§25. Соединения серы

Лабораторный опыт №29

1. Свойства разбавленной серной кислоты
Проделайте опыты, доказывающие, что серная кислота проявляет типичные свойства кислот.
Поместите в одну пробирку гранулу цинка, а в другую − кусочек меди и налейте в обе пробирки по 2 мл раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Почему результат этого эксперимента именно таков? Запишите молекулярное и сокращенное ионное уравнения, рассмотрите окислительно−восстановительные процессы.

Ответ:

Свойства разбавленной серной кислоты
Поместили в одну пробирку гранулу цинка, а в другую − кусочек меди и налили в обе пробирки по 2 мл раствора серной кислоты.
$Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}$
$Zn + 2H^{+} + SO^{2-}_{4} = Zn^{2+} + SO^{2-}_{4} + H_{2}$
$Zn + 2H^{+} = Zn^{2+} + H_{2}$
$Cu + H_{2}SO_{4}$ ≠
В первой пробирке наблюдаем выделение газа, во второй − нет видимых признаков реакции. Результат этого эксперимента именно таков, так как медь − металл после водорода в ряду напряжения металлов, поэтому она не реагирует с кислотами.

2. Свойства разбавленной серной кислоты
Поместите в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилейте в неё 1−2 мл раствора серной кислоты. Закрепите пробирку в держателе и подогрейте на пламени спиртовки. Что наблюдаете? Вапишите молекулярное и ионные уравнения.

Ответ:

Свойства разбавленной серной кислоты
Поместили в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилили в неё 1−2 мл раствора серной кислоты. Закрепили пробирку в держателе и подогрели на пламени спиртовки.
$CuO + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = Cu^{2+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} = Cu^{2+} + H_{2}O$
Наблюдаем растворение черного порошка оксида меди.

3. Свойства разбавленной серной кислоты
Налейте в пробирку 1−2 мл раствора щёлочи, добавьте 2−4 капли раствора фенолфталенна. Что наблюдаете? Добавьте к этому раствору разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Как называется эта реакция? Запишите соответствующие молекулярное и ионные уравнения.

Ответ:

Свойства разбавленной серной кислоты
Налили в пробирку 1−2 мл раствора щёлочи, добавили 2−4 капли раствора фенолфталенна.
Наблюдаем изменение окраски раствора на малиновую.
Добавили к этому раствору разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Это реакция называется реакцией нейтрализации.
$2NaOH + H_{2}SO_{4} = Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$
$2Na^{+} + 2OH^{-} + 2H^{+} + SO^{2-}_{4} = 2Na^{+} + SO^{2-}_{4} + 2H_{2}O$
$OH^{-} + H^{+} = H_{2}O$

4. Свойства разбавленной серной кислоты
Налейте в пробирку 1 мл раствора медного купороса и прилейте 1−2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? Добавляйте к содержимому пробирки разбавленную серную кислоту до исчезновения осадка.
Запишите молекулярные и ионные уравнения проведённых реакций.

Ответ:

Свойства разбавленной серной кислоты
Налили в пробирку 1 мл раствора медного купороса и прилили 1−2 мл раствора щёлочи.
$CuSO_{4} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + Cu(OH)_{2}↓$
$Cu^{2+} + SO_{4}^{2-} + 2Na^{+} + 2OH^{-}$ ⟶ $2Na^{+} + SO_{4}^{2-} + Cu(OH)_{2}↓$
$Cu^{2+} + 2OH^{-} ⟶ Cu(OH)_{2}↓$
Наблюдаем образование голубого осадка.
Добавляли к содержимому пробирки разбавленную серную кислоту до исчезновения осадка.
$Cu(OH)_{2} + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ Cu^{2+} + SO_{4}^{2-} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} ⟶ Cu^{2+} + 2H_{2}O$

5. Свойства разбавленной серной кислоты
В пробирку налейте 1−2 мл раствора сульфата натрия или калия, прилейте 1 мл раствора хлорида кальция. Что наблюдаете? Объясните результат с помощью таблицы растворимости. Почему вместо хлорида бария, который является реактивом на серную кислоту и ее соли, вам было предложено воспользоваться хлоридом кальция? В чем достоинства и недостатки этого реактива? Запишите молекулярное и ионные уравнения.

Ответ:

Свойства разбавленной серной кислоты
В пробирку налили 1−2 мл раствора сульфата натрия, прилили 1 мл раствора хлорида кальция.
$CaCl_{2} + Na_{2}SO_{4} = 2NaCl + CaSO_{4}↓$
$Ca^{2+} + 2Cl^{-} + 2Na^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ 2Na^{+} + 2Cl^{-} + CaSO_{4}↓$
$Ca^{2+} + SO_{4}^{2-} ⟶ CaSO_{4}↓$
Наблюдаем образование осадка белого цвета.
Достоинством хлорида кальция является его дешевизна и хорошая растворимость, а недостатком − то, что он вызывает коррозию стального оборудования.

i

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

Электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных:
1) Сайт "Disser cat".
2) Сайт "Chem 21".
3) Сайт "Cyber leninka".

