FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S
Взаимодействие сульфида алюминия с холодной водой
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Прямой синтез из элементов происходит при пропускании водорода над расплавленной серой:
H 2 + S = H 2 S.
Нагревание смеси парафина с серой.
1.9. Сероводородная кислота и её соли
Сероводородной кислоте присущи все свойства слабых кислот. Она реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями.
Как двухосновная, кислота образует два типа солей – сульфиды и гидросульфиды . Гидросульфиды хорошо растворимы в воде, сульфиды щелочных и щелочно-земельных металлов также, сульфиды тяжелых металлов практически нерастворимы.
Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов не окрашены, остальные имеют характерную окраску, например, сульфиды меди (II), никеля и свинца – черные, кадмия, индия, олова – желтые, сурьмы – оранжевый.
Ионные сульфиды щелочных металлов M 2 S имеют структуру типа флюорита, где каждый атом серы окружен кубом из 8 атомов металла и каждый атом металла – тетраэдром из 4 атомов серы. Сульфиды типа MS характерны для щелочноземельных металлов и имеют структуру типа хлорида натрия, где каждый атом металла и серы окружен октаэдром из атомов другого сорта. При усилении ковалентного характера связи металл – сера реализуются структуры с меньшими координационными числами.
Сульфиды цветных металлов встречаются в природе как минералы и руды, служат сырьем для получения металлов.
Получение сульфидов
Прямое взаимодействие простых веществ при нагревании в инертной атмосфере
Восстановление твердых солей оксокислот
BaSO 4 + 4C = BaS + 4CO (при 1000°С)
SrSO 3 + 2NH 3 = SrS + N 2 + 3H 2 O (при 800°С)
CaCO 3 + H 2 S + H 2 = CaS + CO + 2H 2 O (при 900°С)
Малорастворимые сульфиды металлов осаждают из их растворов действием сероводорода или сульфида аммония
Mn(NO 3) 2 + H 2 S = MnS↓ + 2HNO 3
Pb(NO 3) 2 + (NH 4) 2 S = PbS↓ + 2NH 4 NO 3
Химические свойства сульфидов
Растворимые сульфиды в воде сильно гидролизованны, имеют щелочную среду:
Na 2 S + H 2 O = NaHS + NaOH;
S 2- + H 2 O = HS - + OH - .
Окисляются кислородом воздуха, в зависимости от условий возможно образование оксидов, сульфатов и металлов:
2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2 ;
CaS + 2O 2 = CaSO 4 ;
Ag 2 S + O 2 = 2Ag + SO 2 .
Сульфиды, особенно растворимые в воде, являются сильными восстановителями:
2KMnO 4 + 3K 2 S + 4H 2 O = 3S + 2MnO 2 + 8KOH.
1.10. Токсичность сероводорода
На воздухе сероводород воспламеняется около 300 °С. Взрывоопасны его смеси с воздухом, содержащие от 4 до 45% Н 2 S. Ядовитость сероводорода часто недооценивают и работы с ним ведут без соблюдения достаточных мер предосторожности. Между тем уже 0,1 % Н 2 S в воздухе быстро вызывает тяжелое отравление. При вдыхании сероводорода в значительных концентрациях может мгновенно наступить обморочное состояние или даже смерть от паралича дыхания (если пострадавший не был своевременно вынесен из отравленной атмосферы). Первым симптомом острого отравления служит потеря обоняния. В дальнейшем появляются головная боль, головокружение и тошнота. Иногда через некоторое время наступают внезапные обмороки. Противоядием служит, прежде всего, чистый воздух. Тяжело отравленным сероводородом дают вдыхать кислород. Иногда приходится применять искусственное дыхание. Хроническое отравление малыми количествами Н 2 S обусловливает общее ухудшение самочувствия, исхудание, появление головных болей и т.д. Предельно допустимой концентрацией Н 2 S в воздухе производственных помещений считается 0,01 мг/л.
Цели урока: рассмотреть свойства соединений серы – сероводорода, сероводородной кислоты и ее солей; сернистой кислоты и ее солей.
Оборудование: образцы сульфидов, сульфитов металлов, компьютерная презентация.
Ход урока
I. Подготовка к уроку
(Проверить готовность к уроку групп учащихся, оборудования, класса; отметить в классном журнале отсутствующих учащихся; сообщить тему и цели урока) .
