Степень окисления +4 для серы является довольно устойчивой и проявляется в тетрагалогенидах SHal 4 , оксодигалогенидах SOHal 2 , диоксиде SO 2 и в отвечающих им анионах. Мы познакомимся со свойствами диоксида серы и сернистой кислоты.
1.11.1. Оксид серы (IV) Строение молекулы so2
Строение молекулы SO 2 аналогично строению молекулы озона. Атом серы находится в состоянии sp 2 -гибридизации, форма расположения орбиталей – правильный треугольник, форма молекулы – угловая. На атоме серы имеется неподеленная электронная пара. Длина связи S – O равна 0,143 нм, валентный угол составляет 119,5°.
Строение соответствует следующим резонансным структурам:
В отличие от озона, кратность связи S – O равна 2, то есть основной вклад вносит первая резонансная структура. Молекула отличается высокой термической устойчивостью.
Физические свойства
При обычных условиях диоксид серы или сернистый газ – бесцветный газ с резким удушливым запахом, температура плавления -75 °С, температура кипения -10 °С. Хорошо растворим в воде, при 20 °С в 1 объеме воды растворяется 40 объемов сернистого газа. Токсичный газ.
Химические свойства оксида серы (IV)
Сернистый газ обладает высокой реакционной способностью. Диоксид серы – кислотный оксид. Он довольно хорошо растворим в воде с образованием гидратов. Также он частично взаимодействует с водой, образуя слабую сернистую кислоту, которая не выделена в индивидуальном виде:
SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 = H + + HSO 3 - = 2H + + SO 3 2- .
В результате диссоциации образуются протоны, поэтому раствор имеет кислую среду.
При пропускании газообразного диоксида серы через раствор гидроксида натрия образуется сульфит натрия. Сульфит натрия реагирует с избытком диоксида серы и образуется гидросульфит натрия:
2NaOH + SO 2 = Na 2 SO 3 + H 2 O;
Na 2 SO 3 + SO 2 = 2NaHSO 3 .
Для сернистого газа характерна окислительно-восстановительная двойственность, например, он, проявляя восстановительные свойства, обесцвечивает бромную воду:
SO 2 + Br 2 + 2H 2 O = H 2 SO 4 + 2HBr
и раствор перманганата калия:
5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O = 2KНSO 4 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4 .
окисляется кислородом в серный ангидрид:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3 .
Окислительные свойства проявляет при взаимодействии с сильными восстановителями, например:
SO 2 + 2CO = S + 2CO 2 (при 500 °С, в присутствии Al 2 O 3);
SO 2 + 2H 2 = S + 2H 2 O.
Получение оксида серы (IV)
Сжигание серы на воздухе
S + O 2 = SO 2 .
Окисление сульфидов
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 .
Действие сильных кислот на сульфиты металлов
Na 2 SO 3 + 2H 2 SO 4 = 2NaHSO 4 + H 2 O + SO 2 .
1.11.2. Сернистая кислота и её соли
При растворении диоксида серы в воде образуется слабая сернистая кислота, основная масса растворенного SO 2 находится в виде гидратированной формы SO 2 ·H 2 O, при охлаждении также выделяется кристаллогидрат, лишь небольшая часть молекул сернистой кислоты диссоциирует на сульфит- и гидросульфит-ионы. В свободном состоянии кислота не выделена.
Будучи двухосновной, образует два типа солей: средние – сульфиты и кислые – гидросульфиты. В воде растворяются лишь сульфиты щелочных металлов и гидросульфиты щелочных и щелочно-земельных металлов.
В этой статье вы найдете информацию о том, что такое оксид серы. Будут рассмотрены его основные свойства химического и физического характера, существующие формы, способы их получения и отличия между собой. А также будут упомянуты области применения и биологическая роль данного оксида в его разнообразных формах.
Что представляет собой вещество
Оксид серы - это соединение простых веществ, серы и кислорода. Существует три формы оксидов серы, отличающиеся между собой степенью проявленной валентности S, а именно: SO (монооксид, моноокись серы), SO 2 (серный диоксид или сернистый газ) и SO 3 (триоксид или ангидрид серы). Все перечисленные вариации оксидов серы имеют схожие как химические, так и физические характеристики.