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

Сероводород и сульфиды
Сероводород − бесцветный газ с резким запахом. Очень ядовит, вызывает отравление даже при незначительном содержании в воздухе (около 0,01%). Сероводород тем более опасен, что он может накапливаться в организме. Он соединяется с железом гемоглобина крови, что может привести к обморочному состоянию и смерти от кислородного голодания. В присутствии паров органических веществ токсичность $H_{2}S$ резко возрастает.
Вместе с тем сероводород является составной частью некоторых минеральных вод (Пятигорск, Серноводск, Мацеста), применяемых с лечебной целью.
Сероводород содержится в вулканических газах и постоянно образуется на дне Черного моря. До верхних слоёв сероводород не доходит, так как на глубине 150 м взаимодействует с проникающим сверху кислородом и окисляется им до серы. Сероводород образуется при гниении белка, поэтому, например, тухлые яйца пахнут сероводородом.
При растворении сероводорода в воде образуется слабая сероводородная кислота, соли которой называют сульфидами. Сульфиды щелочных и щёлочноземель ных металлов, а также сульфид аммония хорошо растворяются в воде, сульфиды остальных металлов нерастворимы и окрашены в различные цвета, например: ZnS − белый, PbS − чёрный, MnS − розовый.

?

1. Какое из соединений серы проявляет только восстановительные, только окислительные или и окислительные, и восстановительные свойства: сера, сероводород, оксид серы (IV), серная кислота? Почему? Подтвердите свой ответ уравнениями соответствующих реакций.

Ответ:

Сера:
Проявляет и окислительные, и восстановительные свойства, т.к. сера находится в промежуточной степени окисления 0, то есть может повышать и понижать свою степень окисления.
$S + O_{2} = SO_{2}$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$S^{0} - 4ē ⟶ S^{+4 }$ − восстановитель
$Mg + S = MgS$
$S^{0} + 2ē ⟶ S^{-2}$ − окислитель
$Mg^{0} - 2ē ⟶ Mg^{+2}$ − восстановитель
Сероводород:
Проявляет только восстановительные свойства, т.к. сера находится в минимальной степени окисления −2, то есть сера может только повышать свою степень окисления.
$2H_{2}S + 3O_{2} = 2H_{2}O + 2SO_{2}$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$S^{-2} - 6ē ⟶ S^{+4}$ − восстановитель
Оксид серы (IV):
Проявляет и окислительные, и восстановительные свойства, т.к. сера находится в промежуточной степени окисления +4, то есть сера может повышать и понижать свою степень окисления.
$2SO_{2} + 2NO = N_{2} + 2SO_{3}$
$2N^{+2} + 4ē ⟶ N_{2}^{0}$ − окислитель
$S^{+4} - 2ē ⟶ S^{+6}$ − восстановитель
$SO_{2} + C = S + CO_{2}$
$S^{+4} + 4ē ⟶ S^{0}$ − окислитель
$C^{0} - 4ē ⟶ C^{+4}$ − восстановитель
Серная кислота
Проявляет только окислительные свойства, т.к. сера находится в максимальной степени окисления +6, то есть сера может только понижать свою степень окисления.
$2H_{2}SO_{4}(конц.) + Cu = CuSO_{4} + SO_{2} + 2H_{2}O$
$S^{+6} + 2ē ⟶ S^{+4}$ − окислитель
$Cu^{0} - 2ē ⟶ Cu^{+2}$ − восстановитель

2. Охарактеризуйте: а) сернистый газ; б) оксид серы (VI) по плану: получение, свойства, применение. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Ответ:

а) Характеристика сернистого газа
Получение:
В промышленности – сжигание серы или обжиг пирита:
$S + O_{2} ⟶ SO_{2}$
$2FeS_{2} + 5O_{2} ⟶ 2FeO + 4SO_{2}$
В лаборатории – воздействием сильных кислот на сульфиты:
$Na_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} ⟶ Na_{2}SO_{4} + H_{2}O + SO_{2}↑$
Свойства:
Взаимодействует с щелочами:
$SO_{2} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + H_{2}O$
Взаимодействует с водой:
$SO_{2} + H_{2}O = H_{2}SO_{3}$
Взаимодействует с основными оксидами:
$SO_{2} + Na_{2}O = Na_{2}SO_{3}$
Применение:
Сернистый газ используют для отбеливания шерсти, шелка, бумаги и соломы, а также в качестве консервирующих средств для сохранения свежих плодов и фруктов.

