Pridobivanje vodikovega sulfida. Proizvodnja žveplovega dioksida s sežiganjem žvepla, vodikovega sulfida in drugih vrst surovin Vodikov sulfid Žveplov dioksid
Almurzinova Zavrish Bisembaevna , učitelj biologije in kemije MBOU »Osnovna srednja šola državne kmetije okrožja Adamovsky, regija Orenburg.
Predmet - kemija, razred - 9.
Izobraževalni kompleks: "Anorganska kemija", avtorji: G.E. Rudzitis, F.G. Feldman, Moskva, "Razsvetljenje", 2014.
Stopnja usposabljanja – osnovna.
Predmet : "Vodikov sulfid. Sulfidi. Žveplov dioksid. Žveplova kislina in njene soli." Število ur na temo – 1.
Lekcija št. 4 v sistemu lekcij na to temo« Kisik in žveplo ».
Tarča : Na podlagi poznavanja zgradbe vodikovega sulfida in žveplovih oksidov obravnavati njihove lastnosti in nastajanje, seznaniti študente z metodami za prepoznavanje sulfidov in sulfitov.
Naloge:
1. Izobraževalni – preučiti strukturne značilnosti in lastnosti žveplovih spojin (II) In (IV); spoznajo kvalitativne reakcije na sulfidne in sulfitne ione.
2. Razvojni – razvijati sposobnosti učencev za izvajanje poskusov, opazovanje rezultatov, analiziranje in sklepanje.
3. Izobraževalni – razvijanje zanimanja za predmet, ki se preučuje, in razvijanje veščin v odnosu do narave.
Načrtovani rezultati : znati opisati fizikalne in kemijske lastnosti vodikovega sulfida, žveplovodikove kisline in njenih soli; poznati metode pridobivanja žveplovega dioksida in žveplove kisline, razložiti lastnosti žveplovih spojin(II) in (IV) na podlagi idej o redoks procesih; imeti predstavo o vplivu žveplovega dioksida na pojav kislega dežja.
Oprema : Na demonstracijski mizi: žveplo, natrijev sulfid, železov sulfid, raztopina lakmusa, raztopina žveplove kisline, raztopina svinčevega nitrata, klor v valju, zaprtem z zamaškom, naprava za pridobivanje vodikovega sulfida in preizkušanje njegovih lastnosti, žveplov oksid (VI), merilnik kisika, kozarec 500 ml, žlica za goreče snovi.
Med poukom :
Organiziranje časa .
Vodimo pogovor o ponavljanju lastnosti žvepla:
1) kaj pojasnjuje prisotnost več alotropskih modifikacij žvepla?
2) kaj se zgodi z molekulami: A) pri ohlajanju parastega žvepla. B) pri dolgotrajnem skladiščenju plastičnega žvepla, c) ko se iz raztopine žvepla v organskih topilih, na primer v toluenu, izločajo kristali?
3) na čem temelji flotacijska metoda čiščenja žvepla pred nečistočami, na primer iz rečnega peska?
Pokličemo dva učenca: 1) narišeta diagrame molekul različnih alotropskih modifikacij žvepla in se pogovorita o njihovih fizikalnih lastnostih. 2) sestavite reakcijske enačbe, ki označujejo lastnosti kisika, in jih upoštevajte z vidika oksidacijske redukcije.
Ostali učenci rešijo nalogo: kakšna je masa cinkovega sulfida, ki nastane med reakcijo cinkove spojine z žveplom, vzetega s količino snovi 2,5 mol?
Skupaj z učenci oblikujemo cilj učne ure : seznani z lastnostmi žveplovih spojin z oksidacijskimi stopnjami -2 in +4.
Nova tema : Učenci poimenujejo njim znane spojine, v katerih ima žveplo ta oksidacijska stanja. Kemične, elektronske in strukturne formule vodikovega sulfida in žveplovega oksida (IV), žveplova kislina.
Kako lahko dobite vodikov sulfid? Učenci zapišejo enačbo reakcije žvepla z vodikom in jo pojasnijo z oksidacijsko-redukcijskega vidika. Nato se upošteva še ena metoda za proizvodnjo vodikovega sulfida: reakcija izmenjave kislin s kovinskimi sulfidi. Primerjajmo to metodo z metodami za proizvodnjo vodikovih halogenidov. Opažamo, da se stopnja oksidacije žvepla v reakcijah izmenjave ne spremeni.
Kakšne lastnosti ima vodikov sulfid? V pogovoru ugotovimo fizikalne lastnosti in zabeležimo fiziološki učinek. Kemijske lastnosti ugotavljamo s poskusom zgorevanja vodikovega sulfida v zraku pri različnih pogojih. Kaj lahko nastane kot reakcijski produkt? Upoštevamo reakcije z vidika oksidacije in redukcije:
2 n 2 S+3O 2 = 2H 2 O+2SO 2
2H 2 S+O 2 =2H 2 O+2S
Študente opozorimo na dejstvo, da pri popolnem zgorevanju pride do popolnejše oksidacije (S -2 - 6 e - = S +4 ) kot v drugem primeru (S -2 - 2 e - = S 0 ).
Razpravljamo o tem, kako bo potekal postopek, če kot oksidant uporabimo klor. Prikazujemo izkušnjo mešanja plinov v dveh jeklenkah, od katerih je zgornji del predhodno napolnjen s klorom, spodnji pa z vodikovim sulfidom. Klor se razbarva in nastane vodikov klorid. Žveplo se usede na stene valja. Po tem razmislimo o bistvu reakcije razgradnje vodikovega sulfida in učence pripeljemo do zaključka o kisli naravi vodikovega sulfida, kar potrdimo z izkušnjami z lakmusom. Nato izvedemo kvalitativno reakcijo na sulfidni ion in sestavimo reakcijsko enačbo:
Na 2 S+Pb (št 3 ) 2 =2NaNO 3 +PbS ↓
Skupaj z učenci oblikujemo ugotovitev: vodikov sulfid je le redukcijsko sredstvo v redoks reakcijah, je kisle narave, njegova raztopina v vodi pa je kislina.
S 0 → S -2 ; S -2 → S 0 ; S 0 → S +4 ; S -2 → S +4 ; S 0 →H 2 S -2 → S +4 O 2.
Učence pripeljemo do zaključka, da obstaja genetska povezava med žveplovimi spojinami in začnemo pogovor o spojinahS +4 . Predstavljamo poskuse: 1) pridobivanje žveplovega oksida (IV), 2) razbarvanje raztopine fuksina, 3) raztapljanje žveplovega oksida (IV) v vodi, 4) detekcija kisline. Sestavimo reakcijske enačbe za izvedene poskuse in analiziramo bistvo reakcij:
2SO 2 + O 2 =2 SO 3 ; SO 2 +2H 2 S=3S+2H 2 O.
