Серният оксид (IV) има киселинни свойства, които се проявяват в реакции с вещества, които проявяват основни свойства. Киселинните свойства се проявяват при взаимодействие с вода. В този случай се образува разтвор на сярна киселина:

Степента на окисление на сярата в серен диоксид (+4) определя редукционните и окислителни свойства на серен диоксид:

vo-tel: S + 4 - 2e => S + 6

октомври: S+4 + 4e => S0

Редуциращите свойства се проявяват при реакции със силни окислители: кислород, халогени, азотна киселина, калиев перманганат и др. Например:

2SO2 + O2 = 2SO3

S+4 - 2e => S+6 2

O20 + 4e => 2O-2 1

При силни редуциращи агенти газът проявява окислителни свойства. Например, ако смесите серен диоксид и сероводород, те взаимодействат при нормални условия:

2H2S + SO2 = 3S + 2H2O

S-2 - 2e => S0 2

S+4 + 4e => S0 1

Сярната киселина съществува само в разтвор. Той е нестабилен и се разлага на серен диоксид и вода. Сярната киселина не е силна киселина. Това е киселина със средна сила и се дисоциира на стъпки. При добавяне на алкали към сярна киселина се образуват соли. Сярната киселина дава две серии соли: средни - сулфити и киселинни - хидросулфити.

Серен(VI) оксид

Серният триоксид проявява киселинни свойства. Той реагира бурно с вода и се отделя голямо количество топлина. Тази реакция се използва за получаване на най-важния продукт химическа индустрия- сярна киселина.

SO3 + H2O = H2SO4

Тъй като сярата в серен триоксид има най-висока степен на окисление, серният (VI) оксид проявява окислителни свойства. Например, той окислява халогениди, неметали с ниска електроотрицателност:

2SO3 + C = 2SO2 + CO2

S+6 + 2e => S+4 2

C0 - 4e => C+4 2

Реагира сярна киселина три вида: киселинно-алкални, йонообменни, редокс. Той също така активно взаимодейства с органични вещества.

Киселинно-алкални реакции

Сярната киселина проявява киселинни свойства при реакции с основи и основни оксиди. Тези реакции се провеждат най-добре с разредена сярна киселина. Дотолкова доколкото сярна киселинае двуосновен, може да образува както средни соли (сулфати), така и киселинни соли (хидросулфати).

Йонообменни реакции

Сярната киселина се характеризира с йонообменни реакции. В същото време той взаимодейства със солеви разтвори, образувайки утайка, слаба киселина или отделяйки газ. Тези реакции протичат с по-бърза скорост при използване на 45% или дори повече разредена сярна киселина. Отделянето на газ се осъществява при реакции със соли на нестабилни киселини, които се разлагат, за да образуват газове (въглеродни, сярни, сероводородни) или да образуват летливи киселини, като солна.

Редокс реакции

Сярната киселина най-ясно проявява свойствата си в редокс реакции, тъй като сярата в състава й има най-висока степен на окисление +6. Окислителните свойства на сярната киселина могат да бъдат намерени в реакцията, например, с мед.

В молекулата на сярната киселина има два окислителни елемента: серен атом с S.O. +6 и водородни йони Н+. Медта не може да бъде окислена от водород до степен на окисление +1, но сярата може. Това е причината за окисляването на такъв неактивен метал като медта със сярна киселина.

Серният диоксид има молекулярна структура, подобна на озона. Серният атом в центъра на молекулата е свързан с два кислородни атома. Този газообразен продукт от окисление на сярата е безцветен, излъчва остра миризма, лесно кондензира в бистра течност при променящи се условия. Веществото е силно разтворимо във вода, има антисептични свойства. IN големи количестваполучават SO 2 в химическата промишленост, а именно в цикъла на производство на сярна киселина. Газът се използва широко за преработка на селскостопански и хранителни продукти, избелване на тъкани в текстилната индустрия.

Систематични и тривиални наименования на вещества

Необходимо е да се разбере разнообразието от термини, свързани с едно и също съединение. Официално имевръзки, химичен съставкоето отразява формулата SO 2 - серен диоксид. IUPAC препоръчва използването на този термин и неговия английски еквивалент, серен диоксид. В учебниците за училища и университети често се споменава друго име - серен оксид (IV). Римската цифра в скоби обозначава валентността на атома S. Кислородът в този оксид е двувалентен, а степента на окисление на сярата е +4. В техническата литература се използват остарели термини като серен диоксид, серен анхидрид (продуктът от неговото дехидратиране).

Състав и особености на молекулярната структура на SO 2

Молекулата на SO 2 се образува от един серен атом и два кислородни атома. Между ковалентните връзки има ъгъл от 120°. В серния атом възниква sp2 хибридизация - облаците от един s и два p електрона са подравнени по форма и енергия. Те се занимават с образование. ковалентна връзкамежду сяра и кислород. В двойката O-S разстоянието между атомите е 0,143 nm. Кислородът е по-електроотрицателен от сярата, което означава, че свързващите двойки електрони се движат от центъра към външните ъгли. Цялата молекула също е поляризирана, отрицателният полюс са О атомите, положителният е S атомът.

Някои физични параметри на серен диоксид

Четиривалентен серен оксид при нормални скорости заобикаляща средазапазва газообразно агрегатно състояние. Формулата на серен диоксид ви позволява да определите неговата относителна молекулна и моларна маса: Mr(SO 2) = 64,066, M = 64,066 g / mol (може да бъде закръглено до 64 g / mol). Този газ е почти 2,3 пъти по-тежък от въздуха (M(въздух) = 29 g/mol). Диоксидът има остра специфична миризма на горяща сяра, която е трудно да се обърка с друга. Той е неприятен, дразни лигавиците на очите, предизвиква кашлица. Но серен оксид (IV) не е толкова токсичен като сероводород.