II. Проверка знаний учащихся.
1. Решить задачу “Слайд № 1-1”:
Самородная сера, содержащая 30% примесей, была использована для получения оксида серы (IV) массой 8 г. Определите массу (в граммах) самородной серы.
Ответ: m(S) = 5,7 г.
2. Устные вопросы:
- Расскажите о строении атома серы и степени окисления её.
- Охарактеризуйте аллотропию серы.
- Раскройте химические свойства серы.
3. Запишите уравнение химической реакции с точки зрения электролитической диссоциации между сульфатом цинка и гидроксидом калия “Слайд № 1-1”.
4. Проверка письменного домашнего задания – 6 учащихся.
5. Блок вопросов “Слайд № 2”:
- Прочитайте формулировку Периодического закона, данную Д.И. Менделеевым (свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов).
- Прочитайте современную формулировку Периодического закона (свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер).
- Что называют химическим элементом? (химический элемент – это атомы одного вида)
- В каких формах существует химический элемент? (химический элемент существует в трех формах: свободные атомы, простые вещества, сложные вещества).
- Какие вещества называют простыми? (простыми называют вещества, молекула которых образована атомами одного химического элемента).
- Какие вещества называют сложными? (сложными называют вещества, молекула которых образована атомами разных химических элементов).
- На какие классы делятся сложные вещества? (сложные вещества делятся на четыре класса: оксиды, основания, кислоты, соли).
- Какие вещества называют солями? (соли – это сложные вещества, молекула которых состоит из атомов металла и кислотных остатков).
- Какие вещества называют кислотами? (кислоты – это сложные вещества, молекула которых состоит из атомов водорода и кислотного остатка).
III. Изучение нового материала.
План изучения нового материала “Слайд № 3”.
- Сероводород и сульфиды.
- Сернистая кислота и её соли.
1. Сероводород и сульфиды.
Сегодня мы как раз и познакомимся с некоторыми кислотами, которые образует сера. На прошлом уроке было отмечено, что при взаимодействии водорода и серы получается сероводород. Точно также проходит реакция водорода со всеми халькогенами. (H 2 O – H 2 S – H 2 Se – H 2 Te) “Слайд № 4-1”. Из них только вода представляет собой жидкость, остальные – газы, растворы которых будут проявлять кислотные свойства. Подобно галогеноводородам, прочность молекул халькогеноводородов уменьшается, а сила кислот, наоборот, возрастает “Слайд № 4-2”.
Сероводород – бесцветный газ с резким запахом. Он очень ядовит. Является сильнейшим восстановителем. Как восстановитель он активно взаимодействует с растворами галогенов “Слайд № 5-1”:
H 2 + S -2 + I 2 0 = S 0 + 2H + I -
Сероводород горит “Слайд № 5-2”:
2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S(при охлаждении пламени).
2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2
При растворении сероводорода в воде образуется слабая сероводородная кислота [Демонстрация действия на кислоту индикаторов].
Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворимы и окрашены в различные цвета.
Задание. Проклассифицируйте сероводородную кислоту (сероводородная – это бескислородная, двухосновная кислота).
Таким образом, диссоциация сероводородной кислоты происходит ступенчато “Слайд № 5-3”:
H 2 S <–> H + + HS - (первая ступень диссоциации)
HS - <–> H + + S 2- (вторая ступень диссоциации),
значит, сероводородная кислота образует два вида солей:
гидросульфиды – соли, в которых металлом замещен только один атом водорода (NaHS)
сульфиды – соли, в которых металлом замещены оба атома водорода (Na 2 S).
2. Сернистая кислота и её соли .
Рассмотрим еще одну кислоту, которую образует сера. Мы уже выяснили, что при горении сероводорода образуется оксид серы (IV). Это бесцветный газ с характерным запахом. Он проявляет типичные свойства кислотных оксидов и хорошо растворяется в воде, образуя слабую сернистую кислоту [Демонстрация действия на кислоту индикаторов]. Она не устойчива и разлагается на исходные вещества “Слайд № 6-1”:
H 2 O + SO 2 <–> H 2 SO 3
Оксид серы (IV) можно получить разными способами “Слайд № 6-2:
а) горение серы;
б) горение сероводорода;
в) общих сульфидов.
