Степента на окисление +4 за сярата е доста стабилна и се проявява в SHal 4 тетрахалогениди, SOHal 2 оксодихалиди, SO 2 диоксид и съответните им аниони. Ще се запознаем със свойствата на серния диоксид и сярната киселина.
1.11.1. Серен оксид (IV) Структурата на молекулата so2
Структурата на молекулата SO 2 е подобна на структурата на молекулата на озона. Серният атом е в състояние на sp 2 хибридизация, формата на орбиталите е правилен триъгълник, формата на молекулата е ъглова. Серният атом има неподелена електронна двойка. Дължината на S-O връзката е 0,143 nm, ъгълът на връзката е 119,5°.
Структурата съответства на следните резонансни структури:
За разлика от озона, множествеността на връзката S-O е 2, т.е. основният принос е на първата резонансна структура. Молекулата се характеризира с висока термична стабилност.
Физически свойства
При нормални условия серният двуокис или серният двуокис е безцветен газ с остра задушлива миризма, точка на топене -75 °C, точка на кипене -10 °C. Да се разтвори добре във вода, при 20 ° C в 1 обем вода се разтварят 40 обема серен диоксид. Токсичен газ.
Химични свойства на серен оксид (IV)
Серният диоксид е силно реактивен. Серният диоксид е киселинен оксид. Той е доста разтворим във вода с образуване на хидрати. Той също така частично взаимодейства с вода, образувайки слаба сярна киселина, която не е изолирана индивидуално:
SO 2 + H 2 O \u003d H 2 SO 3 \u003d H + + HSO 3 - \u003d 2H + + SO 3 2-.
В резултат на дисоциацията се образуват протони, така че разтворът има кисела среда.
Когато газът серен диоксид преминава през разтвор на натриев хидроксид, се образува натриев сулфит. Натриевият сулфит реагира с излишния серен диоксид, за да образува натриев хидросулфит:
2NaOH + SO 2 = Na 2 SO 3 + H 2 O;
Na 2 SO 3 + SO 2 \u003d 2NaHSO 3.
Серният диоксид се характеризира с редокс двойственост, например той, показвайки редуциращи свойства, обезцветява бромната вода:
SO 2 + Br 2 + 2H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 2HBr
и разтвор на калиев перманганат:
5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O \u003d 2KНSO 4 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4.
окислен от кислород до серен анхидрид:
2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3.
Той проявява окислителни свойства при взаимодействие със силни редуциращи агенти, например:
SO 2 + 2CO \u003d S + 2CO 2 (при 500 ° C, в присъствието на Al 2 O 3);
SO 2 + 2H 2 \u003d S + 2H 2 O.
Производство на серен оксид (IV)
Изгаряне на сяра във въздуха
S + O 2 \u003d SO 2.
Окисление на сулфиди
4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Действие силни киселиниза метални сулфити
Na 2 SO 3 + 2H 2 SO 4 \u003d 2NaHSO 4 + H 2 O + SO 2.
1.11.2. Сярна киселина и нейните соли
Когато серен диоксид се разтваря във вода, се образува слаба сярна киселина, по-голямата част от разтворения SO 2 е под формата на хидратирана форма на SO 2 H 2 O, при охлаждане също се освобождава кристален хидрат, само малка част от молекулите на сярната киселина се дисоциира на сулфитни и хидросулфитни йони. В свободно състояние киселината не е изолирана.
Като двуосновен, той образува два вида соли: средни - сулфити и кисели - хидросулфити. Само сулфити на алкални метали и хидросулфити на алкални и алкалоземни метали се разтварят във вода.
В тази статия ще намерите информация за това какво е серен оксид. Ще бъдат разгледани неговите основни свойства от химическо и физическо естество, съществуващи форми, методи за тяхното получаване и разлики помежду си. Областите на приложение и биологична роляна този оксид в различните му форми.
Какво е вещество
Серният оксид е съединение от прости вещества, сяра и кислород. Има три форми на серни оксиди, различаващи се една от друга по степента на валентност S, а именно: SO (моноксид, серен оксид), SO 2 (серен диоксид или серен диоксид) и SO 3 (серен триоксид или анхидрид). Всички изброени варианти на серни оксиди имат подобни химични и физични характеристики.
