относительное содержание которых зависит от условий получения серного ангидрида.
Железный купорос FеSО4 7Н2O применяли раньше для лечения чесотки, гельминтоза и опухолей желез, в настоящее время используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Глауберова соль» (мирабилит) Nа2SO4 10Н2O была получена немецким химиком И. Р. Глаубером при действии серной кислоты на хлорид натрия, в медицине ее используют как слабительное средство.
Она неустойчива и разлагается на сернистый газ и воду. Сернистая кислота не относится к сильным кислотам. Она является кислотой средней силы и диссоциирует ступенчато. Серная кислота вступает в реакции трёх типов: кислотно-основные, ионообменные, окислительно-восстановительные.
Эти реакции лучше проводить с разбавленной серной кислотой. Для серной кислоты характерны ионообменные реакции. Выделение газа происходит в реакциях с солями неустойчивых кислот, распадающихся с образованием газов (угольной, сернистой, сероводородной) либо с образованием летучих кислот, таких как соляная.
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Задание: Составьте уравнение диссоциации сернистой кислоты.
Интересно, что чувствительность по отношению к SO2 весьма различна у отдельных людей, животных и растений. Тиосульфат натрия содержит два атома серы в различных степенях окисления и проявляет восстановительные свойства.
SO2 обесцвечивает органические красителя и применяется для отбеливания шелка, шерсти и соломы. Концентрированная серная кислота служит для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных органических соединений. Благодаря высокой гигроскопичности применяется для осушки газов, для концентрирования азотной кислоты.
Сероводород и сульфиды. При растворении сероводорода в воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называют сульфидами. Соли сернистой кислоты, как двухосновной, могут быть средними - сульфитами, например сульфит натрия Na2SO3, и кислыми - гидросульфитами, например гидросульфит натрия NaHSO3.
Применяется он также и в качестве растворителя в лабораториях. Учитель: Сернистая кислота – неустойчивое соединение, легко распадается на оксид серы (IV) и воду, поэтому существует только в водных растворах. В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой. Из-за образования в больших количествах в качестве отходов диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу.
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
Сернистый газ имеет молекулярное строение, аналогичное озону. Атом серы, находящийся в центре молекулы, связан с двумя атомами кислорода. Этот газообразный продукт окисления серы не имеет цвета, издает резкий запах, при изменении условий легко конденсируется в прозрачную жидкость. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает антисептическими свойствами. В больших количествах получают SO 2 в химической промышленности, а именно в цикле сернокислотного производства. Газ широко используется для обработки сельскохозяйственных и пищевых продуктов, отбеливания тканей в текстильной промышленности.
Систематические и тривиальные названия вещества
Необходимо разобраться в многообразии терминов, относящихся к одному и тому же соединению. Официальное название соединения, химический состав которого отражает формула SO 2 , — диоксид серы. ИЮПАК рекомендует использовать этот термин и его английский аналог — Sulfur dioxide. Учебники для школ и ВУЗов чаще упоминают еще такое название — оксид серы (IV). Римской цифрой в скобках обозначена валентность атома S. Кислород в этом оксиде двухвалентен, а окислительное число серы +4. В технической литературе используются такие устаревшие термины, как сернистый газ, ангидрид сернистой кислоты (продукт ее дегидратации).
Состав и особенности молекулярного строения SO 2
Молекула SO 2 образована одним атомом серы и двумя атомами кислорода. Между ковалентными связями имеется угол, составляющий 120°. В атоме серы происходит sp2-гибридизация — выравниваются по форме и энергии облака одного s и двух p-электронов. Именно они участвуют в образовании ковалентной связи между серой и кислородом. В паре О—S расстояние между атомами составляет 0,143 нм. Кислород более электроотрицательный элемент, чем сера, значит, связывающие пары электронов смещаются от центра к внешним углам. Вся молекула тоже поляризована, отрицательный полюс — атомы О, положительный — атом S.
Некоторые физические параметры диоксида серы
Оксид четырехвалентной серы при обычных показателях окружающей среды сохраняет газообразное агрегатное состояние. Формула сернистого газа позволяет определить его относительную молекулярную и молярную массы: Mr(SO 2) = 64,066, М = 64,066 г/моль (можно округлять до 64 г/моль). Этот газ почти в 2,3 раза тяжелее воздуха (М(возд.) = 29 г/моль). Диоксид обладает резким специфическим запахом горящей серы, который трудно перепутать с каким-либо другим. Он неприятный, раздражает слизистые покровы глаз, вызывает кашель. Но оксид серы (IV) не такой ядовитый, как сероводород.
Под давлением при комнатной температуре газообразный сернистый ангидрид сжижается. При низких температурах вещество находится в твердом состоянии, плавится при -72…-75,5 °C. При дальнейшем повышении температуры появляется жидкость, а при -10,1 °C вновь образуется газ. Молекулы SO 2 являются термически устойчивыми, разложение на атомарную серу и молекулярный кислород происходит при очень высоких температурах (около 2800 ºС).
