Diossido di zolfo. Formula, preparazione, proprietà chimiche
DEFINIZIONE
Diossido di zolfo(ossido di zolfo (IV), anidride solforosa) in condizioni normaliè un gas incolore con un caratteristico odore pungente (il punto di fusione è (-75,5 o C), punto di ebollizione - (-10,1 o C).
La solubilità dell'ossido di zolfo (IV) in acqua è molto elevata (in condizioni normali, circa 40 volumi di SO 2 per volume di acqua). Una soluzione acquosa di anidride solforosa è chiamata acido solforoso.
Formula chimica dell'anidride solforosa
Formula chimica dell'anidride solforosa- SO 2 . Mostra che la molecola di questa sostanza complessa contiene un atomo di zolfo (Ar = 32 a.m.u.) e due atomi di ossigeno (Ar = 16 a.m.u.). Secondo la formula chimica, puoi calcolare il peso molecolare dell'anidride solforosa:
Mr(SO 2) \u003d Ar (S) + 2 × Ar (O) \u003d 32 + 2 × 16 \u003d 32 + 32 \u003d 64
Formula strutturale (grafica) dell'anidride solforosa
Più illustrativo è formula strutturale (grafica) dell'anidride solforosa. Mostra come gli atomi sono collegati tra loro all'interno di una molecola. La struttura della molecola di SO 2 (Fig. 1) è simile alla struttura della molecola di ozono O 3 (OO 2), ma la molecola è altamente stabile termicamente.
Riso. 1. La struttura della molecola di anidride solforosa, che indica gli angoli di legame tra i legami e le lunghezze dei legami chimici.
Mostrando la distribuzione degli elettroni in un atomo per sottolivelli di energia, è consuetudine rappresentare solo i singoli elementi chimici, tuttavia, per l'anidride solforosa, può essere presentata anche la seguente formula:
Esempi di problem solving
ESEMPIO 1
| Esercizio | La composizione della sostanza comprende il 32,5% di sodio, il 22,5% di zolfo e il 45% di ossigeno. Ricavare la formula chimica della sostanza. |
| Soluzione | Frazione di massa l'elemento X in una molecola di composizione HX è calcolato dalla seguente formula: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Indichiamo il numero di moli degli elementi che compongono il composto come "x" (sodio), "y" (zolfo) e "z" (ossigeno). Quindi, il rapporto molare sarà simile a questo (valori di relativi masse atomiche tratto dalla Tavola Periodica del D.I. Mendeleev, arrotondato per eccesso a numeri interi): 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 Quindi la formula per il composto di sodio, zolfo e ossigeno assomiglierà a Na 2 SO 4. È solfato di sodio. |
| Risposta | Na2SO4 |
ESEMPIO 2
| Esercizio | Il magnesio si combina con l'azoto, formando nitruro di magnesio, in un rapporto di massa di 18:7. Deriva la formula composta. |
| Soluzione | Per scoprire in che relazione si trovano gli elementi chimici nella composizione di una molecola, è necessario trovare la loro quantità di sostanza. È noto che per trovare la quantità di una sostanza si deve usare la formula: Troviamo le masse molari di magnesio e azoto (i valori delle relative masse atomiche presi dalla Tavola Periodica di D.I. Mendeleev verranno arrotondati per eccesso a numeri interi). È noto che M = Mr, che significa M(Mg) = 24 g/mol, e M(N) = 14 g/mol. Quindi, la quantità di sostanza di questi elementi è uguale a: 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 Trova il rapporto molare: n(Mg) :n(N) = 0,75: 0,5 = 1,5:1 = 3:2, quelli. la formula per il composto di magnesio con azoto è Mg 3 N 2. |
| Risposta | Mg3N2 |
L'anidride solforosa ha una struttura molecolare simile all'ozono. L'atomo di zolfo al centro della molecola è legato a due atomi di ossigeno. Questo prodotto gassoso dell'ossidazione dello zolfo è incolore, emette un odore pungente e si condensa facilmente in un liquido limpido in condizioni variabili. La sostanza è altamente solubile in acqua, ha proprietà antisettiche. L'SO 2 si ottiene in grandi quantità nell'industria chimica, in particolare nel ciclo di produzione dell'acido solforico. Il gas è ampiamente utilizzato per la lavorazione di prodotti agricoli e alimentari, per lo sbiancamento di tessuti nell'industria tessile.