Žveplova kislina je nestabilna spojina, zlahka razpade v žveplov oksid (IV) in vodo, zato obstaja samo v vodnih raztopinah. Ta kislina je srednje jakosti. Tvori dve vrsti soli: srednje so sulfiti (SO 3 -2 ), kisle – hidrosulfiti (H.S.O 3 -1 ).
Prikazujemo izkušnje: kvalitativno določanje sulfitov, interakcija sulfitov z močno kislino, pri kateri se sprošča plin.SO 2 oster vonj:
TO 2 SO 3 + N 2 SO 4 → K 2 SO 4 + N 2 O +SO 2
Utrjevanje. Delajte na dveh možnostih za pripravo shem uporabe: 1 možnost za vodikov sulfid, druga možnost za žveplov oksid (IV)
Odsev . Povzemimo delo:
O katerih povezavah smo danes govorili?
Kakšne lastnosti imajo žveplove spojine?II) In (IV).
Poimenujte področja uporabe teh spojin
VII. Domača naloga: §11,12, vaje 3-5 (str.34)
, , 21 , , ,
, 25-26 , 27-28 , , 30, , , , , , , , , , , , /2003;
, , , , , , , , , , , , , /2004
§ 8.1. Redoks reakcije
LABORATORIJSKE RAZISKAVE
(nadaljevanje)
2. Ozon je oksidant.
Ozon je najpomembnejša snov za naravo in človeka.
Ozon ustvarja ozonosfero okoli Zemlje na nadmorski višini od 10 do 50 km z največjo vsebnostjo ozona na nadmorski višini 20–25 km. Ker je ozon v zgornjih plasteh atmosfere, večina sončnih ultravijoličnih žarkov, ki škodljivo vplivajo na ljudi, živali in rastline, ne prepušča zemeljske površine. V zadnjih letih so odkrili področja ozonosfere z močno zmanjšano vsebnostjo ozona, tako imenovane ozonske luknje. Ni znano, ali so ozonske luknje že nastale. Nejasni so tudi razlogi za njihov nastanek. Predpostavlja se, da klor vsebujoči freoni iz hladilnikov in parfumskih pločevink pod vplivom ultravijoličnega sevanja Sonca sproščajo klorove atome, ki reagirajo z ozonom in s tem zmanjšujejo njegovo koncentracijo v zgornjih plasteh ozračja. Znanstveniki so izjemno zaskrbljeni zaradi nevarnosti ozonskih lukenj v ozračju.
V nižjih plasteh atmosfere nastaja ozon kot posledica niza zaporednih reakcij med atmosferskim kisikom in dušikovimi oksidi, ki jih izpuščajo slabo nastavljeni avtomobilski motorji in razelektritve iz visokonapetostnih daljnovodov. Ozon je zelo škodljiv za dihala – uničuje tkivo bronhijev in pljuč. Ozon je izjemno strupen (močnejši od ogljikovega monoksida). Najvišja dovoljena koncentracija v zraku je 10–5%.
Tako ima ozon v zgornjih in spodnjih plasteh ozračja nasprotne učinke na človeka in živalski svet.
Ozon se skupaj s klorom uporablja za obdelavo vode za razgradnjo organskih nečistoč in ubijanje bakterij. Vendar imata tako kloriranje kot ozoniranje vode svoje prednosti in slabosti. Pri kloriranju vode se bakterije skoraj popolnoma uničijo, vendar nastajajo zdravju škodljive organske snovi rakotvorne narave (spodbujajo razvoj raka) - dioksini in podobne spojine. Pri ozoniziranju vode takšne snovi ne nastajajo, vendar ozon ne uniči vseh bakterij, po določenem času pa se preostale žive bakterije obilno namnožijo, posrkajo ostanke ubitih bakterij, voda pa postane še bolj onesnažena z bakterijsko floro. Zato je ozoniranje pitne vode najbolje uporabiti, ko jo porabimo hitro. Ozonizacija vode v bazenih je zelo učinkovita, ko voda neprekinjeno kroži skozi ozonizator. Ozon se uporablja tudi za čiščenje zraka. Je eno izmed okolju prijaznih oksidantov, ki ne pušča škodljivih produktov svojega razpada.
Ozon oksidira skoraj vse kovine razen zlata in kovin platinske skupine.
Kemične metode za pridobivanje ozona so neučinkovite ali prenevarne. Zato vam svetujemo, da ozon pomešate z zrakom pridobite v ozonizatorju (vpliv šibke električne razelektritve na kisik), ki je na voljo v šolskem fizikalnem laboratoriju.
Ozon najpogosteje pridobivamo z delovanjem na plinasti kisik s tiho električno razelektritvijo (brez sijaja in isker), ki nastane med stenami notranje in zunanje posode ozonizatorja. Najenostavnejši ozonizator je enostavno narediti iz steklenih cevi z zamaški. Kako to storiti, boste razumeli iz sl. 8.4. Notranja elektroda je kovinska palica (dolg žebelj), zunanja elektroda je žična spirala. Zrak lahko izpihnete z akvarijsko zračno črpalko ali gumijasto mehko iz pršilne steklenice. Na sl. 8.4 Notranja elektroda se nahaja v stekleni cevi ( Zakaj tako misliš?), vendar lahko ozonizator sestavite brez njega. Gumijaste čepe ozon hitro razjeda.
Priročno je pridobiti visoko napetost iz indukcijske tuljave avtomobilskega sistema za vžig s stalnim odpiranjem povezave z virom nizke napetosti (baterija ali 12 V usmernik).
Izkoristek ozona je nekaj odstotkov.
Ozon je mogoče kvalitativno zaznati z uporabo škrobne raztopine kalijevega jodida. V to raztopino lahko namočimo trak filtrirnega papirja ali pa raztopino dodamo ozonizirani vodi in skozi raztopino v epruveti spustimo zrak z ozonom. Kisik ne reagira z jodidnim ionom.
Enačba reakcije:
2I – + O 3 + H 2 O = I 2 + O 2 + 2OH – .
Napišite enačbe za reakcije pridobivanja in izgube elektronov.
V ozonator prinesite trak filtrirnega papirja, navlaženega s to raztopino. (Zakaj bi morala raztopina kalijevega jodida vsebovati škrob?) Vodikov peroksid moti določanje ozona s to metodo. (Zakaj?).
Izračunajte EMF reakcije z uporabo elektrodnih potencialov:
3. Redukcijske lastnosti vodikovega sulfida in sulfidnega iona.
Vodikov sulfid je brezbarven plin z vonjem po gnilih jajcih (nekatere beljakovine vsebujejo žveplo).