Растворимость и взаимодействие с водой
Диоксид серы при растворении в воде частично взаимодействует с ней с образованием очень слабой сернистой кислоты. В момент получения она тут же разлагается на ангидрид и воду: SO 2 + Н 2 О ↔ Н 2 SO 3 . На самом деле в растворе присутствует не сернистая кислота, а гидратированные молекулы SO 2 . Газообразный диоксид лучше взаимодействует с прохладной водой, его растворимость понижается с повышением температуры. При обычных условиях может раствориться в 1 объеме воды до 40 объемов газа.
Сернистый газ в природе
Значительные объемы диоксида серы выделяются с вулканическими газами и лавой во время извержений. Многие виды антропогенной деятельности тоже приводят к повышению концентрации SO 2 в атмосфере.
Сернистый ангидрид поставляют в воздух металлургические комбинаты, где не улавливаются отходящие газы при обжиге руды. Многие виды топливных ископаемых содержат серу, в результате значительные объемы диоксида серы выделяется в атмосферный воздух при сжигании угля, нефти, газа, полученного из них горючего. Сернистый ангидрид становится токсичным для человека при концентрации в воздухе свыше 0,03 %. У человека начинается одышка, могут наступить явления, напоминающие бронхит и воспаление легких. Очень высокая концентрация в атмосфере диоксида серы может привести к сильному отравлению или летальному исходу.
Сернистый газ — получение в лаборатории и в промышленности
Лабораторные способы:
- При сжигании серы в колбе с кислородом или воздухом получается диоксид по формуле: S + O 2 = SO 2 .
- Можно подействовать на соли сернистой кислоты более сильными неорганическими кислотами, лучше взять соляную, но можно разбавленную серную:
- Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 SO 3 ;
- Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (разб.) = Na 2 SO 4 + H 2 SO 3 ;
- H 2 SO 3 = Н 2 О + SO 2 .
3. При взаимодействии меди с концентрированной серной кислотой выделяется не водород, а диоксид серы:
2H 2 SO 4 (конц.) + Cu = CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2 .
Современные способы промышленного производства сернистого ангидрида:
- Окисления природной серы при ее сжигании в специальных топках: S + О 2 = SO 2 .
- Обжиг железного колчедана (пирита).
Основные химические свойства диоксида серы
Сернистый газ является активным соединением в химическом плане. В окислительно-восстановительных процессах это вещество чаще выступает в качестве восстановителя. Например, при взаимодействии молекулярного брома с диоксидом серы продуктами реакции являются серная кислота и бромоводород. Окислительные свойства SO 2 проявляются, если пропускать этот газ через сероводородную воду. В результате выделяется сера, происходит самоокисление-самовосстановление: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.
Диоксид серы проявляет кислотные свойства. Ему соответствует одна из самых слабых и неустойчивых кислот — сернистая. Это соединение в чистом виде не существует, обнаружить кислотные свойства раствора диоксида серы можно с помощью индикаторов (лакмус розовеет). Сернистая кислота дает средние соли - сульфиты и кислые — гидросульфиты. Среди них встречаются стабильные соединения.
Процесс окисления серы в диоксиде до шестивалентного состояния в ангидриде серной кислоты — каталитический. Получившееся вещество энергично растворяется в воде, реагирует с молекулами Н 2 О. Реакция является экзотермической, образуется серная кислота, вернее, ее гидратированная форма.
Практическое использование сернистого газа
Основной способ промышленного производства серной кислоты, для которого нужен диоксид элемента, насчитывает четыре стадии:
- Получение сернистого ангидрида при сжигании серы в особых печах.
- Очищение полученного диоксида серы от всевозможных примесей.
- Дальнейшее окисление до шестивалентной серы в присутствии катализатора.
- Абсорбция триоксида серы водой.
Ранее почти всю двуокись серы, необходимую для производства серной кислоты в промышленных масштабах, получали при обжиге пирита как побочный продукт сталеплавильного производства. Новые виды переработки металлургического сырья меньше используют сжигание руды. Поэтому основным исходным веществом для сернокислотного производства в последние годы стала природная сера. Значительные мировые запасы этого сырья, его доступность позволяют организовать широкомасштабную переработку.
Диоксид серы находит широкое применение не только в химической промышленности, но и в других отраслях экономики. Текстильные комбинаты используют это вещество и продукты его химического взаимодействия для отбеливания шелковых и шерстяных тканей. Это один из видов бесхлорного отбеливания, при котором волокна не разрушаются.
