серен диоксид. Формула, препарат, химични свойства

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

серен диоксид(серен оксид (IV), серен диоксид) в нормални условияе безцветен газ с характерна остра миризма (точка на топене е (-75,5 o C), точка на кипене - (-10,1 o C).

Разтворимостта на серен оксид (IV) във вода е много висока (при нормални условия, около 40 обема SO 2 на обем вода). Водният разтвор на серен диоксид се нарича сярна киселина.

Химическа формула на серен диоксид

Химическа формула на серен диоксид- SO 2 . Той показва, че молекулата на това сложно вещество съдържа един серен атом (Ar = 32 a.m.u.) и два кислородни атома (Ar = 16 a.m.u.). Според химическата формула можете да изчислите молекулното тегло на серен диоксид:

Mr(SO 2) \u003d Ar (S) + 2 × Ar (O) = 32 + 2 × 16 = 32 + 32 \u003d 64

Структурна (графична) формула на серен диоксид

По-илюстративно е структурна (графична) формула на серен диоксид. Той показва как атомите са свързани един с друг в рамките на една молекула. Структурата на молекулата SO 2 (фиг. 1) е подобна на структурата на молекулата на озона O 3 (OO 2), но молекулата е силно термично стабилна.

Ориз. 1. Структурата на молекулата на серен диоксид, показваща ъглите на връзката между връзките и дължините на химичните връзки.

Показвайки разпределението на електроните в атома по енергийни поднива, е обичайно да се изобразяват само за отделни химични елементи, но за серен диоксид може да се представи и следната формула:

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Съставът на веществото включва 32,5% натрий, 22,5% сяра и 45% кислород. Изведете химичната формула на веществото.
Решение	Масова фракцияелемент X в молекула от състав HX се изчислява по следната формула: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Нека означим броя на моловете елементи, които съставляват съединението като "x" (натрий), "y" (сяра) и "z" (кислород). Тогава моларното съотношение ще изглежда така (стойности на относителни атомни масивзето от периодичната таблица на Д.И. Менделеев, закръглено до цели числа): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na) : ω(S)/Ar(S) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 32,5/23: 22,5/32: 45/16; x:y:z= 1,4: 0,7: 2,8 = 2: 1: 4 Така че формулата за съединението на натрий, сяра и кислород ще изглежда като Na2SO4. Това е натриев сулфат.
Отговор	Na2SO4

ПРИМЕР 2

Упражнение	Магнезият се свързва с азота, образувайки магнезиев нитрид, в масово съотношение 18:7. Изведете формулата на съединението.
Решение	За да разберем в какво отношение са химичните елементи в състава на една молекула, е необходимо да се намери тяхното количество вещество. Известно е, че за да се намери количеството на веществото, трябва да се използва формулата: Нека намерим моларните маси на магнезия и азота (стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа). Известно е, че M = Mr, което означава M(Mg) = 24 g/mol и M(N) = 14 g/mol. Тогава количеството вещество на тези елементи е равно на: n (Mg) = m (Mg) / M (Mg); n (Mg) \u003d 18 / 24 \u003d 0,75 mol n(N) = m(N) / M(N); n(N) = 7 / 14 = 0,5 mol Намерете моларното съотношение: n(Mg) :n(N) = 0,75: 0,5 = 1,5:1 = 3:2, тези. формулата за съединението на магнезий с азот е Mg 3 N 2.
Отговор	Mg3N2

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 и лесно кондензира в бистра течност при променящи се условия. Веществото е силно разтворимо във вода, има антисептични свойства. SO 2 се получава в големи количества 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 промишленост.

Систематични и тривиални наименования на вещества

Необходимо е да се разбере разнообразието от термини, свързани с едно и също съединение. Официално имесъединения, чийто химичен състав 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 такива остарели термини като серен диоксид, анхидрид на сярна киселина (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 участват в образуването на ковалентна връзка между 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 за серен диоксид ви позволява да определите неговата относителна молекулна и моларна маса: Mr (SO 2) = 64,066, M = 64,066 g / mol (може да се закръгли 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. При ниски температури веществото 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 соли на сярна 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 начинипромишлено производство на серен 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. Тази връзка е в чиста формане съществува, можете да откриете 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. SO 2 се използва в хранително-вкусовата промишленост като консервант и антибактериално средство. Добавете го към сиропи, накиснете в него пресни плодове. Сулфитация
сокът от захарно цвекло обезцветява и дезинфекцира суровините. Консервираните зеленчукови пюрета и сокове също съдържат серен диоксид като антиоксидант и консервант.