Общие данные о моноокисиде серы
Двухвалентный серный монооксид, или иначе серная моноокись - это неорганическое вещество, состоящее из двух простых элементов - серы и кислорода. Формула - SO. В условиях нормальной обстановки является газом без цвета, но с резким и специфическим запахом. Вступает в реакции с водным раствором. Довольно редкое соединение в земной атмосфере. К воздействию температур неустойчив, существует в димерной форме - S 2 O 2 . Иногда способен, взаимодействуя с кислородом, в результате реакции образовывать диоксид серы. Солей не образует.
Получают оксид серы (2) обычно при помощи сжигания серы или разложении ее ангидрида:
- 2S2+O 2 = 2SO;
- 2SO2 = 2SO+O2.
В воде вещество растворяется. В результате оксид серы образует тиосерную кислоту:
- S 2 O 2 +H 2 O = H 2 S 2 O 3 .
Общие данные о сернистом газе
Оксид серы - очередная форма оксидов серы с химической формулой SO 2 . Имеет неприятный специфический запах и не имеет цвета. Подвергаясь давлению, может зажигаться при комнатной температуре. При растворении в воде образует нестойкую сернистую кислоту. Может растворяться в растворах этанола и серной кислоты. Является компонентом вулканического газа.
В промышленности получают сжиганием серы или обжигом ее сульфидов:
- 2FeS 2 +5O 2 = 2FeO+4SO 2 .
В лабораториях, как правило, SO 2 получают при помощи сульфитов и гидросульфитов, подвергая их воздействию сильной кислоты, а также воздействию на металлы с маленькой степенью активности концентрированной H 2 SO 4 .
Как и другие серные оксиды, SO 2 является кислотным оксидом. Взаимодействуя со щелочами, образуя различные сульфиты, вступает в реакции с водой, создавая серную кислоту.
SO 2 чрезвычайно активен, и это ярко выражается в его восстановительных свойствах, где окислительная степень оксида серы возрастает. Может проявлять свойства окислителя, если на него воздействует сильный восстановитель. Последнюю характерную особенность используют для производства фосфорноватистой кислоты, или для отделения S от газов металлургической области деятельности.
Оксид серы (4) широко используется человеком для получения сернистой кислоты или ее солей - это его основная область применения. А также он участвует в процессах виноделия и выступает там в роли консерванта (E220), иногда им протравливают овощехранилища и склады, так как он уничтожает микроорганизмы. Материалы, которые нельзя подвергать отбеливанию хлором, обрабатывают оксидом серы.
SO 2 - довольно токсичное соединение. Характерные симптомы, указывающие на отравление им, - это откашливание, появление проблем с дыханием, как правило, в виде насморка, охриплости, появление необычного привкуса и першение в горле. Вдыхание такого газа может вызвать удушье, нарушение речевой способности индивида, рвоту, затруднение процесса глотания, а также легочный отек в острой форме. Максимально допустимой концентрацией этого вещества в рабочем помещении является 10мг/м 3 . Однако у различных людей организм может проявлять и разную чувствительность к сернистому газу.
Общие данные о серном ангидриде
Серный газ, или, как его называют, серный ангидрид, - это высший оксид серы с химической формулой SO 3 . Жидкость с удушливым запахом, легколетучая при стандартных условиях. Способна застывать, образовывая смеси кристаллического типа из его твердых модификаций, при температуре от 16.9 °C и ниже.
Детальный разбор высшего оксида
При окислении SO 2 воздухом под воздействием высоких температур, необходимым условием является наличие катализатора, например V 2 O 5 , Fe 2 O 3 , NaVO 3 или Pt.
Термическое разложение сульфатов либо взаимодействие озона и SO 2:
- Fe 2 (SO 4)3 = Fe 2 O 3 +3SO 3 ;
- SO 2 +O 3 = SO 3 +O 2 .
Окисление SO 2 при помощи NO 2:
- SO 2 +NO 2 = SO 3 +NO.
К физическим качественным характеристикам относятся: наличие в состоянии газа плоского строения, тригонального типа и D 3 h симметрии, во время перехода от газа к кристаллу или жидкости образует тример циклического характера и зигзагообразную цепь, имеет ковалентную полярную связь.