Za izvedbo poskusov z vodikovim sulfidom lahko uporabite plinasti vodikov sulfid, ki ga prenesete skozi raztopino s preučevano snovjo ali dodate predhodno pripravljeno vodikovo sulfidno vodo preučevanim raztopinam (to je bolj priročno). Z raztopino natrijevega sulfida lahko izvedemo številne reakcije (reakcije s sulfidnim ionom S 2–).
Delajte z vodikovim sulfidom samo na prepih! Mešanice vodikovega sulfida z zrakom gorijo eksplozivno.
Vodikov sulfid se običajno proizvaja v Kippovem aparatu z reakcijo 25 % žveplove kisline (razredčene 1 : 4) ali 20 % klorovodikove kisline (razredčene 1 : 1) na železovem sulfidu v obliki kosov velikih 1–2 cm Reakcijska enačba:
FeS (cr.) + 2H + = Fe 2+ + H 2 S (g.).
Majhne količine vodikovega sulfida lahko dobimo tako, da damo kristalni natrijev sulfid v bučko z zamaškom, skozi katero napeljemo kapalni lij z zaporno pipo in odvodno cevjo. Počasi izlivanje 5–10 % klorovodikove kisline iz lija (zakaj ne žveplo?), bučko nenehno stresamo s stresanjem, da preprečimo lokalno kopičenje nezreagirane kisline. Če tega ne storite, lahko nepričakovano mešanje komponent povzroči burno reakcijo, iztiskanje zamaška in uničenje bučke.
Enakomeren pretok vodikovega sulfida se doseže s segrevanjem z vodikom bogatih organskih spojin, kot je parafin, z žveplom (1 del parafina na 1 del žvepla, 300 °C).
Za pridobivanje vodikove sulfidne vode vodikov sulfid spustimo skozi destilirano (ali kuhano) vodo. V enem volumnu vode se raztopi približno tri volumne plina vodikovega sulfida. Ko stoji na zraku, vodikov sulfid postopoma postane moten. (Zakaj?).
Vodikov sulfid je močno redukcijsko sredstvo: reducira halogene v vodikove halogenide, žveplovo kislino pa v žveplov dioksid in žveplo.
Vodikov sulfid je strupen. Najvišja dovoljena koncentracija v zraku je 0,01 mg/l. Že v nizkih koncentracijah vodikov sulfid draži oči in dihala ter povzroča glavobole. Koncentracije nad 0,5 mg/l so življenjsko nevarne. Pri višjih koncentracijah je prizadet živčni sistem. Vdihavanje vodikovega sulfida lahko povzroči zastoj srca in dihanja. Včasih se vodikov sulfid kopiči v jamah in kanalizacijskih vodnjakih in oseba, ki je tam ujeta, takoj izgubi zavest in umre.
Hkrati imajo vodikove sulfidne kopeli zdravilni učinek na človeško telo.
3a. Reakcija vodikovega sulfida z vodikovim peroksidom.
Preučite učinek raztopine vodikovega peroksida na vodikov sulfid ali raztopino natrijevega sulfida.
Na podlagi rezultatov poskusov sestavite reakcijske enačbe. Izračunajte EMF reakcije in sklepajte o možnosti njenega poteka.
3b. Reakcija vodikovega sulfida z žveplovo kislino.
V epruveto z 2–3 ml žveplovodikove vode (ali raztopine natrijevega sulfida) po kapljicah vlijemo koncentrirano žveplovo kislino. (previdno!) dokler se ne pojavi motnost. Kaj je ta snov? Kateri drugi produkti bi lahko nastali pri tej reakciji?
Napiši reakcijske enačbe. Izračunajte EMF reakcije z uporabo elektrodnih potencialov:
4. Žveplov dioksid in sulfitni ion.
Žveplov dioksid, žveplov dioksid, je najpomembnejši onesnaževalec ozračja, ki ga izpuščajo avtomobilski motorji pri uporabi slabo prečiščenega bencina in peči, v katerih sežigajo premog, ki vsebuje žveplo, šoto ali kurilno olje. Vsako leto se zaradi izgorevanja premoga in nafte v ozračje sprosti na milijone ton žveplovega dioksida.
Žveplov dioksid se naravno pojavlja v vulkanskih plinih. Žveplov dioksid oksidira atmosferski kisik v žveplov trioksid, ki se ob absorbciji vode (pare) spremeni v žveplovo kislino. Kisli dež uničuje cementne dele zgradb, arhitekturnih spomenikov in skulptur, izklesanih iz kamna. Kisli dež upočasnjuje rast rastlin in vodi celo v njihovo smrt ter ubija žive organizme v vodnih telesih. Takšno deževje izpira z obdelovalnih površin fosforjeva gnojila, ki so slabo topna v vodi, kar ob izpustu v vodna telesa povzroči hitro razmnoževanje alg in hitro zamočvirenje ribnikov in rek.
Žveplov dioksid je brezbarven plin z ostrim vonjem. Žveplov dioksid je treba pridobiti in z njim delati na prepih.
Žveplov dioksid lahko dobimo tako, da damo 5–10 g natrijevega sulfita v bučko, zaprto z zamaškom z odvodno cevjo in kapalnim lijem. Iz kapalnega lija z 10 ml koncentrirane žveplove kisline (skrajno previdno!) po kapljicah ga nalijte na kristale natrijevega sulfita. Namesto kristalnega natrijevega sulfita lahko uporabite njegovo nasičeno raztopino.
Žveplov dioksid lahko nastane tudi z reakcijo med kovinskim bakrom in žveplovo kislino. V bučko z okroglim dnom, opremljeno z zamaškom s cevjo za izpust plina in kapalnim lijem, damo bakrene ostružke ali kose žice in iz kapalnega lija nalijemo malo žveplove kisline (na 10 g vzamemo približno 6 ml koncentrirane žveplove kisline). iz bakra). Za začetek reakcije bučko rahlo segrejte. Nato dodajajte kislino po kapljicah. Napišite enačbe za sprejemanje in izgubljanje elektronov ter skupno enačbo.
Lastnosti žveplovega dioksida lahko preučujemo s prehajanjem plina skozi raztopino reagenta ali v obliki vodne raztopine (žveplova kislina). Enake rezultate dobimo pri uporabi nakisanih raztopin natrijevih sulfitov Na 2 SO 3 in kalijevih sulfitov K 2 SO 3. V enem volumnu vode raztopimo do štirideset volumnov žveplovega dioksida (dobimo ~6 % raztopino).
Žveplov dioksid je strupen. Pri blagi zastrupitvi se začne kašelj, izcedek iz nosu, pojavijo se solze in začne se vrtoglavica. Povečanje odmerka povzroči zastoj dihanja.
4a. Interakcija žveplove kisline z vodikovim peroksidom.