Nomi sistematici e banali di sostanze
È necessario comprendere la varietà di termini relativi allo stesso composto. Nome ufficiale composti la cui composizione chimica riflette la formula SO 2 - anidride solforosa. IUPAC raccomanda l'uso di questo termine e del suo equivalente inglese, anidride solforosa. I libri di testo per scuole e università spesso menzionano un altro nome: ossido di zolfo (IV). Il numero romano tra parentesi indica la valenza dell'atomo S. L'ossigeno in questo ossido è bivalente e il numero di ossidazione dello zolfo è +4. La letteratura tecnica utilizza termini obsoleti come anidride solforosa, anidride solforosa (il prodotto della sua disidratazione).
Composizione e caratteristiche della struttura molecolare di SO 2
La molecola di SO 2 è formata da un atomo di zolfo e due atomi di ossigeno. C'è un angolo di 120° tra i legami covalenti. Nell'atomo di zolfo si verifica l'ibridazione sp2: le nuvole di elettroni uno s e due p sono allineate per forma ed energia. Sono coinvolti nella formazione di un legame covalente tra zolfo e ossigeno. Nella coppia O–S, la distanza tra gli atomi è 0,143 nm. L'ossigeno è più elettronegativo dello zolfo, il che significa che le coppie di elettroni di legame si spostano dal centro verso gli angoli esterni. Anche l'intera molecola è polarizzata, il polo negativo è l'atomo O, quello positivo è l'atomo S.
Alcuni parametri fisici dell'anidride solforosa
Ossido di zolfo quadrivalente a velocità normali ambiente mantiene uno stato gassoso di aggregazione. La formula per l'anidride solforosa consente di determinarne le masse molecolari e molari relative: Mr (SO 2) \u003d 64,066, M \u003d 64,066 g / mol (può essere arrotondato a 64 g / mol). Questo gas è quasi 2,3 volte più pesante dell'aria (M(aria) = 29 g/mol). Il biossido ha un forte odore specifico di zolfo bruciato, che è difficile da confondere con qualsiasi altro. È sgradevole, irrita le mucose degli occhi, provoca la tosse. Ma l'ossido di zolfo (IV) non è tossico come l'idrogeno solforato.
sotto pressione a temperatura ambiente l'anidride solforosa gassosa viene liquefatta. A basse temperature, la sostanza è allo stato solido, fonde a -72 ... -75,5 ° C. Con un ulteriore aumento della temperatura, appare un liquido e a -10,1 ° C si forma nuovamente il gas. Le molecole di SO 2 sono termicamente stabili, la decomposizione in zolfo atomico e ossigeno molecolare avviene a temperature molto elevate (circa 2800 ºС).
Solubilità e interazione con l'acqua
L'anidride solforosa, quando disciolta in acqua, interagisce parzialmente con essa per formare un acido solforoso molto debole. Al momento della ricezione si decompone immediatamente in anidride e acqua: SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3. Infatti, nella soluzione non è presente acido solforoso, ma molecole di SO 2 idratate. Il biossido gassoso interagisce meglio con l'acqua fredda, la sua solubilità diminuisce con l'aumentare della temperatura. In condizioni normali, può dissolversi in 1 volume d'acqua fino a 40 volumi di gas.
Anidride solforosa in natura
Volumi significativi di anidride solforosa vengono rilasciati con gas vulcanici e lava durante le eruzioni. Molte attività umane aumentano anche la concentrazione di SO 2 nell'atmosfera.
L'anidride solforosa viene fornita all'aria dagli impianti metallurgici, dove i gas di scarico non vengono catturati durante la torrefazione del minerale. Molti combustibili fossili contengono zolfo, con conseguente rilascio di quantità significative di anidride solforosa aria atmosferica quando si brucia carbone, petrolio, gas, carburante da essi ottenuto. L'anidride solforosa diventa tossica per l'uomo a concentrazioni nell'aria superiori allo 0,03%. Una persona inizia la mancanza di respiro, potrebbero esserci fenomeni simili a bronchite e polmonite. Una concentrazione molto elevata di anidride solforosa nell'atmosfera può portare a gravi avvelenamenti o morte.
Anidride solforosa - produzione in laboratorio e nell'industria
Metodi di laboratorio:
- Quando lo zolfo viene bruciato in un pallone con ossigeno o aria, si ottiene biossido secondo la formula: S + O 2 \u003d SO 2.
