Соединения серы

Сера

В свободном состоянии сера – твердое кристаллическое вещество желтого цвета. Для серы характерно явление аллотропии, т.е. существование в виде нескольких простых веществ – аллотропных модификаций. Аллотропные модификации серы – ромбическая (наиболее устойчивая), моноклинная и пластическая. Молекулы серы в ромбической модификации состоят из 8-ми атомов.

Сера относится к семейству p-элементов. Электронная конфигурация серы [Ne]3s²3p⁴. Для серы характерно наличие трех степеней окисления «-2», «+4» и «+6».

Для получения серы используют реакцию Вакенродера (1) или получают ее неполным окислением сероводорода (2):

2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O (1)

H₂S + O₂ = 2S↓ + 2H₂O (2)

Из-за наличия нескольких степеней окисления сера способна проявлять и окислительные (в реакциях с металлами) и восстановительные (в реакциях с сильными окислителями) свойства:

Fe +S = FeS

Fe⁰ -2e = Fe²⁺ — процесс окисления (восстановитель)

S⁰ +2e = S^2- — процесс восстановления (окислитель)

S + O₂ = SO₂

S⁰ – 4e = S⁴⁺ — процесс окисления (восстановитель)

O₂⁰ + 2e = 2O^2- — процесс восстановления (окислитель)

Сера взаимодействует с концентрированными растворами кислот (растворяется в них) и со щелочами (диспропорционирует):

S +2H₂SO₄ = 3SO₂ + 2H₂O

3S + NaOH = K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O

Сероводород. Сероводородная кислота. Сульфиды

При нагревании серы с водородом происходит обратимая реакция в результате которой выделяется сероводород – бесцветный газ с запахом тухлых яиц, ядовитый и плохо растворимый в воде:

S + H₂ ↔H₂S ↑

Однако, выход сероводорода в этой реакции невелик и для его получения чаще всего используют реакцию действия разбавленных кислот на сульфиды (соли сероводородной кислоты):

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S ↑

Водный раствор сероводорода – очень слабая кислота, диссоциация которой протекает в две ступени:

H₂S↔H⁺ + HS^—

HS^— ↔ H⁺ + S^2-

В связи с этим, для сероводородной кислоты характерна способность к образованию солей двух видов – средних – сульфидов (кислотный остаток — S^2-) и кислых – гидросульфидов (кислотный остаток — HS^—).

Сероводородная кислота – сильный восстановитель, т.к. сера, входящая в состав этого вещества, находится в низшей степени окисления и способна повысить её до «+4» или «+6», поэтому состав продуктов реакции определяется силой и количеством окислителя:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O = H₂SO₄ + 8HCl

H₂S + 3H₂SO₄=4SO₂ + 4H₂O

H₂S + 4Br₂ = S + 3HBr

Для сульфидов, как для солей образованных слабой кислотой, характерна способность к гидролизу. Сульфиды металлов, стоящих в ряду активности левее железа, растворимы в сильных кислотах:

ZnS + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂S ↑

Качественной реакцией на H₂S и растворимые в воде сульфиды является:

H₂S + Pb(NO₃)₂ = PbS↓ + 2HNO₃

S^2- + Pb²⁺ = PbS↓ (осадок черного цвета)

Оксид серы (IV). Сернистая кислота

В степени окисления «+4» сера образует оксид, которому соответствует кислота. Оксид серы (IV) представляет собой газообразное вещество (сернистый газ) без цвета, но обладающее резким запахом, хорошо растворимое в воде.

Выделяют промышленные и лабораторные способы получения оксида серы (IV). Так, в промышленности (1), его получают при обжиге сульфидов, а в лаборатории (2) – при действии сильных кислот на сульфиты:

4FeS₂ + 11O₂ =2Fe₂O₃ + 8SO₂↑ (1)

Na₂SO₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂↑ + H₂O (2)

В водном растворе оксида серы (IV) возможно одновременное существование нескольких химических равновесий:

H₂O + SO₂ ↔ H₂SO₃ ↔H⁺ + HSO₃^— ↔ 2H⁺ + SO₃^2-

Образующаяся в результате сернистая кислота (H₂SO₃) является двухосновной, поэтому способна к образованию двух типов солей – средних — сульфитов (кислотный остаток SO₃²) и кислых — гидросульфитов (кислотный остаток HSO₂^—).

Для оксида серы (IV), сернистой кислоты и её солей характерны химические свойства, которые можно разделить на 3 группы: кислотно-основные реакции (1), реакции окисления (2) и реакции восстановления (2):

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃↓ + H₂O (1)

Na₂SO₃ + Cl₂ + H₂O = Na₂SO₄ + 2HCl (2)

SO₂ + C= S↓ + CO₂↑ (3)

Качественная реакция на SO₂ и сульфиты – обесцвечивание раствора перманганата калия:

5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄

Оксид серы (VI). Серная кислота

Оксид серы (VI) представляет собой бесцветную жидкость, которую получают окислением оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора (V₂O ₅):

2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃

Оксид серы (VI) хорошо растворим в воде (образуется серная кислота) и в 100%-ной серной кислоте (образуется олеум):

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Серная кислота представляет собой тяжелую вязкую жидкость, которая хорошо смешивается с водой в любых отношениях. Водный раствор серной кислоты – сильная кислота. Поскольку H₂SO₄ двухосновная кислота, она способна образовывать два типа солей – средние – сульфаты (кислотный остаток SO₄^2-) и кислые – гидросульфиты (кислотный остаток HSO₄^—).

При взаимодействии с металлами (как, стоящими в ряду активности до водорода, так и после него) серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂↑ +2H₂O

Cu +2H₂SO₄= CuSO₄ + SO₂↑ +2H₂O

Разбавленная серная кислота окисляет только металлы, стоящими в ряду активности до водорода:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Качественной реакцией на серную кислоту и растворимые сульфаты является образование осадка сульфата бария – осадка белого цвета, нерастворимого в щелочах и кислотах:

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

Примеры решения задач