под налягане при стайна температурагазообразният серен диоксид се втечнява. В ниски температуривеществото е в твърдо състояние, топи се при -72 ... -75,5 ° C. При по-нататъшно повишаване на температурата се появява течност и при -10,1 ° C отново се образува газ. Молекулите на SO 2 са термично стабилни, разлагането на атомна сяра и молекулен кислород става при много високи температури (около 2800 ºС).

Разтворимост и взаимодействие с вода

Серният диоксид, когато се разтваря във вода, частично взаимодейства с него, за да образува много слаба сярна киселина. В момента на получаване той незабавно се разлага на анхидрид и вода: SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3. Всъщност в разтвора присъства не сярна киселина, а хидратирани SO 2 молекули. Газообразният диоксид взаимодейства по-добре с хладна вода, неговата разтворимост намалява с повишаване на температурата. При нормални условия може да се разтвори в 1 обем вода до 40 обема газ.

Серен диоксид в природата

Значителни обеми серен диоксид се отделят с вулканични газове и лава по време на изригвания. Много човешки дейности също повишават концентрацията на SO 2 в атмосферата.

Серният диоксид се доставя във въздуха от металургични предприятия, където отработените газове не се улавят по време на изпичането на рудата. Много изкопаеми горива съдържат сяра, което води до отделяне на значителни количества серен диоксид в атмосферен въздухпри изгаряне на въглища, нефт, газ, гориво, получено от тях. Серният диоксид става токсичен за хората при концентрации във въздуха над 0,03%. Човек започва задух, може да има явления, наподобяващи бронхит и пневмония. Много висока концентрация на серен диоксид в атмосферата може да доведе до тежко отравяне или смърт.

Серен диоксид - производство в лабораторията и в промишлеността

Лабораторни методи:

1. Когато сярата се изгаря в колба с кислород или въздух, се получава диоксид по формулата: S + O 2 = SO 2.
2. Можете да действате върху солите на сярната киселина с по-силни неорганични киселини, по-добре е да вземете солна, но можете да разредите сярна:

• Na2SO3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H2SO3;
• Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (диф.) = Na 2 SO 4 + H 2 SO 3;
• H 2 SO 3 \u003d H 2 O + SO 2.

3. Когато медта взаимодейства с концентрирана сярна киселина, не се отделя водород, а серен диоксид:

2H 2 SO 4 (конц.) + Cu \u003d CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2.

Съвременни начини промишлено производствосерен диоксид:

1. Окисляване на естествена сяра по време на нейното изгаряне в специални пещи: S + O 2 = SO 2.
2. Изпичане на железен пирит (пирит).

Основни химични свойства на серен диоксид

Серният диоксид е химически активно съединение. В редокс процесите това вещество често действа като редуциращ агент. Например, когато молекулярният бром взаимодейства със серен диоксид, продуктите на реакцията са сярна киселина и бромоводород. Окислителните свойства на SO 2 се проявяват, ако този газ се пропусне през сероводородна вода. В резултат на това се отделя сяра, настъпва самоокисляване-самолечение: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.

Серният диоксид проявява киселинни свойства. Отговаря на една от най-слабите и нестабилни киселини - сярна. Това съединение не съществува в чиста форма; възможно е да се открият киселинните свойства на разтвора на серен диоксид с помощта на индикатори (лакмусът става розов). Сярната киселина дава средни соли - сулфити и киселинни - хидросулфити. Сред тях има стабилни съединения.

Процесът на окисление на сярата в диоксид до шествалентно състояние в серен анхидрид е каталитичен. Полученото вещество се разтваря енергично във вода, реагира с молекули H 2 O. Реакцията е екзотермична, образува се сярна киселина или по-скоро нейната хидратирана форма.

Практическо използване на кисел газ

Основният процес за промишлено производство на сярна киселина, който изисква елементен диоксид, има четири етапа:

1. Получаване на серен диоксид чрез изгаряне на сяра в специални пещи.
2. Пречистване на получения серен диоксид от всякакви примеси.
3. По-нататъшно окисление до шествалентна сяра в присъствието на катализатор.
4. Абсорбция на серен триоксид от вода.

Преди това почти целият серен диоксид, необходим за производството на сярна киселина в промишлен мащаб, се получаваше чрез изпичане на пирит като страничен продукт от производството на стомана. Новите видове обработка на металургични суровини използват по-малко изгаряне на руда. Следователно основният изходен материал за производството на сярна киселина в последните годинисе превърна в естествена сяра. Значителните световни запаси от тази суровина, нейната наличност правят възможно организирането на мащабна преработка.

Серният диоксид се използва широко не само в химическата промишленост, но и в други сектори на икономиката. Текстилните фабрики използват това вещество и продуктите от неговото химическо взаимодействие за избелване на копринени и вълнени тъкани. Това е един от видовете избелване без хлор, при което влакната не се разрушават.

Серният диоксид има отлични дезинфекционни свойства, който се използва в борбата срещу гъбички и бактерии. Серният диоксид се използва за фумигация на селскостопански складове, бъчви за вино и изби. Използва се от SO 2 инча Хранително-вкусовата промишленосткато консервант и антибактериално средство. Добавете го към сиропи, накиснете в него пресни плодове. Сулфитация
сокът от захарно цвекло обезцветява и дезинфекцира суровините. Консервирани зеленчуково пюреа соковете също съдържат серен диоксид като антиоксидант и консервант.

Степента на окисление +4 за сярата е доста стабилна и се проявява в SHal 4 тетрахалиди, SOHal 2 оксодихалиди, SO 2 диоксид и съответните им аниони. Ще се запознаем със свойствата на серния диоксид и сярната киселина.

1.11.1. Серен оксид (IV) Структурата на молекулата so2

Структурата на SO 2 молекулата е подобна на структурата на молекулата на озона. Серният атом е в състояние на sp 2 хибридизация, формата на орбиталите е правилен триъгълник, формата на молекулата е ъглова. Серният атом има несподелена електронна двойка. Дължината на S-O връзката е 0,143 nm, ъгълът на свързване е 119,5°.

