Серная кислота и сероводород реакция. Сера
Урок 13
Оксид серы (IV). Сероводородная и сернистая кислоты и их соли
Цели урока:
1. Охарактеризовать химические свойства оксида серы (IV), сероводородной и сернистой кислот и их солей, качественные реакции на соединения серы (предметный результат).
2. Продолжить развивать умение генерировать идеи, выявлять причинно-следственные связи, искать аналогии и работать в команде, пользоваться альтернативными источниками информации (метапредметный результат).
3. Формирование умений управлять своей учебной деятельностью, подготовка к осознанию выбора дальнейшей образовательной траектории (личностный результат).
Ход урока
Подготовка к восприятию нового материала (10 мин)
Опрос учащихся по домашнему заданию.
Изучение нового материала (20 мин)
Сероводород H 2 S – бесцветный газ тяжелее воздуха, запах тухлых яиц. Очень ядовит. Содержится в вулканических газах и минеральных водах.
Получают обменной реакцией:
Химические свойства:
1. Горение на воздухе голубым пламенем:
2H 2 S + 3O 2( изб .) = 2H 2 O + 2SO 2
2H 2 S + O 2( недост .) = 2H 2 O + 2S
2. Восстановительные свойства:
3. При растворении в воде образуется сероводородная кислота, которая диссоциирует:
4. Взаимодействие со щелочами. Образует два типа солей: сульфиды и гидросульфиды:
Сернистый газ SO 2 : бесцветный, с резким запахом, тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде, ядовит.
Кислотный оксид.
1. При вз-и с водой образует сернистую к-ту:
Сернистая к-та неустойчива, легко распадается на оксид серы (IV) и воду. Существует только в водных растворах. Образует два типа солей: сульфиты и гидросульфиты.
Качественная реакция на сульфиты
ОВР в статье специально выделены цветом. Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.
Разбавленная серная ведет себя, как и остальные кислоты, окислительные свои возможности прячет:
И еще, что надо помнить про разбавленную серную кислоту : она не реагирует со свинцом . Кусок свинца, брошенный в разбавленную H2SO4 покрывается слоем нерастворимого (см. таблицу растворимости) сульфата свинца и реакция моментально прекращается.
Окислительные свойства серной кислоты
– тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха
За счет серы в степени окисления +6(высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.
Правило для задания 24 (по-старому А24) при приготовлении растворов серной кислоты никогда нельзя в нее лить воду . Концентрированую серную кислоту нужно тонкой струйкой вливать в воду, постоянно помешивая.
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами
Эти реакции строго стандартизированны и идут по схеме:
H2SO4(конц.) + металл → сульфат металла + H2O + продукт восстановленной серы.
Есть два нюанса:
1) Алюминий, железо и хром с H2SO4 (конц) в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.
2) С платиной и золотом H2SO4 (конц) не реагирует вообще.
Сера в концентрированной серной кислоте – окислитель
- значит, сама будет восстанавливаться;
- то, до какой степени окисления будет восстанавливаться сера, зависит от металла.
Рассмотрим диаграмму степеней окисления серы :
- До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно .
Реакции будут идти вот так:
8Li + 5H 2 SO 4( конц .) → 4Li 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S
4Mg + 5H 2 SO 4( конц .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O + H 2 S
8Al + 15H 2 SO 4( конц .) (t)→ 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
- при взаимодействии H2SO4 (конц) с металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа , то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0 :
3Mn + 4H 2 SO 4( конц .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O + S↓
2Cr + 4H 2 SO 4( конц .) (t)→ Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4H 2 O + S↓
3Zn + 4H 2 SO 4( конц .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O + S↓
- все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:
2 Fe + 6 H 2 SO 4(конц.) ( t )→ Fe 2 ( SO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 SO 2
(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)
Cu + 2H 2 SO 4( конц .) → CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2
2Ag + 2H 2 SO 4( конц .) → Ag 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2
Конечно, все относительно. Глубина восстановления будет зависеть от многих факторов: концентрации кислоты (90%, 80%, 60%), температуры и т.д. Поэтому совсем уж точно предсказать продукты нельзя. Приведенная выше таблица тоже имеет свой процент приблизительности, но пользоваться ей можно. Еще необходимо помнить, что в ЕГЭ, когда продукт восстановленной серы не указан, и металл не отличается особой активностью, то, скорее всего, составители имеют в виду SO 2 . Нужно смотреть по ситуации и искать зацепки в условиях.
