Формула сероводорода

Определение и формула сероводорода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сероводород (моносульфан) — это бинарное химическое соединение, родоначальник гомологического ряда сульфанов $H_2S_n (n = 1:8)$ .

Химическая формула – $H_2S$

Молярная масса равна $34,08$ г/моль.

Физические свойства – в обычных условиях представляет собой бесцветный газ, термически неустойчивый.

Плохо растворяется в воде.

Водный раствор имеет кислую среду (слабая кислота).

Химические свойства сероводорода

Сероводород обладает сильными восстановительными свойствами. При взаимодействии с концентрированной серной кислотой сера выпадает в осадок:
$H_2S+H_2SO_4=S \downarrow +SO_2 \uparrow +2H_2O$
При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой при нагревании образуется оксид азота (IV):
$H_2S+8HNO_3 =H_2SO_4 +8NO_2 \uparrow +H_2O$
Сероводород проявляет кислотные свойства реагируя с гидроксидом натрия:
$H_2S+2NaOH=Na_2S+2H_2O$
Сероводород взаимодействует с металлами при достаточно высоких температурах:
$2H_2S+2Na=2NaHS+H_2$
$H_2S$ вступает в реакции обмена с солями:
$H_2S+2AgNO_3 = Ag_2S \downarrow 2HNO_3$

Получение

Сероводород можно получить из серы при нагревании:

$S+H_2 =H_2S$

$S+2HI = I_2 +H_2S$

Применение

Сероводород применяется в аналитической химии в качестве реагентов для осаждения тяжёлых металлов.

Используется м медицине в составе некоторых минеральных вод.

Находит применение в неорганическом и органическом синтезе серной кислоты, сульфидов, тиофена.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Каков pH и степень диссоциации $(\alpha) H_2S$ в водном растворе с концентрацией 1 моль/л.

Решение

Запишем как определяются константы диссоциации $H_2S$ по первой и по второй ступени:

$K_{d1}\left ( H_2S \right )=9,5 \cdot 10^{-8}$

$K_{d2}\left ( H_2S \right )=1,3 \cdot 10^{-14}$

Видно, что $K_{d1} \gg K_{d2}$ , поэтому рассмотрим только диссоциацию по первой ступени:

$H_2S \rightleftarrows H^+ + HS^-$

При достижении равновесия $\left [ H_2S \right ]=C-x$ моль/л, $\left [ H^+ \right ]=x$ моль/л, $\left [ OH^- \right ]=x$ моль/л,

где $C$ — исходная концентрация сероводорода, а $x$ определяет то, сколько прореагировало вещества к моменту равновесия.

Запишем выражение для $K_{d1}$ :

$K_{d1}=\frac{\left [ H^+ \right ]\cdot \left [ HS^- \right ]}{\left [ H_2S \right ]}=\frac{x^2}{C-x}$

Так как $K_{d1} \ll 1$ , то $C-x \approx C$ , тогда

$K_{d1}=\frac{x^{2}}{C}$

$\left [ H^+ \right ]=x=\sqrt{C \cdot K_{d1}}=\sqrt{1 \cdot 9,5 \cdot 10^{-8}}=3,08 \cdot 10^{-4}$ моль/л

Определим $pH$ и $\alpha$ :

$pH = -\lg \left [ H^+ \right ]=-\lg \left ( 3,08 \cdot 10^{-4} \right )=3,5$

$\alpha =\frac{x}{C}=\frac{3,08 \cdot 10^{-4}}{1}=3,08 \cdot 10^{-4}$ или $3,08 \cdot 10^{-2} \%$ .

Ответ

$pH = 3,5, \alpha =3,08 \cdot 10^{-2} \%$

ПРИМЕР 2

Задание

Какова масса сероводорода, если при стандартных условиях газ занимает объем 1 литр?

Решение

Для решения задачи используем уравнение состояния идеального газа:

$P \cdot V = n \cdot R \cdot T = \frac{m}{M} \cdot R \cdot T$

Тогда выразим массу:

$m = \frac{P \cdot V \cdot M}{R \cdot T}$

где $P$ — давление в Па,

$V$ — объем в кубических метрах,

$n$ — число моль,

$R$ — универсальная газовая постоянная в Дж/моль $\cdot K$ ,

$T$ — температура в $K$ ,

$m$ — масса в г,

$M$ — молярная масса в г/моль.

Стандартное состояние — $P = 101325$ Па, $T = 298 K$ .

Переведем объем из литров в кубические метры: $V = 1$ литр = $10^{-3}$ метров в кубе, тогда

$m\left ( H_2S \right ) = \frac{P \cdot V \cdot M\left ( H_2S \right )}{R \cdot T}=\frac{101325 \cdot 10^{-3} \cdot 34,08}{8,314 \cdot 298} = 1,4$