Структурата съответства на следните резонансни структури:

За разлика от озона, кратността на S-O връзката е 2, т.е. първата резонансна структура има основния принос. Молекулата се характеризира с висока термична стабилност.

Физически свойства

При нормални условия серен диоксид или серен диоксид е безцветен газс остра задушлива миризма, точка на топене -75 °C, точка на кипене -10 °C. Нека се разтварят добре във вода, при 20 °C в 1 обем вода се разтварят 40 обема серен диоксид. Токсичен газ.

Химични свойства на серен оксид (IV)

Серният диоксид е силно реактивен. Серният диоксид е киселинен оксид. Той е доста разтворим във вода с образуването на хидрати. Той също така частично взаимодейства с вода, образувайки слаба сярна киселина, която не е изолирана поотделно:

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 = H + + HSO 3 - \u003d 2H + + SO 3 2-.

В резултат на дисоциацията се образуват протони, така че разтворът има кисела среда.

Когато газообразният серен диоксид се пропуска през разтвор на натриев хидроксид, се образува натриев сулфит. Натриевият сулфит реагира с излишък от серен диоксид, за да образува натриев хидросулфит:

2NaOH + SO2 = Na2S03 + H2O;

Na 2 SO 3 + SO 2 \u003d 2NaHSO 3.

Серният диоксид се характеризира с редокс двойственост, например, той, показвайки редуциращи свойства, обезцветява бромната вода:

SO 2 + Br 2 + 2H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 2HBr

и разтвор на калиев перманганат:

5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O \u003d 2KНSO 4 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4.

окислен от кислород до серен анхидрид:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3.

Той проявява окислителни свойства при взаимодействие със силни редуциращи агенти, например:

SO 2 + 2CO \u003d S + 2CO 2 (при 500 ° C, в присъствието на Al 2 O 3);

SO 2 + 2H 2 \u003d S + 2H 2 O.

Производство на серен оксид (IV)

Изгаряне на сяра във въздуха

S + O 2 \u003d SO 2.

Сулфидно окисление

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.

Действието на силните киселини върху металните сулфити

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

1.11.2. Сярна киселина и нейните соли

Когато серен диоксид се разтваря във вода, се образува слаба сярна киселина, по-голямата част от разтворения SO 2 е под формата на хидратирана форма на SO 2 H 2 O, при охлаждане също се отделя кристален хидрат, само малка част от молекулите на сярната киселина се дисоциира на сулфитни и хидросулфитни йони. В свободно състояние киселината не се изолира.

Тъй като е двуосновен, той образува два вида соли: средни - сулфити и киселинни - хидросулфити. Само сулфити на алкални метали и хидросулфити на алкални и алкалоземни метали се разтварят във вода.

4.док

сяра. Сероводород, сулфиди, хидросулфиди. Серни (IV) и (VI) оксиди. Сярна и сярна киселини и техните соли. Естери на сярна киселина. Натриев тиосулфат

4.1. сяра

Сярата е един от малкото химически елементи, които хората използват от няколко хилядолетия. Той е широко разпространен в природата и се среща както в свободно състояние (самородна сяра), така и в съединения. Минералите, съдържащи сяра, могат да бъдат разделени на две групи - сулфиди (пирити, блясъци, бленди) и сулфати. Самородната сяра се намира в големи количества в Италия (остров Сицилия) и САЩ. В ОНД има находища на самородна сяра в района на Волга, в щатите Централна Азия, в Крим и други региони.

Минералите от първата група включват оловен блясък PbS, меден блясък Cu 2 S, сребърен блясък - Ag 2 S, цинкова смес - ZnS, кадмиева смес - CdS, пирит или железен пирит - FeS 2, халкопирит - CuFeS 2, цинобър - HgS .

Минералите от втората група включват гипс CaSO 4 2H 2 O, мирабилит (глауберова сол) - Na 2 SO 4 10H 2 O, ки-серит - MgSO 4 H 2 O.

Сярата се намира в организмите на животните и растенията, тъй като е част от протеиновите молекули. Органичните серни съединения се намират в маслото.

Разписка

1. При получаване на сяра от естествени съединения, например, от серен пирит, той се нагрява до високи температури. Серният пирит се разлага с образуването на железен (II) сулфид и сяра:

2. Сярата може да се получи чрез окисляване на сероводород с недостиг на кислород според реакцията:

2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O

3. Понастоящем е обичайно да се получава сяра чрез въглеродна редукция на серен диоксид SO 2 - страничен продукт при топенето на метали от серни руди:

SO 2 + C \u003d CO 2 + S

4. Отпадъчните газове от металургични и коксови пещи съдържат смес от серен диоксид и сероводород. Тази смес се прекарва при висока температура върху катализатор:

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

^ Физически свойства

Сярата е крехко твърдо вещество лимонено жълто. Той е практически неразтворим във вода, но силно разтворим във въглероден дисулфид CS 2 анилин и някои други разтворители.

Лош проводник на топлина и електричество. Сярата образува няколко алотропни модификации:

1 . ^ Ромбична сяра (най-стабилните), кристалите имат формата на октаедри.

Когато сярата се нагрява, нейният цвят и вискозитет се променят: първо се образува светло жълто, а след това, когато температурата се повиши, потъмнява и става толкова вискозна, че не изтича от епруветката, при по-нататъшно нагряване вискозитетът пада отново и при 444,6 °C сярата кипи.

2. ^ Моноклинна сяра - модификация под формата на тъмно жълти игловидни кристали, получени чрез бавно охлаждане на разтопена сяра.

3. Пластмасова сяраобразува се, когато се изсипва сяра, загрята до кипене студена вода. Лесно се разтяга като гума (виж фиг. 19).

Естествената сяра се състои от смес от четири стабилни изотопа: 32 16 S, 33 16 S, 34 16 S, 36 16 S.