б) Характеристика оксида серы (VI)
Получение:
В промышленности – окисление оксида серы (IV) кислородом воздуха при нагревании, в присутствии катализатора (V2O5):
2SO2 + O2 ⟶ 2SO3
Свойства:
Взаимодействует с щелочами:
$SO_{3} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + H_{2}O$
Взаимодействует с водой:
$SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}$
Взаимодействует с основными оксидами:
$SO_{3} + Na_{2}O = Na_{2}SO_{4}$
Применение:
Оксид серы (IV) используют в основном для производства серной кислоты.

3. Напишите уравнения реакций, характеризующих свойства разбавленной серной кислоты как электролита. Какое свойство является окислительно−восстановительным процессом? Какие реакции можно отнести к реакциям ионного обмена? Рассмотрите их с точки зрения теории электролитической диссоциации.

Ответ:

Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот: взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением $H_{2}$, с оксидами металлов (основными и амфотерными), с основаниями, с амфотерными гидроксидами и солями.
1) $H_{2}SO_{4} + Mg = MgSO_{4} + H_{2}↑$
$2H^{+} + 2ē ⟶ H_{2}^{0}$ − окислитель
$Mg^{0} - 2ē ⟶ Mg^{+2}$ − восстановитель
2) $MgO + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + H_{2}O$
$MgO + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ Mg^{2+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O$
$MgO + 2H^{+} ⟶ Mg^{2+} + H_{2}O$
3) $Cu(OH)_{2} + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ Cu^{2+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} ⟶ Cu^{2+} + H_{2}O$
4) $BaCl_{2} + H_{2}SO_{4} = 2HCl + BaSO_{4}↓$
$Ba^{2+} + 2Cl^{-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} ⟶ 2H^{+} + 2Cl^{-} + BaSO_{4}↓$
$Ba^{2+} + SO_{4}^{2-} ⟶ BaSO_{4}↓$

4. Напишите уравнения реакций, лежащих в основе получения серной кислоты, согласно приведённой в параграфе схеме.

Ответ:

Напишем уравнения реакций, лежащих в основе получения серной кислоты, согласно приведённой в параграфе схеме:
1) $S + O_{2} = SO_{2}$
$4FeS_{2} + 11O_{2} ⟶ 2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}$
$2H_{2}S + 3O_{2} ⟶ 2H_{2}O + 2SO_{2}$
2) $2SO_{2} + O_{2} = 2SO_{3}$
3) $SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}$

5. В 400 мл воды растворили 40 г оксида серы (VI) (н. у.). Вычислите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Ответ:

Дано:
V ($H_{2}O$) = 400 мл
m ($SO_{3}$) = 40 г
Найти:
ω ($H_{2}SO_{4}$) − ?
Решение:
$SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}$
m ($H_{2}O$) = ρ * V = 1 * 400 = 400 г
n ($SO_{3}$) = $\frac{m}{M}$ = $\frac{40}{80}$ = 2 моль
n ($H_{2}SO_{4}$) = n ($SO_{3}$) = 2 моль
m (р−ра) = m ($SO_{3}$) + m ($H_{2}O$) = 40 + 400 = 440 г
ω ($H_{2}SO_{4}$) = $\frac{m}{m (р-ра)}$ * 100% = 11,1%
Ответ: ω ($H_{2}SO_{4}$) = 11,1%.

6. Дайте характеристику реакции синтеза оксида серы (VI), используя все изученные вами классификации реакций.

Ответ:

Напишем уравнение реакции:
$2SO_{2} + O_{2} = 2SO_{3}$
Характеристика реакции:
1) Реакция соединения.
2) Реакция обратимая.
3) Каталитическая.
4) Эндотермическая.
5) Гомогенная.
6) Окислительно−восстановительная.

7. В 5 л воды растворили 500 г медного купороса. Вычислите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе.

Ответ:

Дано:
V ($H_{2}O$) = 5 л = 5000 мл
m ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 500 г
Найти:
ω ($CuSO_{4}$) − ?
Решение:
m ($H_{2}O$) = ρ * V = 1 * 5000 = 5000 г
m (р−ра) = m ($H_{2}O$) + m ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 5000 + 500 = 5500 г
n ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = $\frac{m}{M}$ = $\frac{500}{250}$ = 2 моль
n ($CuSO_{4}$) = n ($CuSO_{4} * 5H_{2}O$) = 2 моль
m ($CuSO_{4}$) = n * M = 2 * 160 = 320 г
ω ($CuSO_{4}$) = $\frac{m (CuSO_{4}}{m (р-ра)}$ * 100% = 5,8%
Ответ: ω ($CuSO_{4}$) = 5,8%.

8. Почему серную кислоту называют «хлебом химической промышленности»?

Ответ:

Серную кислоту называют «хлебом химической промышленности», так как она применяется во многих областях: производство минеральных удобрений, металлургия, очистка нефтепродуктов.