Сера: Часть 2

Видео

Конспект

Оксид серы VI. Серная кислота. Сульфаты.

При окислении диоксида серы кислородом в присутствии катализатора получается триоксид серы $SO_3$, который при н.у. представляет собой бесцветные игольчатые кристаллы, плавящиеся при небольшом нагревании. $SO_3$ чрезвычайно чувствителен к влаге, при этом протекает экзотермическая реакция $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$ и образуется серная кислота.

Серная кислота является двухосновной сильной кислотой. Существуют два ряда солей: гидросульфаты (кислые) и сульфаты (средние). Плохорастворимыми сульфатами являются $BaSO_4$, $SrSO_4$, $CaSO_4$, $PbSO_4$. Перевести плохорастворимые сульфаты в растворимые соединения

можно при сплавлении с углем $$

BaSO_4 + C \xrightarrow{сплавление} BaS + CO.

$$

Степень окисления серы в $SO_3$, $H_2SO_4$ высшая, поэтому сера может выступать только в качестве окислителя. Серная кислота является кислотой-окислителем только в концентрированном состоянии. Разбавленная серная кислота ведет себя как кислота-неокислитель. $$

Fe + H_2SO_{4 (разб)} = H_2 + FeSO_4,

$$ $$

2Fe + 6H_2SO_4 (конц) \xrightarrow{нагревание} Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O

$$

(холодная концентрированная серная кислота пассивирует железо, поэтому для того, чтобы прошла эта реакция, необходим нагрев реакционной смеси). $$

2HBr + H_2SO_{4 (конц)} = Br_2 + SO_2 + 2H_2O.

$$

У серной кислоты есть еще одна особенность — она является хорошим водоотнимающим средством. Например, если в сахар добавить концентрированную серную кислоту, протекает, в основном, один процесс: $$

С_{12}H_{22}O_{11} \ (+ H_2SO_{4 (конц)}) = 12C + 11H_2O.

$$

Из-за большого экзотермического эффекта реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты и воды или реакции взаимодействия триоксида серы и воды получение серной кислоты в промышленности проводят не поглощением триоксида серы водой, а поглощением достаточно концентрированным раствором серной кислоты. При этом получают олеум, или раствор $SO_3$ в $H_2SO_4$. В олеуме присутствуют молекулы дисерной или пиросерной кислоты: $$

SO_3 + H_2SO_{4(конц)} = H_2S_2O_7.

$$

При растворении в воде пиросерной кислоты получается раствор серной кислоты. Однако соли пиросерной кислоты — пиросульфаты получить можно: $$

2NaHSO_4 \xrightarrow{t^\circ} Na_2S_2O_7 + H_2O,

$$ $$

Na_2S_2O_7 \xrightarrow{t^\circ} Na_2SO_4 + SO_3.

$$

Сульфаты щелочных металлов не разлагаются при нагревании до очень высоких температур. Сульфаты многих металлов разлагаются на оксиды металла и серы: $$

CaSO_4 \xrightarrow{t^\circ} CaO + SO_3.

$$

При разложении сульфатов металлов, находящихся не в высшей из возможных степеней окисления, происходит и окислительно-восстановительный процесс: $$

2FeSO_4 \xrightarrow{t^\circ} Fe_2O_3 + SO_3 + SO_2.

$$

При кипячении раствора сульфита натрия с серой образуется тиосульфат натрия: $$

Na_2SO_3 + S \xrightarrow{кипячение} Na_2S_2O_3.

$$

Тиосульфат-анион аналогичен сульфат-аниону, только вместо одного атома кислорода находится атом серы. Таким образом, в этом анионе два атома серы в разных степенях окисления $-2$ и $+6$. Тиосульфат натрия хороший восстановитель:

С сильными окислителями $$

Na_2S_2O_3 + 4Br_2 + 5H_2O = Na_2SO_4 + 8HBr + H_2SO_4.

$$

Со слабыми окислителями $$

2Na_2S_2O_3 + I_2 = Na_2S_4O_6 + 2NaI.

$$

Тиосерная кислота неустойчива и быстро разлагается, поэтому при подкислении раствора тиосульфата натрия наблюдается помутнение раствора (из-за выделения мелкодисперсной серы): $$

Na_2S_2O_3 + 2HCl = 2NaCl + S + SO_2 + H_2O.

$$