^ Химични свойства

Серният атом, имащ незавършен външен вид енергийно ниво, може да добави два електрона и да покаже степен

Окисление -2. Сярата проявява тази степен на окисление в съединения с метали и водород (Na 2 S, H 2 S). При отдаване или изтегляне на електрони към атом на по-електроотрицателен елемент, степента на окисление на сярата може да бъде +2, +4, +6.

В студа сярата е относително инертна, но с повишаване на температурата нейната реактивност се увеличава. 1. С металите сярата проявява окислителни свойства. По време на тези реакции се образуват сулфиди (не реагира със злато, платина и иридий): Fe + S = FeS

2. При нормални условия сярата не взаимодейства с водорода и при 150-200 ° C настъпва обратима реакция:

3. При реакции с метали и водород сярата се държи като типичен окислител, а в присъствието на силни окислители проявява редуциращи свойства.

S + 3F 2 \u003d SF 6 (не реагира с йод)

4. Изгарянето на сяра в кислород протича при 280°C, а във въздуха при 360°C. Това образува смес от SO 2 и SO 3:

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

5. Когато се нагрява без достъп на въздух, сярата директно се комбинира с фосфор, въглерод, показвайки окислителни свойства:

2P + 3S = P 2 S 3 2S + C \u003d CS 2

6. При взаимодействие с сложни веществасярата се държи главно като редуциращ агент:

7. Сярата е способна на реакции на диспропорциониране. И така, когато серен прах се вари с алкали, се образуват сулфити и сулфиди:

Приложение

Сярата се използва широко в промишлеността и селското стопанство. Около половината от производството му се използва за производство на сярна киселина. Сярата се използва за вулканизиране на каучук, което превръща каучука в гума.

Под формата на сярна боя (фин прах), сярата се използва за борба с болестите на лозето и памука. Използва се за получаване на барут, кибрит, светещи композиции. В медицината се приготвят сярни мехлеми за лечение на кожни заболявания.

4.2. Сероводород, сулфиди, хидросулфиди

Сероводородът е аналог на водата. Неговата електронна формула

Показва това в образованието H-S-H връзкиучастват два p-електрона външно нивосерен атом. Молекулата H 2 S има ъглова форма, така че е полярна.

^ Да бъдеш сред природата

Сероводородът се среща естествено във вулканични газове и във водите на някои минерални извори, като Пятигорск, Мацеста. Образува се при разпадането на сяросъдържащи органични вещества от различни животински и растителни останки. Това обяснява характеристиката лоша миризма Отпадъчни води, помийни ями и сметища.

Разписка

1. Сероводородът може да се получи чрез директно комбиниране на сяра с водород при нагряване:

2. Но обикновено се получава чрез действието на разредена солна или сярна киселина върху железен (III) сулфид:

2HCl+FeS=FeCl 2 +H 2 S 2H + +FeS=Fe 2+ +H 2 S Тази реакция често се провежда в апарат на Кип.

^ Физически свойства

При нормални условия сероводородът е безцветен газ със силна характерна миризма на развалени яйца. Много токсичен, при вдишване се свързва с хемоглобина, причинявайки парализа, което не е необичайно.

Ко води до смърт. По-малко опасен при ниски концентрации. Трябва да работиш с него качулкиили с херметически затворени устройства. Допустимо съдържание на H 2 S in промишлени помещенияе 0,01 mg на 1 литър въздух.

Сероводородът е относително добре разтворим във вода (при 20°C 2,5 обема сероводород се разтварят в 1 обем вода).

Разтвор на сероводород във вода се нарича сероводородна вода или сулфидна киселина (проявява свойствата на слаба киселина).

^ Химични свойства

1, При силно нагряване, сероводородът почти напълно се разлага с образуването на сяра и водород.

2. Газообразният сероводород изгаря във въздуха със син пламък, за да образува серен оксид (IV) и вода:

2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

При липса на кислород се образуват сяра и вода: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O

3. Сероводородът е доста силен редуктор. Това важно негово химическо свойство може да се обясни по следния начин. В разтвор на H 2 S е сравнително лесно да се дарят електрони на молекулите на кислорода на въздуха:

В същото време кислородът от въздуха окислява сероводорода до сяра, което прави сероводородната вода мътна:

2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O

Това обяснява и факта, че сероводородът не се натрупва в много големи количества в природата по време на разпадането на органичните вещества - атмосферният кислород го окислява до свободна сяра.

4, Сероводородът реагира енергично с халогенни разтвори, например:

H 2 S+I 2 =2HI+S Освобождава се сяра и йодният разтвор се обезцветява.

5. Различни окислители реагират енергично със сероводород: под действието азотна киселинаобразува се свободна сяра.

6. Разтвор на сероводород има кисела реакция поради дисоциации:

H 2 SH + +HS - HS - H + +S -2

Обикновено доминира първият етап. Това е много слаба киселина: по-слаба от въглеродната, която обикновено измества H 2 S от сулфидите.

Сулфиди и хидросулфиди

Сярноводната киселина, като двуосновна, образува две серии от соли:

Среда - сулфиди (Na 2 S);

Киселинни - хидросулфиди (NaHS).

Тези соли могат да бъдат получени: - чрез взаимодействие на хидроксиди със сероводород: 2NaOH + H 2 S = Na 2 S + 2H 2 O

Чрез директно взаимодействие на сяра с метали:

Обменна реакция на соли с H 2 S или между соли:

Pb(NO 3) 2 + Na 2 S \u003d PbS + 2NaNO 3

CuSO 4 +H 2 S=CuS+H 2 SO 4 Cu 2+ +H 2 S=CuS+2H +

Почти всички хидросулфиди са силно разтворими във вода.

Сулфидите на алкалните и алкалоземните метали също са лесно разтворими във вода, безцветни.