SO 2 – это вообще частый продукт ОВР с участием конц. серной кислоты.
H2SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO 2:
C + 2H 2 SO 4( конц .) → CO 2 + 2H 2 O + 2SO 2
2P + 5H 2 SO 4( конц .) → P 2 O 5 + 5H 2 O + 5SO 2
Свежеобразованный оксид фосфора (V ) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:
2P + 5H 2 SO 4( конц ) → 2H 3 PO 4 + 2H 2 O + 5SO 2
То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:
2B + 3H 2 SO 4( конц ) → 2H 3 BO 3 + 3SO 2
Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействиеH2SO4 (конц) с серой (простым веществом) и сероводородом .
Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой . В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:
Сера 0 будет окисляться, а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления. Будет выделяться сернистый газ:
2 H 2 SO 4(конц.) + S → 3 SO 2 + 2 H 2 O
Но в случае с сероводородом:
Образуется и сера (простое вещество), и сернистый газ:
H 2 SO 4( конц .) + H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O
Этот принцип часто может помочь в определении продукта ОВР, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, в разных степенях окисления. Окислитель и восстановитель «идут навстречу друг другу» по диаграмме степеней окисления.
H2SO4 (конц) , так или иначе, взаимодействует с галогенидами . Только вот тут надо понимать, что фтор и хлор – «сами с усами» и с фторидами и хлоридами ОВР не протекает , проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:
CaCl 2 + H 2 SO 4( конц .) → CaSO 4 + 2HCl
CaF 2 + H 2 SO 4( конц .) → CaSO 4 + 2HF
А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:
2H 2 SO 4( конц .) + 2NaBr → Na 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2 + Br 2
H 2 SO 4( конц .) + 2HBr → 2H 2 O + SO 2 + Br 2
5H 2 SO 4( конц .) + 8NaI → 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S + 4I 2 ↓
H 2 SO 4( конц .) + 8HI → 4H 2 O + H 2 S + 4I 2 ↓
Хлороводород и фтороводород (как и их соли) устойчивы к окисляющему действию H2SO4 (конц).
И наконец, последнее: для концентрированной серной кислоты это уникально, больше никто так не может. Она обладает водоотнимающим свойством .
Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом:
Во-первых, осушение веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от вещества и оно «становится сухим».
Во-вторых, катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (например, дегидратация и этерификация):
H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O
H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 2 C =CH 2 + H 2 O
Сернистая кислота - это неорганическая двухосновная неустойчивая кислота средней силы. Непрочное соединение, известна только в водных растворах при концентрации не более шести процентов. При попытках выделить чистую сернистую кислоту она распадается на оксид серы (SO2) и воду (H2O). Например, при воздействии серной кислоты (H2SO4) в концентрированном виде на сульфит натрия (Na2SO3) вместо сернистой кислоты выделяется оксид серы (SO2). Вот так выглядит данная реакция:
Na2SO3 (сульфит натрия) + H2SO4 (серная кислота) = Na2SO4 (сульфат натрия) + SO2 (серы диоксид) + H2O (вода)
Раствор сернистой кислоты
При его хранении необходимо исключить доступ воздуха. Иначе сернистая кислота, медленно поглощая кислород (O2), превратится в серную.
2H2SO3 (кислота сернистая) + O2 (кислород) = 2H2SO4 (кислота серная)
Растворы сернистой кислоты имеют довольно специфический запах (напоминает запах, остающийся после зажжения спички), наличие которого можно объяснить присутствием оксида серы (SO2), химически не связанного водой.