- Puoi agire sui sali dell'acido solforoso con acidi inorganici più forti, è meglio prendere il cloridrico, ma puoi diluire il solforico:
- Na 2 SO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 SO 3;
- Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (diff.) \u003d Na 2 SO 4 + H 2 SO 3;
- H 2 SO 3 \u003d H 2 O + SO 2.
3. Quando il rame interagisce con l'acido solforico concentrato, non viene rilasciato idrogeno, ma anidride solforosa:
2H 2 SO 4 (conc.) + Cu \u003d CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2.
Modi moderni produzione industriale di anidride solforosa:
- Ossidazione dello zolfo naturale durante la sua combustione in appositi forni: S + O 2 = SO 2.
- Pirite di ferro arrosto (pirite).
Proprietà chimiche di base dell'anidride solforosa
L'anidride solforosa è un composto chimicamente attivo. Nei processi redox, questa sostanza agisce spesso come agente riducente. Ad esempio, quando il bromo molecolare interagisce con l'anidride solforosa, i prodotti di reazione sono acido solforico e acido bromidrico. Le proprietà ossidanti della SO 2 si manifestano se questo gas viene fatto passare attraverso l'acqua di idrogeno solforato. Di conseguenza, viene rilasciato zolfo, si verifica l'auto-ossidazione-autoguarigione: SO 2 + 2H 2 S \u003d 3S + 2H 2 O.
L'anidride solforosa presenta proprietà acide. Corrisponde a uno degli acidi più deboli e instabili: il solforoso. Questa connessione è in forma pura non esiste, è possibile rilevare le proprietà acide di una soluzione di anidride solforosa utilizzando gli indicatori (il tornasole diventa rosa). L'acido solforoso fornisce sali medi - solfiti e acidi - idrosolfiti. Tra questi ci sono composti stabili.
Il processo di ossidazione dello zolfo in biossido allo stato esavalente in anidride solforica è catalitico. La sostanza risultante si dissolve vigorosamente in acqua, reagisce con le molecole di H 2 O. La reazione è esotermica, si forma acido solforico, o meglio, la sua forma idrata.
Uso pratico del gas acido
Il processo principale per la produzione industriale di acido solforico, che richiede l'elemento biossido, ha quattro fasi:
- Ottenere anidride solforosa bruciando zolfo in forni speciali.
- Purificazione dell'anidride solforosa risultante da ogni tipo di impurità.
- Ulteriore ossidazione a zolfo esavalente in presenza di un catalizzatore.
- Assorbimento di anidride solforosa da parte dell'acqua.
In precedenza, quasi tutta l'anidride solforosa necessaria per la produzione di acido solforico su scala industriale veniva ottenuta dalla tostatura della pirite come sottoprodotto della produzione dell'acciaio. Nuovi tipi di lavorazione delle materie prime metallurgiche utilizzano una minore combustione del minerale. Pertanto, il principale materiale di partenza per la produzione di acido solforico in l'anno scorso divenne zolfo naturale. Significative riserve mondiali di questa materia prima, la sua disponibilità consentono di organizzare lavorazioni su larga scala.
L'anidride solforosa è ampiamente utilizzata non solo nell'industria chimica, ma anche in altri settori dell'economia. Le fabbriche tessili usano questa sostanza ei prodotti della sua interazione chimica per candeggiare seta e tessuti di lana. Questo è uno dei tipi di candeggio senza cloro, in cui le fibre non vengono distrutte.
L'anidride solforosa ha eccellenti proprietà disinfettanti, che viene utilizzata nella lotta contro funghi e batteri. L'anidride solforosa viene utilizzata per la fumigazione di depositi agricoli, botti di vino e cantine. L'SO 2 è utilizzato nell'industria alimentare come agente conservante e antibatterico. Aggiungilo agli sciroppi, immergi la frutta fresca. Solfitizzazione
il succo di barbabietola da zucchero scolorisce e disinfetta le materie prime. Puree e succhi di verdure in scatola contengono anche anidride solforosa come agente antiossidante e conservante.
Solfuro di idrogeno - H2S
Composti di zolfo -2, +4, +6. Reazioni qualitative a solfuri, solfiti, solfati.
Ricevi interazione:
1. idrogeno con zolfo a t - 300 0
2. quando si agisce sui solfuri degli acidi minerali:
Na 2 S + 2HCl \u003d 2 NaCl + H 2 S
Proprietà fisiche:
gas incolore con odore uova marce, velenoso, più pesante dell'aria, dissolvendosi in acqua, forma un debole acido solfidrico.