Predvidi reakcijske produkte žveplove kisline in vodikovega peroksida. Preizkusite svojo domnevo z izkušnjami.
Enako količino 3% raztopine vodikovega peroksida dodajte 2–3 ml žveplove kisline. Kako dokazati nastanek pričakovanih produktov reakcije?
Isti poskus ponovimo z nakisano in alkalno raztopino natrijevega sulfita.
Napišite reakcijske enačbe in izračunajte EMF procesa.
Izberite potenciale elektrod, ki jih potrebujete:
4b. Reakcija med žveplovim dioksidom in vodikovim sulfidom.
Ta reakcija poteka med plinastim SO 2 in H 2 S in služi za proizvodnjo žvepla. Reakcija je zanimiva tudi zato, ker se oba onesnaževalca zraka med seboj uničujeta. Ali ta reakcija poteka med raztopinama vodikovega sulfida in žveplovega dioksida? Odgovorite na to vprašanje z izkušnjami.
Izberite elektrodne potenciale, da ugotovite, ali lahko pride do reakcije v raztopini:
Poskusite izvesti termodinamični izračun možnosti reakcij. Termodinamične značilnosti snovi za ugotavljanje možnosti reakcije med plinastimi snovmi so naslednje:
V katerem agregatnem stanju snovi - plinastem ali v raztopini - so reakcije bolj zaželene?
Kemijske lastnosti
Fizične lastnosti
V normalnih pogojih je vodikov sulfid brezbarven plin z močnim značilnim vonjem po gnilih jajcih. T pl = -86 °C, T kip = -60 °C, slabo topen v vodi, pri 20 °C se v 100 g vode raztopi 2,58 ml H 2 S. Zelo strupen, pri vdihavanju povzroči paralizo, ki je lahko smrtna. V naravi se sprošča kot del vulkanskih plinov in nastaja med razpadanjem rastlinskih in živalskih organizmov. Je dobro topen v vodi, ko se raztopi, tvori šibko hidrosulfidno kislino.
- V vodni raztopini ima vodikov sulfid lastnosti šibke dibazične kisline:
H2S = HS-+H+;
HS - = S 2- + H + .
- Vodikov sulfid gori v zraku modri plamen. Pri omejenem dostopu zraka nastane prosto žveplo:
2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S.
Z odvečnim dovodom zraka izgorevanje vodikovega sulfida povzroči nastanek žveplovega oksida (IV):
2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2.
- Vodikov sulfid ima redukcijske lastnosti. Odvisno od pogojev lahko vodikov sulfid v vodni raztopini oksidira v žveplo, žveplov dioksid in žveplovo kislino.
Na primer, razbarva bromovo vodo:
H 2 S + Br 2 = 2HBr + S.
medsebojno deluje s klorirano vodo:
H2S + 4Cl2 + 4H2O = H2SO4 + 8HCl.
Tok vodikovega sulfida lahko vžgemo z uporabo svinčevega dioksida, saj reakcijo spremlja veliko sproščanje toplote:
3PbO 2 + 4H 2 S = 3PbS + SO 2 + 4H 2 O.
- Interakcija vodikovega sulfida z žveplovim dioksidom uporablja se za pridobivanje žvepla iz odpadnih plinov pri proizvodnji metalurške in žveplove kisline:
SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.
S tem procesom je povezana tvorba samorodnega žvepla med vulkanskimi procesi.
- Pri sočasnem prehajanju žveplovega dioksida in vodikovega sulfida skozi raztopino alkalije nastane tiosulfat:
4SO 2 + 2H 2 S + 6NaOH = 3Na 2 S 2 O 3 + 5H 2 O.
- Reakcija razredčene klorovodikove kisline z železovim (II) sulfidom
FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S
- Reakcija aluminijevega sulfida s hladno vodo
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
- Neposredna sinteza iz elementov nastane, ko vodik prehaja čez staljeno žveplo:
H 2 + S = H 2 S.
- Segrevanje mešanice parafina in žvepla.
1.9. Vodikova sulfidna kislina in njene soli
Vodikova sulfidna kislina ima vse lastnosti šibkih kislin. Reagira s kovinami, kovinskimi oksidi, bazami.
Kot dibazična kislina tvori dve vrsti soli - sulfidi in hidrosulfidi . Hidrosulfidi so dobro topni v vodi, prav tako sulfidi alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin, sulfidi težkih kovin pa so praktično netopni.
Sulfidi alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin niso obarvani, ostali imajo značilno barvo, na primer sulfidi bakra (II), niklja in svinca - črni, kadmij, indij, kositer - rumen, antimon - oranžen.
Ionski sulfidi alkalijskih kovin M 2 S imajo strukturo tipa fluorita, kjer je vsak atom žvepla obdan s kocko 8 atomov kovine in vsak atom kovine je obdan s tetraedrom 4 atomov žvepla. Sulfidi tipa MS so značilni za zemeljsko alkalijske kovine in imajo strukturo tipa natrijevega klorida, kjer je vsak atom kovine in žvepla obdan z oktaedrom atomov drugačne vrste. Ko se kovalentna narava vezi kovina-žveplo poveča, se realizirajo strukture z nižjimi koordinacijskimi števili.
Sulfide barvnih kovin najdemo v naravi kot minerale in rude ter služijo kot surovine za proizvodnjo kovin.
Inštruktorica kemije
Nadaljevanje. glej v št. 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
LEKCIJA 30
10. razred (prvo leto študija)
Žveplo in njegove spojine
1. Položaj v tabeli D. I. Mendelejeva, struktura atoma.
2. Izvor imena.
3. Fizikalne lastnosti.
4. Kemijske lastnosti.
5. Biti v naravi.
6. Osnovni načini pridobivanja.
7. Najpomembnejše žveplove spojine (vodikov sulfid, hidrosulfidna kislina in njene soli; žveplov dioksid, žveplova kislina in njene soli; žveplov trioksid, žveplova kislina in njene soli).
V periodnem sistemu je žveplo v glavni podskupini skupine VI (podskupina halkogena). Elektronska formula žvepla 1 s 2 2s 2 str 6 3s 2 str 4, to R-element. Glede na stanje lahko žveplo kaže valenco II, IV ali VI:
S: 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 4 3d 0 (valenca II),
S*: 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 3 3d 1 (valenca IV),
S**: 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 1 3str 3 3d 2 (valenca VI).
Značilna oksidacijska stanja žvepla so –2, +2, +4, +6 (v disulfidih, ki vsebujejo premoščeno vez –S–S– (npr. FeS 2), je oksidacijsko stanje žvepla –1); v spojinah je del anionov, z več elektronegativnimi elementi – del kationov, npr.