Химические свойства сернистой кислоты
1. H2SO3) может использоваться в качестве восстановителя или окислителя.
H2SO3 является хорошим восстановителем. С ее помощью можно из свободных галогенов получить галогеноводороды. Например:
H2SO3 (кислота сернистая) + Cl2 (хлор, газ) + H2O (вода) = H2SO4 (кислота серная) + 2HCl (соляная кислота)
Но при взаимодействии с сильными восстановителями данная кислота будет выполнять роль окислителя. Примером может послужить реакция сернистой кислоты с сероводородом:
H2SO3 (кислота сернистая) + 2H2S (сероводород) = 3S (сера) + 3H2O (вода)
2. Рассматриваемое нами химическое соединение образует два - сульфиты (средние) и гидросульфиты (кислые). Эти соли являются восстановителями, так же, как и (H2SO3) сернистая кислота. При их окислении образуются соли серной кислоты. При прокаливании сульфитов активных металлов образуются сульфаты и сульфиды. Это реакция самоокисления-самовосстановления. Например:
4Na2SO3 (сульфит натрия) = Na2S + 3Na2SO4 (сульфат натрия)
Сульфиты натрия и калия (Na2SO3 и K2SO3) применяются при крашении тканей в текстильной промышленности, при отбеливании металлов, а также в фотографии. Кальция гидросульфит (Ca(HSO3)2), существующий только в растворе, используется для переработки древесного материала в специальную сульфитную целлюлозу. Из нее потом делают бумагу.
Применение сернистой кислоты
Сернистая кислота используется:
Для обесцвечивания шерсти, шелка, древесной массы, бумаги и других аналогичных веществ, не выдерживающих отбеливания при помощи более сильных окислителей (например, хлора);
Как консервант и антисептик, например, для предотвращения ферментации зерна при получении крахмала или для предотвращения процесса брожения в бочках вина;
Для сохранения продуктов, например, при консервировании овощей и плодов;
В переработке в целлюлозу сульфитную, из которой потом получают бумагу. В этом случае используется раствор кальция гидросульфита (Ca(HSO3)2), который растворяет лигнин - особое вещество, связывающее волокна целлюлозы.
Сернистая кислота: получение
Данную кислоту можно получить посредством растворения сернистого газа (SO2) в воде (H2O). Вам понадобятся серная кислота в концентрированном виде (H2SO4), медь (Cu) и пробирка. Алгоритм действий:
1. Осторожно налейте в пробирку концентрированную сернистую кислоту и затем поместите туда кусочек меди. Нагрейте. Происходит следующая реакция:
Cu (медь) + 2H2SO4 (серная кислота) = CuSO4 (сульфат серы) + SO2 (сернистый газ) + H2O (вода)
2. Поток сернистого газа необходимо направить в пробирку с водой. При его растворении частично происходит с водой, в результате которой образуется сернистая кислота:
SO2 (сернистый газ) + H2O (вода) = H2SO3
Итак, пропуская сернистый газ через воду, можно получить сернистую кислоту. Стоит учесть, что данный газ оказывает раздражающее воздействие на оболочки дыхательных путей, может вызвать их воспаление, а также потерю аппетита. При длительном его вдыхании возможна потеря сознания. Обращаться с этим газом нужно с предельной осторожностью и внимательность.
Альмурзинова Завриш Бисембаевна , учитель биологии и химии МБОУ «Совхозная основная общеобразовательная школа Адамовского района Оренбургской области.
Предмет - химия, класс – 9.
УМК: «Неорганическая химия», авторы: Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, Москва, «Просвещение», 2014 год.
Уровень обучения – базовый.
Тема : «Сероводород. Сульфиды. Сернистый газ. Сернистая кислота и её соли». Количество часов по теме – 1.
Урок № 4 в системе уроков по теме « Кислород и сера ».
Цель : На основании знаний о строении сероводорода, оксидов серы рассмотреть их свойства и получение, познакомить учащихся со способами распознавания сульфидов и сульфитов.
Задачи:
1. Образовательная – изучить особенности строения и свойства соединений серы (II ) и( IV ); ознакомиться с качественными реакциями на сульфид и сульфит - ионы.
2. Развивающая – развивать у учащихся умения проводить эксперимент, наблюдать за результатами, анализировать и делать выводы.
3. Воспитательная – развитию интереса к изучаемому привить навыкы отношения к природе.
Планируемые результаты : уметь описывать физические и химические свойства сероводорода, сероводородной кислоты и её солей; знать способы получения сернистого газа и сернистой кислоты, объяснить свойства соединений серы (II ) и(IV ) на основе представлений об окислительно-восстановительных процессах; иметь представления о влиянии сернистого газа на появление кислотных дождей.