Proprietà chimiche
Proprietà acido-base
1. Una soluzione di idrogeno solforato in acqua - acido idrosolfuro - è un acido bibasico debole, quindi si dissocia gradualmente:
H 2 S ↔ SA - + H +
AT - ↔ H - + S 2-
2. L'acido solforico ha proprietà generali acidi, reagisce con metalli, ossidi basici, basi, sali:
H 2 S + Ca \u003d CaS + H 2
H 2 S + CaO \u003d CaS + H 2 O
H 2 S + 2NaOH \u003d Na 2 S + 2H 2 O
H 2 S + CuSO 4 \u003d CuS ↓ + H 2 SO 4
Tutti i sali acidi - idrosolfuri - sono altamente solubili in acqua. I sali normali - solfuri - si dissolvono in acqua in diversi modi: i solfuri di metalli alcalini e alcalino terrosi sono altamente solubili, i solfuri di altri metalli sono insolubili in acqua e i solfuri di rame, piombo, mercurio e alcuni altri metalli pesanti non si dissolvono nemmeno negli acidi (tranne acido nitrico)
CuS + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 3S + 2NO + 2H 2 O
I solfuri solubili subiscono idrolisi - all'anione.
Na 2 S ↔ 2Na + + S 2-
S 2- +HOH ↔HS - +OH -
Na 2 S + H 2 O ↔ NaHS + NaOH
Una reazione qualitativa all'acido idrosolfuro e ai suoi sali solubili (cioè allo ione solfuro S 2-) è la loro interazione con i sali di piombo solubili, con la formazione di un precipitato di PbS nero
Na 2 S + Pb (NO 3) 2 \u003d 2NaNO 3 + PbS ↓
Pb 2+ + S 2- = PbS↓
Mostra solo proprietà restaurative, tk. l'atomo di zolfo ha lo stato di ossidazione più basso -2
1. con ossigeno
a) mancante
2H 2 S -2 + O 2 0 \u003d S 0 + 2H 2 O -2
b) con eccesso di ossigeno
2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O
2. con alogeni (scolorimento dell'acqua di bromo)
H 2 S -2 + Br 2 \u003d S 0 + 2HBr -1
3. con conc. HNO3
H 2 S + 2HNO 3 (k) \u003d S + 2NO 2 + 2H 2 O
b) con agenti ossidanti forti (KMnO 4, K 2 CrO 4 in ambiente acido)
2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 + 5H 2 S \u003d 5S + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
c) l'acido idrosolfuro è ossidato non solo da forti agenti ossidanti, ma anche da quelli più deboli, ad esempio sali di ferro (III), acido solforoso, ecc.
2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl
H 2 SO 3 + 2H 2 S \u003d 3S + 3H 2 O
Ricevuta
1. combustione di zolfo in ossigeno.
2. combustione di acido solfidrico in eccesso di O 2
2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O
3. ossidazione del solfuro
2CuS + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2CuO
4. interazione dei solfiti con gli acidi
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O
5. interazione dei metalli in una serie di attività dopo (H 2) con conc. H2SO4
Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Proprietà fisiche
Gas, incolore, con un odore soffocante di zolfo bruciato, velenoso, più di 2 volte più pesante dell'aria, altamente solubile in acqua (a temperatura ambiente, circa 40 volumi di gas si dissolvono in un volume).
Proprietà chimiche:
Proprietà acido-base
SO 2 è un tipico ossido acido.
1.con alcali, che formano due tipi di sali: solfiti e idrosolfiti
2KOH + SO 2 \u003d K 2 SO 3 + H 2 O
KOH + SO 2 \u003d KHSO 3 + H 2 O
2.con ossidi basici
K 2 O + SO 2 \u003d K 2 SO 3
3. L'acido solforoso debole si forma con l'acqua
H 2 O + SO 2 \u003d H 2 SO 3
L'acido solforoso esiste solo in soluzione, è un acido debole,
ha tutte le proprietà comuni degli acidi.
4. reazione qualitativa al solfito - ione - SO 3 2 - azione degli acidi minerali
Na 2 SO 3 + 2HCl \u003d 2Na 2 Cl + SO 2 + H 2 O odore di zolfo bruciato
proprietà redox
In OVR, può essere sia un agente ossidante che un agente riducente, perché l'atomo di zolfo in SO 2 ha uno stato di ossidazione intermedio di +4.
