Оксиды серы и кислородсодержащие кислоты
От сернистого газа до концентрированной серной кислоты — и почему последняя ведёт себя не как все кислоты.
6. Оксиды серы: SO₂ и SO₃
Получение SO₂ и SO₃
| Оксид | Способы получения |
|---|---|
| SO₂ (Сернистый газ) |
S + O₂ t°→ SO₂ 2CuS + 3O₂ t°→ 2CuO + 2SO₂ (обжиг сульфидов) Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂↑ + H₂O Cu + 2H₂SO₄(к) t°→ CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O  |
| SO₃ (Серный ангидрид) |
2SO₂ + O₂ V₂O₅, t°⇄ 2SO₃ (каталитическое окисление) SO₂ + O₃ → SO₃ + O₂ Fe₂(SO₄)₃ t°→ Fe₂O₃ + 3SO₃↑  |
Химические свойства SO₂ и SO₃
| Свойства | Оксид серы (IV) — SO₂ | Оксид серы (VI) — SO₃ |
|---|---|---|
| Кислотные свойства |
Дает слабую сернистую кислоту:
SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃SO₂ + NaOH → NaHSO₃ (кислая соль) SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (средняя соль) |
Бурно дает сильную серную кислоту:
SO₃ + H₂O → H₂SO₄SO₃ + MgO → MgSO₄ SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O Растворяется в конц. H₂SO₄ образуя олеум.  |
| Восстановительные и Окислительные |
Обесцвечивает марганцовку, бромную воду:
5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr С сильными восстановителями — окислитель:
SO₂ + 2H₂S → 3S↓ + 2H₂OSO₂ + 2CO → 2CO₂ + S↓ |
Максимальная степень окисления (+6), мощный окислитель:
SO₃ + 2KI → I₂↓ + K₂SO₃3SO₃ + H₂S → 4SO₂ + H₂O 5SO₃ + 2P → P₂O₅ + 5SO₂  |
Вопрос 1: Оксиды серы (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций для диоксида серы ($SO_2$):
- $SO_2 + NaOH(изб) \rightarrow \dots + \dots$
- $SO_2 + H_2O \rightleftarrows \dots$
- $SO_2 + O_2 \xrightarrow{t^\circ, V_2O_5} \dots$
- $SO_2 + KMnO_4 + H_2O \rightarrow \dots + \dots + \dots$ (обесцвечивание марганцовки)
Ответ:
- $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$
- $SO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2SO_3$ (сернистая кислота)
- $2SO_2 + O_2 \rightleftarrows 2SO_3$ (окисление до $SO_3$)
- $5SO_2 + 2KMnO_4 + 2H_2O \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 2H_2SO_4$ (диоксид серы — восстановитель)
7. Кислородсодержащие кислоты серы и их соли
Серная (H₂SO₄) и сернистая (H₂SO₃) кислоты — важнейшие соединения серы. В зависимости от степени окисления и концентрации они ведут себя по-разному.
Получение серной и сернистой кислот
| Кислота | Способы получения |
|---|---|
| Сернистая кислота (H₂SO₃) Слабая, нестабильная |
Растворение сернистого газа в воде (реакция обратима):
SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃Вытеснение из сульфитов более сильными кислотами:
Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂↑ + H₂O (выделяется газ, а не H₂SO₃)
 |
| Серная кислота (H₂SO₄) Сильная, нелетучая |
В промышленности (контактный метод):
SO₃ + H₂O → H₂SO₄1) Обжиг пирита; 2) Окисление SO₂ в SO₃; 3) Поглощение SO₃ в H₂SO₄ (образование олеума): В лаборатории (окисление сероводорода избытком хлора):
H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O → H₂SO₄ + 8HCl
 |
Химические свойства разбавленной H₂SO₄ и H₂SO₃
Ведут себя как классические сильные (или средние/слабые) кислоты.