Оксид серы (IV) и сернистая кислота являются типичными восстановителями и одновременно слабыми окислителями “Слайд № 7-1”. [Демонстрация действия кислоты на цветную ткань].
Таблица 1. “Слайд № 7-2”
Степени окисления серы в соединениях.
Вывод “Слайд № 8”. Только восстановительные свойства проявляют элементы, находящиеся в низшей степени окисления .
Только окислительные свойства проявляют элементы, находящиеся в высшей степени окисления .
Как восстановительные, так и окислительные свойства проявляют элементы, имеющие промежуточную степень окисления .
Задание. Проклассифицируйте сернистую кислоту (сернистая – это бескислородная, двухосновная кислота).
Значит, сернистая кислота образует два вида солей:
гидросульфиты – соли, в которых металлом замещен только один атом водорода (NaHSО 3)
сульфиты – соли, в которых металлом замещены оба атома водорода (Na 2 SО 3).
IV. Задание на дом
“Слайд № 9”: § 23 (с.134-140) упр. 1, 2, 5.“Слайд № 10”.
Литература
- Габриелян О.С. Химия. 9 класс: учебн. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян. – 14-е изд., испр. – М. : Дрофа, 2008. – 270, с. : ил.
- Габриелян О.С. Настольная книга учителя. Химия. 9класс / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М.: Дрофа, 2002. – 400 с.
- Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.И. Ермакова. – изд. 30-е, исправленное – М.: Интеграл-Пресс, 2008. – 728 с.
- Горковенко М.Ю. Химия. 9 класс. Поурочные разработки к учебникам О.С. Габриеляна (М.: Дрофа); Л.С. Гузея и др. (М.: Дрофа); Г.Е. Рудзитиса, Ф.Г Фельдмана (М.: Просвещение). – М.: “ВАКО”, 2004, 368 с. – (В помощь школьному учителю).
- Химия. – 2-е изд., перераб. / ред. коллегия: М. Аксёноыв, И. Леенсон, С. Мартынова и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2007. – 656 с.: ил. (Энциклопедия для детей).
22 урок 9 класс
Урок на тему: Сероводород. Сульфиды. Оксид серы (IV ). Сернистая кислота
Задачи урока: Общеобразовательные: Закрепить знания учащихся по пройденной теме: аллотропия серы и кислорода, строение атомов серы и кислорода, химические свойства и применение серы с использованием тестирования, в целях подготовки учащихся к ГИА; Изучить строение, свойства и применение газов: сероводорода, сернистого газа, сернистой кислоты. Изучить соли – сульфиды, сульфиты и их качественное определение с использованием учебного электронного пособия по химии 9класс. Изучить влияние сероводорода, оксида серы (IV ) на окружающую среду и здоровье человека. Использовать презентации учащихся при изучении новой темы и закреплении. Использовать мультимедийный проектор при проверке теста. Продолжить подготовку учащихся к сдаче экзаменов по химии в форме ГИА.
Воспитательные: Нравственное и эстетическое воспитание учащихся к окружающей среде. Воспитание убежденности в позитивной роли химии в жизни современного общества, необходимости химически грамотного отношения к своему здоровью и окружающей среде. Воспитание умения работать в парах при самоанализе контрольных срезов, тестов.
Развивающие: Уметь применять полученные знания для объяснения разнообразных химических явлений и свойств веществ. Уметь применять дополнительный материал из информационных источников, компьютерных технологий при подготовки учащихся к ГИА.Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни: а) экологически грамотного поведения в окружающей среде; б) оценки влияния химического загрязнения окружающей среды на организм человека.
Оборудование к уроку: Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Учебник химии 9 класс». Презентации учащихся: «Сероводород», «Оксид серы (IV )», «Озон». Тест к подготовке ГИА, ответы к тесту. Электронное пособие для изучения химии 9класс: а) качественные реакции на сульфид-ион, сульфит-ион. б) мультимидийный проектор
в) экран проекционный. Защита плаката «Загрязнение окружающей среды выбросами сероводорода и сернистого газа».
Ход урока.
I . Начало урока: Учитель объявляет тему, цель и задачи урока.
Закрепление изученного материала:
Проводится по вопросам теста в целях подготовки учащихся к сдачи ГИА (тест прилагается).