Come agente ossidante:
SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 S
Come restauratore:
2SO 2 +O 2 \u003d 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
Ossido di zolfo (VI) SO 3 (anidride solforica)
Ricevuta:
Ossidazione dell'anidride solforosa
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , cat)
Proprietà fisiche
Un liquido incolore, a temperature inferiori a 17 0 С si trasforma in una massa cristallina bianca. Composto termicamente instabile, si decompone completamente a 700 0 C. È altamente solubile in acqua, in acido solforico anidro e reagisce con esso formando oleum
SO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 S 2 O 7
Proprietà chimiche
Proprietà acido-base
Un tipico ossido acido.
1.con alcali, che formano due tipi di sali: solfati e idrosolfati
2KOH + SO 3 \u003d K 2 SO 4 + H 2 O
KOH + SO 3 \u003d KHSO 4 + H 2 O
2.con ossidi basici
CaO + SO 2 \u003d CaSO 4
3. con acqua
H 2 O + SO 3 \u003d H 2 SO 4
proprietà redox
Ossido di zolfo (VI) - un forte agente ossidante, solitamente ridotto a SO 2
3SO 3 + H 2 S \u003d 4SO 2 + H 2 O
Acido solforico H 2 SO 4
Ottenere acido solforico
Nell'industria, l'acido viene prodotto con il metodo di contatto:
1. cottura della pirite
4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2. ossidazione di SO 2 a SO 3
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( t 0 , cat)
3. dissoluzione di SO 3 in acido solforico
n SO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 SO 4 ∙ n SO 3 (oleum)
H 2 SO 4 ∙ n SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
Proprietà fisiche
H 2 SO 4 è un liquido oleoso pesante, inodore e incolore, igroscopico. Miscibile con acqua in qualsiasi rapporto, quando l'acido solforico concentrato viene sciolto in acqua, viene rilasciato un gran numero di calore, quindi deve essere versato con cura nell'acqua e non viceversa (prima acqua, poi acido, altrimenti si verificheranno grossi guai)
Una soluzione di acido solforico in acqua con un contenuto di H 2 SO 4 inferiore al 70% è solitamente chiamata acido solforico diluito, più del 70% è concentrato.
Proprietà chimiche
Acido base
L'acido solforico diluito presenta tutte le proprietà caratteristiche degli acidi forti. V soluzione acquosa dissocia:
H 2 SO 4 ↔ 2 H + + SO 4 2-
1. con ossidi basici
MgO + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2 O
2. con basi
2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O
3. con i sali
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (precipitato bianco)
Reazione qualitativa allo ione solfato SO 4 2-
A causa del punto di ebollizione più elevato, rispetto ad altri acidi, l'acido solforico li sposta dai sali quando riscaldato:
NaCl + H 2 SO 4 \u003d HCl + NaHSO 4
proprietà redox
In H 2 SO 4 diluito, gli agenti ossidanti sono ioni H + e in H 2 SO 4 concentrato - ioni solfato SO 4 2
Nell'acido solforico diluito, i metalli che sono nell'ordine di attività fino all'idrogeno si dissolvono, mentre si formano solfati e l'idrogeno viene rilasciato
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2
L'acido solforico concentrato è un vigoroso agente ossidante, soprattutto se riscaldato. Ossida molti metalli, non metalli, sostanze inorganiche e organiche.
H 2 SO 4 (a) agente ossidante S +6
Con metalli più attivi, l'acido solforico, a seconda della concentrazione, può essere ridotto a una varietà di prodotti.
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
L'acido solforico concentrato ossida alcuni non metalli (zolfo, carbonio, fosforo, ecc.), riducendo ad ossido di zolfo (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
Interazione con alcune sostanze complesse
H 2 SO 4 + 8HI \u003d 4I 2 + H 2 S + 4 H 2 O
H 2 SO 4 + 2HBr \u003d Br 2 + SO 2 + 2H 2 O
Sali di acido solforico
2 tipi di sali: solfati e idrosolfati
I sali dell'acido solforico hanno tutte le proprietà comuni dei sali. La loro relazione con il riscaldamento è speciale. I solfati dei metalli attivi (Na, K, Ba) non si decompongono anche se riscaldati sopra i 1000 0 C, i sali dei metalli meno attivi (Al, Fe, Cu) si decompongono anche con un leggero riscaldamento