В твердой форме SO 3 встречается в альфа, бета, гамма и сигма формах, при этом он имеет, соответственно, разную температуру плавления, степень проявления полимеризации и разнообразную кристаллическую форму. Существование такого количества видов SO 3 обусловлено образованием связей донорно-акцепторного типа.
К свойствам ангидрида серы можно отнести множество его качеств, основными из них являются:
Способность взаимодействовать с основаниями и оксидами:
- 2KHO+SO 3 = K 2 SO 4 +H 2 O;
- CaO+SO 3 = CaSO 4 .
Высший серный оксид SO 3 имеет достаточно большую активность и создает серную кислоту, взаимодействуя с водой:
- SO 3 +H 2 O = H2SO 4.
Вступает в реакции взаимодействия с хлороводородом и образует хлоросульфатную кислоту:
- SO 3 +HCl = HSO 3 Cl.
Для оксида серы характерным является проявление сильных окислительных свойств.
Применение серный ангидрид находит в создании серной кислоты. Небольшое его количество выделяется в окружающую среду во время использования серных шашек. SO 3 , образуя серную кислоту после взаимодействия с влажной поверхностью, уничтожает разнообразные опасные организмы, например грибки.
Подводя итоги
Оксид серы может находиться в разных агрегатных состояниях, начиная с жидкости и заканчивая твердой формой. В природе встречается редко, а способов его получения в промышленности довольно много, как и сфер, где его можно использовать. Сам оксид имеет три формы, в которых он проявляет различную степень валентности. Может быть очень токсичным и вызывать серьезные проблемы со здоровьем.
Сера распространена в земной коре, среди других элементов занимает шестнадцатое место. Она встречается как в свободном состоянии, так и в связанном виде. Неметаллические свойства характерны для этого химического элемента. Ее латинское название «Sulfur», обозначается символом S. Элемент входит в состав различных ионов соединений, содержащих кислород и/или водород, образует много веществ, относящихся к классам кислот, солей и несколько окислов, каждый из которых может быть назван оксид серы с добавлением символов, обозначающих валентность. Степени окисления, которые она проявляет в различных соединениях +6, +4, +2, 0, −1, −2. Известны окислы серы с различной степенью окисления. Самые распространенные — это диоксид и триоксид серы. Менее известными являются монооксид серы, а также высшие (кроме SO3) и низшие окислы этого элемента.
Монооксид серы
Неорганическое соединение, называемое оксид серы II, SO, по внешнему виду это вещество является бесцветным газом. При контакте с водой он не растворяется, а реагирует с ней. Это очень редкое соединение, которое встречается только в разреженной газовой среде. Молекула SO термодинамически неустойчива, превращается изначально в S2O2, (называют disulfur газ или пероксид серы). Из-за редкого появления монооксида серы в нашей атмосфере и низкой стабильности молекулы трудно в полной мере определить опасности этого вещества. Но в сконденсированном или более концентрированном виде окисел превращается в пероксид, который является относительно токсичным и едким. Это соединение также легко воспламеняется (напоминает этим свойством метан), при сжигании получается диоксид серы — ядовитый газ. Оксид серы 2 был обнаружен около Ио (одного из в атмосфере Венеры и в межзвездной среде. Предполагается, что на Ио он получается в результате вулканических и фотохимических процессов. Основные фотохимические реакции выглядят следующим образом: O + S2 → S + SO и SO2 → SO + O.
Сернистый газ
Оксид серы IV, или двуокись серы (SO2) является бесцветным газом с удушливым резким запахом. При температуре минус 10 С он переходит в жидкое состояние, а при температуре минус 73 С затвердевает. При 20С в 1 литре воды растворяется около 40 объемов SO2.
Этот оксид серы, растворяясь в воде, образует сернистую кислоту, так как является ее ангидридом: SO2 + H2O ↔ H2SO3.
Он взаимодействует с основаниями и 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O и SO2 + CaO → CaSO3.
Для сернистого газа характерны свойства и окислителя, и восстановителя. Он окисляется кислородом воздуха до серного ангидрида в присутствии катализатора: SO2 + O2 → 2SO3. С сильными восстановителями, такими как сероводород, играет роль окислителя: H2S + SO2 → S + H2O.