Обща информация за серен оксид
Двувалентният серен оксид или по друг начин серен оксид е неорганично вещество, състоящо се от два прости елемента - сяра и кислород. Формула - SO. При нормални условия той е безцветен газ, но с остра и специфична миризма. Реагира с воден разтвор. Доста рядко съединение земна атмосфера. Той е нестабилен към влиянието на температурите, съществува в димерна форма - S 2 O 2. Понякога той е способен, взаимодействайки с кислорода, в резултат на реакцията да образува серен диоксид. Солта не се образува.
Серен оксид (2) обикновено се получава чрез изгаряне на сяра или разлагане на нейния анхидрид:
- 2S2+O2 = 2SO;
- 2SO2 = 2SO+O2.
Веществото се разтваря във вода. В резултат на това серен оксид образува тио сярна киселина:
- S 2 O 2 + H 2 O \u003d H 2 S 2 O 3.
Общи данни за киселинния газ
Серният оксид е друга форма на серни оксиди с химична формула SO2. Има неприятна специфична миризма и няма цвят. Когато е подложен на натиск, той може да се запали при стайна температура. Когато се разтвори във вода, образува нестабилна сярна киселина. Може да се разтваря в разтвори на етанол и сярна киселина. Той е компонент на вулканичния газ.
В промишлеността се получава чрез изгаряне на сяра или изпичане на нейните сулфиди:
- 2FeS 2 + 5O 2 \u003d 2FeO + 4SO 2.
В лабораториите, като правило, SO 2 се получава с помощта на сулфити и хидросулфити, излагайки ги на силна киселина, както и на действието на метали с ниска степен на активност, концентрирана H 2 SO 4 .
Подобно на други серни оксиди, SO 2 е киселинен оксид. Взаимодействайки с алкали, образувайки различни сулфити, той реагира с вода, създавайки сярна киселина.
SO 2 е изключително активен и това ясно се изразява в редуциращите му свойства, при което степента на окисление на серния оксид се повишава. Може да проявява окислителни свойства, когато е атакуван от силен редуциращ агент. Последната характеристика се използва за производството на хипофосфорна киселина или за отделянето на S от газовете на металургичното поле.
Серният оксид (4) се използва широко от хората за производство на сярна киселина или нейните соли - това е основната му област на приложение. И той също участва в процесите на винопроизводство и действа там като консервант (E220), понякога се маринова със зеленчукови магазини и складове, тъй като унищожава микроорганизмите. Материали, които не могат да бъдат избелени с хлор, се третират със серен оксид.
SO 2 е доста токсично съединение. Типичните симптоми, показващи отравяне с него, са кашлица, проблеми с дишането, обикновено под формата на хрема, дрезгав глас, поява на необичаен послевкус и дращене в гърлото. Вдишването на такъв газ може да причини задушаване, нарушена говорна способност на индивида, повръщане, затруднено преглъщане, както и остър белодробен оток. Максимално допустимата концентрация на това вещество в работното помещение е 10 mg/m 3 . Въпреки това, различни хоратялото може също да покаже различна чувствителност към серен диоксид.
Обща информация за серен анхидрид
Серният газ или, както се нарича, серен анхидрид, е най-високият серен оксид с химична формула SO 3 . Течност със задушлива миризма, летлива при стандартни условия. Способен да се втвърдява, образувайки смеси кристален типот неговите твърди модификации, при температура 16,9 °C и по-ниска.
Подробен анализ на висшия оксид
Когато SO 2 се окислява с въздух под въздействието на високи температури, необходимо условие е наличието на катализатор, например V 2 O 5, Fe 2 O 3, NaVO 3 или Pt.
Термично разлагане на сулфати или взаимодействие на озон и SO 2:
- Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3;
- SO 2 + O 3 \u003d SO 3 + O 2.
Окисляване на SO 2 с NO 2:
- SO 2 + NO 2 \u003d SO 3 + NO.
Физическите качествени характеристики включват: наличие на плоска структура, тригонален тип и D 3 h симетрия в газово състояние, по време на прехода от газ към кристал или течност, образува тример с цикличен характер и зигзагообразна верига, има ковалентна полярна връзка.
В твърда форма SO 3 се среща в алфа, бета, гама и сигма форми и съответно има различна точка на топене, степен на полимеризация и разнообразие от кристални форми. Съществуването на такъв брой видове SO 3 се дължи на образуването на връзки от донорно-акцепторен тип.
Свойствата на серния анхидрид включват много от неговите качества, основните от които са:
Способност за взаимодействие с основи и оксиди:
- 2KHO + SO 3 \u003d K 2 SO 4 + H 2 O;
- CaO + SO 3 \u003d CaSO 4.