Ответы теста выводятся на экран:
Учащиеся проводят взаимопроверку тестов и ставят оценки (листочки сдаются учителю). Критерии оценок: 0 ошибок – 5; 1 – 2 ошибки – 4; 3 ошибки – 3; 4 и больше – 2
Тест проводится в течении 7 минут и проверяется в течение 3 минут.
II . Изучение новой темы:
Сероводород. Сульфиды.
Сероводород является ценным в химическом плане соединением серы, его свойства мы сегодня будем изучать на уроке. С нахождением сероводорода в природе, его физических свойствах и его действии на организм человека и окружающую среду мы познакомимся через презентацию.
Почему нельзя получать сероводород в лаборатории как другие газы, например: кислород и водород? На этот вопрос учащиеся ответят после прослушивания презентации.
Строение сероводорода:
а) молекулярная формула Н 2 S -2 , степень окисления серы (-2), ядовит.
б) сероводород имеет запах тухлых яиц.
3. Получение сероводорода: Получение в лаборатории: получают действием разбавленной серной кислоты на сульфид железа (II ), так как сероводород ядовит, опыты проводят в вытяжном шкафу. H 2 + S 0 → H 2 S -2
FeS + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 S эта реакция проводится в аппарате Кипа, который используют для получения водорода.
4. Химические свойства сероводорода: Сероводород горит на воздухе голубым пламенем при этом образуется сернистый газ или оксид серы(IV )
2 H 2 S -2 + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2 S +4 O 2
восстановитель
При недостатке кислорода образуются пары воды и серы: 2 H 2 S -2 + O 2 → 2 H 2 O + 2 S 0
Сероводород обладает свойствами восстановителя: если в пробирку с сероводородом прилить небольшое количество бромной воды, то раствор обесцветится и на поверхности раствора появится сера
H 2 S -2 + Br 0 2 → S 0 + 2 HBr -1
Сероводород мало-растворим в воде: в одном объеме воды при t = 20 º растворяется 2,4 объема сероводорода, этот раствор называют сероводородной водой или слабой сероводородной кислотой. Рассмотрим диссоциацию сероводородной кислоты: H 2 S → H + + HS -
HS - ↔ H + + S 2- Диссоциация по второй ступени практически не протекает, так как это слабая кислота. Она дает 2 типа солей:
HS - (I) S 2-
гидросульфиды сульфиды
I I I II
NaHS Na 2 S
Гидросульфид натрия сульфид натрия
Сероводородная кислота вступает со щелочами в реакцию нейтрализации:
H 2 S + NaOH → NaHS + H 2 O
избыток
H 2 S + 2NaOH → Na 2 S + 2H 2 O
избыток
Качественная реакция на сульфид-ион (демонстрация опыта с электронного образовательного диска)
Pb (NO 3 ) 2 + Na 2 S → PbS ↓ + 2 NaNO 3 написать полное ионное и краткое
осадок черного цвета ионное уравнение
(Na 2 S + CuCl 2 → CuS ↓ + 2 HCl )
осадок черного цвета
Зарядка для глаз. (1-2 минуты)
Соблюдение санитарно-гигиенических норм работы с использованием компьютера на уроке.
5. Оксид серы(IV ) – сернистый газ. S +4 O 2 степень окисления серы (+4).
Другим важным соединением серы является оксид серы(IV ) SO 2 – сернистый газ. Ядовит.
С физическими свойствами сернистого газа, применением и влиянием на окружающую среду и здоровье человека мы познакомимся через презентацию.
Почему сернистый газ нельзя получать на практической работе?
Получение оксида серы(IV ): образуется при горении серы на воздухе, газ с резким запахом.
S + O 2 → SO 2
Сернистый газ обладает свойствами кислотного оксида при растворении его в воде образуется сернистая кислота, электролит средней силы SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3 лакмус окрашивается в красный цвет.
Химические свойства SO 2 :
Реагирует с основными оксидами SO 2 + CaO → CaSO 3
Реагирует со щелочами SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O
(дома расписать полное ионное и краткое ионное уравнение)
Сера проявляет степени окисления: S -2 , S 0 , S +4 , S +6 .
