Химия серы и ее соединений
В природе сера встречается в самородном состоянии и в виде минералов, таких как пирит FeS2, мирабилит Na2SO4×10H2O, гипс CaSO4×2H2O, и др. Сера входит в состав белков растений и животных. При разложении (гниении) мяса, рыбы, яиц выделяется сероводород H2S, имеющий неприятный запах. Соединения, содержащие серу, обуславливают горький вкус лука, чеснока, хрена. Элементарная сера не токсична для человека, но имеет фунгицидные свойства. В промышленности серу получают очисткой, перегонкой самородной серы или при разложении пирита:
FeS2 ® FeS + S
Чистая сера - хрупкое кристаллическое вещество желтого цвета. Сера имеет несколько аллотропических модификаций: ромбоэдрическую, призматическую, пластическую. Аллотропия серы обусловлена различной структурой кристаллов, построенных из восьмиатомных молекул S8. В расплаве серы существуют молекулы S8, S6, в парах серы - молекулы S6, S4, S2. Сера является типичным неметаллом. Она реагирует с металлами, проявляя окислительные свойства:
Hg + S ® HgS
Реагируя с более активными неметаллами сера проявляет восстановительные свойства, например, сера горит:
S + O2 ® SO2
В низшей степени окисления -2 сера образует соединения с водородом - сероводород H2S и с металлами - сульфид натрия Na2S и др.
Сероводород - бесцветный газ с неприятным запахом. В водных растворах (с концентрацией менее 0,1М) ведет себя как слабая двухосновная кислота:
H2S 
H+ + HS- K1 = 6×10-8
HS- H+ + S2- K2 = 1×10-15
Сероводород имеет восстановительные свойства. На воздухе горит, окисляясь до оксида серы (IV):
2H2S + 3O2 ® 2SO2 + 2H2O
При недостатке кислорода H2S окисляется до свободной серы:
2H2S + O2 ® 2S + 2H2O
Многие окислители (перманганат калия, дихромат калия, хлор, азотная кислота и др.) окисляют сероводород до свободной серы:
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2S ® 2MnSO4 + 5S + K2SO4 + 8H2O
Cульфиды тяжелых металлов малорастворимы в воде и имеют характерные окраски: ZnS - белый, MnS - розовый, CdS - желтый, Sb2S3 - оранжевый, SnS - коричневый, CuS - черный.
В степени окисления +4 сера образует оксид SO2, сернистую кислоту H2SO3, и соответствующие ей соли - сульфиты, например сульфит натрия Na2SO3. Оксид серы (IV) SO2 (сернистый газ) получают в промышленности при горении серы и обжиге пирита:
S + O2 ® SO2
4FeS2 + 11O2 ® 2Fe2O3 + 8SO2
В лаборатории SO2 получают действием соляной кислоты на сульфит натрия:
Na2SO3 + 2HCl ® 2NaCl + H2O + SO2
При растворении SO2 в воде образуется слабая двухосновная сернистая кислота H2SO3:
SO2 + H2O ® H2SO3
H2SO3 H+ + HSO3- K1 = 2×10-2
HSO3- H+ + SO32- K2 = 6×10-8
Соединения серы в этой промежуточной степени окисления могут иметь как окислительные, так и восстановительные свойства:
H2SO3 + 2H2S ® 3S + 3H2O
H2SO3 + Cl2 + H2O ® H2SO4 + 2HCl
При окислении оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора (Pt, V2O5 или NO) образуется оксид серы (VI) SO3. Растворение SO3 в воде приводит к образованию серной кислоты H2SO4.
2SO2 + О2 ® 2SO3
SO3 + H2O ® H2SO4
Серная кислота - тяжелая, бесцветная, маслянистая жидкость. Концентрированная 98% H2SO4 имеет плотность 1,84 г/см3. 100% H2SO4 называется моногидрат. Раствор серного ангидрида SO3 в моногидрате называется олеум H2SO4×SO3 = H2S2O7. Серная кислота сильная двухосновная кислота, образующая средние соли - сульфаты (Na2SO4) и кислые соли - гидросульфаты (NaHSO4). Серная кислота энергично реагирует с водой, образуя гидраты. Она поглощает пары воды из воздуха, отнимает воду от углеводов (сахара, клетчатки) обугливая их:
H2SO4 (конц.) + H2O ® H2SO4×H2O + Q
При разбавлении концентрированной серной кислоты нельзя наливать воду в кислоту, можно осторожно наливать кислоту в воду.
Серная кислота является окислителем. Разбавленная серная кислота реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода, образует соли и вытесняет водород.
Fe + H2SO4 (разб.) ® FeSO4 + H2
Cu + H2SO4 (разб.) ¹
Концентрированная кислота реагирует с большинством металлов (кроме Pt и Au) с образованием солей и выделением продуктов восстановления S+6: оксида серы (IV) - с тяжелыми металлами, серы - с активными металлами, сероводорода - с щелочными и щелочноземельными металлами. Концентрированная серная кислота на холоду пассивирует железо, алюминий и хром.
Сu + 2H2SO4 (конц.) ® СuSO4 + SO2 + 2H2O
3Zn + 4H2SO4 (конц.) ® 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Сa + 5H2SO4 (конц.) ® 4СaSO4 + H2S + 4H2O
Концентрированная серная кислота окисляет и некоторые неметаллы:
2H2SO4 + S ® 3SO2 + 2H2O
2H2SO4 + C ® 2SO2 + CO2 + 2H2O
Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 807;