Сероводород - H2S

Серни съединения -2, +4, +6. Качествени реакции към сулфиди, сулфити, сулфати.

Получаване на взаимодействие:

1. водород със сяра при t - 300 0

2. при действие върху сулфиди на минерални киселини:

Na 2 S + 2HCl \u003d 2 NaCl + H 2 S

Физически свойства:

безцветен газ с мирис развалени яйца, отровен, по-тежък от въздуха, разтваряйки се във вода, образува слаба сероводородна киселина.

Химични свойства

Киселинно-основни свойства

1. Разтвор на сероводород във вода - сулфидна киселина - е слаба двуосновна киселина, поради което се дисоциира на стъпки:

H 2 S ↔ HS - + H +

HS - ↔ H - + S 2-

2. Сярна киселина има общи свойствакиселини, реагира с метали, основни оксиди, основи, соли:

H 2 S + Ca \u003d CaS + H 2

H 2 S + CaO \u003d CaS + H 2 O

H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O

H 2 S + CuSO 4 \u003d CuS ↓ + H 2 SO 4

Всички киселинни соли - хидросулфиди - са силно разтворими във вода. Нормалните соли - сулфиди - се разтварят във вода по различни начини: сулфидите на алкалните и алкалоземните метали са силно разтворими, сулфидите на други метали са неразтворими във вода, а сулфидите на мед, олово, живак и някои други тежки металине се разтварят дори в киселини (с изключение на азотна киселина)

CuS + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 3S + 2NO + 2H 2 O

Разтворимите сулфиди се подлагат на хидролиза - при аниона.

Na 2 S ↔ 2Na + + S 2-

S 2- +HOH ↔HS - +OH -

Na 2 S + H 2 O ↔ NaHS + NaOH

Качествена реакция към хидросулфидна киселина и нейните разтворими соли (т.е. към сулфидния йон S 2-) е тяхното взаимодействие с разтворими оловни соли, с образуването на черна утайка PbS

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

Pb 2+ + S 2- = PbS↓

Показва само възстановителни свойства, т.к. серният атом има най-ниска степен на окисление -2

1. с кислород

а) липсва

2H 2 S -2 + O 2 0 \u003d S 0 + 2H 2 O -2

б) с излишък на кислород

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

2. с халогени (обезцветяване на бромната вода)

H 2 S -2 + Br 2 \u003d S 0 + 2HBr -1

3. с конц. HNO3

H 2 S + 2HNO 3 (k) \u003d S + 2NO 2 + 2H 2 O

б) със силни окислители (KMnO 4, K 2 CrO 4 в кисела среда)

2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 + 5H 2 S \u003d 5S + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

в) хидросулфидната киселина се окислява не само от силни окислители, но и от по-слаби, например железни (III) соли, сярна киселина и др.

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

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

Касова бележка

1. изгаряне на сяра в кислород.

2. изгаряне на сероводород в излишък на O 2

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

3. сулфидно окисление

2CuS + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2CuO

4. взаимодействие на сулфити с киселини

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

5. взаимодействие на метали в поредица от дейности след (H 2) с конц. H2SO4

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

Физически свойства

Газ, безцветен, със задушаваща миризма на изгоряла сяра, отровен, повече от 2 пъти по-тежък от въздуха, силно разтворим във вода (при стайна температура около 40 обема газ се разтварят в един обем).

Химични свойства:

Киселинно-основни свойства

SO 2 е типичен кисел оксид.

1.с основи, образуващи два вида соли: сулфити и хидросулфити

2KOH + SO 2 \u003d K 2 SO 3 + H 2 O

KOH + SO 2 \u003d KHSO 3 + H 2 O

2.с основни оксиди

K 2 O + SO 2 \u003d K 2 SO 3

3. с вода се образува слаба сярна киселина

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

Сярната киселина съществува само в разтвор, е слаба киселина,

има всички общи свойства на киселините.