В оксиде серы(IV ) SO 2 степень окисления +4, поэтому сернистый газ проявляет свойства окислителя и восстановителя
S +4 O 2 + 2H 2 S -2 → 3S 0 ↓ + 2H 2 O S +4 O 2 + Cl 0 2 + 2H 2 O → H 2 S +6 O 4 + 2HCl -1 2-
Гидросульфит сульфит
К HSO 3 К 2 SO 3
Качественная реакция на сульфит-ион (реагентом является серная кислота, образуется газ с резким запахом, который обесцвечивает растворы) фрагмент из электронного образовательного диска.
K 2 SO 3 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O
Дома расписать полное и краткое ионное уравнение.
Защита плаката «Загрязнение окружающей среды соединениями серы».
Защита презентации
Домашнее задание §11-12 , записи, упр. 3,5 стр.34(п)
III . Итог урока:
Учитель подводит итог урока
Выставляет оценки за тест, презентацию.
Благодарит учащихся за урок.
Первая помощь при отравлении газами: сероводородом, сернистым газом: промывание носа, полости рта 2% раствором гидрокарбоната натрия NaHCO 3 , покой, свежий воздух.
ОВР в статье специально выделены цветом. Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.
Разбавленная серная ведет себя, как и остальные кислоты, окислительные свои возможности прячет:
И еще, что надо помнить про разбавленную серную кислоту : она не реагирует со свинцом . Кусок свинца, брошенный в разбавленную H2SO4 покрывается слоем нерастворимого (см. таблицу растворимости) сульфата свинца и реакция моментально прекращается.
Окислительные свойства серной кислоты
– тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха
За счет серы в степени окисления +6(высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.
Правило для задания 24 (по-старому А24) при приготовлении растворов серной кислоты никогда нельзя в нее лить воду . Концентрированую серную кислоту нужно тонкой струйкой вливать в воду, постоянно помешивая.
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами
Эти реакции строго стандартизированны и идут по схеме:
H2SO4(конц.) + металл → сульфат металла + H2O + продукт восстановленной серы.
Есть два нюанса:
1) Алюминий, железо и хром с H2SO4 (конц) в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.
2) С платиной и золотом H2SO4 (конц) не реагирует вообще.
Сера в концентрированной серной кислоте – окислитель
- значит, сама будет восстанавливаться;
- то, до какой степени окисления будет восстанавливаться сера, зависит от металла.
Рассмотрим диаграмму степеней окисления серы :
- До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно .
Реакции будут идти вот так:
8Li + 5H 2 SO 4( конц .) → 4Li 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S
4Mg + 5H 2 SO 4( конц .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O + H 2 S
8Al + 15H 2 SO 4( конц .) (t)→ 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
- при взаимодействии H2SO4 (конц) с металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа , то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0 :
3Mn + 4H 2 SO 4( конц .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O + S↓
2Cr + 4H 2 SO 4( конц .) (t)→ Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4H 2 O + S↓
3Zn + 4H 2 SO 4( конц .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O + S↓
- все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:
2 Fe + 6 H 2 SO 4(конц.) ( t )→ Fe 2 ( SO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 SO 2
(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)
Cu + 2H 2 SO 4( конц .) → CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2
2Ag + 2H 2 SO 4( конц .) → Ag 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2
Конечно, все относительно. Глубина восстановления будет зависеть от многих факторов: концентрации кислоты (90%, 80%, 60%), температуры и т.д. Поэтому совсем уж точно предсказать продукты нельзя. Приведенная выше таблица тоже имеет свой процент приблизительности, но пользоваться ей можно. Еще необходимо помнить, что в ЕГЭ, когда продукт восстановленной серы не указан, и металл не отличается особой активностью, то, скорее всего, составители имеют в виду SO 2 . Нужно смотреть по ситуации и искать зацепки в условиях.
SO 2 – это вообще частый продукт ОВР с участием конц. серной кислоты.
H2SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO 2:
C + 2H 2 SO 4( конц .) → CO 2 + 2H 2 O + 2SO 2
2P + 5H 2 SO 4( конц .) → P 2 O 5 + 5H 2 O + 5SO 2
Свежеобразованный оксид фосфора (V ) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:
2P + 5H 2 SO 4( конц ) → 2H 3 PO 4 + 2H 2 O + 5SO 2
То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:
2B + 3H 2 SO 4( конц ) → 2H 3 BO 3 + 3SO 2
Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействиеH2SO4 (конц) с серой (простым веществом) и сероводородом .
Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой . В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:
Сера 0 будет окисляться, а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления. Будет выделяться сернистый газ:
2 H 2 SO 4(конц.) + S → 3 SO 2 + 2 H 2 O
Но в случае с сероводородом:
Образуется и сера (простое вещество), и сернистый газ:
H 2 SO 4( конц .) + H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O
Этот принцип часто может помочь в определении продукта ОВР, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, в разных степенях окисления. Окислитель и восстановитель «идут навстречу друг другу» по диаграмме степеней окисления.
H2SO4 (конц) , так или иначе, взаимодействует с галогенидами . Только вот тут надо понимать, что фтор и хлор – «сами с усами» и с фторидами и хлоридами ОВР не протекает , проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:
CaCl 2 + H 2 SO 4( конц .) → CaSO 4 + 2HCl
CaF 2 + H 2 SO 4( конц .) → CaSO 4 + 2HF
А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:
2H 2 SO 4( конц .) + 2NaBr → Na 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2 + Br 2
H 2 SO 4( конц .) + 2HBr → 2H 2 O + SO 2 + Br 2
5H 2 SO 4( конц .) + 8NaI → 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S + 4I 2 ↓
H 2 SO 4( конц .) + 8HI → 4H 2 O + H 2 S + 4I 2 ↓
Хлороводород и фтороводород (как и их соли) устойчивы к окисляющему действию H2SO4 (конц).
И наконец, последнее: для концентрированной серной кислоты это уникально, больше никто так не может. Она обладает водоотнимающим свойством .
Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом:
Во-первых, осушение веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от вещества и оно «становится сухим».
Во-вторых, катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (например, дегидратация и этерификация):
H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O
H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 2 C =CH 2 + H 2 O
Сероводород (H₂S) представляет собой бесцветный газ c запахом тухлых яиц. По плотности он тяжелее водорода. Сероводород смертельно ядовит для человека и животных. Даже незначительное его содержание в воздухе вызывает головокружение и тошноту, но самым страшным является то, что при длительном его вдыхании этот запах уже не ощущается. Однако при отравлении сероводородом существует простое противоядие: следует завернуть в платок кусок хлорной извести, затем смочить, и какое-то время нюхать этот сверток. Сероводород получают путем взаимодействия серы с водородом при температуре 350 °С:
H₂ + S → H₂S
Это окислительно-восстановительная реакция: в ходе нее изменяются степени окисления участвующих в ней элементов.
В лабораторных условиях сероводород получают воздействием на сульфид железа серной или соляной кислоты:
FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S
Это реакция обмена: в ней взаимодействующие вещества обмениваются своими ионами. Данный процесс обычно проводят с помощью аппарата Киппа.
Аппарат Киппа
Свойства сероводорода
При горении сероводорода образуется оксид серы 4 и водяной пар:
2H₂S + 3О₂ → 2Н₂О + 2SO₂
H₂S горит голубоватым пламенем, а если над ним подержать перевернутый химический стакан, то на его стенках появится прозрачный конденсат (вода).
Однако при незначительном понижении температуры данная реакция проходит несколько иначе: на стенках предварительно охлажденного стакана появится уже желтоватый налет свободной серы:
2H₂S + О₂ → 2Н₂О + 2S
На этой реакции основан промышленный способ получения серы.
При поджигании предварительно подготовленной газообразной смеси сероводорода и кислорода происходит взрыв.
Реакция сероводорода и оксида серы(IV) также позволяет получить свободную серу:
2H₂S + SО₂ → 2Н₂О + 3S
Сероводород растворим в воде, причем три объема этого газа могут раствориться в одном объеме воды, образуя слабую и нестойкую сероводородную кислоту (Н₂S). Эту кислоту также называют сероводородной водой. Как видите, формулы газа-сероводорода и сероводородной кислоты записываются одинаково.
Если к сероводородной кислоте прилить раствор соли свинца, выпадет черный осадок сульфида свинца:
H₂S + Pb(NO₃)₂ → PbS + 2HNO₃
Это качественная реакция для обнаружения сероводорода. Она же демонстрирует способность сероводородной кислоты вступать в реакции обмена с растворами солей. Таким образом, любая растворимая соль свинца является реактивом на сероводород. Некоторые другие сульфиды металлов также имеют характерную окраску, например: сульфид цинка ZnS - белую, сульфид кадмия CdS - желтую, сульфид меди CuS - черную, сульфид сурьмы Sb₂S₃ - красную.