Žveplo – element z visoko elektronegativnostjo, izkazuje nekovinske (kisle) lastnosti. Ima štiri stabilne izotope z masnimi števili 32, 33, 34 in 36. Naravno žveplo je v 95 % sestavljeno iz izotopa 32S.
Rusko ime za žveplo izhaja iz sanskrtske besede cira– svetlo rumena, barva naravnega žvepla. latinsko ime žveplo preveden kot "vnetljiv prah". 1
FIZIČNE STRUKTURE
Žveplo tvori tri alotropske modifikacije: rombični(-žveplo), monoklinični(-žveplo) in plastika, ali gumijasto. Ortorombično žveplo je najbolj stabilno pri normalnih pogojih, monoklinično žveplo pa je stabilno nad 95,5 °C. Obe alotropski modifikaciji imata molekularno kristalno mrežo, zgrajeno iz molekul sestave S 8, ki se nahajajo v prostoru v obliki krone; atomi so povezani z enojnimi kovalentnimi vezmi. Razlika med rombičnim in monokliničnim žveplom je v tem, da so molekule različno pakirane v kristalni mreži.
Če rombično ali monoklinično žveplo segrejemo do vrelišča (444,6 °C) in nastalo tekočino vlijemo v hladno vodo, nastane plastično žveplo, ki po lastnostih spominja na gumo. Plastično žveplo je sestavljeno iz dolgih cikcakastih verig. Ta alotropna modifikacija je nestabilna in se spontano spremeni v eno od kristalnih oblik.
Rombično žveplo je rumena kristalinična trdna snov; se ne topi v vodi (in se ne zmoči), je pa dobro topen v mnogih organskih topilih (ogljikov disulfid, benzen itd.). Žveplo ima zelo slabo električno in toplotno prevodnost. Tališče ortorombičnega žvepla je +112,8 °C, pri temperaturi 95,5 °C postane ortorombično žveplo monoklinično:
Kemijske lastnosti
Po svojih kemijskih lastnostih je žveplo tipična aktivna nekovina. V reakcijah je lahko tako oksidant kot reducent.
Kovine (+):
2Na + S = Na 2 S,
2Al + 3S Al 2 S 3,
Nekovine (+/–)*:
2P + 3S P 2 S 3 ,
S + Cl 2 = SCl 2,
S + 3F 2 = SF 6,
Reakcija S + N 2 ne pride.
H 2 O (–). žvepla voda ne zmoči.
Bazični oksidi (–).
Kislinski oksidi (–).
Osnove (+/–):
Reakcija S + Cu(OH) 2 ne pride.
Kisline (ne oksidanti) (–).
Oksidativne kisline (+):
S + 2H 2 SO 4 (konc.) = 3SO 2 + 2H 2 O,
S + 2HNO 3 (razredčen) = H 2 SO 4 + 2NO,
S + 6HNO 3 (konc.) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O.
V naravi se žveplo pojavlja tako v samorodnem stanju kot v obliki spojin, med katerimi so najpomembnejši pirit, znan tudi kot železov ali žveplov pirit (FeS 2), cinkova mešanica (ZnS), svinčev lesk (PbS ), sadra. (CaSO 4 2H 2 O), Glauberjeva sol (Na 2 SO 4 10H 2 O), grenka sol (MgSO 4 7H 2 O). Poleg tega je žveplo del premoga, nafte, pa tudi različnih živih organizmov (kot del aminokislin). V človeškem telesu je žveplo koncentrirano v laseh.
V laboratorijskih pogojih lahko žveplo pridobimo z redoks reakcijami (ORR), na primer:
H 2 SO 3 + 2H 2 S = 3S + 3H 2 O,
2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O.
POMEMBNE ŽVEPLOVE SPOJINE
Vodikov sulfid (H 2 S) je brezbarven plin z zadušljivim, neprijetnim vonjem po gnilih jajcih, strupen (združuje se s hemoglobinom v krvi in tvori železov sulfid). Težji od zraka, rahlo topen v vodi (2,5 volumna vodikovega sulfida v 1 volumnu vode). Vezi v molekuli so polarne kovalentne, sp 3-hibridizacija ima molekula kotno strukturo:
Kemično je vodikov sulfid precej aktiven. Je termično nestabilen; zlahka gori v atmosferi kisika ali na zraku; zlahka oksidira s halogeni, žveplovim dioksidom ali železovim (III) kloridom; pri segrevanju medsebojno deluje z nekaterimi kovinami in njihovimi oksidi ter tvori sulfide:
2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O,
2H 2 S + 3O 2 2SO 2 + 2H 2 O,
H 2 S + Br 2 = 2HBr + S,
2H 2 S + SO 2 3S + 2H 2 O,
2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl,
H 2 S + Zn ZnS + H 2 ,
H 2 S + CaO CaS + H 2 O.
V laboratorijskih pogojih se vodikov sulfid pridobiva z obdelavo železovih ali cinkovih sulfidov z močnimi mineralnimi kislinami ali z ireverzibilno hidrolizo aluminijevega sulfida:
ZnS + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 S,
Al 2 SO 3 + 6HOH 2Al(OH) 3 + 3H 2 S.
Raztopina vodikovega sulfida v vodi – vodikova sulfidna voda, oz hidrosulfidna kislina . Šibek elektrolit, v drugi stopnji praktično ne disociira. Kako dibazična kislina tvori dve vrsti soli − sulfidi in hidrosulfidi:
na primer Na 2 S – natrijev sulfid, NaHS – natrijev hidrosulfid.
Vodikova sulfidna kislina kaže vse splošne lastnosti kislin. Poleg tega imajo vodikov sulfid, hidrosulfidna kislina in njene soli močno redukcijsko sposobnost. Na primer:
H 2 S + Zn = ZnS + H 2,
H 2 S + CuO = CuS + H 2 O,
Kvalitativna reakcija na sulfidni ion je interakcija s topnimi svinčevimi solmi; V tem primeru se obori črna oborina svinčevega sulfida:
Pb 2+ + S 2– -> PbS,
Pb(NO 3) 2 + Na 2 S = PbS + 2NaNO 3.
Žveplov(IV) oksid SO 2 – žveplov dioksid, žveplov dioksid - brezbarven plin z ostrim vonjem, strupen. Kislinski oksid. Vezi v molekuli so polarne kovalentne, sp 2 -hibridizacija. Težji od zraka, dobro topen v vodi (v enem volumnu vode - do 80 volumnov SO 2), nastane pri raztapljanju žveplova kislina , ki obstaja samo v rešitvi:
H 2 O + SO 2 H 2 SO 3 .
Glede na kislinsko-bazične lastnosti kaže žveplov dioksid lastnosti tipičnega kislega oksida, žveplova kislina pa tudi vse značilne lastnosti kislin:
SO 2 + CaO CaSO 3,
H 2 SO 3 + Zn = ZnSO 3 + H 2,
H 2 SO 3 + CaO = CaSO 3 + H 2 O.
