Соединения серы (9 класс)

Харченко Е.П.

H2S
Отн. молек. Масса 34.082 а. е. м.
Молярная масса34.082 г/моль
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)бесцветный газ
Плотность1.5392 г/л г/см³
Термические свойства
Температура

плавления-82.30 °C
Температура кипения-60.28 °C
Химические свойства pKa6.89, 19±2
Растворимость в воде0.25 (40 °C) г/100 мл
КлассификацияРег. номер CAS7782-79-8

и сладковатым вкусом. Плохо растворим в воде, хорошо — в

этаноле. При больших концентрациях разъедает металл. Взрывчатая смесь с воздухом 4,5 - 45%.
В природе встречается очень редко в виде смешанных веществ нефти и газа. Имеет очень неприятный запах, вреден для лёгких и всего организма. Сейчас сероводород используют в лечебных целях, например, в сероводородных ваннах

разлагается на простые вещества — S и H2), ядовитый (вдыхание

воздуха с его примесью вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительным содержанием приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу), газ, тяжелее воздуха с неприятным запахом тухлых яиц.
Молекула сероводорода имеет угловую форму, поэтому она полярна (μ = 0,34·10-29 Кл·м). В отличие от молекул воды, молекулы сероводорода не образуют прочных водородных связей, поэтому H2S — газ. Насыщенный водный раствор (сероводородная вода) H2S является очень слабой сероводородной кислотой.

является очень слабой кислотой:
H2S → HS− + H+
Ka =

6.9×10−7 моль/л; pKa = 6.89.
С основаниями реагирует:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (обычная соль, при избытке NaOH)
H2S + NaOH = NaHS + H2O (кислая соль, при отношении 1:1)
Сероводород — сильный восстановитель. На воздухе он горит синим пламенем:
2H2S + ЗО2 = 2Н2О + 2SO2
при недостатке кислорода:
2H2S + O2 = 2S + 2H2O
(на этой реакции основан промышленный способ получения серы).
Сероводород реагирует также со многими другими окислителями, при его окислении в растворах образуется свободная сера или SO42-, например:
3H2S + 4HClO3 = 3H2SO4 + 4HCl
2H2S + SO2 = 2Н2О + 3S
H2S + I2 = 2HI + S

хорошо растворимы только сульфиды щелочных металлов, бария и аммония. Сульфиды

остальных металлов практически не растворимы в воде, они выпадают в осадок при введении в растворы солей металлов раствора сульфида аммония (NH4)2S. Многие сульфиды ярко окрашены.
Для щелочных и щелочноземельных металлов известны также гидросульфиды M+HS и M2+(HS)². Гидросульфиды Са²+ и Sr2+ очень нестойки. Являясь солями слабой кислоты, растворимые сульфиды подвергаются гидролизу. Гидролиз сульфидов, содержащих металлы в высоких степенях окисления (Al2S3, Cr2S3 и др.) часто проходит необратимо.
Многие природные сульфиды в виде минералов являются ценными рудами (пирит, халькопирит, киноварь).
Получение
Взаимодействие разбавленных кислот на сульфиды:
Взаимодействие сульфида алюминия с водой (эта реакция отличается чистотой полученного сероводорода):

химии сероводород и сероводородная вода используются как реагенты для осаждения

тяжёлых металлов, сульфиды которых очень слабо растворимы
В медицине — в составе природных и искусственных сероводородных ванн, а также в составе некоторых минеральных вод
Сероводород применяют для получения серной кислоты, элементной серы, сульфидов
Используют в органическом синтезе для получения тиофена и меркаптанов
В последние годы рассматривается возможность использования сероводорода, накопленного в глубинах Чёрного моря, в качестве энергетического (сероводородная энергетика) и химического сырья.