Кстати, сероводород является нестойким газом и при нагревании практически полностью разлагается на водород и свободную серу:
H₂S → Н₂ + S
Сероводород интенсивно взаимодействует с водными растворами галогенов:
H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O→ H₂SO₄ + 8HCl
Сероводород в природе и жизнедеятельности человека
Сероводород входит в состав вулканических газов, природного газа и газов, сопутствующих месторождениям нефти. Много его и в природных минеральных водах, например, в Черном море он залегает на глубине от 150 метров и ниже.
Сероводород применяют :
- в медицине (лечение сероводородными ваннами и минеральными водами);
- в промышленности (получение серы, серной кислоты и сульфидов);
- в аналитической химии (для осаждения сульфидов тяжелых металлов, которые обычно нерастворимы);
- в органическом синтезе (для получения сернистых аналогов органических спиртов (меркаптанов) и тиофена (серосодержащего ароматического углеводорода). Еще одно из недавно появившихся направлений в науке - сероводородная энергетика. Всерьез изучается получение энергии из залежей сероводорода со дна Черного моря.
Природа окислительно-восстановительных реакций серы и водорода
Реакция образования сероводорода является окислительно-восстановительной:
Н₂⁰ + S⁰→ H₂⁺S²⁻
Процесс взаимодействия серы с водородом легко объясняется строением их атомов. Водород занимает первое место в периодической системе, следовательно, заряд его атомного ядра равен (+1), а вокруг ядра атома кружится 1 электрон. Водород с легкостью отдает свой электрон атомам других элементов, превращаясь в положительно заряженный ион водорода - протон:
Н⁰ -1е⁻= Н⁺
Сера находится на шестнадцатой позиции в таблице Менделеева. Значит, заряд ядра ее атома равен (+16), и количество электронов в каждом атоме также 16е⁻. Расположение серы в третьем периоде говорит о том, что ее шестнадцать электронов кружатся вокруг атомного ядра, образуя 3 слоя, на последнем из которых находится 6 валентных электронов. Количество валентных электронов серы соответствует номеру группы VI, в которой она находится в периодической системе.
Итак, сера может отдать все шесть валентных электронов, как в случае образования оксида серы(VI):
2S⁰ + 3O2⁰ → 2S⁺⁶O₃⁻²
Кроме того, в результате окисления серы, 4е⁻могут быть отданы ее атомом другому элементу с образованием оксида серы(IV):
S⁰ + О2⁰ → S⁺4 O2⁻²
Сера может отдать также два электрона c образованием хлорида серы(II) :
S⁰ + Cl2⁰ → S⁺² Cl2⁻
Во всех трех вышеуказанных реакциях сера отдает электроны. Следовательно, она окисляется, но при этом выступает в роли восстановителя для атомов кислорода О и хлора Cl. Однако в случае образования H2S окисление - удел атомов водорода, поскольку именно они теряют электроны, восстанавливая внешний энергетический уровень серы с шести электронов до восьми. В результате этого каждый атом водорода в его молекуле становится протоном:
Н2⁰-2е⁻ → 2Н⁺,
а молекула серы, наоборот, восстанавливаясь, превращается в отрицательно заряженный анион (S⁻²): S⁰ + 2е⁻ → S⁻²
Таким образом, в химической реакции образования сероводорода окислителем выступает именно сера.
С точки зрения проявления серой различных степеней окисления, интересно и еще одно взаимодействие оксида серы(IV) и сероводорода - реакция получения свободной серы:
2H₂⁺S-²+ S⁺⁴О₂-²→ 2H₂⁺O-²+ 3S⁰
Как видно из уравнения реакции, и окислителем, и восстановителем в ней являются ионы серы. Два аниона серы (2-) отдают по два своих электрона атому серы в молекуле оксида серы(II), в результате чего все три атома серы восстанавливаются до свободной серы.
2S-² - 4е⁻→ 2S⁰ - восстановитель, окисляется;
S⁺⁴ + 4е⁻→ S⁰ - окислитель, восстанавливается.