Kar zadeva redoks lastnosti, lahko žveplov dioksid, žveplova kislina in sulfiti kažejo redoks dualnost (s prevlado redukcijskih lastnosti). Z močnejšimi reducenti se žveplove (IV) spojine obnašajo kot oksidanti:
Z močnejšimi oksidanti izkazujejo redukcijske lastnosti:
IN industrijažveplov dioksid dobimo:
Pri gorenju žvepla:
Praženje pirita in drugih sulfidov:
4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2,
2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2 .
TO laboratorijske metode prejemki vključujejo:
Vpliv močnih kislin na sulfite:
Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + SO 2 + H 2 O;
Interakcija koncentrirane žveplove kisline s težkimi kovinami:
Cu + 2H 2 SO 4 (konc.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
Kvalitativne reakcije na sulfitni ion– razbarvanje "jodne vode" ali delovanje močnih mineralnih kislin:
Na 2 SO 3 + I 2 + 2NaOH = 2NaI + Na 2 SO 4 + H 2 O,
Ca 2 SO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + SO 2.
Žveplov(VI) oksid SO 3 – žveplov trioksid ali žveplov anhidrid , je brezbarvna tekočina, ki se pri temperaturah pod 17 °C spremeni v belo kristalno maso. Strupeno. Obstaja v obliki polimerov (molekule monomera obstajajo samo v plinski fazi), vezi v molekuli so polarne kovalentne, sp 2 -hibridizacija. Higroskopičen, toplotno nestabilen. Reagira z vodo z močnim ekso učinkom. Reagira z brezvodno žveplovo kislino, da nastane oleum. Nastane z oksidacijo žveplovega dioksida:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q,
n n SO3.
Glede na kislinsko-bazične lastnosti je tipičen kislinski oksid:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4,
SO 3 + CaO = CaSO 4,
Kar zadeva redoks lastnosti, deluje kot močan oksidant, običajno se reducira v SO 2 ali sulfite:
V čisti obliki nima praktične vrednosti, je vmesni produkt pri proizvodnji žveplove kisline.
Žveplova kislina – težka oljnata tekočina brez barve in vonja. Zelo topen v vodi (z velikim ekso-učinkom). Higroskopičen, strupen, povzroča hude opekline kože. Je močan elektrolit. Žveplova kislina tvori dve vrsti soli: sulfati in hidrosulfati, ki kažejo vse splošne lastnosti soli. Sulfati aktivnih kovin so termično stabilni, sulfati drugih kovin pa se razgradijo že pri rahlem segrevanju:
Na 2 SO 4 se ne razgradi,
ZnSO 4 ZnO + SO 3,
4FeSO 4 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2,
Ag 2 SO 4 2Ag + SO 2 + O 2,
HgSO 4 Hg + SO 2 + O 2.
Raztopina z masnim deležem žveplove kisline pod 70 % se običajno šteje za razredčeno; nad 70% - koncentrirano; raztopina SO 3 v brezvodni žveplovi kislini se imenuje oleum (koncentracija žveplovega trioksida v oleumu lahko doseže 65%).
Razredčenožveplova kislina kaže vse lastnosti, značilne za močne kisline:
H 2 SO 4 2H + + SO 4 2– ,
H 2 SO 4 + Zn = ZnSO 4 + H 2,
H 2 SO 4 (razredčen) + Cu reakcija ne pride,
H 2 SO 4 + CaO = CaSO 4 + H 2 O,
CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2.
Koncentriranožveplova kislina je močan oksidant, zlasti pri segrevanju. Oksidira številne kovine, nekovine in nekatere organske snovi. Kovine železa, zlata in platinske skupine ne oksidirajo pod vplivom koncentrirane žveplove kisline (vendar se železo dobro raztopi pri segrevanju v zmerno koncentrirani žveplovi kislini z masnim deležem 70%). Ko koncentrirana žveplova kislina reagira z drugimi kovinami, nastanejo sulfati in produkti redukcije žveplove kisline.
2H 2 SO 4 (konc.) + Cu = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O,
5H 2 SO 4 (konc.) + 8Na = 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O,
H 2 SO 4 (konc.) pasivira Fe, Al.
Pri interakciji z nekovinami se koncentrirana žveplova kislina reducira na SO 2:
5H 2 SO 4 (konc.) + 2P = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O,
2H 2 SO 4 (konc.) + C = 2H 2 O + CO 2 + 2SO 2.
Kontaktni način prejemažveplova kislina je sestavljen iz treh stopenj:
1) žganje pirita:
4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 ;
2) oksidacija SO 2 v SO 3 v prisotnosti katalizatorja – vanadijevega oksida:
3) raztapljanje SO 3 v žveplovi kislini, da dobimo oleum:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q,
n SO 3 + H 2 SO 4 (konc.) = H 2 SO 4 n SO3.
Kvalitativna reakcija na sulfatni ion– interakcija z barijevim kationom, kar povzroči obarjanje bele oborine, BaSO 4 .
Ba 2+ + SO 4 2– -> BaSO 4,
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl.
Test na temo "Žveplo in njegove spojine"
1. Žveplo in kisik sta:
a) dobri prevodniki električnega toka;
b) spadajo v podskupino halkogenov;
c) dobro topen v vodi;
d) imajo alotropne modifikacije.
2. Kot rezultat reakcije žveplove kisline z bakrom lahko dobite:
a) vodik; b) žveplo;
c) žveplov dioksid; d) vodikov sulfid.
3. Vodikov sulfid je:
a) strupeni plin;
b) močan oksidant;
c) značilno redukcijsko sredstvo;
d) eden od alotropov žvepla.
4. Masni delež (v %) kisika v žveplovem anhidridu je enak:
a) 50; b) 60; c) 40; d) 94.
5. Žveplov (IV) oksid je anhidrid:
a) žveplovo kislino;
b) žveplova kislina;
c) vodikova sulfidna kislina;
d) tiožveplovo kislino.
6. Za koliko odstotkov se bo zmanjšala masa kalijevega hidrosulfita po žganju?
c) kalijev hidrosulfit je toplotno stabilen;
7. Ravnovesje lahko premaknete v smeri neposredne reakcije oksidacije žveplovega dioksida v žveplov anhidrid:
a) z uporabo katalizatorja;
b) naraščajoči pritisk;
c) zmanjšanje tlaka;
d) zmanjšanje koncentracije žveplovega oksida (VI).
8. Pri pripravi raztopine žveplove kisline morate:
a) vlijte kislino v vodo;
b) v kislino vlijemo vodo;
c) vrstni red infuzije ni pomemben;
d) žveplova kislina se ne topi v vodi.