Сернистый газ в промышленности используют в основном для получения серной кислоты. Диоксид серы получают сжиганием серы или железного колчедана: 11O2 + 4FeS2 → 2Fe2O3 + 8SO2.
Серный ангидрид
Оксид серы VI, или трехокись серы (SO3) является промежуточным продуктом и самостоятельного значения не имеет. По внешнему виду это бесцветная жидкость. Она кипит при температуре 45 С, а ниже 17 С превращается в белую кристаллическую массу. Этот серы (со степенью окисления атома серы + 6) отличается крайней гигроскопичностью. С водой он образует кислоту серную: SO3 + H2O ↔ H2SO4. Растворяясь в воде, выделяет большое количество тепла и, если прибавлять не постепенно, а сразу большое количество оксида, то может произойти взрыв. Триоксид серы хорошо растворяется в концентрированной кислоте серной с образованием олеума. Содержание SO3 в олеуме достигает 60 %. Для этого соединения серы характерны все свойства
Высшие и низшие оксиды серы
Серы представляют собой группу химических соединений с формулой SO3 + х, где х может быть 0 или 1. Мономерный окисел SO4 содержат пероксогруппу (O-O) и характеризуется, как и окисел SO3, степенью окисления серы +6. Этот оксид серы может быть получен при низких температурах (ниже 78 К) в результате реакции SO3 и или фотолизе SO3 в смеси с озоном.
Низшие оксиды серы представляют собой группу химических соединений, в которую входят:
- SO (оксид серы и его димер S2O2);
- монооксиды серы SnO (представляют собой циклические соединения, состоящие из колец, образованных атомами серы, при этом n может быть от 5 до 10);
- S7O2;
- полимерные оксиды серы.
Интерес к низшим оксидам серы увеличился. Это связано с необходимостью изучения их содержания в наземной и внеземной атмосферах.
В окислительно-восстановительных процессах сернистый газ может быть как окислителем, так и восстановителем, потому что атом в этом соединении имеет промежуточную степень окисления +4.
Как окислитель SO 2 реагирует с более сильными восстановителями, например с :
SO 2 + 2H 2 S = 3S↓ + 2H 2 O
Как восстановитель SO 2 реагирует с более сильными окислителями, например с в присутствии катализатора, с и т.д.:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O = H 2 SO 3 + 2HCl
Получение
1) Сернистый газ образуется при горении серы:
2) В промышленности его получают при обжиге пирита:
3) В лаборатории сернистый газ можно получить:
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Применение
Сернистый газ находит широкое применение в текстильной промышленности для отбеливания различных изделий. Кроме того, его используют в сельском хозяйстве для уничтожения вредных микроорганизмов в теплицах и погребах. В больших количествах SO 2 идет на получение серной кислоты.
Оксид серы (VI ) – SO 3 (серный ангидрид)
Серный ангидрид SO 3 – это бесцветная жидкость, которая при температуре ниже 17 о С превращается в белую кристаллическую массу. Очень хорошо поглощает влагу (гигроскопичен).
Химические свойства
Кислотно-основные свойства
Как типичный кислотный оксид серный ангидрид взаимодействует:
SO 3 + CaO = CaSO 4
в) с водой:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Особым свойством SO 3 является его способность хорошо растворяться в серной кислоте. Раствор SO 3 в серной кислоте имеет название олеум.
Образование олеума: H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3
Окислительно-восстановительные свойства
Оксид серы (VI) характеризуется сильными окислительными свойствами (обычно восстанавливается до SO 2):
3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O
Получение и применение
Серный ангидрид образуется при окислении сернистого газа:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
В чистом виде серный ангидрид практического значения не имеет. Он получается как промежуточный продукт при производстве серной кислоты.
H 2 SO 4
Упоминания о серной кислоте впервые встречаются у арабских и европейских алхимиков. Ее получали, прокаливая на воздухе железный купорос (FeSO 4 ∙7H 2 O): 2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 либо смесь с : 6KNO 3 + 5S = 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N 2 , а выделяющиеся пары серного ангидрида конденсировали. Поглощая влагу, они превращались в олеум. В зависимости от способа приготовления H 2 SO 4 называли купоросным маслом или серным маслом. В 1595 г. алхимик Андреас Либавий установил тождественность обоих веществ.