Висшият серен оксид SO 3 има достатъчно висока активност и създава сярна киселина чрез взаимодействие с вода:
- SO 3 + H 2 O \u003d H2SO 4.
Той влиза в реакции с хлороводород и образува хлоросулфатна киселина:
- SO 3 + HCl \u003d HSO 3 Cl.
Серният оксид се характеризира с проявата на силни окислителни свойства.
Серният анхидрид намира своето приложение в производството на сярна киселина. Малко количество се освобождава в околен святпо време на използването на серни пулове. SO 3, образувайки сярна киселина след взаимодействие с мокра повърхност, унищожава различни опасни организмикато гъбички.
Обобщаване
Серният оксид може да се намери в различни агрегатни състоянияот течна в твърда форма. Той е рядък в природата и има доста начини за получаването му в индустрията, както и области, където може да се използва. Самият оксид има три форми, в които проявява различна степен на валентност. Може да бъде много токсичен и да причини сериозни проблемисъс здравето.
Сярата е често срещана в земната кора, се нарежда на шестнадесето място сред другите елементи. Среща се както в свободно състояние, така и в свързана форма. Характерни за това са неметалните свойства химичен елемент. Латинското му наименование "Sulfur", обозначено със символа S. Елементът е част от различни йони на съединения, съдържащи кислород и / или водород, образува много вещества, принадлежащи към класовете киселини, соли и няколко оксида, всеки от които може да се нарече серен оксид със символи за добавяне, обозначаващи валентност. Състоянията на окисление, които проявява в различни съединения, са +6, +4, +2, 0, −1, −2. Известни са серни оксиди с различна степен на окисление. Най-често срещаните са серен диоксид и триоксид. По-малко известни са серен оксид, както и висши (с изключение на SO3) и по-ниски оксиди на този елемент.
Серен оксид
Неорганично съединение, наречено серен оксид II, SO, на външен вид това вещество е безцветен газ. При контакт с вода не се разтваря, а реагира с нея. Това е много рядко съединение, което се среща само в разредена газова среда. Молекулата SO е термодинамично нестабилна, първоначално се превръща в S2O2 (наречен дисулфурен газ или серен пероксид). Поради рядката поява на серен оксид в нашата атмосфера и ниската стабилност на молекулата е трудно да се определят напълно опасностите от това вещество. Но в кондензирана или по-концентрирана форма оксидът се превръща в пероксид, който е относително токсичен и разяждащ. Това съединение също е силно запалимо (напомня на метана в това свойство), а при изгаряне се получава серен диоксид - отровен газ. Серен оксид 2 е открит близо до Йо (един от атмосферата на Венера и в междузвездната среда. Предполага се, че на Йо се получава в резултат на вулканични и фотохимични процеси. Основните фотохимични реакции са както следва: O + S2 → S + SO и SO2 → SO +O.
серен диоксид
Серен оксид IV или серен диоксид (SO2) е безцветен газ със задушлива, остра миризма. При температура минус 10 С преминава в течно състояние, а при минус 73 С се втвърдява. При 20°C около 40 обема SO2 се разтварят в 1 литър вода.
Този серен оксид, разтваряйки се във вода, образува сярна киселина, тъй като е нейният анхидрид: SO2 + H2O ↔ H2SO3.
Той взаимодейства с основи и 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O и SO2 + CaO → CaSO3.
Серният диоксид има свойствата както на окислител, така и на редуциращ агент. Окислява се от атмосферен кислород до серен анхидрид в присъствието на катализатор: SO2 + O2 → 2SO3. Със силни редуциращи агенти, като сероводород, той играе ролята на окислител: H2S + SO2 → S + H2O.
Серният диоксид се използва главно в промишлеността за производство на сярна киселина. Серен диоксид се получава чрез изгаряне на сяра или железен пирит: 11O2 + 4FeS2 → 2Fe2O3 + 8SO2.