| Свойства | Уравнения реакций |
|---|---|
| Взаимодействие с металлами Только до водорода! |
Окисляют ионами H⁺. При этом всегда выделяется H₂:
Zn + H₂SO₄(р) → ZnSO₄ + H₂↑Mg + H₂SO₃ → MgSO₃ + H₂↑ |
| С оксидами и основаниями Нейтрализация |
Реакции ионного обмена с получением солей:
MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O2NaOH + H₂SO₃ → Na₂SO₃ + 2H₂O NaOH + H₂SO₃ → NaHSO₃ + H₂O |
| Восстановительные свойства (только H₂SO₃) |
Сера (+4) в сернистой кислоте легко отдает электроны:
H₂SO₃ + Br₂ + H₂O → H₂SO₄ + 2HBr5H₂SO₃ + 2KMnO₄ → 2H₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O |
Химические свойства концентрированной H₂SO₄
Мощнейший окислитель! Окисляет за счёт атома серы S(+6). С металлами никогда не выделяет водород!
| Свойства | Уравнения реакций |
|---|---|
| С металлами Пассивирует Fe, Al, Cr на холоде! |
Окисляет большинство металлов. Чем активнее металл, тем глубже восстановление серы (до S или H₂S):
Cu + 2H₂SO₄(к) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O4Zn + 5H₂SO₄(к) → 4ZnSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O |
| С неметаллами C, P, S |
Восстанавливается обычно до SO₂:
C + 2H₂SO₄(к) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O2P + 5H₂SO₄(к) → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O |
| Со сложными веществами Бромиды, иодиды, сероводород |
Окисляет анионы сильных восстановителей:
2KBr + 3H₂SO₄(к) → Br₂ + SO₂↑ + 2KHSO₄ + 2H₂O3H₂S + H₂SO₄(к) → 4S↓ + 4H₂O |
Получение и свойства сульфитов (соли H₂SO₃)
| Свойство / Действие | Уравнения реакций |
|---|---|
| Получение |
Пропускание SO₂ через растворы щелочей (при избытке газа образуются гидросульфиты):
SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O
|
| Качественная реакция |
Действие сильных кислот — выделение газа с резким запахом горелой спички:
Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂↑ + H₂O
|
| ОВР свойства |
Сульфиты — отличные восстановители, окисляются до сульфатов:
Na₂SO₃ + Br₂ + H₂O → Na₂SO₄ + 2HBr3Na₂SO₃ + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ → 3Na₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 4H₂O |
Получение и свойства сульфатов (соли H₂SO₄)
| Свойство / Действие | Уравнения реакций |
|---|---|
| Получение |
Реакции H₂SO₄ с оксидами, гидроксидами, или вытеснение более слабых кислот:
H₂SO₄ + ZnO → ZnSO₄ + H₂OH₂SO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑ |
| Качественная реакция |
Действие ионов бария (Ba²⁺) — тяжелый белый осадок, не растворимый в кислотах!:
Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl
|
| Термические свойства и ОВР |
Сульфаты тяжелых металлов разлагаются. Восстанавливаются углем:
2CuSO₄ t°→ 2CuO + 2SO₂↑ + O₂↑4FeSO₄ t°→ 2Fe₂O₃ + 4SO₂↑ + O₂↑ CaSO₄ + 4C t°→ CaS + 4CO↑ Особые соли: медный купорос (CuSO₄ ∙ 5H₂O), гипс (CaSO₄ ∙ 2H₂O).
|
Вопрос 1: Серная кислота (Окислительные свойства)
ПроверкаДопишите уравнения реакций взаимодействия концентрированной серной кислоты с металлами и неметаллами:
- $Cu + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $Zn + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $C + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots\uparrow + \dots\uparrow + \dots$
Ответ:
- $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$ (малоактивные металлы восстанавливают до $SO_2$)
- $4Zn + 5H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} 4ZnSO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$ (активные металлы могут восстановить до $H_2S$ или $S$)
- $C + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$ (окисление неметаллов)
8. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с серой на канале Thoisoi:
- Сера - Огненный Камень (введите "thoisoi сера" на Youtube для точной ссылки)