Долгое время купоросное масло не находило широкого применения. Интерес к нему сильно возрос после того, как в XVIII в. был открыт процесс получения из индиго индигокармина – устойчивого синего красителя. Первую фабрику по производству серной кислоты основали недалеко от Лондона в 1736 г. Процесс осуществляли в свинцовых камерах, на дно которых наливали воду. В верхней части камеры сжигали расплавленную смесь селитры с серой, затем туда запускали воздух. Процедуру повторяли до тех пор, пока на дне ёмкости не образовывалась кислота требуемой концентрации.
В XIX в. способ усовершенствовали: вместо селитры стали использовать азотную кислоту (она при разложении в камере даёт ). Чтобы возвращать в систему нитрозные газы были сконструированы специальные башни, которые и дали название всему процессу – башенный процесс. Заводы, работающие по башенному методу, существуют и в наше время.
Серная кислота – это тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична; хорошо растворяется в воде. При растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла, поэтому ее надо осторожно приливать в воду (а не наоборот!) и перемешивать раствор.
Раствор серной кислоты в воде с содержанием H 2 SO 4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, а раствор более 70% — концентрированной серной кислотой.
Химические свойства
Кислотно-основные свойства
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. Она реагирует:
H 2 SO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Процесс взаимодействия ионов Ва 2+ с сульфат-ионами SO 4 2+ приводит к образованию белого нерастворимого осадка BaSO 4 . Это качественная реакция на сульфат-ион .
Окислительно – восстановительные свойства
В разбавленной H 2 SO 4 окислителями являются ионы Н + , а в концентрированной – сульфат-ионы SO 4 2+ . Ионы SO 4 2+ являются более сильными окислителями, чем ионы Н + (см.схему).
В разбавленной серной кислоте растворяются металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся до водорода . При этом образуются сульфаты металлов и выделяется :
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода, не реагируют с разбавленной серной кислотой:
Cu + H 2 SO 4 ≠
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она окисляет многие , и некоторые органические вещества.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода (Cu, Ag, Hg), образуются сульфаты металлов, а также продукт восстановления серной кислоты – SO 2 .
Реакция серной кислоты с цинком
Более активными металлами (Zn, Al, Mg) концентрированная серная кислота может восстанавливаться до свободной . Например, при взаимодействии серной кислоты с , в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут образовываться различные продукты восстановления серной кислоты – SO 2 , S, H 2 S:
Zn + 2H 2 SO 4 = 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 холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы, например и , поэтому ее перевозят в железных цистернах:
Fe + H 2 SO 4 ≠
Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы ( , и др.), восстанавливаясь до оксида серы (IV) SO 2:
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O
Получение и применение
В промышленности серную кислоту получают контактным способом. Процесс получения происходит в три стадии:
- Получение SO 2 путем обжига пирита:
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
- Окисление SO 2 в SO 3 в присутствии катализатора – оксида ванадия (V):
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
- Растворение SO 3 в серной кислоте:
H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3
Полученный олеум перевозят в железных цистернах. Из олеума получают серную кислоту нужной концентрации, приливая его в воду. Это можно выразить схемой:
H 2 SO 4 ∙ n SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Серная кислота находит разнообразное применение в самых различных областях народного хозяйства. Ее используют для осушки газов, в производстве других кислот, для получения удобрений, различных красителей и лекарственных средств.
Соли серной кислоты
Большинство сульфатов хорошо растворимы в воде (малорастворим CaSO 4 , еще менее PbSO 4 и практически нерастворим BaSO 4). Некоторые сульфаты, содержащие кристаллизационную воду, называются купоросами:
CuSO 4 ∙ 5H 2 O медный купорос
FeSO 4 ∙ 7H 2 O железный купорос
Соли серной кислоты имеют все . Особенным является их отношение к нагреванию.
Сульфаты активных металлов ( , ) не разлагаются даже при 1000 о С, а других (Cu, Al, Fe) – распадаются при небольшом нагревании на оксид металла и SO 3:
CuSO 4 = CuO + SO 3
Скачать:
Скачать бесплатно реферат на тему: «Производство серной кислоты контактным способом»
Скачать рефераты по другим темам можно
*на изображении записи фотография медного купороса