Серен анхидрид
Серен оксид VI или серен триоксид (SO3) е междинен продукт и няма самостоятелна стойност. На външен вид е безцветна течност. Кипи при температура 45 С, а под 17 С се превръща в бяла кристална маса. Тази сяра (със степен на окисление на серния атом + 6) е изключително хигроскопична. С вода образува сярна киселина: SO3 + H2O ↔ H2SO4. Разтваряйки се във вода, той отделя голямо количество топлина и ако се добави голямо количество оксид наведнъж, а не постепенно, тогава може да се получи експлозия. Серният триоксид е силно разтворим в концентрирана киселинадива коза за образуване на олеум. Съдържанието на SO3 в олеума достига 60%. Това сярно съединение се характеризира с всички свойства
Висши и нисши оксиди на сярата
Серите са група химични съединенияс формулата SO3 + x, където x може да бъде 0 или 1. Мономерният оксид SO4 съдържа пероксо група (O-O) и се характеризира, подобно на оксида SO3, със степен на окисление на сяра +6. Този серен оксид може да се получи при ниски температури (под 78 K) чрез реакция на SO3 и/или чрез фотолиза на SO3, смесен с озон.
Нисшите серни оксиди са група химични съединения, които включват:
- SO (серен оксид и неговия димер S2O2);
- серни монооксиди SnO (са циклични съединения, състоящи се от пръстени, образувани от серни атоми, докато n може да бъде от 5 до 10);
- S7O2;
- полимерни оксиди на сярата.
Интересът към ниските серни оксиди се е увеличил. Това се дължи на необходимостта от изследване на тяхното съдържание в земната и извънземната атмосфера.
В окислително-редукционните процеси серният диоксид може да бъде както окислител, така и редуциращ агент, тъй като атомът в това съединение има междинна степен на окисление +4.
Как реагира окислителят SO 2 с по-силни редуциращи агенти, например с:
SO 2 + 2H 2 S \u003d 3S ↓ + 2H 2 O
Как реагира редукторът SO 2 с по-силни окислители, например с в присъствието на катализатор, с и т.н.:
2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3
SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O \u003d H 2 SO 3 + 2HCl
Касова бележка
1) Серният диоксид се образува при изгарянето на сярата:
2) В промишлеността се получава чрез изпичане на пирит:
3) В лабораторията може да се получи серен диоксид:
Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Приложение
Серният диоксид се използва широко в текстилната промишленост за избелване на различни продукти. Освен това се използва в селско стопанствоза унищожаване на вредни микроорганизми в оранжерии и изби. В големи количества SO 2 се използва за производството на сярна киселина.
серен оксид (VI) – ТАКА 3 (серен анхидрид)
Серният анхидрид SO 3 е безцветна течност, която при температури под 17 ° C се превръща в бяла кристална маса. Абсорбира много добре влагата (хигроскопичен).
Химични свойства
Киселинно-базови свойства
Как взаимодейства типичен киселинен оксид серен анхидрид:
SO 3 + CaO = CaSO 4
в) с вода:
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
Специално свойство на SO 3 е способността му да се разтваря добре в сярна киселина. Разтвор на SO 3 в сярна киселина се нарича олеум.
Образуване на олеум: H 2 SO 4 + н SO 3 \u003d H 2 SO 4 ∙ н SO 3
редокс свойства
Серният оксид (VI) се характеризира със силен окислителни свойства(обикновено намален до SO 2):
3SO 3 + H 2 S \u003d 4SO 2 + H 2 O
Получаване и използване
Серният анхидрид се образува при окисляването на серен диоксид:
2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3
В чистата си форма серният анхидрид няма практическа стойност. Получава се като междинен продукт при производството на сярна киселина.
H2SO4
Споменаването на сярна киселина се среща за първи път сред арабските и европейските алхимици. Получава се чрез калциниране на железен сулфат (FeSO 4 ∙ 7H 2 O) във въздух: 2FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 или смес с: 6KNO 3 + 5S \u003d 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N 2 и отделените пари от серен анхидрид се кондензират. Поглъщайки влагата, те се превърнаха в олеум. В зависимост от метода на получаване, H 2 SO 4 се нарича витриолно масло или сярно масло. През 1595 г. алхимикът Андреас Либавиус установява идентичността на двете вещества.
Дълго време маслото от витриол не се използва широко. Интересът към него силно нараства след 18 век. Открит е индигокармин, устойчиво синьо багрило. Първата фабрика за производство на сярна киселина е основана близо до Лондон през 1736 г. Процесът се извършва в оловни камери, на дъното на които се излива вода. Разтопена смес от селитра със сяра се изгаря в горната част на камерата, след което се пропуска въздух. Процедурата се повтаря, докато на дъното на контейнера се образува киселина с необходимата концентрация.
