Тема 2.2

Подгруппа кислорода

Основные понятия и термины по теме: сера, оксид серы (IV), оксид серы (VI), сернистая кислота, серная кислота, сульфиты, сульфаты.

План изучения темы (перечень вопросов, обязательных к изучению):

1. Общая характеристика элементов VI группы. Сера в природе, получение, аллотропия, физические и химические свойства, применение.

2. Сероводород, получение, свойства. Сероводородная кислота, ее соли.

3. Оксид серы (IV), сернистая кислота, сульфиты. Получение, свойства, применение.

4. Оксид серы (VI), серная кислота, сульфаты. Свойства, применение. Химические реакции, лежащие в основе производства серной кислоты, закономерности их протекания и управления ими, реализация общих научных принципов.

 

Краткое изложение теоретических вопросов:

К главной подгруппе VI группы периодической системы относятся кислород O, сера S, селен Se, теллур Te, полоний Po. Структура внешнего слоя атомов элементов подгруппы обуславливает их в основном неметаллические свойства (кроме полония) с максимальной степенью окисления -2. Эту степень окисления проявляют в соединениях с водородом и с менее электроотрицательными неметаллами. Максимальную положительную степень окисления следует ожидать равной +6 (Кислород не может проявлять валентность равной IV и VI, так как у атома кислорода в α-слое отсутствуют α-орбитали, которые могли бы принять участие в образовании связей).

Сера. В лаборатории можно получить серу из сульфида и сульфита натрия:

2Na₂S + Na₂SO₃+ 6HCl = 6NaCl+3S + 3H₂O

Химические свойства. До завершения октета атому серы не хватает двух электронов, поэтому при взаимодействии с металлами и менее активными неметаллами сера приобретает степень окисления -2, в кислородных соединениях сера может иметь степень окисления +2, +4, +6.

- Отношение к металлам. При нагревании реагирует со многими металлами (не реагирует с платиной, золотом, иридием): S+Fe FeS

- Отношение к неметаллам. При нагревании реагирует с неметаллами (за исключением азота): S+O₂ SO₂

- Отношение к сложным веществам. Сера реагирует с кислотами-окислителями:

S+2H₂SO₄ 3SO₂+H₂O

Сероводород бесцветный газ с характерным неприятным запахом, хорошо растворим в воде, очень ядовит. Противоядие - свежий воздух.

Сероводородная кислота. Слабая кислота. При длительном хранении мутнеет, так как окисляется кислородом воздуха с выделением серы. Как кислота двухосновная, образует два ряда солей: нормальные (средние) – сульфиды и кислые-гидросульфиды.

Соли сероводородной кислоты. Все кислые соли легко растворяются в воде, из нормальных легко растворяются сульфиды щелочных металлов. Сульфиды щелочно-земельных металлов в воде не растворяются (кроме BaS), а гидролизуются. Вследствие сильного гидролиза сульфидов трехвалентных металлов их нельзя получить из водных растворов. Так сульфиды Al₂S₃ и Cr₂S₃ полностью гидролизуются с образованием соответствующих гидроксидов и сероводорода: Al₂S₃ + 6H₂O 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

Сульфиды остальных металлов в воде нерастворимы, а некоторые не растворяются и в разбавленных кислотах. Такие сульфиды можно получить действием сероводорода на раствор соли соответствующего металла. Сульфид меди(II) CuS, а также SnS, CaS, Bi₂S₃ не растворяются в разбавленной хлороводородной кислоте, но растворяются в азотной.

При нагревании сульфиды взаимодействуют с кислородом:

2NiS+3O₂ 2NiO + 2SO₂

Оксид серы (IV) SO₂. Применяется в основном для производства серной кислоты. В качестве обесцвечивающего средства используется в текстильной и сахарной промышленности. SO₂ проявляет свойства окислителя и восстановителя.

Получение: а) в промышленности:

1) при горении серы в кислороде: S+O₂ SO₂

2) при обжиге пирита: 4FeS₂+11O₂ 8SO₂+2Fe₂O₃

б) в лаборатории: путем восстановления горячей концентрированной серной кислоты медью, углем или серой: 2H₂SO_4(конц) + Cu CuSO₄+SO₂ + 2H₂O

Сернистая кислота H₂SO₃ – кислота средней силы, существует только в водном растворе. При нагревании раствора SO₂ полностью улетучивается. Для сернистой кислоты характерны все свойства кислот. Серная кислота может быть получена при взаимодействии оксида серы (IV) с водой: SO₂+H₂O H₂SO₃

Оксид серы (VI) SO3. Бесцветная летучая жидкость, на воздухе "дымит", сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах). Твердый SO3 существует в трех модификациях. SO3 хорошо растворяется в серной кислоте, этот раствор называется олеумом. Серный ангидрид обладает всеми свойствами кислотного оксида.