Сулфидите на тежките метали са практически неразтворими или слабо разтворими във вода (FeS, MnS, ZnS); някои от тях не се разтварят в разредени киселини (CuS, PbS, HgS).

Като соли на слаба киселина, сулфидите във водните разтвори са силно хидролизирани. Например сулфиди алкални металикогато се разтварят във вода, те имат алкална реакция:

Na2S+HOHNaHS+NaOH

Всички сулфиди, като самия сероводород, са енергийни редуциращи агенти:

3PbS -2 + 8HN +5 O 3 (razb.) \u003d 3PbS +6 O 4 + 4H 2 O + 8N +2 O

Някои сулфиди имат характерен цвят: CuS и PbS - черен, CdS - жълт, ZnS - бял, MnS - розов, SnS - кафяв, Al 2 S 3 - оранжев. Качественият анализ на катиони се основава на различната разтворимост на сулфидите и различните цветове на много от тях.

^ 4.3. Серен(IV) оксид и сярна киселина

Серен оксид (IV) или серен диоксид, при нормални условия, безцветен газ с остра задушлива миризма. При охлаждане до -10°C се втечнява в безцветна течност.

Разписка

1. При лабораторни условия серен оксид (IV) се получава от соли на сярна киселина чрез действието на силни киселини върху тях:

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + S0 2  + H 2 O 2NaHSO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2SO 2  + 2H 2 O 2HSO + - 3 + \u003d 2SO 2 +2H 2 O

2. Също така, серен диоксид се образува от взаимодействието на концентрирана сярна киселина при нагряване с нискоактивни метали:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2  + 2H 2 O

Cu + 4Н + + 2SO 2- 4 \u003d Cu 2+ + SO 2- 4 + SO 2  + 2H 2 O

3. Серен оксид (IV) също се образува, когато сярата се изгаря във въздух или кислород:

4. При промишлени условия SO 2 се получава чрез изпичане на пирит FeS 2 или серни руди от цветни метали (цинкова смес ZnS, оловен блясък PbS и др.):

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Структурна формула на SO 2 молекулата:

В образуването на връзки в молекулата на SO 2 участват четири електрона на сярата и четири електрона от два кислородни атома. Взаимното отблъскване на свързващите електронни двойки и несподелената електронна двойка сяра придава на молекулата ъглова форма.

Химични свойства

1. Серният оксид (IV) проявява всички свойства на киселинните оксиди:

Взаимодействие с вода

Взаимодействие с алкали,

Взаимодействие с основни оксиди.

2. Серният оксид (IV) се характеризира с редуциращи свойства:

S +4 O 2 +O 0 2 2S +6 O -2 3 (в присъствието на катализатор, при нагряване)

Но в присъствието на силни редуциращи агенти, SO 2 се държи като окислител:

Редокс двойствеността на серен оксид (IV) се обяснява с факта, че сярата има степен на окисление +4 в него и следователно може, давайки 2 електрона, да се окисли до S +6 и получавайки 4 електрона, да се редуцира до S °. Проявата на тези или други свойства зависи от естеството на реагиращия компонент.

Серният оксид (IV) е силно разтворим във вода (40 обема SO 2 се разтварят в 1 обем при 20 ° C). В този случай сярната киселина съществува само във воден разтвор:

SO 2 + H 2 OH 2 SO 3

Реакцията е обратима. Във воден разтвор се намират серен оксид (IV) и сярна киселина химическо равновесие, който може да се мести. При свързване на H 2 SO 3 (неутрализация на киселина

Вие) реакцията протича към образуването на сярна киселина; при отстраняване на SO 2 (продухване през азотен разтвор или нагряване), реакцията протича към изходните материали. В разтвор на сярна киселина винаги има серен оксид (IV), който му придава остра миризма.

Сярната киселина има всички свойства на киселините. В разтвора той се дисоциира на стъпки:

H 2 SO 3 H + + HSO - 3 HSO - 3 H + + SO 2- 3

Термично нестабилен, летлив. Сярната киселина, като двуосновна киселина, образува два вида соли:

Среда - сулфити (Na 2 SO 3);

Киселинни - хидросулфити (NaHSO 3).

Сулфити се образуват, когато киселината е напълно неутрализирана с алкали:

H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H2O

Хидросулфити се получават при липса на алкали:

H2SO3 + NaOH = NaHSO3 + H2O

Сярната киселина и нейните соли имат както окислителни, така и редуциращи свойства, което се определя от естеството на реакционния партньор.

1. И така, под действието на кислород, сулфитите се окисляват до сулфати:

2Na 2 S +4 O 3 + O 0 2 \u003d 2Na 2 S +6 O -2 4

Окислението на сярна киселина с бром и калиев перманганат протича още по-лесно:

5H 2 S +4 O 3 +2KMn +7 O 4 \u003d 2H 2 S +6 O 4 +2Mn +2 S +6 O 4 + K 2 S +6 O 4 + 3H 2 O

2. В присъствието на по-енергични редуциращи агенти, сулфитите проявяват окислителни свойства:

Солите на сярната киселина разтварят почти всички хидросулфити и сулфити на алкалните метали.

3. Тъй като H 2 SO 3 е слаба киселина, действието на киселините върху сулфити и хидросулфити освобождава SO 2. Този метод обикновено се използва при получаване на SO 2 в лабораторни условия:

NaHSO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + SO 2  + H 2 O

4. Водоразтворимите сулфити лесно се хидролизират, в резултат на което концентрацията на йони OH - - в разтвора се увеличава:

Na2SO3 + NOHNaHSO3 + NaOH

Приложение

Серният оксид (IV) и сярната киселина обезцветяват много багрила, образувайки с тях безцветни съединения. Последните могат да се разлагат отново при нагряване или на светлина, в резултат на което цветът се възстановява. Следователно избелващото действие на SO 2 и H 2 SO 3 се различава от избелващото действие на хлора. Обикновено серен (IV) оксид избелва вълна, коприна и слама.