9. Kolikšno maso (v g) natrijevega sulfata dekahidrata je treba dodati 100 ml 8 % raztopine natrijevega sulfata (gostota 1,07 g/ml), da se podvoji masni delež soli v raztopini?
a) 100; b) 1,07; c) 30,5; d) 22.4.
10. Za določitev sulfitnega iona v kvalitativni analizi lahko uporabite:
a) kationi svinca;
b) "jodna voda";
c) raztopina kalijevega permanganata;
d) močne mineralne kisline.
Ključ do testa
| b, d | V | a, c | b | b | G | b, d | A | V | b, d |
Naloge in vaje o žveplu in njegovih spojinah
Veriga transformacij
1. Žveplo -> železov(II) sulfid -> vodikov sulfid -> žveplov dioksid -> žveplov trioksid > žveplova kislina > žveplov(IV) oksid.
3. Žveplova kislina -> žveplov dioksid -> žveplo -> žveplov dioksid -> žveplov trioksid -> žveplova kislina.
4. Žveplov dioksid -> natrijev sulfit -> natrijev hidrosulfit -> natrijev sulfit -> natrijev sulfat.
5. Pirit -> žveplov dioksid -> žveplov anhidrid -> žveplova kislina -> žveplov oksid (IV) -> kalijev sulfit -> žveplov anhidrid.
6. Pirit > žveplov dioksid -> natrijev sulfit -> natrijev sulfat -> barijev sulfat -> barijev sulfid.
7. Natrijev sulfid -> A -> B -> C -> D -> barijev sulfat (vse snovi vsebujejo žveplo; prva, druga in četrta reakcija so ORR).
| Raven A |
1. Skozi raztopino, ki je vsebovala 5 g natrijevega hidroksida, smo spustili 6,5 litra vodikovega sulfida. Določite sestavo nastale raztopine.
Odgovori. 7 g NaHS, 5,61 g H2S.
2. Kolikšno maso Glauberjeve soli moramo dodati 100 ml 8 % raztopine natrijevega sulfata (gostota raztopine je 1,07 g/ml), da se masni delež snovi v raztopini podvoji?
Odgovori. 30,5 g Na 2 SO 4 10H 2 O.
3. 40 g 12 % raztopine žveplove kisline smo dodali 4 g žveplovega anhidrida. Izračunajte masni delež snovi v nastali raztopini.
Odgovori. 22 % H2SO4.
4. Zmes železovega(II) sulfida in pirita, ki tehta 20,8 g, je bila izpostavljena dolgotrajnemu žganju, pri čemer je nastalo 6,72 litra plinastega produkta (o.s.). Določite maso trdnega ostanka, ki nastane pri žganju.
Odgovori. 16 g Fe 2 O 3.
5. Gre za zmes bakrovega, ogljikovega in železovega(III) oksida z molskim razmerjem komponent 4:2:1 (v navedenem vrstnem redu). Kolikšen volumen 96% žveplove kisline (gostota 1,84 g/ml) je potreben, da se pri segrevanju popolnoma raztopi 2,2 g takšne mešanice?
Odgovori. 4,16 ml raztopine H2SO4.
6. Za oksidacijo 3,12 g hidrosulfita alkalijske kovine je bilo treba dodati 50 ml raztopine, v kateri sta molski koncentraciji natrijevega dikromata 0,2 mol/l in žveplove kisline 0,5 mol/l. Določite sestavo in maso ostanka, ki bo nastal, ko raztopino izhlapimo po reakciji.
Odgovori. 7,47 g mešanice kromovega sulfata (3,92 g) in natrija (3,55 g).
| Stopnja B |
(težave na oleumu)
1. Kolikšno maso žveplovega trioksida je treba raztopiti v 100 g 91 % raztopine žveplove kisline, da dobimo 30 % oleum?
rešitev
Glede na težavo:
m(H 2 SO 4) = 100 0,91 = 91 g,
m(H 2 O) = 100 0,09 = 9 g,
(H 2 O) = 9/18 = 0,5 mol.
Delež dodanega SO3 ( m 1) bo reagiral s H 2 O:
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4.
Po reakcijski enačbi:
(SO 3) = (H 2 O) = 0,5 mol.
m 1 (SO 3 ) = 0,5 80 = 40 g.
Drugi del SO 3 ( m 2) bo uporabljen za ustvarjanje koncentracije oleuma. Izrazimo masni delež oleuma:
m 2 (SO 3) = 60 g.
Skupna masa žveplovega trioksida:
m(SO 3) = m 1 (SO 3) + m 2 (SO 3) = 40 + 60 = 100 g.
Odgovori. 100 g SO 3.
2. Kakšno maso pirita je treba vzeti, da dobimo takšno količino žveplovega (VI) oksida, da z raztapljanjem v 54,95 ml 91% raztopine žveplove kisline (gostota 1,82 g / cm 3) dobimo 12,5% oleuma? Šteje se, da je donos žveplovega anhidrida 75 %.
Odgovori. 60 g FeS 2.
3. Za nevtralizacijo 34,5 g oleuma porabimo 74,5 ml 40% raztopine kalijevega hidroksida (gostota 1,41 g/ml). Koliko molov žveplovega anhidrida je na 1 mol žveplove kisline v tem oleumu?
Odgovori. 0,5 mol SO3.
4. Z dodatkom žveplovega (VI) oksida 300 g 82 % raztopine žveplove kisline dobimo oleum z masnim deležem žveplovega trioksida 10 %. Poiščite maso uporabljenega žveplovega anhidrida.
Odgovori. 300 g SO 3.
5. Z dodatkom 400 g žveplovega trioksida k 720 g vodne raztopine žveplove kisline smo dobili oleum z masnim deležem 7,14%. Poiščite masni delež žveplove kisline v prvotni raztopini.
Odgovori. 90 % H2SO4.
6. Poiščite maso 64% raztopine žveplove kisline, če dodatek 100 g žveplovega trioksida v to raztopino proizvede oleum, ki vsebuje 20% žveplovega trioksida.
Odgovori. 44,4 g raztopine H2SO4.
7. Kakšni masi žveplovega trioksida in 91 % raztopine žveplove kisline je treba zmešati, da dobimo 1 kg 20 % oleuma?
Odgovori. 428,6 g SO 3 in 571,4 g raztopine H 2 SO 4 .
8. 400 g oleuma, ki vsebuje 20% žveplovega trioksida, dodamo 100 g 91% raztopine žveplove kisline. Poiščite masni delež žveplove kisline v nastali raztopini.
Odgovori. 92 % H2SO4 v oleumu.