молекулярная масса 64.054 а. е. м.
Молярная масса 64.054 г/моль
Физические свойства
Состояние (норм. условия )бесцветный газ,
Плотность

2,927 г/л (г/см³)
Термические свойства
Температура плавления−75,5 °C
Температура кипения−10,01 °C
Химические свойства
Растворимость в воде11,5 г/100 мл
Классификация Рег. номер CAS[7446-09-5]

воде с образованием сернистой кислоты (при обычных условиях реакция обратима):
SO2

+ H2O ↔ H2SO3.
Со щелочами образует сульфиты:
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O.
Химическая активность SO2 весьма велика. Наиболее ярко выражены восстановительные свойства SO2, степень окисления серы в таких реакциях повышается:
SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr,
2SO2 + O2 → 2SO3 (требуется катализатор V2O5 и температура 450°С),

сульфит-ион SO32- и на SO2 (обесцвечивание фиолетового раствора).
5SO2 + 2KMnO4

+ 2H2O → 2H2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4.
В присутствии сильных восстановителей SO2 способен проявлять окислительные свойства. Например, для извлечения серы их отходящих газов металлургической промышленности используют восстановление SO2 оксидом углерода(II):
SO2 + 2CO → 2CO2 + S↓.
Или для получения фосфорноватистой кислоты:
PH3 + SO2 → H(PH2O2) + S↓

разбавленных водных растворах (в свободном состоянии не выделена):
SO2 + H2O

⇆ H2SO3 ⇆ H+ + HSO3- ⇆ 2H+ + SO32-.

+ HSO3-, KI = 2·10-2
HSO3- H+ + SO32-,

KII = 6·10-8
Растворы H2SO3 всегда имеют резкий специфический запах (похожий на запах зажигающейся спички), обусловленный наличием химически не связанного водой SO2.
Двухосновная кислота, образует два ряда солей: кислые — гидросульфиты (в недостатке щёлочи):
и средние — сульфиты (в избытке щёлочи):
Как и сернистый газ, сернистая кислота и её соли являются сильными восстановителями:
При взаимодействии с ещё более сильными восстановителями может играть роль окислителя:
Качественная реакция на сульфит-ионы — обесцвечивание раствора перманганата калия:

как восстановители, для беления шерсти, шелка и других материалов, которые

не выдерживают отбеливания с помощью сильных окислителей (хлора).
Сернистую кислоту применяют при консервировании плодов и овощей.
Гидросульфит кальция Са(HSO3)2 (сульфитный щелок) используют для переработки древесины в так называемую сульфитную целлюлозу (раствор гидросульфита кальция растворяет лигнин — вещество, связывающее волокна целлюлозы, в результате чего волокна отделяются друг от друга; обработанную таким образом древесину используют для получения бумаги).

Масса 80.06 а. е. м.
Молярная масса 80.06 г/моль
Физические свойства
Состояние (ст. усл.) бесцветный газ
Плотность1.92 г/см³
Термические свойства
Температура

плавления16,9 °C
Температура кипения45 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)−397.77 кДж/моль Классификация Рег. номер CAS[7446-11-9]

га́з)
SO3 — высший оксид серы,
тип химической связи:

ковалентная полярная
В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом.
При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO3.

образуются циклический тример и зигзагообразные цепи.
Пространственная модель молекулы SO3

нагревании, в присутствии катализатора (V2O5, Pt или Na2VO3):
2SO2 + O2

→ 2SO3 + Q.
Можно получить термическим разложением сульфатов:
Fe2(SO4)3 → Fe2O3 + 3SO3,
или взаимодействием SO2 с озоном:
SO2 + O3 → SO3 + O2↑.
Для окисления SO2 используют также NO2:
SO2 + NO2 → SO3 + NO↑.
Эта реакция лежит в основе исторически первого, нитрозного способа получения серной кислоты.