Серният оксид (IV) убива много микроорганизми. Ето защо, за да унищожат плесенните гъби, те опушват влажни изби, изби, бъчви за вино и др. Използва се и при транспортиране и съхранение на плодове и горски плодове. В големи количества серен оксид IV) се използва за производство на сярна киселина.

Важно приложениеоткрива разтвор на калциев хидросулфит CaHSO 3 (сулфитна течност), който се използва за обработка на дървесина и хартиена маса.

^ 4.4. Серен(VI) оксид. Сярна киселина

Серният оксид (VI) (виж таблица. 20) е безцветна течност, която се втвърдява при температура 16,8 ° C в твърда кристална маса. Той абсорбира влагата много силно, образувайки сярна киселина: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

Таблица 20. Свойства на серните оксиди

Разтварянето на серните оксиди (VI) във вода е придружено от отделяне на значително количество топлина.

Серният оксид (VI) е много разтворим в концентрирана сярна киселина. Разтвор на SO3 в безводна киселина се нарича олеум. Олеумите могат да съдържат до 70% SO 3 .

Разписка

1. Серният оксид (VI) се получава чрез окисляване на серен диоксид с атмосферен кислород в присъствието на катализатори при температура 450 ° C (вж. Получаване на сярна киселина):

2SO 2 +O 2 = 2SO 3

2. Друг начин за окисление на SO 2 до SO 3 е използването на азотен оксид (IV) като окислител:

Полученият азотен оксид (II) при взаимодействие с атмосферния кислород лесно и бързо се превръща в азотен оксид (IV): 2NO + O 2 \u003d 2NO 2

Което отново може да се използва при окисляването на SO 2 . Следователно NO 2 действа като кислороден носител. Този метод за окисление на SO 2 до SO 3 се нарича азотен. Молекулата SO 3 има формата на триъгълник, в центъра на който

Серният атом се намира:

Тази структура се дължи на взаимното отблъскване на свързващите електронни двойки. Серният атом осигури шест външни електрона за тяхното образуване.

Химични свойства

1. SO 3 е типичен кисел оксид.

2. Серният оксид (VI) има свойствата на силен окислител.

Приложение

Серният оксид (VI) се използва за производство на сярна киселина. Най-висока стойностТо има контактен методполучаване

Сярна киселина. По този метод можете да получите H 2 SO 4 с всякаква концентрация, както и олеум. Процесът се състои от три етапа: получаване на SO 2 ; окисление на SO2 до SO3; получаване на H 2 SO 4 .

SO 2 се получава чрез изпичане на пирит FeS 2 в специални пещи: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

За да се ускори изпичането, пиритът предварително се раздробява, а за по-пълно изгаряне на сярата се въвежда много повече въздух (кислород), отколкото се изисква от реакцията. Газът, напускащ пещта, се състои от серен оксид (IV), кислород, азот, арсенови съединения (от примеси в пирити) и водна пара. Нарича се газ за печене.

Газът за печене се почиства старателно, тъй като дори малко съдържание на съединения на арсен, както и прах и влага, отравят катализатора. Газът се пречиства от арсенови съединения и прах чрез преминаване през специални електрофилтри и миеща кула; влагата се абсорбира от концентрирана сярна киселина в сушилната кула. Пречистеният газ, съдържащ кислород, се нагрява в топлообменник до 450°C и влиза в контактния апарат. Вътре в контактния апарат има решетъчни рафтове, пълни с катализатор.

Преди това фино разделена метална платина беше използвана като катализатор. Впоследствие той е заменен от ванадиеви съединения - ванадиев (V) оксид V 2 O 5 или ванадил сулфат VOSO 4, които са по-евтини от платината и тровят по-бавно.

Реакцията на окисление на SO 2 до SO 3 е обратима:

2SO 2 + O 2 2SO 3

Увеличаването на съдържанието на кислород в газа за печене увеличава добива на серен оксид (VI): при температура от 450°C той обикновено достига 95% или повече.

Полученият серен оксид (VI) след това се подава противоточно в абсорбционната кула, където се абсорбира от концентрирана сярна киселина. Когато се насища, първо се образува безводна сярна киселина, а след това олеум. Впоследствие олеумът се разрежда до 98% сярна киселина и се доставя на потребителите.

Структурна формула на сярна киселина:

^ Физически свойства

Сярната киселина е тежка безцветна маслена течност, която кристализира при + 10,4 ° C, почти два пъти ( \u003d 1,83 g / cm 3) е по-тежък от водата, без мирис, нелетлив. Изключително гигроскопичен. Абсорбира влагата с отделяне на голямо количество топлина, така че не можете да добавяте вода към концентрирана сярна киселина - киселината ще се пръсне. За времена-

Добавките на сярна киселина трябва да се добавят на малки порции към водата.

Безводната сярна киселина разтваря до 70% серен оксид (VI). При нагряване той отделя SO 3, докато се образува разтвор с масова част H 2 SO 4 98,3%. Безводният H 2 SO 4 почти не провежда електричество.

^ Химични свойства

1. Смесва се с вода в произволно съотношение и образува хидрати с различен състав:

H 2 SO 4 H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O, H 2 SO 4 3H 2 O, H 2 SO 4 4H 2 O, H 2 SO 4 6,5 H 2 O

2. Концентрираната сярна киселина карбонизира органични вещества - захар, хартия, дърво, влакна, вземайки от тях водни елементи:

C 12 H 22 O 11 + H 2 SO 4 \u003d 12C + H 2 SO 4 11H 2 O

Получените въглища частично взаимодействат с киселината:

Изсушаването на газовете се основава на абсорбцията на вода от сярна киселина.

Как силна нелетлива киселина H 2 SO 4 измества други киселини от сухи соли:

NaNO 3 + H 2 SO 4 \u003d NaHSO 4 + HNO 3

Въпреки това, ако добавите H 2 SO 4 към солеви разтвори, тогава изместването на киселините не се случва.

