Сера: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 6: "Сера"

Электронная конфигурация валентных электронов атомов элементов VIA -группы – \textbf{ns}^2\textbf{np}^4 . До завершения электронной конфигурации атома серы до устойчивой восьмиэлектронной не хватает двух электронов. Следовательно, для серы будет характерно проявление окислительных свойств, в результате чего она будет приобретать низшую степень окисления \textbf{-2} . У серы восстановительные свойства выражены значительно сильнее, чем у кислорода, а окислительные слабее. Наиболее устойчивыми у серы являются степени окисления \textbf{+4} и \textbf{+6} .

Сера — твердое вещество желтого цвета (кристаллическая сера) и светло-желтого (мелкодисперсный порошок). У серы есть две полиморфные модификации — ромбическая и моноклинная; структура этих модификаций серы построена из одинаковых циклических молекул S_8 , похожих на «корону», но по-разному «упакованных» в структуре.

Сера проявляет окислительные свойства с менее электроотрицательными элементами — это, в основном, металлы и водород: H_2 + S = H_2S \ (при нагревании, в отсутствии кислорода), Ca + S = CaS \ (при нагревании, в отсутствии кислорода), Hg + S = HgS \ (при комнатной температуре).

Последняя реакция используется для сбора разлившейся ртути.

С окислителями сера ведет себя как восстановитель: S + Cl_2 = SCl_2 \qquad 2S + Cl_2 = S_2Cl_2 \ (при нагревании, в зависимости от соотношения реагентов), S + O_2 = SO_2, \ (\underline{окисление SO_2 до SO_3 возможно только в} \underline{присутствии катализатора 2SO_2 + O_2 \xrightarrow{катализатор,\ t^\circ} 2SO_3)}

Сера может быть окислена кислотами-окислителями: S + 6HNO_{3 \ (конц.)} = H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O \ (при нагревании), S + 2H_2SO_{4 \ (конц.)} = 3SO_2 + 2H_2O \ (при нагревании).

В щелочных растворах сера в незначительной степени (из-за плохой растворимости в воде) диспропорционирует при нагревании: 3S + 6NaOH = Na_2SO_3 + 2Na_2S + 3H_2O.

Соединения серы.

Сероводород.

При пропускании водорода при нагревании над расплавленной серой (без доступа воздуха) получается сероводород: H_2 + S = H_2S , газ без цвета и с очень характерным сильным запахом тухлых яиц. Для получения в лаборатории на сульфиды металлов действуют кислотами-неокислителями: FeS + 2HCl = FeCl_2 + H_2S.

Сероводород можно получить также и в результате гидролиза сульфида алюминия Al_2S_3 + 6H_2O = 2Al(OH)_3 + 3H_2S.

Степень окисления серы в сероводороде равна -2 , поэтому сульфид-ион может проявлять только восстановительные свойства: H_2S + O_{2 \ (недостаток)} = S + H_2O, H_2S + O_2 \ (изб) = SO_2 + H_2O, H_2S + SO_2 = S + H_2O, H_2S + Br_2 = 2HBr + S, H_2S + 4NaClO + 2NaOH = 4NaCl + Na_2SO_4 + 2H_2O, H_2S + FeCl_3 = S + FeCl_2 + HCl \ (сульфид-ион восстанавливает Fe^{3+} до Fe^{2+}).

Сероводород плохо растворим в воде. Водные растворы сероводорода имеют кислую реакцию среды, т.к. в растворе сероводород обладает свойствами слабой двухосновной кислоты: H_2S \rightleftharpoons H^+ + HS^- \ (гидросульфидный ион), HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-} \ (сульфидный ион).

Сероводородная кислота может образовывать два ряда солей — кислые (гидросульфиды) и средние (сульфиды). Так как сероводородная кислота слабая — поэтому все ее соли подвержены гидролизу по аниону, в результате реакция среды растворов — щелочная.

Многие средние соли являются плохорастворимыми соединениями: PbS , FeS , CuS , HgS , CoS , NiS , Ag_2S (перечисленные сульфиды черного или темно-коричневого цвета), MnS (бежевый), ZnS (белый).

Оксид серы IV. Сернистая кислота. Сульфиты.

При сжигании серы в кислороде образуется диоксид серы SO_2 , который при н.у. является бесцветным газом с резким запахом. Диоксид серы можно получить при взаимодействии восстановителей с концентрированной серной кислотой: Cu + 2H_2SO_{4 (конц)} = CuSO_4 + 2H_2O + SO_2.

Диоксид серы является кислотным оксидом и при растворении в воде образуется двухосновная сернистая кислота, представляющая собой слабую кислоту. SO_2 + H_2O = H_2SO_3 H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^- \ (гидросульфит-ион), HSO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SO_3^{2-} \ (сульфит-ион).

Известны два ряда солей — сульфиты и гидросульфиты. Многие сульфиты являются плохорастворимыми соединениями: MSO_3 , где М — щелочноземельный металл, Hg , Pb , Ag_2SO_3 и др.

Сера в SO_2 , H_2SO_3 находится в промежуточной степени окисления, поэтому она может выступать в качестве и восстановителя, и окислителя. Однако, в большинстве реакций SO_2 проявляет восстановительные свойства: SO_2 + Cl_2 = SO_2Cl_2, SO_2 + PbO_2 = PbSO_4, 5SO_2 + 2KMnO_4 + 2H_2O = K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4.