Диоксид серы обладает отличными дезинфицирующими свойствами, что находит применение в борьбе с грибками и бактериями. Сернистым ангидридом окуривают хранилища сельскохозяйственной продукции, винные бочки и подвалы. Используется SO 2 в пищевой промышленности как консервирующее и антибактериальное вещество. Добавляют его в сиропы, вымачивают в нем свежие плоды. Сульфитизация
сока сахарной свеклы обесцвечивает и обеззараживает сырье. Консервированные овощные пюре и соки тоже содержат диоксид серы в качестве антиокислительного и консервирующего агента.
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.
Сернистый газ
Получение SO2 - диоксида серы - промышленным способом заключается в сжигании серы или обжиге сульфидов (используется в основном пирит).
4FeS2 (пирит) + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 (сернистый газ).
В условиях лаборатории сернистый газ можно получить путем воздействия сильных кислот на гидросульфиты и сульфиты. При этом получившаяся сернистая кислота сразу распадается на воду и сернистый газ. Например:
Na2SO3 + H2SO4 (серная кислота) = Na2SO4 + H2SO3 (сернистая кислота).
H2SO3 (сернистая кислота) = H2O (вода) + SO2 (сернистый газ).
Третий способ получения сернистого ангидрида заключается в воздействии концентрированной серной кислоты при нагревании на малоактивные металлы. Например: Cu (медь) + 2H2SO4 (серная кислота) = CuSO4 (сульфат меди) + SO2 (диоксид серы) + 2H2O (вода).
Химические свойства диоксида серы
Формула сернистого газа - SO3. Это вещество относится к кислотный оксидам.
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.
Оксид серы(IV) обладает кислотными свойствами, которые проявляются в реакциях с веществами, проявляющими основные свойства. Кислотные свойства проявляются при взаимодействии с водой. При этом образуется раствор сернистой кислоты:
Степень окисления серы в сернистом газе (+4) обусловливает восстановительные и окислительные свойства сернистого газа:
вос-тель: S+4 – 2e => S+6
ок-тель: S+4 + 4e => S0
Восстановительные свойства проявляются в реакциях с сильными окислителями: кислородом, галогенами, азотной кислотой, перманганатом калия и другими. Например:
2SO2 + O2 = 2SO3
S+4 – 2e => S+6 2
O20 + 4e => 2O-2 1
С сильными восстановителями газ проявляет окислительные свойств. Например, если смешать сернистый газ и сероводород, то они взаимодействуют при обычных условиях:
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
S-2 – 2e => S0 2
S+4 + 4e => S0 1
Сернистая кислота существует только в растворе. Она неустойчива и разлагается на сернистый газ и воду. Сернистая кислота не относится к сильным кислотам. Она является кислотой средней силы и диссоциирует ступенчато. При добавлении к сернистой кислоте щёлочи образуются соли. Сернистая кислота даёт два ряда солей: средние – сульфиты и кислые – гидросульфиты.
Оксид серы(VI)
Триоксид серы проявляется кислотные свойства. Он бурно реагирует с водой, при этом выделяется большое количество теплоты. Эту реакцию используют для получения важнейшего продукта химической промышленности – серной кислоты.
SO3 + H2O = H2SO4
Поскольку сера в триоксиде серы имеет высшую степень окисления, то оксид серы(VI) проявляет окислительные свойства. Например, он окисляет галогениды, неметаллы с низкой электроотрицательностью:
2SO3 + C = 2SO2 + CO2
S+6 + 2e => S+4 2
C0 – 4e => C+4 2
Серная кислота вступает в реакции трёх типов: кислотно-основные, ионообменные, окислительно-восстановительные. Так же активно она взаимодействует с органическими веществами.
Кислотно-основные реакции
Серная кислота проявляет кислотные свойства в реакциях с основаниями и основными оксидами. Эти реакции лучше проводить с разбавленной серной кислотой. Поскольку серная кислота является двухосновной, то она может образовывать как средние соли (сульфаты), так и кислые (гидросульфаты).
Ионообменные реакции
Для серной кислоты характерны ионообменные реакции. При этом она взаимодействует с растворами солей, образуя осадок, слабую кислоту либо выделяя газ. Эти реакции осуществляются с большей скоростью, если брать 45%-ную или ещё более разбавленную серную кислоту. Выделение газа происходит в реакциях с солями неустойчивых кислот, распадающихся с образованием газов (угольной, сернистой, сероводородной) либо с образованием летучих кислот, таких как соляная.
Окислительно-восстановительные реакции
Наиболее ярко серная кислота проявляет свои свойства в окислительно-восстановительных реакциях, так как в её составе сера имеет высшую степень окисления +6. Окислительные свойства серной кислоты можно обнаружить в реакции, например, с медью.
В молекуле серной кислоты два элемента-окислителя: атом серы с С.О. +6 и ионы водорода H+. Медь не может быть окислена водородом в степени окисления +1, но сера может. Это является причиной окисления серной кислотой такого неактивного металла, как медь.