Оборудование : На демонстрационном столе: сера, сульфид натрия, сульфид железа, раствор лакмуса, раствор серной кислоты, раствор нитрата свинца, хлор в цилиндре, закрытом пробкой, прибор для получения сероводорода и испытания его свойств, оксид серы(VI ), газометр с кислородом, стакан вместимостью 500 мл., ложечка для сжигания веществ.
Ход урока :
Организационный момент .
Проводим беседу по повторению свойств серы:
1) чем объясняется наличие нескольких аллотропных видоизменений серы?
2) что происходит с молекулами: А) при охлаждении парообразной серы. Б) при длительном хранении пластической серы, в) при выпадении кристаллов из раствора серы в органических растворителях, например в толуоле?
3) на чем основан флотационный способ очистки серы от примесей, например от речного песка?
Вызываем двух учащихся: 1) изобразите схемы молекул различных аллотропных видоизменений серы и расскажите об их физических свойствах. 2) составьте уравнения реакций, характеризующих свойства кислорода, и рассмотрите их с точки зрения окисления -восстановления.
Остальные учащиеся решают задачу, какова масса сульфида цинка, образующегося при реакции соединения цинка с серой, взятой количеством вещества 2,5 моль?
Совместно с учащимися формулируем задачу урока : познакомиться со свойствами соединений серы со степенью окисления -2 и +4.
Новая тема : Учащиеся называют известные им соединения, в которых сера проявляет эти степени окисления. На доске и в тетрадях пишут химические, электронные и структурные формулы сероводорода, оксида серы (IV ), сернистой кислоты.
Как можно получить сероводород? Учащиеся записывают уравнение реакции соединения серы с водородом и объясняют её с точки зрения окисления-восстановления. Затем рассматривают другой способ получения сероводорода: реакцию обмена кислот с сульфидами металлов. Сравниваем этот способ со способами получения галогеноводородов. Отмечаем, что степень окисления серы в реакциях обмена не меняется.
Какими свойствами обладает сероводород? В беседе выясняем физические свойства, отмечаем физиологическое действие. Химические свойства выясняем на опыте горения сероводорода в воздухе при различных условиях. Что может образоваться в качестве продуктов реакции? Рассматриваем реакции с точки зрения окисления-восстановления:
2 Н 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2
2H 2 S + O 2 =2H 2 O + 2S
Обращаем внимание учащихся на то, что при полном сгорании происходит более полное окисление (S -2 - 6 e - = S +4 ), чем во втором случае (S -2 - 2 e - = S 0 ).
Обсуждаем, как пройдет процесс, если в качестве окислителя будет взят хлор. Демонстрируем опыт смешивания газов в двух цилиндрах, верхний из которых заранее наполнен хлором, нижний - сероводородом. Хлор обесцвечивается, образуется хлороводород. Сера оседает на стенках цилиндра. После этого рассматриваем сущность реакции разложения сероводорода и подводим учащихся к выводу о кислотном характере сероводорода, подтверждая опытом с лакмусом. Затем проводим качественную реакцию на сульфид ион и составляем уравнение реакции:
Na 2 S +Pb(NO 3 ) 2 =2NaNO 3 +PbS ↓
Совместно с учащимися формулируем вывод: сероводород является только восстановителем в окислительно- восстановительных реакциях, имеет кислотный характер, раствор его в воде кислота.
S 0 →S -2 ; S -2 →S 0 ; S 0 →S +4 ; S -2 →S +4 ; S 0 →H 2 S -2 → S +4 О 2.
Подводим учащихся к выводу о существовании генетической связи между соединениями серы и начинаем разговор о соединениях S +4 . Демонстрируем опыты: 1) получение оксида серы(IV ), 2) обесцвечивание раствора фуксина, 3) растворение оксида серы(IV ) в воде, 4)обнаружение кислоты. Составляем уравнения реакций выполненных опытов и разбираем сущность реакций:
2S О 2 + О 2 =2 S О 3 ; S О 2 +2H 2 S=3S+2H 2 О .
Сернистая кислота – неустойчивое соединение, легко распадается на оксид серы(IV ) и воду, поэтому существует только в водных растворах. Эта кислота средней силы. Она образует два ряда солей: средние - сульфиты(S О 3 -2 ), кислые – гидросульфиты(HS О 3 -1 ).