H 2 SO 4 - силна двуосновна киселина: H 2 SO 4 H + + HSO - 4 HSO - 4 H + + SO 2- 4

Притежава всички свойства на нелетливите силни киселини.

Разредената сярна киселина се характеризира с всички свойства на неокисляващите киселини. А именно: той взаимодейства с метали, които са в електрохимичната серия от напрежения на метали до водород:

Взаимодействието с металите се дължи на редуцирането на водородните йони.

6. Концентрираната сярна киселина е силен окислител. При нагряване окислява повечето метали, включително стоящите в електрохимичния ред на напреженията след водорода.Не реагира само с платина и злато. В зависимост от активността на метала, S -2 , S° и S +4 могат да се използват като редукционни продукти.

На студено, концентрираната сярна киселина не взаимодейства с такива силни метали като алуминий, желязо, хром. Това се дължи на пасивирането на металите. Тази функция се използва широко при транспортирането му в железен контейнер.

Въпреки това, при нагряване:

По този начин концентрираната сярна киселина взаимодейства с металите чрез редуциране на атомите на киселинния агент.

Качествена реакция към сулфатния йон SO 2-4 е образуването на бяла кристална утайка BaSO 4, неразтворим във вода и киселини:

SO 2- 4 + Ba +2 BaSO 4 

Приложение

Сярната киселина е най-важният продуктосновната химическа промишленост, занимаваща се с производството на не-

органични киселини, основи, соли, минерални торовеи хлор.

По отношение на разнообразието от приложения сярната киселина заема първо място сред киселините. Най-голямото числоизползва се за получаване на фосфорни и азотни торове. Тъй като е нелетлива, сярната киселина се използва за получаване на други киселини - солна, флуороводородна, фосфорна и оцетна.

Голяма част от него отива за пречистване на петролни продукти - бензин, керосин, смазочни масла - от вредни примеси. В машиностроенето сярната киселина се използва за почистване на металната повърхност от оксиди преди нанасяне на покритие (никелиране, хромиране и др.). Сярната киселина се използва в производството на експлозиви, изкуствени влакна, багрила, пластмаси и много други. Използва се за зареждане на батерии.

Солите на сярната киселина са важни.

^ Натриев сулфат Na 2 SO 4 кристализира от водни разтвори под формата на Na 2 SO 4 10H 2 O хидрат, който се нарича глауберова сол. Използва се в медицината като слабително. Безводният натриев сулфат се използва при производството на сода и стъкло.

^ Амониев сулфат(NH 4) 2 SO 4 - азотен тор.

калиев сулфат K 2 SO 4 - поташ тор.

калциев сулфат CaSO 4 се среща в природата под формата на гипсовия минерал CaSO 4 2H 2 O. При нагряване до 150 ° C той губи част от водата и се превръща в хидрат от състава 2CaSO 4 H 2 O, наречен изгорен гипс, или алабастър. Алебастърът, когато се смеси с вода в тестена маса, след известно време отново се втвърдява, превръщайки се в CaSO 4 2H 2 O. Гипсът се използва широко в строителството (мазилка).

^ Магнезиев сулфат MgSO 4 се намира в морската вода, което причинява горчивия й вкус. Кристалният хидрат, наречен горчива сол, се използва като слабително.

витриол- техническото наименование на кристалните сулфати на металите Fe, Cu, Zn, Ni, Co (дехидратираните соли не са витриол). син витриол CuSO 4 5H 2 O - отровно вещество от син цвят. Растенията се напръскват с разреден разтвор и семената се обработват преди сеитба. мастилен камък FeSO 4 7H 2 O е светлозелено вещество. Използва се за борба с вредителите по растенията, приготвяне на мастила, минерални бои и др. Цинков витриол ZnSO 4 7H 2 O се използва в производството на минерални бои, в печата на ситца и медицината.

^ 4.5. Естери на сярна киселина. Натриев тиосулфат

Естерите на сярната киселина включват диалкилсулфати (RO2)SO2. Това са висококипящи течности; долните са разтворими във вода; в присъствието на основи те образуват алкохол и соли на сярна киселина. Нисшите диалкилсулфати са алкилиращи агенти.

диетилов сулфат(C2H5)2SO4. Точка на топене -26°C, точка на кипене 210°C, разтворим в алкохоли, неразтворим във вода. Получава се при взаимодействието на сярна киселина с етанол. Той е етилиращ агент в органичния синтез. Прониква през кожата.

диметилсулфат(CH3)2SO4. Точка на топене -26,8°C, точка на кипене 188,5°C. Да се ​​разтваря в алкохоли, лошо е - във вода. Реагира с амоняк при отсъствие на разтворител (експлозивно); сулфонира някои ароматни съединения, като фенол естери. Получава се чрез взаимодействието на 60% олеум с метанол при 150 ° C. Той е метилиращ агент в органичния синтез. Канцероген, засяга очите, кожата, дихателните органи.

^ Натриев тиосулфат Na 2 S 2 O 3

Сол на тиосярна киселина, в която два серни атома имат различни степени на окисление: +6 и -2. Кристално вещество, силно разтворимо във вода. Произвежда се под формата на Na 2 S 2 O 3 5H 2 O кристален хидрат, обикновено наричан хипосулфит. Получава се от взаимодействието на натриев сулфит със сяра по време на кипене:

Na 2 SO 3 + S \u003d Na 2 S 2 O 3

Подобно на тиосярната киселина, тя е силен редуктор. Лесно се окислява от хлор до сярна киселина:

Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O \u003d 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl

Използването на натриев тиосулфат за абсорбиране на хлор (в първите противогази) се основава на тази реакция.