ангидрид серной кислоты. Его химическая активность достаточно велика.
При взаимодействии с

водой образует серную кислоту:
SO3 + H2O → H2SO4.
Взаимодействует с основаниями:
2KOH + SO3 → K2SO4 + H2O,
основными оксидами:
CaO + SO3 → CaSO4,
c амфотерными оксидами:
3SO3 + Al2O3 → Al2(SO4)3.
SO3 растворяется в 100%-й серной кислоте, образуя олеум:
H2SO4 (100 %) + SO3 → H2S2O7.

восстанавливается, обычно, до сернистого ангидрида:
5SO3 + 2P→ P2O5 + 5SO2

3SO3 + H2S → 4SO2 + H2O
2SO3 + 2KI → SO2 + I2 + K2SO4.
3. При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорсульфоновая кислота:
SO3 + HCl → HSO3Cl
Также присоединяет хлор, образуя тионилхлорид:
SO3 + Cl2 + 2SCl2 → 3SOCl2

молек. Масса 62.03 а. е. м.
Молярная масса98.078 г/моль
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)бесцветная маслянистая жидкость без запаха
Плотность1,8356 г/см³
Термические

свойства
Температура плавления10,38 °C
Температура кипения279,6 °C
Химические свойства
Растворимость в водесмешивается во всех соотношениях г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS7664-93-

кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6).
При обычных условиях

концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха.
В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3.
Если молярное отношение SO3:H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1, — раствор SO3 в серной кислоте (олеум).

кислота, диссоциация ее протекает по двум ступеням:
H2SO4 = H+

+ HSO4- - первая ступень
HSO4- =H+ + SO42- - вторая ступень
В концентрированных растворах диссоциация серной кислоты по второй ступени незначительна.
Серная кислота - сильнейшее дегидратирующее (водоотнимающее) вещество. Она поглощает влагу из воздуха (гигроскопична), отнимает воду
1. от кристаллогидратов:
CuSO4*5H2O голубой ------------------------> CuSO4 белый + 5H2O
2. углеводов (обугливает дерево и бумагу):
C12H22O11 --------------------------> 12C + 11H2O
3. спиртов:
C2H5OH -----------------------------> CH2=CH2 + H2O
В окислительно-восстановительных реакциях разбавленная серная кислота проявляет свойства обычной кислоты (неокислитель) - при этом восстанавливаются ионы Н+, например:
Fe + H2SO4 разб.= FeSO4 + H2
Разбавленная H2SO4 не взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода.
Концентрированная серная кислота - кислота-окислитель, при этом восстанавливается сера (+6).
Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений правее водорода:
Cu + 2H2SO4конц. = CuSO4 + SO2 + 2H2O

сильных кислот:
а) взаимодействует с основными оксидами:
CuO + H2SO4 = CuSO4

+ H2O
б) с основаниями:
2NaOH + H2SO4= Na2SO4 + 2H2O
в) вытесняет другие кислоты из их солей, например те, которые слабее нее:
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O
или более летучие (обладающие температурами кипения ниже, чем у серной кислоты):
NaNO3твердый + H2SO4 конц.= NaHSO4 + HNO3- при нагревании
и металлы,стоящие левее водорода, при этом сера восстанавливается до степени окисления +4, 0 и -2:
Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

кислотой пассивируются, однако при сильном нагревании реакция начинается, например:
2Fe +

6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, например:
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O
S +2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O
Концентрированная серная кислота окисляет также сложные вещества, например HI и HBr:
2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O
8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O
соли железа (2):
2FeSO4 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2

металлами;
основными оксидами;
амфотерными оксидами;
основаниями;
амфотерными гидроксидами.