През 19 век методът беше подобрен: вместо селитра започнаха да използват азотна киселина(отдава се при разлагане в камерата). За връщане на азотни газове в системата са проектирани специални кули, които дават името на целия процес - процес на кула. Фабрики, работещи по метода на кулата, съществуват и днес.
Сярната киселина е тежка маслена течност, без цвят и мирис, хигроскопична; добре се разтваря във вода. Когато концентрираната сярна киселина се разтваря във вода, се отделя голямо количество топлина, така че трябва внимателно да се излее във вода (а не обратното!) И да се смеси разтворът.
Разтвор на сярна киселина във вода със съдържание на H2SO4 по-малко от 70% обикновено се нарича разредена сярна киселина, а разтвор с повече от 70% се нарича концентрирана сярна киселина.
Химични свойства
Киселинно-базови свойства
Разредената сярна киселина проявява всички характерни свойства на силните киселини. Тя реагира:
H 2 SO 4 + NaOH \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl
Процесът на взаимодействие на Ba 2+ йони със сулфатни йони SO 4 2+ води до образуването на бяла неразтворима утайка BaSO 4 . то качествена реакция към сулфатен йон.
Редокс свойства
В разредена H 2 SO 4, Н + йоните са окислители, а в концентрираната H 2 SO 4 сулфатни йони са SO 4 2+. SO 4 2+ йони са по-силни окислители от H + йони (виж диаграмата). 
AT разредена сярна киселинаразтварят метали, които са в електрохимичната серия от напрежения към водород. В този случай се образуват и отделят метални сулфати:
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2
Металите, които са в електрохимичната серия от напрежения след водорода, не реагират с разредена сярна киселина:
Cu + H 2 SO 4 ≠
концентрирана сярна киселинае силен окислител, особено при нагряване. Той окислява много и някои органични вещества.
Когато концентрираната сярна киселина взаимодейства с метали, които са в електрохимичната серия от напрежения след водорода (Cu, Ag, Hg), се образуват метални сулфати, както и продуктът на редукция на сярна киселина - SO 2.
Взаимодействие на сярна киселина с цинк С по-активни метали (Zn, Al, Mg) концентрираната сярна киселина може да се редуцира до свободна. Например, когато сярната киселина взаимодейства с, в зависимост от концентрацията на киселината, могат да се образуват едновременно различни продукти на редукция на сярна киселина - SO 2, S, H 2 S:
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
На студено концентрираната сярна киселина пасивира например някои метали и затова се транспортира в железни цистерни:
Fe + H 2 SO 4 ≠
Концентрираната сярна киселина окислява някои неметали (и т.н.), възстановявайки се до серен оксид (IV) SO 2:
S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 \u003d 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O
Получаване и използване
В промишлеността сярната киселина се получава чрез контакт. Процесът на придобиване протича на три етапа:
- Получаване на SO 2 чрез изпичане на пирит:
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
- Окисляване на SO 2 до SO 3 в присъствието на катализатор - ванадиев (V) оксид:
2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3
- Разтваряне на SO 3 в сярна киселина:
H2SO4+ н SO 3 \u003d H 2 SO 4 ∙ н SO 3
Полученият олеум се транспортира в железни цистерни. Сярна киселина с необходимата концентрация се получава от олеум чрез изливането му във вода. Това може да се изрази в диаграма:
H 2 SO 4 ∙ н SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
Сярната киселина намира различни приложения в различни области на националната икономика. Използва се за изсушаване на газове, при производството на други киселини, за производство на торове, различни багрила и лекарства.
Соли на сярна киселина
Повечето сулфати са силно разтворими във вода (слабо разтворим CaSO 4 , още по-малко PbSO 4 и практически неразтворим BaSO 4 ). Някои сулфати, съдържащи вода от кристализация, се наричат витриол:
CuSO 4 ∙ 5H 2 O меден сулфат
FeSO 4 ∙ 7H 2 O железен сулфат
Солите на сярната киселина имат всичко. Тяхното отношение към отоплението е специално.
Сулфатите на активните метали ( , ) не се разлагат дори при 1000 ° C, докато други (Cu, Al, Fe) - се разлагат при леко нагряване в метален оксид и SO 3:
CuSO 4 \u003d CuO + SO 3
Изтегли:
Изтеглете безплатно резюме по темата: "Производство на сярна киселина чрез контактен метод"
Можете да изтеглите есета по други теми
*на изображението на записа е снимка на меден сулфат