4. качествена реакция на сулфит - йон - SO 3 2 - действие на минерални киселини

Na 2 SO 3 + 2HCl \u003d 2Na 2 Cl + SO 2 + H 2 O миризма на изгоряла сяра

редокс свойства

В OVR той може да бъде както окислител, така и редуциращ агент, тъй като серният атом в SO 2 има междинно окислително състояние от +4.

Като окислител:

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

Като реставратор:

2SO 2 +O 2 = 2SO 3

Cl 2 + SO 2 + 2H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 2HCl

2KMnO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O \u003d K 2 SO 4 + 2H 2 SO 4 + 2MnSO 4

серен оксид (VI) SO 3 (серен анхидрид)

Касова бележка:

Окисление на серен диоксид

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , кат)

Физически свойства

Безцветна течност, при температури под 17 0 С се превръща в бяла кристална маса. Термично нестабилно съединение, напълно се разлага при 700 0 C. Той е силно разтворим във вода, в безводна сярна киселина и реагира с нея, за да образува олеум

SO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 S 2 O 7

Химични свойства

Киселинно-основни свойства

Типичен кисел оксид.

1.с основи, образуващи два вида соли: сулфати и хидросулфати

2KOH + SO 3 \u003d K 2 SO 4 + H 2 O

KOH + SO 3 \u003d KHSO 4 + H 2 O

2.с основни оксиди

CaO + SO 2 \u003d CaSO 4

3. с вода

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

редокс свойства

Серен оксид (VI) - силен окислител, обикновено редуциран до SO 2

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

Сярна киселина H 2 SO 4

Получаване на сярна киселина

В промишлеността киселината се произвежда по контактния метод:

1. изпичане на пирит

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

2. окисление на SO 2 до SO 3

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , кат)

3. разтваряне на SO 3 в сярна киселина

н SO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 SO 4 ∙ н SO 3 (олеум)

H 2 SO 4 ∙ н SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

Физически свойства

H 2 SO 4 е тежка маслена течност, без мирис и цвят, хигроскопична. Смесва се с вода във всяко съотношение, когато концентрирана сярна киселина се разтвори във вода, тя се освобождава голям бройтоплина, така че трябва внимателно да се излива във вода, а не обратно (първо вода, след това киселина, в противен случай ще се случат големи проблеми)

Разтвор на сярна киселина във вода със съдържание на H 2 SO 4 по-малко от 70% обикновено се нарича разредена сярна киселина, повече от 70% е концентрирана.

Химични свойства

Киселинно-основна

Разредената сярна киселина проявява всички характерни свойства на силните киселини. V воден разтвордисоциира:

H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-

1. с основни оксиди

MgO + H2SO4 \u003d MgSO4 + H2O

2. с основи

2NaOH + H2SO4 \u003d Na2SO4 + 2H2O

3. със соли

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (бяла утайка)

Качествена реакция към сулфатния йон SO 4 2-

Поради по-високата точка на кипене, в сравнение с други киселини, сярната киселина ги измества от солите при нагряване:

NaCl + H 2 SO 4 = HCl + NaHSO 4

редокс свойства

В разредена H 2 SO 4 окислители са H + йони, а в концентрирана H 2 SO 4 - сулфатни йони SO 4 2

В разредена сярна киселина металите, които са в реда на активност до водород, се разтварят, докато се образуват сулфати и се отделя водород

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2

Концентрираната сярна киселина е силен окислител, особено при нагряване. Той окислява много метали, неметали, неорганични и органични вещества.

H 2 SO 4 (към) окислител S +6

С повече активни метали сярната киселина, в зависимост от концентрацията, може да се редуцира до различни продукти.

Zn + 2H 2 SO 4 \u003d 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

Концентрираната сярна киселина окислява някои неметали (сяра, въглерод, фосфор и др.), като се редуцира до серен оксид (IV)

S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 \u003d 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

Взаимодействие с някои сложни вещества

H 2 SO 4 + 8HI \u003d 4I 2 + H 2 S + 4 H 2 O

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

Соли на сярна киселина

2 вида соли: сулфати и хидросулфати

Солите на сярната киселина имат всички общи свойства на солите. Тяхната връзка с отоплението е специална. Сулфатите на активните метали (Na, K, Ba) не се разлагат дори при нагряване над 1000 0 C, солите на по-малко активните метали (Al, Fe, Cu) се разлагат дори при леко нагряване