солей - кислые - гидросульфаты и средние - сульфаты. В

безводном состоянии выделены только гидросульфаты щелочных металлов. Средние сульфаты (безводные) - как правило, бесцветные кристаллические вещества, склонные к образованию кристаллогидратов (часто окрашеных), например:
Na2SO4*10H2O - глауберова соль (мирабилит) - бесцветная
MgSO4*7H2O - горькая (английская) соль - бесцветная
CuSO4*5H2O - медный купорос - голубой
FeSO4*7H2O - железный купорос - голубовато-зеленый
CaSO4*2H2O - гипс - белый
Сульфаты при нагревании разлагаются (кроме сульфатов щелочных металлов, которые термически устойчивы), например CaSO4 - при 1400oС:
2CaSO4 = 2CaO + 2SO2 + O2
Сульфаты переходных металлов разлагаются при более низких температурах, например Fe2(SO4)3 - при 700-800oС:
Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3

серной кислоты служат сера, сульфиды металлов, сероводород, отходящие газы теплоэлектростанций,

сульфаты железа, кальция и др.
Основные этапы получения серной кислоты:
Обжиг сырья с получением SO2
Окисление SO2 в SO3
Абсорбция SO3
В промышленности применяют два метода окисления SO2 в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов (контактов), и нитрозный — с оксидами азота.

на катализаторе — оксиде ванадия (V).

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3

+ 8SO2
2SO2 + O2 (V2O5) → 2SO3
SO3+Н2О = Н2SO4

аккумуляторах;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в производстве

химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
в промышленном органическом синтезе в реакциях:
дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
гидратации (этанол из этилена);
сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений.

о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса

«зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.
Позже, в IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.
В XV веке алхимики обнаружили, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры, или из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. И только в середине 18 столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной кислоте, от стеклянной лабораторной посуды перешли к большим промышленным свинцовым камерам.

могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате

реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь, из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (п-ов Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже[1]. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3·107 тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994 [2].

(FeS2). Вот он, раскаленный, Серой струйкой пылевой Сверху вниз несется. Воздух мощною струей Снизу подается. Мощный

стал противоток, Смерч тут настоящий, И, как огненный цветок, Слой частиц кипящий, В вихре раскаленных масс Кислород с пиритом Превратился в легкий газ В том процессе скрытом. Газ содержит пыль и грязь, От оксида серы (SO2)

Производство серной кислоты контактным способом

Их циклон отделит враз (поз. 2): В нем для них барьеры. Два цилиндра в нем, и вот, Сверху вниз обычно, По спирали газ идет. Пыль из газа упадет, Но не вся, частично. Смесь в электрофильтр подав (поз. 3), Где сплошные сетки И под током провода, Пыль, как птицу в клетку, Ловят каждый раз подряд, Ведь частички пыли Обретают здесь заряд, Подчиняясь силе Электрических полей. Минус-знак поймала Пыль, прилипнув массой всей К сетке из металла. В бункер или просто в ров Опадает сразу. Но очистить от паров Еще надо газы.

здесь Кислотою серной, Сверху льется кислота, Поглощая воды, И огонь ей не чета, Он не

той породы. После этих процедур У оксида серы Будет следующий тур: К нему из атмосферы Подают воздушный слой, И в узле контактном Он окислит сам собой Газ неоднократно: 2SO2 + O2 2SO3 + Q.

А контактный аппарат (поз. 6)? Что в нем происходит? Кислород окислить рад Газ, который входит. Но нагреть должны мы смесь,

И в теплообменник (поз. 5) Поступает газ наш весь, Как под стражу пленник. Но вот совсем холодный Идет продукт, и тут-то Последний пункт процесса Есть на пути продукта. Оксид направлен в башню (поз. 7), Где поглощаться будет, Но не водой обычной, А кислотой его остудят здесь. Недаром оксиды серы прочно Вступают с водным паром В контакт всегда досрочно: SO3 + H2O = H2SO4 + Q. И будет сернокислый Туман вреднейший виснуть. Другое дело, сразу Чтоб серной кислотой Продукты эти, газы, Внутри за слоем слой Поглощены бы были: В реакцию вступили С водой, которой много Есть в серной кислоте. Оксиды серы строго Идут в контакт за тем, Чтоб получился в чане Безводный олеум. На этом окончанье. Пусть отдохнет ваш ум.