Натриевият тиосулфат се окислява малко по-различно от слабите окислители. В този случай се образуват соли на тетратионовата киселина, например:

2Na 2 S 2 O 3 + I 2 \u003d Na 2 S 4 O 6 + 2NaI

Натриевият тиосулфат е страничен продукт при производството на NaHSO 3 , серни багрила, при пречистването на промишлени газове от сяра. Използва се за премахване на следи от хлор след избелване на тъкани, за извличане на сребро от рудите; е фиксатор във фотографията, реагент в йодометрията, антидот при отравяне с арсен, живачни съединения и противовъзпалителен агент.

Серен(IV) оксид и сярна киселина

Серен оксид (IV) или серен диоксид, при нормални условия, безцветен газ с остра задушлива миризма. При охлаждане до -10°C се втечнява в безцветна течност.

Разписка

1. При лабораторни условия серен оксид (IV) се получава от соли на сярна киселина чрез действието на силни киселини върху тях:

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + S0 2 + H 2 O 2NaHSO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2SO 2 + 2H 2 O 2HSO - 3 + 2H + \u003d 2S02 + 2H2O

2. Също така, серен диоксид се образува от взаимодействието на концентрирана сярна киселина при нагряване с нискоактивни метали:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Cu + 4Н + + 2SO 2- 4 \u003d Cu 2+ + SO 2- 4 + SO 2 + 2H 2 O

3. Серен оксид (IV) също се образува, когато сярата се изгаря във въздух или кислород:

4. При промишлени условия SO 2 се получава чрез изпичане на пирит FeS 2 или серни руди от цветни метали (цинкова смес ZnS, оловен блясък PbS и др.):

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Структурна формула на SO 2 молекулата:

В образуването на връзки в молекулата на SO 2 участват четири серни електрона и четири електрона от два кислородни атома. Взаимното отблъскване на свързващите електронни двойки и несподелената електронна двойка сяра придава на молекулата ъглова форма.

Химични свойства

1. Серният оксид (IV) проявява всички свойства на киселинните оксиди:

Взаимодействие с вода

Взаимодействие с алкали,

Взаимодействие с основни оксиди.

2. Серният оксид (IV) се характеризира с редуциращи свойства:

S +4 O 2 + O 0 2 "2S +6 O -2 3 (в присъствието на катализатор, при нагряване)

Но в присъствието на силни редуциращи агенти, SO 2 се държи като окислител:

Редокс двойствеността на серен оксид (IV) се обяснява с факта, че сярата има степен на окисление +4 в него и следователно може, давайки 2 електрона, да се окисли до S +6 и получавайки 4 електрона, да се редуцира до S °. Проявата на тези или други свойства зависи от естеството на реагиращия компонент.

Серният оксид (IV) е силно разтворим във вода (40 обема SO 2 се разтварят в 1 обем при 20 ° C). В този случай сярната киселина съществува само във воден разтвор:

SO 2 + H 2 O "H 2 SO 3

Реакцията е обратима. Във воден разтвор, серен оксид (IV) и сярна киселина са в химическо равновесие, което може да бъде изместено. При свързване на H 2 SO 3 (неутрализация на киселина

u) реакцията протича към образуване на сярна киселина; при отстраняване на SO 2 (продухване през азотен разтвор или нагряване), реакцията протича към изходните материали. Разтворът на сярна киселина винаги съдържа серен оксид (IV), който му придава остра миризма.

Сярната киселина има всички свойства на киселините. Дисоциира в разтвора поетапно:

H 2 SO 3 "H + + HSO - 3 HSO - 3" H + + SO 2- 3

Термично нестабилен, летлив. Сярната киселина, като двуосновна киселина, образува два вида соли:

Среда - сулфити (Na 2 SO 3);

Киселинни - хидросулфити (NaHSO 3).

Сулфити се образуват, когато киселината е напълно неутрализирана с алкали:

H2SO3 + 2NaOH = Na2SO3 + 2H2O

Хидросулфити се получават при липса на алкали:

H2SO3 + NaOH = NaHSO3 + H2O

Сярната киселина и нейните соли имат както окислителни, така и редуциращи свойства, което се определя от естеството на реакционния партньор.

1. И така, под действието на кислород, сулфитите се окисляват до сулфати:

2Na 2 S +4 O 3 + O 0 2 \u003d 2Na 2 S +6 O -2 4

Окислението на сярна киселина с бром и калиев перманганат протича още по-лесно:

5H 2 S +4 O 3 +2KMn +7 O 4 \u003d 2H 2 S +6 O 4 +2Mn +2 S +6 O 4 + K 2 S +6 O 4 + 3H 2 O

2. В присъствието на по-енергични редуциращи агенти, сулфитите проявяват окислителни свойства:

Солите на сярната киселина разтварят почти всички хидросулфити и сулфити на алкалните метали.

3. Тъй като H 2 SO 3 е слаба киселина, действието на киселините върху сулфити и хидросулфити освобождава SO 2. Този метод обикновено се използва при получаване на SO 2 в лабораторията:

NaHSO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O

4. Водоразтворимите сулфити лесно се хидролизират, в резултат на което концентрацията на йони OH - - в разтвора се увеличава:

Na 2 SO 3 + NON "NaHSO 3 + NaOH

Приложение

Серният оксид (IV) и сярната киселина обезцветяват много багрила, образувайки с тях безцветни съединения. Последните могат да се разлагат отново при нагряване или на светлина, в резултат на което цветът се възстановява. Следователно избелващият ефект на SO 2 и H 2 SO 3 е различен от избелващия ефект на хлора. Обикновено серен (IV) оксид избелва вълна, коприна и слама.

Серният оксид (IV) убива много микроорганизми. Ето защо, за да унищожат плесенните гъби, те опушват влажни изби, изби, бъчви за вино и др. Използва се и при транспортиране и съхранение на плодове и горски плодове. В големи количества серен оксид IV) се използва за производство на сярна киселина.

Важно приложение е разтворът на калциев хидросулфит CaHSO 3 (сулфитен разтвор), който се използва за обработка на дървесина и хартиена маса.