Физические и химические свойства серы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сера – элемент 3 периода VIA группы, относится к семейству p-элементов. Порядковый номер 16.

Электронная конфигурация 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴. Символ – S . Относительная атомная масса – 32 а.е.м. Температура кипения – 444,67 $^{\circ}$ С, плавления – 112,85 $^{\circ}$ С. Неметалл.

Химические свойства серы

Сера взаимодействует с простыми веществами – неметаллами, проявляя при этом свойства восстановителя. Непосредственно сера взаимодействует только с фтором. Реакции взаимодействия с другими металлами происходят при нагревании:

S + F₂ = SF₆;

2S + Cl₂ = S₂Cl₂;

S + Cl₂ = SCl₂;

5S + 2P = P₂S₅;

S + H₂ = H₂S;

2S + C = CS₂;

S + O₂ = SO₂;

2S + Br₂ = S₂Br₂.

В реакциях взаимодействия с простыми веществами – металлами сера проявляет свойства окислителя. Эти реакции протекают при нагревании и очень бурно:

2Na + S = Na₂S;

Ca + S = CaS

2Al + 3S = Al₂S₃;

Fe + S = FeS.

Сера вступает в реакции взаимодействия со сложными веществами. Она способна растворяться в концентрированных кислотах и расплавах щелочей, причем в последнем случае сера диспропорционирует. Эти реакции происходят при кипении реакционной смеси:

3S + 6KOH = K₂SO₃ +2K₂S + 3H₂O;

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O;

S + 2H₂SO₄ = 3SO₂↑ + 2H₂O.

При взаимодействии серы с сульфидами металлов происходит образование полисульфидов:

Na₂S + S = Na₂S₂.

Физические свойства серы

Сера – кристаллическое вещество желтого цвета. Существует в виде двух аллотропных модификаций – α-серы (ромбическая кристаллическая решетка) и β-серы (моноклинная кристаллическая решетка), а также аморфной формы – пластическая сера (рис. 1). В кристаллическом состоянии сера построена из неплоских циклических молекул S₈. Сера плохо растворяется в этаноле, хорошо в сероуглероде и жидком аммиаке. Не реагирует с жидкой водой и йодом.

Рис. 1. Формы существования серы.

Получение и применение серы

В промышленных масштабах серу получают из природных месторождений самородной серы. Сера является сырьем для производства серной кислоты. Е1 используют в бумажной промышленности, в сельском хозяйстве, в производстве резины, красителей, пороха и т.д. Широкое применение сера нашла в медицине, например, сера входит в состав различных мазей и присыпок, применяемых при кожных заболеваниях и т.д.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Какое количество вещества атомарной серы содержится в сульфиде железа (II) массой 22 г.

Решение

Молярная масса сульфида железа (II), рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 88 г/моль. Тогда, количество вещества сульфида железа (II) будет равно:

n(FeS) = m(FeS) / M(FeS);

n(FeS) = 22 / 88 = 0,25 моль.

Т.к. в состав молекулы сульфида железа (II) входит один атом серы, то количество вещества атомарной серы будет также равно 0,25 моль.

Ответ

Количество вещества атомарной серы — 0,25 моль.

ПРИМЕР 2

Задание

При взаимодействии серы с концентрированной азотной кислотой (ω = 60%, ρ = 1,27 г/мл) образовалась серная кислота и выделился оксид азота (II), объемом 67,2 л. Какая масса серы и какой объем раствора азотной кислоты потребовались для этого?

Решение

Запишем уравнение реакции:

S + 2HNO₃ = 2NO + H₂SO₄.

Рассчитаем количество вещества оксида азота (II):

n(NO) = V(NO) / V_m ;

n(NO) = 67,2 / 22,4 = 3 моль.

Согласно уравнению n(NO):n(S) = 2:1, следовательно n(S) = 1/2×n(NO) = 1,5 моль. Молярная масса серы, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 32 г/моль. Тогда масса серы, вступившей в реакцию будет равна:

m(S) = n(S) × M(S) = 1,5 × 32 = 48 г.

Согласно уравнению n(NO):n(HNO₃) = 2:2, следовательно n(HNO₃) = n(NO) = 3 моль. Молярная масса азотной кислоты, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 63 г/моль. Тогда масса азотной кислоты, вступившей в реакцию будет равна:

m(HNO₃) = n(HNO₃) × M(HNO₃) = 3 × 63 = 189 г.

Масса раствора азотной кислоты:

m(HNO₃)_solution = m(HNO₃) / ω = 189 / 0,6 = 315 г.

Тогда объем раствора азотной кислоты, вступившей в реакцию:

V(HNO₃) = m(HNO₃)_solution / ρ = 315 / 1,27 = 229,9 мл.