Демонстрируем опыт: качественное определение сульфитов, взаимодействие сульфитов с сильной кислотой, при этом выделяется газ S О 2 резким запахом:
К 2 S О 3 + Н 2 S О 4 → К 2 S О 4 + Н 2 О + S О 2
Закрепление. Работа по двум вариантам составить схемы применения 1 вариант сероводорода, второй вариант оксида серы(IV )
Рефлексия . Подводим итоги работы:
О каких соединениях мы сегодня говорили?
Какие свойства проявляют соединения серы(II ) и ( IV ).
Назовите области применения этих соединений
VII . Домашнее задание: §11,12, упр.3-5 (с.34)
Сера - элемент шестой группы третьего периода периодической системы Менделеева. Поэтому строение атома серы изображается так:
Строение атома серы указывает на то, что это неметалл, т. е. атом серы способен и к приёму электронов и к отдаче электронов:
Задание 15.1. Составить формулы соединений серы, содержащие атомы серы с данными степенями окисления.
Простое вещество «сера » - твёрдый хрупкий минерал жёлтого цвета, нерастворимый в воде. В природе встречается как самородная сера, так и её соединения: сульфиды, сульфаты. Сера как активный неметалл легко реагирует с водородом, кислородом, почти со всеми металлами и неметаллами:
Задание 15.2. Назовите полученные соединения. Определите, какие свойства (окислителя или восстановителя) проявляет сера в этих реакциях.
Как типичный неметалл простое вещество сера может быть и окислителем, и восстановителем:
Иногда эти свойства проявляются в одной реакции:
Поскольку атом-окислитель и атом-восстановитель одинаковые, их можно «сложить», т. е. на оба процесса нужно три атома серы.
Задание 15.3. Расставьте остальные коэффициенты в этом уравнении.
Сера может реагировать с кислотами - сильными окислителями:
Таким образом, являясь активным неметаллом, сера образует множество соединений. Рассмотрим свойства сероводорода, оксидов серы и их производных.
Сероводород
H 2 S - сероводород, сильно ядовитый газ с противным запахом тухлых яиц. Правильнее сказать, белки яиц при гниении разлагаются, выделяя сероводород.
Задание 15.4 . Исходя из степени окисления атома серы в сероводороде, предcкажите, какие свойства будет проявлять этот атом в окислительно-восстановительных реакциях.
Поскольку сероводород - восстановитель (атом серы имеет низшую степень окисления), он легко окисляется. Кислород воздуха окисляет сероводород даже при комнатной температуре:
Сероводород горит:
Сероводород немного растворим в воде, причём его раствор проявляет свойства очень слабой кислоты (сероводородной H 2 S ). Она образует соли сульфиды :
Вопрос. Как, имея сульфид, получить сероводород?
Сероводород в лабораториях получают, действуя на сульфиды более сильными (чем H 2 S ) кислотами, например:
Сернистый газ и сернистая кислота
SO 2 - сернистый газ с резким удушливым запахом. Ядовит. Растворяется в воде, образуя сернистую кислоту:
Эта кислота средней силы, но очень неустойчива, существует только в растворах. Поэтому при действии на её соли - сульфит ы - другими кислотами можно получить сернистый газ:
При кипячении полученного раствора эта кислота разлагается полностью.
Задание 15.5. Определите степень окисления серы в сернистом газе, сернистой кислоте, сульфите натрия.
Поскольку степень окисления +4 для серы является промежуточной, все перечисленные соединения могут быть и окислителями и восстановителями:
Например:
Задание 15.6. Расставьте коэффициенты в этих схемах методом электронного баланса. Укажите, какие свойства проявляет атом серы со степенью окисления +4 в каждой из реакций.
Восстановительные свойства сернистого газа применяются на практике. Так, при восстановлении теряют цвет некоторые органические соединения, поэтому оксид серы IV и сульфиты применяют при отбеливании. Сульфит натрия, растворённый в воде, замедляет коррозию труб, так как легко поглощает кислород из воды, а именно кислород является «виновником» коррозии:
Окисляясь в присутствии катализатора, сернистый газ превращается в серный ангидрид SO 3 :
Серный ангидрид и серная кислота
Серный ангидрид SO 3 - бесцветная жидкость, бурно реагирующая с водой:
Серная кислота H 2 SO 4 - сильная кислота, которая в концентрированном виде активно поглощает влагу из воздуха (это свойство применяется при осушении различных газов) и из некоторых сложных веществ:
