Sērūdeņraža iegūšana. Sēra dioksīda ražošana, sadedzinot sēru, sērūdeņradi un cita veida izejvielas Sērūdeņradis sēra dioksīds
Almurzinova Zavrish Bisembaevna , bioloģijas un ķīmijas skolotājs MBOU “Orenburgas apgabala Adamovskas rajona Valsts saimniecības pamatvidusskola.
Priekšmets - ķīmija, klase - 9.
Izglītības komplekss: “Neorganiskā ķīmija”, autori: G.E. Rudzītis, F.G. Feldmane, Maskava, “Apgaismība”, 2014.
Apmācības līmenis – pamata.
Priekšmets : "Ūdeņraža sulfīds. Sulfīdi. Sēra dioksīds. Sērskābe un tās sāļi." Stundu skaits par tēmu – 1.
Nodarbība Nr.4 nodarbību sistēmā par tēmu« Skābeklis un sērs ».
Mērķis : Pamatojoties uz zināšanām par sērūdeņraža un sēra oksīdu uzbūvi, apsvērt to īpašības un veidošanos, iepazīstināt studentus ar metodēm sulfīdu un sulfītu atpazīšanai.
Uzdevumi:
1. Izglītojoši – pētīt sēra savienojumu struktūras īpatnības un īpašības (II) Un(IV); iepazīties ar kvalitatīvām reakcijām uz sulfīda un sulfīta joniem.
2. Attīstības – attīstīt studentu prasmes eksperimentu veikšanā, rezultātu novērošanā, analīzē un secinājumu izdarīšanā.
3. Izglītojoši – attīstīt interesi par pētāmo un ieaudzināt prasmes attiecībās ar dabu.
Plānotie rezultāti : jāprot aprakstīt sērūdeņraža, sērūdeņražskābes un to sāļu fizikālās un ķīmiskās īpašības; zina sēra dioksīda un sērskābes iegūšanas metodes, skaidro sēra savienojumu īpašības(II) un (IV), pamatojoties uz idejām par redoksprocesiem; ir priekšstats par sēra dioksīda ietekmi uz skābo lietus rašanos.
Aprīkojums : Uz demonstrācijas galda: sērs, nātrija sulfīds, dzelzs sulfīds, lakmusa šķīdums, sērskābes šķīdums, svina nitrāta šķīdums, hlors cilindrā, kas noslēgts ar aizbāzni, iekārta sērūdeņraža iegūšanai un tā īpašību pārbaudei, sēra oksīds (VI), skābekļa gāzes mērītājs, 500 ml stikls, karote vielu dedzināšanai.
Nodarbību laikā :
Laika organizēšana .
Mēs veicam sarunu par sēra īpašību atkārtošanu:
1) kas izskaidro vairāku sēra alotropisko modifikāciju klātbūtni?
2) kas notiek ar molekulām: A) atdziestot tvaiku sēru. B) plastmasas sēra ilgstošas uzglabāšanas laikā, c) kad kristāli izgulsnējas no sēra šķīduma organiskos šķīdinātājos, piemēram, toluolā?
3) uz kā balstās flotācijas metode sēra attīrīšanai no piemaisījumiem, piemēram, no upes smiltīm?
Sasaucam divus studentus: 1) uzzīmējam dažādu sēra alotropo modifikāciju molekulu diagrammas un runājam par to fizikālajām īpašībām. 2) sastāda skābekļa īpašības raksturojošus reakciju vienādojumus un aplūko tos no oksidēšanās-reducēšanās viedokļa.
Pārējie skolēni risina uzdevumu: kāda ir cinka sulfīda masa, kas veidojas cinka savienojuma reakcijā ar sēru, ņemot vērā vielas daudzumu 2,5 moli?
Kopā ar skolēniem formulējam stundas mērķi : iepazīties ar sēra savienojumu īpašībām ar oksidācijas pakāpi -2 un +4.
Jauna tēma : Studenti nosauc viņiem zināmos savienojumus, kuros sēram ir šie oksidācijas stāvokļi. Sērūdeņraža un sēra oksīda ķīmiskās, elektroniskās un strukturālās formulas (IV), sērskābe.
Kā iegūt sērūdeņradi? Studenti pieraksta sēra reakcijas vienādojumu ar ūdeņradi un izskaidro to no oksidēšanās-reducēšanās viedokļa. Tad tiek apsvērta cita sērūdeņraža iegūšanas metode: skābju apmaiņas reakcija ar metālu sulfīdiem. Salīdzināsim šo metodi ar ūdeņraža halogenīdu iegūšanas metodēm. Mēs atzīmējam, ka sēra oksidācijas pakāpe apmaiņas reakcijās nemainās.
Kādas īpašības piemīt sērūdeņradim? Sarunā noskaidrojam fizikālās īpašības un atzīmējam fizioloģisko efektu. Ķīmiskās īpašības nosakām, eksperimentējot ar sērūdeņraža sadegšanu gaisā dažādos apstākļos. Kas var veidoties kā reakcijas produkti? Mēs aplūkojam reakcijas no oksidācijas-reducēšanas viedokļa:
2 N 2 S+3O 2 = 2H 2 O+2SO 2
2H 2 S+O 2 =2H 2 O+2S
Vēršam studentu uzmanību uz to, ka ar pilnīgu sadegšanu notiek pilnīgāka oksidēšanās (S -2 - 6 e - = S +4 ) nekā otrajā gadījumā (S -2 - 2 e - = S 0 ).
Mēs apspriežam, kā process noritēs, ja hloru izmantos kā oksidētāju. Demonstrējam pieredzi gāzu sajaukšanā divos balonos, kuru augšpusē ir iepildīts hlors, apakšā ar sērūdeņradi. Hlors maina krāsu un veidojas hlorūdeņradis. Sērs nosēžas uz cilindra sienām. Pēc tam mēs aplūkojam sērūdeņraža sadalīšanās reakcijas būtību un novedam studentus pie secinājuma par sērūdeņraža skābumu, apstiprinot to ar pieredzi ar lakmusu. Pēc tam veicam kvalitatīvu reakciju uz sulfīda jonu un sastādam reakcijas vienādojumu:
Na 2 S+Pb(NO 3 ) 2 =2NaNO 3 +PbS ↓
Kopā ar skolēniem formulējam secinājumu: sērūdeņradis ir tikai reducētājs redoksreakcijās, pēc būtības ir skābs, un tā šķīdums ūdenī ir skābe.
S 0 →S -2 ; S -2 →S 0 ; S 0 →S +4 ; S -2 →S +4 ; S 0 → H 2 S -2 → S +4 PAR 2.
Mēs novedam studentus pie secinājuma, ka starp sēra savienojumiem pastāv ģenētiska saikne, un sākam sarunu par savienojumiemS +4 . Mēs demonstrējam eksperimentus: 1) iegūstot sēra oksīdu (IV), 2) fuksīna šķīduma krāsas maiņa, 3) sēra oksīda izšķīšana (IV) ūdenī, 4) skābes noteikšana. Veicamajiem eksperimentiem veidojam reakciju vienādojumus un analizējam reakciju būtību:
2SPAR 2 + PAR 2 = 2 SPAR 3 ; SPAR 2 +2H 2 S=3S+2H 2 PAR.
Sērskābe ir nestabils savienojums, viegli sadalās sēra oksīdā (IV) un ūdeni, tāpēc tas pastāv tikai ūdens šķīdumos. Šī skābe ir vidēja stipruma. Tas veido divas sāļu rindas: vidējās ir sulfīti (SPAR 3 -2 ), skābie – hidrosulfīti (H.S.PAR 3 -1 ).
Mēs demonstrējam pieredzi: kvalitatīva sulfītu noteikšana, sulfītu mijiedarbība ar spēcīgu skābi, kas izdala gāziSPAR 2 asa smaka:
UZ 2 SPAR 3 + N 2 SPAR 4 → K 2 SPAR 4 + N 2 O +SPAR 2
Konsolidācija. Strādājiet pie divām iespējām, lai izstrādātu lietošanas shēmas: 1 variants sērūdeņradim, otrs variants sēra oksīdam (IV)
Atspulgs . Apkoposim darbu:
Par kādiem sakariem mēs šodien runājām?
Kādas īpašības piemīt sēra savienojumiem?II) Un (IV).
Nosauciet šo savienojumu pielietošanas jomas
VII. Mājas darbs: §11,12, 3.-5. vingrinājumi (34. lpp.)
, , 21 , , ,
, 25-26 , 27-28 , , 30, , , , , , , , , , , , /2003;
, , , , , , , , , , , , , /2004
8.1. §. Redoksreakcijas
LABORATORIJAS PĒTĪJUMI
(turpinājums)
2. Ozons ir oksidētājs.
Ozons ir vissvarīgākā viela dabai un cilvēkiem.
Ozons rada ozonosfēru ap Zemi 10–50 km augstumā ar maksimālo ozona saturu 20–25 km augstumā. Atrodoties atmosfēras augšējos slāņos, ozons neļauj sasniegt Zemes virsmu lielākajai daļai saules ultravioleto staru, kas kaitīgi ietekmē cilvēkus, dzīvniekus un augus. Pēdējos gados ir atklāti ozonosfēras apgabali ar ievērojami samazinātu ozona saturu, tā sauktie ozona caurumi. Nav zināms, vai ozona caurumi ir veidojušies iepriekš. Arī to rašanās iemesli nav skaidri. Tiek uzskatīts, ka hloru saturošie freoni no ledusskapjiem un smaržu kārbām Saules ultravioletā starojuma ietekmē izdala hlora atomus, kas reaģē ar ozonu un tādējādi samazina tā koncentrāciju atmosfēras augšējos slāņos. Zinātniekus ļoti satrauc ozona caurumu bīstamība atmosfērā.
Atmosfēras zemākajos slāņos ozons veidojas secīgu reakciju rezultātā starp atmosfēras skābekli un slāpekļa oksīdiem, ko izdala slikti noregulēti automašīnu dzinēji un izplūdes no augstsprieguma elektrolīnijām. Ozons ir ļoti kaitīgs elpošanai – tas iznīcina bronhu un plaušu audus. Ozons ir ārkārtīgi toksisks (jaudīgāks par oglekļa monoksīdu). Maksimālā pieļaujamā koncentrācija gaisā ir 10–5%.
Tādējādi ozonam atmosfēras augšējā un apakšējā slānī ir pretēja ietekme uz cilvēkiem un dzīvnieku pasauli.
Ozonu kopā ar hloru izmanto ūdens attīrīšanai, lai sadalītu organiskos piemaisījumus un iznīcinātu baktērijas. Tomēr gan ūdens hlorēšanai, gan ozonēšanai ir savas priekšrocības un trūkumi. Hlorējot ūdeni, baktērijas gandrīz pilnībā iznīcina, bet veidojas kancerogēna rakstura organiskas vielas, kas ir kaitīgas veselībai (veicina vēža attīstību) - dioksīni un tamlīdzīgi savienojumi. Ūdeni ozonējot, šādas vielas neveidojas, bet ozons nenogalina visas baktērijas, un pēc kāda laika bagātīgi vairojas atlikušās dzīvās baktērijas, absorbējot nogalināto baktēriju atliekas, un ūdens kļūst vēl vairāk piesārņots ar baktēriju floru. Tāpēc dzeramā ūdens ozonēšanu vislabāk izmantot, ja to izmanto ātri. Ūdens ozonēšana peldbaseinos ir ļoti efektīva, ja ūdens nepārtraukti cirkulē caur ozonatoru. Ozonu izmanto arī gaisa attīrīšanai. Tas ir viens no videi draudzīgajiem oksidētājiem, kas neatstāj kaitīgus sadalīšanās produktus.
Ozons oksidē gandrīz visus metālus, izņemot zeltu un platīna grupas metālus.
Ķīmiskās metodes ozona ražošanai ir neefektīvas vai pārāk bīstamas. Tāpēc ozonu, kas sajaukts ar gaisu, iesakām iegūt ozonatorā (vājas elektriskās izlādes ietekme uz skābekli), kas pieejams skolas fizikas laboratorijā.
Ozonu visbiežāk iegūst, iedarbojoties uz gāzveida skābekli ar klusu elektrisko izlādi (bez svelmes un dzirkstelēm), kas rodas starp ozonatora iekšējo un ārējo trauku sieniņām. Vienkāršāko ozonatoru var viegli izgatavot no stikla caurulēm ar aizbāžņiem. Jūs sapratīsit, kā to izdarīt no att. 8.4. Iekšējais elektrods ir metāla stienis (garais nags), ārējais elektrods ir stieples spirāle. Gaisu var izpūst ar akvārija gaisa sūkni vai gumijas spuldzi no smidzināšanas pudeles. Attēlā 8.4 Iekšējais elektrods atrodas stikla caurulē ( Kāpēc tu domā?), bet jūs varat salikt ozonatoru bez tā. Gumijas aizbāžņus ātri sarūsē ozons.
Augstspriegumu ir ērti iegūt no automašīnas aizdedzes sistēmas indukcijas spoles, nepārtraukti atverot savienojumu ar zemsprieguma avotu (akumulatoru vai 12 V taisngriezi).
Ozona iznākums ir vairāki procenti.
Ozonu var kvalitatīvi noteikt, izmantojot kālija jodīda cietes šķīdumu. Šajā šķīdumā var iemērc filtrpapīra sloksni vai šķīdumu var pievienot ozonizētam ūdenim un mēģenē cauri šķīdumam izlaist gaisu ar ozonu. Skābeklis nereaģē ar jodīda jonu.
Reakcijas vienādojums:
2I – + O 3 + H 2 O = I 2 + O 2 + 2OH – .
Uzrakstiet elektronu pieauguma un zuduma reakciju vienādojumus.
Nonesiet šajā šķīdumā samitrinātu filtrpapīra sloksni uz ozonatoru. (Kāpēc kālija jodīda šķīdumam vajadzētu saturēt cieti?)Ūdeņraža peroksīds traucē ozona noteikšanu, izmantojot šo metodi. (Kāpēc?).
Aprēķiniet reakcijas EML, izmantojot elektrodu potenciālus:
3. Sērūdeņraža un sulfīda jonu reducējošās īpašības.
Sērūdeņradis ir bezkrāsaina gāze ar puvušu olu smaržu (daži proteīni satur sēru).
Lai veiktu eksperimentus ar sērūdeņradi, varat izmantot gāzveida sērūdeņradi, izlaižot to caur šķīdumu ar pētāmo vielu, vai pētāmajiem šķīdumiem pievienot iepriekš sagatavotu sērūdeņraža ūdeni (tas ir ērtāk). Daudzas reakcijas var veikt ar nātrija sulfīda šķīdumu (reakcijas ar sulfīda jonu S 2–).
Strādājiet ar sērūdeņradi tikai caurvējā! Sērūdeņraža maisījumi ar gaisu deg sprādzienbīstami.
Sērūdeņradi parasti ražo Kipp aparātā, reaģējot 25% sērskābes (atšķaidīta 1:4) vai 20% sālsskābes (atšķaidīta 1:1) uz dzelzs sulfīda 1–2 cm lielu gabalu veidā.
FeS (kr.) + 2H + = Fe 2+ + H 2S (g.).
Nelielus sērūdeņraža daudzumus var iegūt, ievietojot kristālisko nātrija sulfīdu kolbā ar aizbāzni, caur kuru tiek izlaista pilināmā piltuve ar aizbāzni un izplūdes cauruli. Lēnām izlejot no piltuves 5–10% sālsskābi (kāpēc ne sērs?), kolbu nepārtraukti krata, kratot, lai izvairītos no nereaģējušas skābes lokālas uzkrāšanās. Ja tas nav izdarīts, neparedzēta sastāvdaļu sajaukšana var izraisīt spēcīgu reakciju, aizbāzņa izstumšanu un kolbas iznīcināšanu.
Vienmērīgu sērūdeņraža plūsmu iegūst, karsējot ar ūdeņradi bagātus organiskos savienojumus, piemēram, parafīnu, ar sēru (1 daļa parafīna uz 1 daļu sēra, 300 ° C).
Lai iegūtu sērūdeņraža ūdeni, sērūdeņradi izlaiž caur destilētu (vai vārītu) ūdeni. Apmēram trīs tilpumi sērūdeņraža gāzes izšķīst vienā tilpumā ūdens. Sērūdeņraža ūdens, stāvot gaisā, pakāpeniski kļūst duļķains. (Kāpēc?).
Sērūdeņradis ir spēcīgs reducētājs: tas reducē halogēnus par ūdeņraža halogenīdiem, bet sērskābi par sēra dioksīdu un sēru.
Sērūdeņradis ir indīgs. Maksimālā pieļaujamā koncentrācija gaisā ir 0,01 mg/l. Pat zemās koncentrācijās sērūdeņradis kairina acis un elpceļus un izraisa galvassāpes. Koncentrācija virs 0,5 mg/l ir dzīvībai bīstama. Augstākā koncentrācijā tiek ietekmēta nervu sistēma. Sērūdeņraža ieelpošana var izraisīt sirds un elpošanas apstāšanos. Dažreiz sērūdeņradis uzkrājas alās un kanalizācijas akās, un tur iesprostots cilvēks acumirklī zaudē samaņu un nomirst.
Tajā pašā laikā sērūdeņraža vannām ir ārstnieciska iedarbība uz cilvēka ķermeni.
3a. Sērūdeņraža reakcija ar ūdeņraža peroksīdu.
Izpētiet ūdeņraža peroksīda šķīduma ietekmi uz sērūdeņraža ūdeni vai nātrija sulfīda šķīdumu.
Pamatojoties uz eksperimentu rezultātiem, sastādiet reakciju vienādojumus. Aprēķiniet reakcijas EML un izdariet secinājumu par tās pārejas iespēju.
3b. Sērūdeņraža reakcija ar sērskābi.
Koncentrētu sērskābi pa pilienam ielej mēģenē ar 2–3 ml sērūdeņraža ūdens (vai nātrija sulfīda šķīduma). (uzmanīgi!) līdz parādās duļķainība. Kas ir šī viela? Kādi citi produkti var rasties šajā reakcijā?
Uzrakstiet reakciju vienādojumus. Aprēķiniet reakcijas EML, izmantojot elektrodu potenciālus:
4. Sēra dioksīds un sulfīta jons.
Sēra dioksīds, sēra dioksīds, ir vissvarīgākais atmosfēras piesārņotājs, ko izdala automobiļu dzinēji, izmantojot slikti attīrītu benzīnu, un krāsnis, kurās sadedzina sēru saturošas ogles, kūdru vai mazutu. Katru gadu ogļu un naftas sadegšanas dēļ atmosfērā nonāk miljoniem tonnu sēra dioksīda.
Sēra dioksīds dabiski sastopams vulkāniskās gāzēs. Sēra dioksīds tiek oksidēts ar atmosfēras skābekli par sēra trioksīdu, kas, absorbējot ūdeni (tvaikus), pārvēršas sērskābē. Krītošais skābais lietus iznīcina ēku cementa daļas, arhitektūras pieminekļus un akmenī cirstas skulptūras. Skābie lietus palēnina augu augšanu un pat izraisa to nāvi, kā arī nogalina dzīvos organismus ūdenstilpēs. Šādas lietavas no aramzemēm izskalo ūdenī slikti šķīstošos fosfora mēslojumus, kas, nonākot ūdenstilpēs, izraisa strauju aļģu savairošanos un dīķu un upju strauju pārpurvošanos.
Sēra dioksīds ir bezkrāsaina gāze ar asu smaku. Jāiegūst sēra dioksīds un jāapstrādā zem caurvēja.
Sēra dioksīdu var iegūt, ievietojot 5–10 g nātrija sulfīta kolbā, kas noslēgta ar aizbāzni ar izplūdes cauruli un pilināmo piltuvi. No pilināmās piltuves ar 10 ml koncentrētas sērskābes (ārkārtīga piesardzība!) pilienu pa pilienam ielej uz nātrija sulfīta kristāliem. Kristāliskā nātrija sulfīta vietā varat izmantot tā piesātinātu šķīdumu.
Sēra dioksīdu var iegūt arī metāla vara un sērskābes reakcijā. Apaļdibena kolbā, kas aprīkota ar aizbāzni ar gāzes izplūdes cauruli un pilināmo piltuvi, ielieciet vara skaidas vai stieples gabalus un no pilināmās piltuves ielejiet nedaudz sērskābes (uz 10 g tiek ņemti apmēram 6 ml koncentrētas sērskābes no vara). Lai sāktu reakciju, nedaudz sasildiet kolbu. Pēc tam pa pilienam pievienojiet skābi. Uzrakstiet elektronu pieņemšanas un atbrīvošanas vienādojumus un kopējo vienādojumu.
Sēra dioksīda īpašības var izpētīt, izlaižot gāzi caur reaģenta šķīdumu vai ūdens šķīduma veidā (sērskābe). Tādus pašus rezultātus iegūst, izmantojot paskābinātus nātrija sulfītu Na 2 SO 3 un kālija sulfītu K 2 SO 3 šķīdumus. Vienā tilpumā ūdens izšķīdina līdz četrdesmit tilpumiem sēra dioksīda (iegūst ~6% šķīdumu).
Sēra dioksīds ir toksisks. Ar vieglu saindēšanos sākas klepus, iesnas, parādās asaras, sākas reibonis. Devas palielināšana izraisa elpošanas apstāšanos.
4a. Sērskābes mijiedarbība ar ūdeņraža peroksīdu.
Paredzēt sērskābes un ūdeņraža peroksīda reakcijas produktus. Pārbaudiet savu pieņēmumu ar pieredzi.
Pievienojiet tādu pašu daudzumu 3% ūdeņraža peroksīda šķīduma 2–3 ml sērskābes. Kā pierādīt paredzamo reakcijas produktu veidošanos?
Atkārtojiet to pašu eksperimentu ar paskābinātiem un sārmainiem nātrija sulfīta šķīdumiem.
Uzrakstiet reakcijas vienādojumus un aprēķiniet procesa emf.
Izvēlieties nepieciešamos elektrodu potenciālus:
4b. Reakcija starp sēra dioksīdu un sērūdeņradi.
Šī reakcija notiek starp gāzveida SO 2 un H 2 S un kalpo sēra ražošanai. Reakcija ir interesanta arī tāpēc, ka abi gaisa piesārņotāji viens otru iznīcina. Vai šī reakcija notiek starp sērūdeņraža un sēra dioksīda šķīdumiem? Atbildiet uz šo jautājumu ar pieredzi.
Izvēlieties elektrodu potenciālus, lai noteiktu reakcijas iespējamību šķīdumā:
Mēģiniet veikt reakciju iespējamības termodinamisko aprēķinu. Vielu termodinamiskās īpašības, lai noteiktu reakcijas iespējamību starp gāzveida vielām, ir šādas:
Kurā vielu stāvoklī - gāzveida vai šķīdumā - reakcijas ir vēlamākas?
Ķīmiskās īpašības
Fizikālās īpašības
Normālos apstākļos sērūdeņradis ir bezkrāsaina gāze ar spēcīgu, raksturīgu sapuvušām olām smaržu. T pl = -86 °C, T kip = -60 °C, slikti šķīst ūdenī, 20 °C temperatūrā 2,58 ml H 2 S izšķīst 100 g ūdens Ļoti toksisks, ieelpojot izraisa paralīzi, kas var būt letāla. Dabā tas izdalās kā daļa no vulkāniskām gāzēm un veidojas augu un dzīvnieku organismu sabrukšanas laikā. Tas labi šķīst ūdenī, izšķīdinot, veido vāju hidrosulfīda skābi.
- Ūdens šķīdumā sērūdeņradim piemīt vājas divvērtīgās skābes īpašības:
H2S = HS- + H+;
HS - = S 2- + H + .
- Sērūdeņradis deg gaisā zila liesma. Ar ierobežotu gaisa piekļuvi veidojas brīvs sērs:
2H 2S + O 2 = 2H 2 O + 2S.
Ar pārmērīgu gaisa padevi sērūdeņraža sadegšana izraisa sēra oksīda (IV) veidošanos:
2H 2S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2.
- Sērūdeņradim ir reducējošas īpašības. Atkarībā no apstākļiem sērūdeņradi var oksidēt ūdens šķīdumā par sēru, sēra dioksīdu un sērskābi.
Piemēram, tas atkrāso broma ūdeni:
H2S + Br2 = 2HBr + S.
mijiedarbojas ar hlora ūdeni:
H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 O = H 2 SO 4 + 8 HCl.
Sērūdeņraža plūsmu var aizdedzināt, izmantojot svina dioksīdu, jo reakciju pavada liela siltuma izdalīšanās:
3PbO2 + 4H2S = 3PbS + SO2 + 4H2O.
- Sērūdeņraža mijiedarbība ar sēra dioksīdu izmanto sēra iegūšanai no metalurģijas un sērskābes ražošanas atgāzēm:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O.
Vietējā sēra veidošanās vulkānisko procesu laikā ir saistīta ar šo procesu.
- Sēra dioksīdu un sērūdeņradi vienlaikus izlaižot caur sārma šķīdumu, veidojas tiosulfāts:
4SO2 + 2H2S + 6NaOH = 3Na2S2O3 + 5H2O.
- Atšķaidītas sālsskābes reakcija ar dzelzs (II) sulfīdu
FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S
- Alumīnija sulfīda reakcija ar aukstu ūdeni
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
- Tieša sintēze no elementiem rodas, kad ūdeņradis tiek nodots pāri izkausētam sēram:
H 2 + S = H 2 S.
- Parafīna un sēra maisījuma karsēšana.
1.9. Sērūdeņražskābe un tās sāļi
Sērūdeņražskābei ir visas vājo skābju īpašības. Reaģē ar metāliem, metālu oksīdiem, bāzēm.
Kā divvērtīgā skābe tā veido divu veidu sāļus - sulfīdi un hidrosulfīdi . Hidrosulfīdi labi šķīst ūdenī, arī sārmu un sārmzemju metālu sulfīdi, bet smago metālu sulfīdi praktiski nešķīst.
Sārmu un sārmzemju metālu sulfīdi nav krāsoti, pārējiem ir raksturīga krāsa, piemēram, vara (II), niķeļa un svina sulfīdi - melni, kadmija, indija, alvas - dzeltenā, antimona - oranžā krāsā.
Jonu sārmu metālu sulfīdiem M 2 S ir fluorīta tipa struktūra, kur katru sēra atomu ieskauj 8 metāla atomu kubs un katru metāla atomu ieskauj 4 sēra atomu tetraedrs. MS tipa sulfīdi ir raksturīgi sārmzemju metāliem un tiem ir nātrija hlorīda tipa struktūra, kur katru metāla un sēra atomu ieskauj cita tipa atomu oktaedrs. Palielinoties metāla un sēra saites kovalentajai dabai, tiek realizētas struktūras ar zemākiem koordinācijas numuriem.
Krāsaino metālu sulfīdi dabā sastopami kā minerāli un rūdas un kalpo kā izejvielas metālu ražošanai.
Ķīmijas pasniedzējs
Turpinājums. Skat Nr.22/2005; 1., 2., 3., 5., 6., 8., 9., 11., 13., 15., 16., 18., 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10/2009
30. NODARBĪBA
10. klase (pirmais mācību gads)
Sērs un tā savienojumi
1. Pozīcija D.I. Mendeļejeva tabulā, atoma uzbūve.
2. Nosaukuma izcelsme.
3. Fizikālās īpašības.
4. Ķīmiskās īpašības.
5. Atrodoties dabā.
6. Iegūšanas pamatmetodes.
7. Nozīmīgākie sēra savienojumi (sērūdeņradis, sērūdeņražskābe un tās sāļi; sēra dioksīds, sērskābe un tās sāļi; sēra trioksīds, sērskābe un tās sāļi).
Periodiskajā tabulā sērs atrodas VI grupas galvenajā apakšgrupā (halkogēna apakšgrupa). Sēra elektroniskā formula 1 s 2 2s 2 lpp 6 3s 2 lpp 4, šis R- elements. Atkarībā no stāvokļa sēram var būt II, IV vai VI valence:
S: 1 s 2 2s 2 2lpp 6 3s 2 3lpp 4 3d 0 (valence II),
S*: 1 s 2 2s 2 2lpp 6 3s 2 3lpp 3 3d 1 (IV valence),
S**: 1 s 2 2s 2 2lpp 6 3s 1 3lpp 3 3d 2 (valence VI).
Sēram raksturīgās oksidācijas pakāpes ir –2, +2, +4, +6 (disulfīdos, kas satur tiltu –S–S– saiti (piemēram, FeS 2), sēra oksidācijas pakāpe ir –1); savienojumos tā ir daļa no anjoniem, ar vairāk elektronegatīviem elementiem – daļa no katjoniem, piemēram:
Sērs – elements ar augstu elektronegativitāti, uzrāda nemetāliskas (skābes) īpašības. Tam ir četri stabili izotopi ar masas skaitļiem 32, 33, 34 un 36. Dabiskais sērs 95% sastāv no 32S izotopa.
Krievu nosaukums sēram cēlies no sanskrita vārda cira– gaiši dzeltena, dabīgā sēra krāsa. Latīņu nosaukums sērs tulkots kā "uzliesmojošs pulveris". 1
FIZISKĀS STRUKTŪRAS
Sērs veido trīs allotropās modifikācijas: rombveida(-sērs), monoklīnika(-sērs) un plastmasas, vai gumijas. Ortorombiskais sērs ir visstabilākais normālos apstākļos, un monoklīniskais sērs ir stabils virs 95,5 °C. Abām šīm allotropajām modifikācijām ir molekulārais kristāliskais režģis, kas veidots no S 8 sastāva molekulām, kas atrodas kosmosā vainaga formā; atomi ir savienoti ar atsevišķām kovalentām saitēm. Atšķirība starp rombisko un monoklīnisko sēru ir tāda, ka molekulas kristāliskajā režģī ir iepakotas atšķirīgi.
Ja rombisko vai monoklinisko sēru uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai (444,6 °C) un iegūto šķidrumu ielej aukstā ūdenī, veidojas plastmasas sērs, kura īpašības atgādina gumiju. Plastmasas sērs sastāv no garām zigzaga ķēdēm. Šī alotropā modifikācija ir nestabila un spontāni pārvēršas vienā no kristāliskajām formām.
Rombiskais sērs ir dzeltena kristāliska cieta viela; nešķīst ūdenī (un nav samitrināts), bet labi šķīst daudzos organiskos šķīdinātājos (oglekļa disulfīds, benzols utt.). Sēram ir ļoti slikta elektriskā un siltuma vadītspēja. Ortorombiskā sēra kušanas temperatūra ir +112,8 °C 95,5 °C temperatūrā, ortorombiskais sērs kļūst monoklīnisks:
Ķīmiskās īpašības
Pēc ķīmiskajām īpašībām sērs ir tipisks aktīvs nemetāls. Reakcijās tas var būt gan oksidētājs, gan reducētājs.
Metāli (+):
2Na + S = Na 2 S,
2Al + 3S Al 2 S 3,
Nemetāli (+/–)*:
2P + 3S P 2 S 3 ,
S + Cl 2 = SCl 2,
S + 3F 2 = SF 6,
S + N 2 reakcija nenotiek.
H 2 O (–). sēru nesamitrina ūdens.
Bāzes oksīdi (–).
Skābie oksīdi (–).
Bāzes (+/–):
S + Cu(OH) 2 reakcija nenotiek.
Skābes (ne oksidētāji) (–).
Oksidējošās skābes (+):
S + 2H 2 SO 4 (konc.) = 3SO 2 + 2H 2 O,
S + 2HNO 3 (atšķaidīts) = H2SO4 + 2NO,
S + 6HNO 3 (konc.) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O.
Dabā sērs sastopams gan dabiskā stāvoklī, gan savienojumu veidā, no kuriem svarīgākie ir pirīts, kas pazīstams arī kā dzelzs vai sēra pirīts (FeS 2), cinka maisījums (ZnS), svina spīdums (PbS ), ģipsis. (CaSO 4 2H 2 O), Glaubera sāls (Na 2 SO 4 10H 2 O), rūgtais sāls (MgSO 4 7H 2 O). Turklāt sērs ir daļa no oglēm, naftas, kā arī dažādiem dzīviem organismiem (kā daļa no aminoskābēm). Cilvēka organismā sērs ir koncentrēts matos.
Laboratorijas apstākļos sēru var iegūt, izmantojot redoksreakcijas (ORR), piemēram:
H2SO3 + 2H2S = 3S + 3H2O,
2H2S + O22S + 2H2O.
SVARĪGI SĒRA SAVIENOJUMI
Ūdeņraža sulfīds (H 2 S) ir bezkrāsaina gāze ar smacējošu, nepatīkamu puvušu olu smaku, indīga (asinīs savienojas ar hemoglobīnu, veidojot dzelzs sulfīdu). Smagāks par gaisu, nedaudz šķīst ūdenī (2,5 tilpumi sērūdeņraža 1 tilpumā ūdens). Saites molekulā ir polāras kovalentas, sp 3-hibridizācija, molekulai ir leņķiskā struktūra:
Ķīmiski sērūdeņradis ir diezgan aktīvs. Tas ir termiski nestabils; viegli sadedzina skābekļa atmosfērā vai gaisā; viegli oksidējas ar halogēniem, sēra dioksīdu vai dzelzs(III) hlorīdu; karsējot, tas mijiedarbojas ar dažiem metāliem un to oksīdiem, veidojot sulfīdus:
2H2S + O22S + 2H2O,
2H2S + 3O22SO2 + 2H2O,
H2S + Br2 = 2HBr + S,
2H2S + SO23S + 2H2O,
2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl,
H 2 S + Zn ZnS + H 2 ,
H 2 S + CaO CaS + H 2 O.
Laboratorijas apstākļos sērūdeņradi iegūst, apstrādājot dzelzs vai cinka sulfīdus ar spēcīgām minerālskābēm vai alumīnija sulfīda neatgriezenisku hidrolīzi:
ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S,
Al2SO3 + 6HOH 2Al(OH)3 + 3H2S.
Sērūdeņraža šķīdums ūdenī - sērūdeņraža ūdens, vai hidrosulfīda skābe . Vājš elektrolīts, otrajā posmā praktiski nedisociējas. Kā divvērtīgā skābe veido divu veidu sāļus - sulfīdi un hidrosulfīdi:
piemēram, Na 2 S – nātrija sulfīds, NaHS – nātrija hidrosulfīds.
Sērūdeņražskābei piemīt visas vispārīgās skābju īpašības. Turklāt sērūdeņradim, hidrosulfīda skābei un tās sāļiem ir spēcīga reducēšanas spēja. Piemēram:
H 2 S + Zn = ZnS + H 2,
H 2 S + CuO = CuS + H 2 O,
Kvalitatīva reakcija uz sulfīda jonu ir mijiedarbība ar šķīstošiem svina sāļiem; Šajā gadījumā izgulsnējas melnas svina sulfīda nogulsnes:
Pb 2+ + S 2– -> PbS,
Pb(NO 3) 2 + Na 2 S = PbS + 2NaNO 3.
Sēra (IV) oksīds SO 2 – sēra dioksīds, sēra dioksīds - bezkrāsaina gāze ar asu smaku, indīga. Skābs oksīds. Saites molekulā ir polāras kovalentas, sp 2 -hibridizācija. Smagāks par gaisu, labi šķīst ūdenī (vienā ūdens tilpumā - līdz 80 tilpumiem SO 2), veidojas izšķīdinot sērskābe , kas pastāv tikai risinājumā:
H 2 O + SO 2 H 2 SO 3 .
Skābju-bāzes īpašību ziņā sēra dioksīdam piemīt tipiska skābes oksīda īpašības, arī visas skābēm raksturīgas īpašības:
SO 2 + CaO CaSO 3,
H 2 SO 3 + Zn = ZnSO 3 + H 2,
H 2 SO 3 + CaO = CaSO 3 + H 2 O.
Runājot par redoksīpašībām, sēra dioksīdam, sērskābei un sulfītiem var būt redoksu dualitāte (pārsvarā reducējošās īpašības). Izmantojot spēcīgākus reducētājus, sēra (IV) savienojumi darbojas kā oksidētāji:
Ar spēcīgākiem oksidētājiem tiem piemīt reducējošas īpašības:
IN nozare Sēra dioksīdu iegūst:
Dedzinot sēru:
Pirīta un citu sulfīdu apdedzināšana:
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO 2,
2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2 .
UZ laboratorijas metodes kvītīs ietilpst:
Spēcīgo skābju ietekme uz sulfītiem:
Na 2 SO 3 + 2 HCl = 2 NaCl + SO 2 + H 2 O;
Koncentrētas sērskābes mijiedarbība ar smagajiem metāliem:
Cu + 2H 2 SO 4 (konc.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Kvalitatīvas reakcijas uz sulfītjonu– “joda ūdens” krāsas maiņa vai spēcīgu minerālskābju iedarbība:
Na 2 SO 3 + I 2 + 2 NaOH = 2 NaI + Na 2 SO 4 + H 2 O,
Ca 2 SO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + SO 2.
Sēra (VI) oksīds SO 3 – sēra trioksīds vai sēra anhidrīds , ir bezkrāsains šķidrums, kas temperatūrā zem 17°C pārvēršas baltā kristāliskā masā. Indīgs. Eksistē polimēru veidā (monomēru molekulas pastāv tikai gāzes fāzē), molekulā esošās saites ir polāras kovalentas, sp 2 -hibridizācija. Higroskopisks, termiski nestabils. Reaģē ar ūdeni ar spēcīgu ekso-efektu. Reaģē ar bezūdens sērskābi, veidojot oleum. Veidojas sēra dioksīda oksidēšanas rezultātā:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + J,
n n SO3.
Pēc skābju bāzes īpašībām tas ir tipisks skābes oksīds:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4,
SO 3 + CaO = CaSO 4,
Redox īpašību ziņā tas darbojas kā spēcīgs oksidētājs, parasti tiek reducēts līdz SO 2 vai sulfītiem:
Tīrā veidā tam nav praktiskas vērtības, tas ir sērskābes ražošanas starpprodukts.
Sērskābe – smags eļļains šķidrums bez krāsas un smaržas. Ļoti labi šķīst ūdenī (ar lielu ekso efektu). Higroskopisks, indīgs, izraisa smagus ādas apdegumus. Ir spēcīgs elektrolīts. Sērskābe veido divu veidu sāļus: sulfāti Un hidrosulfāti, kam piemīt visas sāļu vispārējās īpašības. Aktīvo metālu sulfāti ir termiski stabili, un citu metālu sulfāti sadalās pat ar nelielu karsēšanu:
Na 2 SO 4 nesadalās,
ZnSO 4 ZnO + SO 3,
4FeSO 4 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2,
Ag 2 SO 4 2 Ag + SO 2 + O 2,
HgSO 4 Hg + SO 2 + O 2.
Šķīdumu, kurā sērskābes masas daļa ir mazāka par 70%, parasti uzskata par atšķaidītu; virs 70% – koncentrēts; SO 3 šķīdumu bezūdens sērskābē sauc par oleumu (sēra trioksīda koncentrācija oleumā var sasniegt 65%).
Atšķaidīts sērskābei piemīt visas stiprajām skābēm raksturīgās īpašības:
H 2 SO 4 2H + + SO 4 2– ,
H 2 SO 4 + Zn = ZnSO 4 + H 2,
H 2 SO 4 (atšķaidīts) + Cu reakcija nenotiek,
H 2 SO 4 + CaO = CaSO 4 + H 2 O,
CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2.
Koncentrēts sērskābe ir spēcīgs oksidētājs, īpaši sildot. Tas oksidē daudzus metālus, nemetālus un dažas organiskas vielas. Dzelzs, zelts un platīna grupas metāli koncentrētas sērskābes ietekmē neoksidējas (tomēr dzelzs labi šķīst, karsējot vidēji koncentrētā sērskābē, kuras masas daļa ir 70%). Koncentrētai sērskābei reaģējot ar citiem metāliem, veidojas sulfāti un sērskābes reducēšanās produkti.
2H 2 SO 4 (konc.) + Cu = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O,
5H2SO4 (konc.) + 8Na = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O,
H 2 SO 4 (konc.) pasivē Fe, Al.
Mijiedarbojoties ar nemetāliem, koncentrēta sērskābe tiek reducēta līdz SO 2:
5H2SO4 (konc.) + 2P = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O,
2H 2 SO 4 (konc.) + C = 2H 2 O + CO 2 + 2SO 2.
Saziņas saņemšanas veids sērskābe sastāv no trim posmiem:
1) pirīta apdedzināšana:
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2;
2) SO 2 oksidēšana par SO 3 katalizatora – vanādija oksīda klātbūtnē:
3) SO 3 izšķīdināšana sērskābē, lai iegūtu oleumu:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + J,
n SO 3 + H 2 SO 4 (konc.) = H 2 SO 4 n SO3.
Kvalitatīva reakcija uz sulfāta jonu– mijiedarbība ar bārija katjonu, kā rezultātā izdalās baltas nogulsnes, BaSO 4 .
Ba 2+ + SO 4 2– -> BaSO 4,
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl.
Tests par tēmu “Sērs un tā savienojumi”
1. Sērs un skābeklis ir:
a) labi elektrības vadītāji;
b) pieder pie halkogēnu apakšgrupas;
c) labi šķīst ūdenī;
d) ir alotropiskas modifikācijas.
2. Sērskābes reakcijas rezultātā ar varu var iegūt:
a) ūdeņradis; b) sērs;
c) sēra dioksīds; d) sērūdeņradis.
3. Sērūdeņradis ir:
a) indīga gāze;
b) spēcīgs oksidētājs;
c) tipisks reducētājs;
d) viens no sēra allotropiem.
4. Skābekļa masas daļa (%) sērskābes anhidrīdā ir vienāda ar:
a) 50; b) 60; c) 40; d) 94.
5. Sēra (IV) oksīds ir anhidrīds:
a) sērskābe;
b) sērskābe;
c) sērūdeņražskābe;
d) tiosulfurskābe.
6. Par cik procentiem samazināsies kālija hidrosulfīta masa pēc kalcinēšanas?
c) kālija hidrosulfīts ir termiski stabils;
7. Jūs varat novirzīt līdzsvaru uz tiešu sēra dioksīda oksidācijas reakciju sēra anhidrīdā:
a) izmantojot katalizatoru;
b) spiediena palielināšanās;
c) spiediena samazināšana;
d) sēra oksīda (VI) koncentrācijas samazināšana.
8. Sagatavojot sērskābes šķīdumu, jums:
a) ielej skābi ūdenī;
b) ielej skābē ūdeni;
c) infūzijas secībai nav nozīmes;
d) sērskābe nešķīst ūdenī.
9. Kāda masa (g) nātrija sulfāta dekahidrāta jāpievieno 100 ml 8% nātrija sulfāta šķīduma (blīvums 1,07 g/ml), lai sāls masas daļa šķīdumā dubultotu?
a) 100; b) 1,07; c) 30,5; d) 22.4.
10. Lai kvalitatīvā analīzē noteiktu sulfīta jonu, varat izmantot:
a) svina katjoni;
b) “joda ūdens”;
c) kālija permanganāta šķīdums;
d) spēcīgas minerālskābes.
Testa atslēga
| b, d | V | a, c | b | b | G | b, d | A | V | b, d |
Uzdevumi un vingrinājumi par sēru un tā savienojumiem
Transformācijas ķēde
1. Sērs -> dzelzs(II) sulfīds -> sērūdeņradis -> sēra dioksīds -> sēra trioksīds> sērskābe> sēra(IV) oksīds.
3. Sērskābe -> sēra dioksīds -> sērs -> sēra dioksīds -> sēra trioksīds -> sērskābe.
4. Sēra dioksīds -> nātrija sulfīts -> nātrija hidrosulfīts -> nātrija sulfīts -> nātrija sulfāts.
5. Pirīts -> sēra dioksīds -> sēra anhidrīds -> sērskābe -> sēra oksīds (IV) -> kālija sulfīts -> sēra anhidrīds.
6. Pirīts > sēra dioksīds -> nātrija sulfīts -> nātrija sulfāts -> bārija sulfāts -> bārija sulfīds.
7. Nātrija sulfīds -> A -> B -> C -> D -> bārija sulfāts (visas vielas satur sēru; pirmā, otrā un ceturtā reakcija ir ORR).
| A līmenis |
1. Caur šķīdumu, kas satur 5 g nātrija hidroksīda, tika izlaisti 6,5 litri sērūdeņraža. Nosakiet iegūtā šķīduma sastāvu.
Atbilde. 7 g NaHS, 5,61 g H2S.
2. Kādas masas Glaubera sāls jāpievieno 100 ml 8% nātrija sulfāta šķīduma (šķīduma blīvums ir 1,07 g/ml), lai divas reizes palielinātu vielas masas daļu šķīdumā?
Atbilde. 30,5 g Na2SO410H2O.
3. 40 g 12% sērskābes šķīduma pievienoja 4 g sērskābes anhidrīda. Aprēķina vielas masas daļu iegūtajā šķīdumā.
Atbilde. 22% H2SO4.
4. Dzelzs(II) sulfīda un pirīta maisījums, kas sver 20,8 g, tika pakļauts ilgstošai apdedzināšanai, kā rezultātā izveidojās 6,72 litri gāzveida produkta (o.s.). Nosaka apdedzināšanas laikā radušos cieto atlikumu masu.
Atbilde. 16 g Fe2O3.
5. Ir vara, oglekļa un dzelzs (III) oksīda maisījums ar komponentu molāro attiecību 4:2:1 (norādītajā secībā). Kāds 96% sērskābes tilpums (blīvums 1,84 g/ml) nepieciešams, lai karsējot pilnībā izšķīdinātu 2,2 g šāda maisījuma?
Atbilde. 4,16 ml H 2 SO 4 šķīduma.
6. Lai oksidētu 3,12 g sārmu metālu hidrosulfīta, bija nepieciešams pievienot 50 ml šķīduma, kurā nātrija dihromāta un sērskābes molārās koncentrācijas ir attiecīgi 0,2 mol/l un 0,5 mol/l. Nosaka atlikuma sastāvu un masu, kas tiks iegūts, šķīdumam pēc reakcijas iztvaicējot.
Atbilde. 7,47 g hroma sulfātu (3,92 g) un nātrija (3,55 g) maisījums.
| B līmenis |
(problēmas ar oleumu)
1. Kāda sēra trioksīda masa jāizšķīdina 100 g 91% sērskābes šķīduma, lai iegūtu 30% oleumu?
Risinājums
Saskaņā ar problēmu:
m(H2SO4) = 100 0,91 = 91 g,
m(H2O) = 100 0,09 = 9 g,
(H2O) = 9/18 = 0,5 mol.
Daļa no pievienotā SO3 ( m 1) reaģēs ar H2O:
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4.
Saskaņā ar reakcijas vienādojumu:
(SO 3) = (H 2 O) = 0,5 mol.
m 1 (SO 3) = 0,5 80 = 40 g.
Otrā daļa SO 3 ( m 2) tiks izmantots, lai izveidotu oleuma koncentrāciju. Izteiksim oleuma masas daļu:
m 2 (SO 3) = 60 g.
Sēra trioksīda kopējā masa:
m(SO 3) = m 1 (SO 3) + m 2 (SO 3) = 40 + 60 = 100 g.
Atbilde. 100 g SO 3.
2. Kāda pirīta masa jāņem, lai iegūtu tādu sēra(VI) oksīda daudzumu, lai, izšķīdinot to 54,95 ml 91% sērskābes šķīduma (blīvums 1,82 g/cm 3), iegūtu 12,5% oleumu? Tiek uzskatīts, ka sērskābes anhidrīda iznākums ir 75%.
Atbilde. 60 g FeS 2.
3. Lai neitralizētu 34,5 g oleuma, tiek patērēti 74,5 ml 40% kālija hidroksīda šķīduma (blīvums 1,41 g/ml). Cik molu sērskābes anhidrīda ir uz 1 molu sērskābes šajā oleumā?
Atbilde. 0,5 mol SO3.
4. Pievienojot sēra(VI) oksīdu 300 g 82% sērskābes šķīduma, iegūst oleumu ar sēra trioksīda masas daļu 10%. Atrodiet izmantotā sērskābes anhidrīda masu.
Atbilde. 300 g SO 3.
5. Pievienojot 400 g sēra trioksīda 720 g sērskābes ūdens šķīdumam, tika iegūts oleums ar masas daļu 7,14%. Atrodiet sērskābes masas daļu sākotnējā šķīdumā.
Atbilde. 90% H2SO4.
6. Atrodiet 64% sērskābes šķīduma masu, ja šim šķīdumam pievienojot 100 g sēra trioksīda, iegūst oleumu, kas satur 20% sēra trioksīda.
Atbilde. 44,4 g H 2 SO 4 šķīduma.
7. Kādas masas sēra trioksīds un 91% sērskābes šķīdums jāsajauc, lai iegūtu 1 kg 20% oleuma?
Atbilde. 428,6 g SO 3 un 571,4 g H 2 SO 4 šķīduma.
8. 400 g oleuma, kas satur 20% sēra trioksīda, pievienoja 100 g 91% sērskābes šķīduma. Atrodiet sērskābes masas daļu iegūtajā šķīdumā.
Atbilde. 92% H2SO4 oleumā.
9. Atrodiet sērskābes masas daļu šķīdumā, kas iegūts, sajaucot 200 g 20% oleuma un 200 g 10% sērskābes šķīduma.
Atbilde. 57,25% H2SO4.
10. Kāda 50% sērskābes šķīduma masa jāpievieno 400 g 10% oleuma, lai iegūtu 80% sērskābes šķīdumu?
Atbilde. 296,67 g 50% H 2 SO 4 šķīduma.
Atbilde. 114,83 g oleuma.
KVALITATĪVIE UZDEVUMI
1. Bezkrāsaina gāze A ar spēcīgu raksturīgu smaržu tiek oksidēta ar skābekli katalizatora klātbūtnē par savienojumu B, kas ir gaistošs šķidrums. Viela B, savienojoties ar dzēstiem kaļķiem, veido sāli C. Identificējiet vielas, uzrakstiet reakciju vienādojumus.
Atbilde. Vielas: A – SO 2, B – SO 3, C – CaSO 4.
2. Karsējot sāls A šķīdumu, veidojas nogulsnes B, kad sārms iedarbojas uz sāls A šķīdumu. Kad skābe iedarbojas uz sāli A, izdalās gāze C, kas maina kālija permanganāta šķīduma krāsu. . Identificējiet vielas, uzrakstiet reakciju vienādojumus.
Atbilde. Vielas: A – Ca(HSO 3) 2, B – CaSO 3, C – SO 2.
3. Gāzi A oksidējot ar koncentrētu sērskābi, veidojas vienkārša viela B, kompleksā viela C un ūdens. Vielu A un C šķīdumi savā starpā reaģē, veidojot vielas B nogulsnes. Identificējiet vielas, uzrakstiet reakciju vienādojumus.
Atbilde. Vielas: A – H 2 S, B – S, C – SO 2.
4. Savienojot divus oksīdus A un B, šķidrums parastā temperatūrā, veidojas viela C, kuras koncentrēts šķīdums pārogļo saharozi. Identificējiet vielas, uzrakstiet reakciju vienādojumus.
Atbilde. Vielas: A – SO 3, B – H 2 O, C – H 2 SO 4.
5. Jūsu rīcībā ir dzelzs (II) sulfīds, alumīnija sulfīds un bārija hidroksīda un ūdeņraža hlorīda šķīdumi. Iegūstiet septiņus dažādus sāļus no šīm vielām (neizmantojot ORR).
Atbilde. Sāļi: AlCl 3, BaS, FeCl 2, BaCl 2, Ba(OH)Cl, Al(OH)Cl 2, Al(OH) 2 Cl.
6. Koncentrētai sērskābei iedarbojoties uz bromīdiem, izdalās sēra dioksīds, bet uz jodīdiem — sērūdeņradis. Uzrakstiet reakciju vienādojumus. Izskaidrojiet produktu rakstura atšķirības šajos gadījumos.
Atbilde. Reakciju vienādojumi:
2H 2 SO 4 (konc.) + 2 NaBr = SO 2 + Br 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O,
5H2SO4 (konc.) + 8NaI = H2S + 4I2 + 4Na2SO4 + 4H2O.
1 Skatīt: Lidins R.A."Vispārējās un neorganiskās ķīmijas rokasgrāmata". M.: Izglītība, 1997.
* Zīme +/– nozīmē, ka šī reakcija nenotiek ar visiem reaģentiem vai īpašos apstākļos.
Turpinājums sekos
O.S.ZAITSEVS
ĶĪMIJAS GRĀMATA
VIDUSSKOLAS SKOLOTĀJIEM,
PEDAGOĢISKĀS UNIVERSITĀTES STUDENTI UN 9.–10. KLAŠU SKOLĒNI,
KURI IR NOLĒMUŠI VELTĪTIES ĶĪMIJAI UN DABAS ZINĀTNES
MĀCĪBU GRĀMATAS UZDEVUMI LABORATORIJAS PRAKTISKIE ZINĀTNISKIE STĀSTI LASĪŠANAI
Turpinājums. Skatīt Nr.4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44 , 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24/2004
8.1. §. Redoksreakcijas
LABORATORIJAS PĒTĪJUMI
(turpinājums)
2. Ozons ir oksidētājs.
Ozons ir vissvarīgākā viela dabai un cilvēkiem.
Ozons rada ozonosfēru ap Zemi 10–50 km augstumā ar maksimālo ozona saturu 20–25 km augstumā. Atrodoties atmosfēras augšējos slāņos, ozons neļauj sasniegt Zemes virsmu lielākajai daļai saules ultravioleto staru, kas kaitīgi ietekmē cilvēkus, dzīvniekus un augus. Pēdējos gados ir atklāti ozonosfēras apgabali ar ievērojami samazinātu ozona saturu, tā sauktie ozona caurumi. Nav zināms, vai ozona caurumi ir veidojušies iepriekš. Arī to rašanās iemesli nav skaidri. Tiek uzskatīts, ka hloru saturošie freoni no ledusskapjiem un smaržu kārbām Saules ultravioletā starojuma ietekmē izdala hlora atomus, kas reaģē ar ozonu un tādējādi samazina tā koncentrāciju atmosfēras augšējos slāņos. Zinātniekus ļoti satrauc ozona caurumu bīstamība atmosfērā.
Atmosfēras zemākajos slāņos ozons veidojas secīgu reakciju rezultātā starp atmosfēras skābekli un slāpekļa oksīdiem, ko izdala slikti noregulēti automašīnu dzinēji un izplūdes no augstsprieguma elektrolīnijām. Ozons ir ļoti kaitīgs elpošanai – tas iznīcina bronhu un plaušu audus. Ozons ir ārkārtīgi toksisks (jaudīgāks par oglekļa monoksīdu). Maksimālā pieļaujamā koncentrācija gaisā ir 10–5%.
Tādējādi ozonam atmosfēras augšējā un apakšējā slānī ir pretēja ietekme uz cilvēkiem un dzīvnieku pasauli.
Ozonu kopā ar hloru izmanto ūdens attīrīšanai, lai sadalītu organiskos piemaisījumus un iznīcinātu baktērijas. Tomēr gan ūdens hlorēšanai, gan ozonēšanai ir savas priekšrocības un trūkumi. Hlorējot ūdeni, baktērijas gandrīz pilnībā iznīcina, bet veidojas kancerogēna rakstura organiskas vielas, kas ir kaitīgas veselībai (veicina vēža attīstību) - dioksīni un tamlīdzīgi savienojumi. Ūdeni ozonējot, šādas vielas neveidojas, bet ozons nenogalina visas baktērijas, un pēc kāda laika bagātīgi vairojas atlikušās dzīvās baktērijas, absorbējot nogalināto baktēriju atliekas, un ūdens kļūst vēl vairāk piesārņots ar baktēriju floru. Tāpēc dzeramā ūdens ozonēšanu vislabāk izmantot, ja to izmanto ātri. Ūdens ozonēšana peldbaseinos ir ļoti efektīva, ja ūdens nepārtraukti cirkulē caur ozonatoru. Ozonu izmanto arī gaisa attīrīšanai. Tas ir viens no videi draudzīgajiem oksidētājiem, kas neatstāj kaitīgus sadalīšanās produktus.
Ozons oksidē gandrīz visus metālus, izņemot zeltu un platīna grupas metālus.
Ķīmiskās metodes ozona ražošanai ir neefektīvas vai pārāk bīstamas. Tāpēc ozonu, kas sajaukts ar gaisu, iesakām iegūt ozonatorā (vājas elektriskās izlādes ietekme uz skābekli), kas pieejams skolas fizikas laboratorijā.
Ozonu visbiežāk iegūst, iedarbojoties uz gāzveida skābekli ar klusu elektrisko izlādi (bez svelmes un dzirkstelēm), kas rodas starp ozonatora iekšējo un ārējo trauku sieniņām. Vienkāršāko ozonatoru var viegli izgatavot no stikla caurulēm ar aizbāžņiem. Jūs sapratīsit, kā to izdarīt no att. 8.4. Iekšējais elektrods ir metāla stienis (garais nags), ārējais elektrods ir stieples spirāle. Gaisu var izpūst ar akvārija gaisa sūkni vai gumijas spuldzi no smidzināšanas pudeles. Attēlā 8.4 Iekšējais elektrods atrodas stikla caurulē ( Kāpēc tu domā?), bet jūs varat salikt ozonatoru bez tā. Gumijas aizbāžņus ātri sarūsē ozons.
 |
Augstspriegumu ir ērti iegūt no automašīnas aizdedzes sistēmas indukcijas spoles, nepārtraukti atverot savienojumu ar zemsprieguma avotu (akumulatoru vai 12 V taisngriezi).
Ozona iznākums ir vairāki procenti.
Ozonu var kvalitatīvi noteikt, izmantojot kālija jodīda cietes šķīdumu. Šajā šķīdumā var iemērc filtrpapīra sloksni vai šķīdumu var pievienot ozonizētam ūdenim un mēģenē cauri šķīdumam izlaist gaisu ar ozonu. Skābeklis nereaģē ar jodīda jonu.
Reakcijas vienādojums:
2I – + O 3 + H 2 O = I 2 + O 2 + 2OH – .
Uzrakstiet elektronu pieauguma un zuduma reakciju vienādojumus.
Nonesiet šajā šķīdumā samitrinātu filtrpapīra sloksni uz ozonatoru. (Kāpēc kālija jodīda šķīdumam vajadzētu saturēt cieti?)Ūdeņraža peroksīds traucē ozona noteikšanu, izmantojot šo metodi. (Kāpēc?).
Aprēķiniet reakcijas EML, izmantojot elektrodu potenciālus:
3. Sērūdeņraža un sulfīda jonu reducējošās īpašības.
Sērūdeņradis ir bezkrāsaina gāze ar puvušu olu smaržu (daži proteīni satur sēru).
Lai veiktu eksperimentus ar sērūdeņradi, varat izmantot gāzveida sērūdeņradi, izlaižot to caur šķīdumu ar pētāmo vielu, vai pētāmajiem šķīdumiem pievienot iepriekš sagatavotu sērūdeņraža ūdeni (tas ir ērtāk). Daudzas reakcijas var veikt ar nātrija sulfīda šķīdumu (reakcijas ar sulfīda jonu S 2–).
Strādājiet ar sērūdeņradi tikai caurvējā! Sērūdeņraža maisījumi ar gaisu deg sprādzienbīstami.
Sērūdeņradi parasti ražo Kipp aparātā, reaģējot 25% sērskābes (atšķaidīta 1:4) vai 20% sālsskābes (atšķaidīta 1:1) uz dzelzs sulfīda 1–2 cm lielu gabalu veidā.
FeS (kr.) + 2H + = Fe 2+ + H 2S (g.).
Nelielus sērūdeņraža daudzumus var iegūt, ievietojot kristālisko nātrija sulfīdu kolbā ar aizbāzni, caur kuru tiek izlaista pilināmā piltuve ar aizbāzni un izplūdes cauruli. Lēnām izlejot no piltuves 5–10% sālsskābi (kāpēc ne sērs?), kolbu nepārtraukti krata, kratot, lai izvairītos no nereaģējušas skābes lokālas uzkrāšanās. Ja tas nav izdarīts, neparedzēta sastāvdaļu sajaukšana var izraisīt spēcīgu reakciju, aizbāzņa izstumšanu un kolbas iznīcināšanu.
Vienmērīgu sērūdeņraža plūsmu iegūst, karsējot ar ūdeņradi bagātus organiskos savienojumus, piemēram, parafīnu, ar sēru (1 daļa parafīna uz 1 daļu sēra, 300 ° C).
Lai iegūtu sērūdeņraža ūdeni, sērūdeņradi izlaiž caur destilētu (vai vārītu) ūdeni. Apmēram trīs tilpumi sērūdeņraža gāzes izšķīst vienā tilpumā ūdens. Sērūdeņraža ūdens, stāvot gaisā, pakāpeniski kļūst duļķains. (Kāpēc?).
Sērūdeņradis ir spēcīgs reducētājs: tas reducē halogēnus par ūdeņraža halogenīdiem, bet sērskābi par sēra dioksīdu un sēru.
Sērūdeņradis ir indīgs. Maksimālā pieļaujamā koncentrācija gaisā ir 0,01 mg/l. Pat zemās koncentrācijās sērūdeņradis kairina acis un elpceļus un izraisa galvassāpes. Koncentrācija virs 0,5 mg/l ir dzīvībai bīstama. Augstākā koncentrācijā tiek ietekmēta nervu sistēma. Sērūdeņraža ieelpošana var izraisīt sirds un elpošanas apstāšanos. Dažreiz sērūdeņradis uzkrājas alās un kanalizācijas akās, un tur iesprostots cilvēks acumirklī zaudē samaņu un nomirst.
Tajā pašā laikā sērūdeņraža vannām ir ārstnieciska iedarbība uz cilvēka ķermeni.
3a. Sērūdeņraža reakcija ar ūdeņraža peroksīdu.
Izpētiet ūdeņraža peroksīda šķīduma ietekmi uz sērūdeņraža ūdeni vai nātrija sulfīda šķīdumu.
Pamatojoties uz eksperimentu rezultātiem, sastādiet reakciju vienādojumus. Aprēķiniet reakcijas EML un izdariet secinājumu par tās pārejas iespēju.
3b. Sērūdeņraža reakcija ar sērskābi.
Koncentrētu sērskābi pa pilienam ielej mēģenē ar 2–3 ml sērūdeņraža ūdens (vai nātrija sulfīda šķīduma). (uzmanīgi!) līdz parādās duļķainība. Kas ir šī viela? Kādi citi produkti var rasties šajā reakcijā?
Uzrakstiet reakciju vienādojumus. Aprēķiniet reakcijas EML, izmantojot elektrodu potenciālus:
4. Sēra dioksīds un sulfīta jons.
Sēra dioksīds, sēra dioksīds, ir vissvarīgākais atmosfēras piesārņotājs, ko izdala automobiļu dzinēji, izmantojot slikti attīrītu benzīnu, un krāsnis, kurās sadedzina sēru saturošas ogles, kūdru vai mazutu. Katru gadu ogļu un naftas sadegšanas dēļ atmosfērā nonāk miljoniem tonnu sēra dioksīda.
Sēra dioksīds dabiski sastopams vulkāniskās gāzēs. Sēra dioksīds tiek oksidēts ar atmosfēras skābekli par sēra trioksīdu, kas, absorbējot ūdeni (tvaikus), pārvēršas sērskābē. Krītošais skābais lietus iznīcina ēku cementa daļas, arhitektūras pieminekļus un akmenī cirstas skulptūras. Skābie lietus palēnina augu augšanu un pat izraisa to nāvi, kā arī nogalina dzīvos organismus ūdenstilpēs. Šādas lietavas no aramzemēm izskalo ūdenī slikti šķīstošos fosfora mēslojumus, kas, nonākot ūdenstilpēs, izraisa strauju aļģu savairošanos un dīķu un upju strauju pārpurvošanos.
Sēra dioksīds ir bezkrāsaina gāze ar asu smaku. Jāiegūst sēra dioksīds un jāapstrādā zem caurvēja.
Sēra dioksīdu var iegūt, ievietojot 5–10 g nātrija sulfīta kolbā, kas noslēgta ar aizbāzni ar izplūdes cauruli un pilināmo piltuvi. No pilināmās piltuves ar 10 ml koncentrētas sērskābes (ārkārtīga piesardzība!) pilienu pa pilienam ielej uz nātrija sulfīta kristāliem. Kristāliskā nātrija sulfīta vietā varat izmantot tā piesātinātu šķīdumu.
Sēra dioksīdu var iegūt arī metāla vara un sērskābes reakcijā. Apaļdibena kolbā, kas aprīkota ar aizbāzni ar gāzes izplūdes cauruli un pilināmo piltuvi, ielieciet vara skaidas vai stieples gabalus un no pilināmās piltuves ielejiet nedaudz sērskābes (uz 10 g tiek ņemti apmēram 6 ml koncentrētas sērskābes no vara). Lai sāktu reakciju, nedaudz sasildiet kolbu. Pēc tam pa pilienam pievienojiet skābi. Uzrakstiet elektronu pieņemšanas un atbrīvošanas vienādojumus un kopējo vienādojumu.
Sēra dioksīda īpašības var izpētīt, izlaižot gāzi caur reaģenta šķīdumu vai ūdens šķīduma veidā (sērskābe). Tādus pašus rezultātus iegūst, izmantojot paskābinātus nātrija sulfītu Na 2 SO 3 un kālija sulfītu K 2 SO 3 šķīdumus. Vienā tilpumā ūdens izšķīdina līdz četrdesmit tilpumiem sēra dioksīda (iegūst ~6% šķīdumu).
Sēra dioksīds ir toksisks. Ar vieglu saindēšanos sākas klepus, iesnas, parādās asaras, sākas reibonis. Devas palielināšana izraisa elpošanas apstāšanos.
4a. Sērskābes mijiedarbība ar ūdeņraža peroksīdu.
Paredzēt sērskābes un ūdeņraža peroksīda reakcijas produktus. Pārbaudiet savu pieņēmumu ar pieredzi.
Pievienojiet tādu pašu daudzumu 3% ūdeņraža peroksīda šķīduma 2–3 ml sērskābes. Kā pierādīt paredzamo reakcijas produktu veidošanos?
Atkārtojiet to pašu eksperimentu ar paskābinātiem un sārmainiem nātrija sulfīta šķīdumiem.
Uzrakstiet reakcijas vienādojumus un aprēķiniet procesa emf.
Izvēlieties nepieciešamos elektrodu potenciālus:
4b. Reakcija starp sēra dioksīdu un sērūdeņradi.
Šī reakcija notiek starp gāzveida SO 2 un H 2 S un kalpo sēra ražošanai. Reakcija ir interesanta arī tāpēc, ka abi gaisa piesārņotāji viens otru iznīcina. Vai šī reakcija notiek starp sērūdeņraža un sēra dioksīda šķīdumiem? Atbildiet uz šo jautājumu ar pieredzi.
Izvēlieties elektrodu potenciālus, lai noteiktu reakcijas iespējamību šķīdumā:
Mēģiniet veikt reakciju iespējamības termodinamisko aprēķinu. Vielu termodinamiskās īpašības, lai noteiktu reakcijas iespējamību starp gāzveida vielām, ir šādas:
Kurā vielu stāvoklī - gāzveida vai šķīdumā - reakcijas ir vēlamākas?
