Оксид серы (IV) и сернистая кислота

Оксид серы (IV), или сернистый газ, при обычных условиях бесцветный газ с резким удушливым запахом. При охлаждении до -10°С сжижается в бесцветную жидкость.

Получение

1. В лабораторных условиях оксид серы (IV) получают из солей сернистой кислоты действием на них сильными кислотами:

Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S0₂­+H₂O 2NaHSO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2SO₂­+2H₂O 2HSO^-₃+2H⁺=2SO₂­+2H₂O

2. Также сернистый газ образуется при взаимодействии концент­рированной серной кислоты при нагревании с малоактивными металлами:

Cu+2H₂SO₄=CuSO₄+SO₂­+2Н₂О

Cu+4Н⁺+2SO^2-₄=Cu²⁺+ SO^2-₄+SO₂­+2H₂O

3. Оксид серы (IV) образуется также при сжигании серы в воздухе или кислороде:

S+О₂=SO₂

4. В промышленных условиях SO₂ получают при обжиге пирита FeS₂ или сернистых руд цветных металлов (цинковой обманки ZnS, свинцового блеска PbS и др.):

4FeS₂+11О₂=2Fe₂O₃+8SO₂

Структурная формула молекулы SO₂:

В образовании связей в молекуле SO₂ принимают участие че­тыре электрона серы и четыре электрона от двух атомов кислоро­да. Взаимное отталкивание связывающих электронных пар и не­поделенной электронной пары серы придает молекуле угловую форму.

Химические свойства

1. Оксид серы (IV) проявляет все свойства кислотных оксидов:

— взаимодействие с водой,

— взаимодействие с щелочами,

— взаимодействие с основными оксидами.

2. Для оксида серы (IV) характерны восстановительные свойства:

S⁺⁴O₂+O⁰₂«2S⁺⁶O^-2₃ (в присутствии катализатора, при нагревании)

Но в присутствии сильных восстановителей SO₂ ведет себя как окислитель:

Окислительно-восстановительная двойственность оксида серы (IV) объясняется тем, что сера имеет в нем степень окисления +4, и поэтому она может, отдавая 2 электрона, окисляться до S⁺⁶, а принимая 4 электрона, восстанавливаться до S°. Проявление этих или других свойств зависит от природы реагирующего ком­понента.

Оксид серы (IV) хорошо растворим в воде (в 1 объеме при 20°С растворяется 40 объемов SO₂). При этом образуется существую­щая только в водном растворе сернистая кислота:

SO₂+Н₂О«H₂SO₃

Реакция обратимая. В водном растворе оксид серы (IV) и сер­нистая кислота находятся в химическом равновесии, которое можно смещать. При связывании H₂SO₃ (нейтрализация кисло-

ты) реакция протекает в сторону образования сернистой кислоты; при удалении SO₂ (продувание через раствор азота или нагрева­ние) реакция протекает в сторону исходных веществ. В растворе сернистой кислоты всегда имеется оксид серы (IV), который при­дает ему резкий запах.

Сернистая кислота обладает всеми свойствами кислот. В рас­творе диссоциирует ступенчато:

H₂SO₃«Н⁺+HSO^-₃ HSO^-₃«Н⁺+SO^2-₃

Термически неустойчива, летуча. Сернистая кислота, как двухосновная, образует два типа солей:

— средние — сульфиты (Na₂SO₃);

— кислые — гидросульфиты (NaHSO₃).

Сульфиты образуются при полной нейтрализации кислоты щелочью:

H₂SO₃+2NaOH=Na₂SO₃+2Н₂О

Гидросульфиты получаются при недостатке щелочи:

H₂SO₃+NaOH=NaHSO₃+Н₂О

Сернистая кислота и ее соли обладают как окислительными, так и восстановительными свойствами, что определяется приро­дой партнера по реакции.

1. Так, под действием кислорода сульфиты окисляются до суль­фатов :

2Na₂S⁺⁴O₃+О⁰₂=2Na₂S⁺⁶O^-2₄

Еще легче протекает окисление сернистой кислоты бромом и перманганатом калия:

5H₂S⁺⁴O₃+2KMn⁺⁷O₄=2H₂S⁺⁶O₄+2Mn⁺²S⁺⁶O₄+K₂S⁺⁶O₄+3Н₂O

2. В присутствии же более энергичных восстановителей сульфиты проявляют окислительные свойства:

Из солей сернистой кислоты растворяются почти все гидро­сульфиты и сульфиты щелочных металлов.

3. Поскольку H₂SO₃ является слабой кислотой, при действии кис­лот на сульфиты и гидросульфиты происходит выделение SO₂. Этот метод обычно используют при получении SO₂в лаборатор­ных условиях:

NaHSO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂­+H₂O

4. Растворимые в воде сульфиты легко подвергаются гидролизу, вследствие чего в растворе увеличивается концентрация OH^--ионов:

Na₂SO₃+НОН«NaHSO₃+NaOH

Применение

Оксид серы (IV) и сернистая кислота обесцвечивают многие красители, образуя с ними бесцветные соединения. Последние могут снова разлагаться при нагревании или на свету, в результа­те чего окраска восстанавливается. Следовательно, белящее дей­ствие SO₂ и H₂SO₃ отличается от белящего действия хлора. Обычно рксидом серы (IV) белят шерсть, шелк и солому.

Оксид серы (IV) убивает многие микроорганизмы. Поэтому для уничтожения плесневых грибков им окуривают сырые подва­лы, погреба, винные бочки и др. Используется также при перевоз­ке и хранении фруктов и ягод. В больших количествах оксид серы IV) применяется для получения серной кислоты.

Важное применение находит раствор гидросульфита кальция CaHSO₃ (сульфитный щелок), которым обрабатывают древесину и бумажную массу.