9. Poiščite masni delež žveplove kisline v raztopini, ki jo dobite z mešanjem 200 g 20 % oleuma in 200 g 10 % raztopine žveplove kisline.
Odgovori. 57,25 % H2SO4.
10. Kolikšno maso 50 % raztopine žveplove kisline moramo dodati 400 g 10 % oleuma, da dobimo 80 % raztopino žveplove kisline?
Odgovori. 296,67 g 50 % raztopine H2SO4.
Odgovori. 114,83 g oleuma.
KVALITATIVNE NALOGE
1. Brezbarven plin A z močnim značilnim vonjem oksidira kisik v prisotnosti katalizatorja v spojino B, ki je hlapljiva tekočina. Snov B v kombinaciji z živim apnom tvori sol C. Identificiraj snovi, zapiši reakcijske enačbe.
Odgovori. Snovi: A – SO 2, B – SO 3, C – CaSO 4.
2. Pri segrevanju raztopine soli A nastane oborina B. Enaka oborina nastane pri delovanju alkalije na raztopino soli A. Pri delovanju kisline na sol A se sprosti plin C, ki razbarva raztopino kalijevega permanganata. . Identificirajte snovi, napišite reakcijske enačbe.
Odgovori. Snovi: A – Ca(HSO 3) 2, B – CaSO 3, C – SO 2.
3. Ko plin A oksidiramo s koncentrirano žveplovo kislino, nastanejo enostavna snov B, kompleksna snov C in voda. Raztopini snovi A in C medsebojno reagirata in nastane oborina snovi B. Določi snovi, zapiši reakcijske enačbe.
Odgovori. Snovi: A – H 2 S, B – S, C – SO 2.
4. Pri reakciji spajanja dveh oksidov A in B, tekočih pri običajnih temperaturah, nastane snov C, katere koncentrirana raztopina zogleni saharozo. Identificirajte snovi, napišite reakcijske enačbe.
Odgovori. Snovi: A – SO 3, B – H 2 O, C – H 2 SO 4.
5. Na voljo so vam železov(II) sulfid, aluminijev sulfid ter vodni raztopini barijevega hidroksida in vodikovega klorida. Iz teh snovi pridobite sedem različnih soli (brez uporabe ORR).
Odgovori. Soli: AlCl 3, BaS, FeCl 2, BaCl 2, Ba(OH)Cl, Al(OH)Cl 2, Al(OH) 2 Cl.
6. Pri delovanju koncentrirane žveplove kisline na bromide se sprošča žveplov dioksid, na jodide pa vodikov sulfid. Napiši reakcijske enačbe. Pojasnite razliko v naravi izdelkov v teh primerih.
Odgovori. Reakcijske enačbe:
2H 2 SO 4 (konc.) + 2NaBr = SO 2 + Br 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O,
5H 2 SO 4 (konc.) + 8NaI = H 2 S + 4I 2 + 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O.
1 Glej: Lidin R.A."Priročnik za splošno in anorgansko kemijo". M.: Izobraževanje, 1997.
* Znak +/– pomeni, da do te reakcije ne pride pri vseh reagentih ali pod določenimi pogoji.
Se nadaljuje
O.S.ZAJCEV
KEMIJSKA KNJIGA
ZA SREDNJEŠOLSKE UČITELJE,
ŠTUDENTJE PEDAGOŠKIH UNIVERZ IN ŠOLARJI 9.–10. RAZREDA,
KI SO SE ODLOČILI POSVETITI KEMIJI IN NARAVOSLOVJU
UČBENIK NALOGE LABORATORIJSKE PRAKTIČNE ZNANSTVENE ZGODBE ZA BRANJE
Nadaljevanje. Glej št. 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. Redoks reakcije
LABORATORIJSKE RAZISKAVE
(nadaljevanje)
2. Ozon je oksidant.
Ozon je najpomembnejša snov za naravo in človeka.
Ozon ustvarja ozonosfero okoli Zemlje na nadmorski višini od 10 do 50 km z največjo vsebnostjo ozona na nadmorski višini 20–25 km. Ker je ozon v zgornjih plasteh atmosfere, večina sončnih ultravijoličnih žarkov, ki škodljivo vplivajo na ljudi, živali in rastline, ne prepušča zemeljske površine. V zadnjih letih so odkrili področja ozonosfere z močno zmanjšano vsebnostjo ozona, tako imenovane ozonske luknje. Ni znano, ali so ozonske luknje že nastale. Nejasni so tudi razlogi za njihov nastanek. Predpostavlja se, da klor vsebujoči freoni iz hladilnikov in parfumskih pločevink pod vplivom ultravijoličnega sevanja Sonca sproščajo klorove atome, ki reagirajo z ozonom in s tem zmanjšujejo njegovo koncentracijo v zgornjih plasteh ozračja. Znanstveniki so izjemno zaskrbljeni zaradi nevarnosti ozonskih lukenj v ozračju.
V nižjih plasteh atmosfere nastaja ozon kot posledica niza zaporednih reakcij med atmosferskim kisikom in dušikovimi oksidi, ki jih izpuščajo slabo nastavljeni avtomobilski motorji in razelektritve iz visokonapetostnih daljnovodov. Ozon je zelo škodljiv za dihala – uničuje tkivo bronhijev in pljuč. Ozon je izjemno strupen (močnejši od ogljikovega monoksida). Najvišja dovoljena koncentracija v zraku je 10–5%.
Tako ima ozon v zgornjih in spodnjih plasteh ozračja nasprotne učinke na človeka in živalski svet.
Ozon se skupaj s klorom uporablja za obdelavo vode za razgradnjo organskih nečistoč in ubijanje bakterij. Vendar imata tako kloriranje kot ozoniranje vode svoje prednosti in slabosti. Pri kloriranju vode se bakterije skoraj popolnoma uničijo, vendar nastajajo zdravju škodljive organske snovi rakotvorne narave (spodbujajo razvoj raka) - dioksini in podobne spojine. Pri ozoniziranju vode takšne snovi ne nastajajo, vendar ozon ne uniči vseh bakterij, po določenem času pa se preostale žive bakterije obilno namnožijo, posrkajo ostanke ubitih bakterij, voda pa postane še bolj onesnažena z bakterijsko floro. Zato je ozoniranje pitne vode najbolje uporabiti, ko jo porabimo hitro. Ozonizacija vode v bazenih je zelo učinkovita, ko voda neprekinjeno kroži skozi ozonizator. Ozon se uporablja tudi za čiščenje zraka. Je eno izmed okolju prijaznih oksidantov, ki ne pušča škodljivih produktov svojega razpada.
Ozon oksidira skoraj vse kovine razen zlata in kovin platinske skupine.
Kemične metode za pridobivanje ozona so neučinkovite ali prenevarne. Zato vam svetujemo, da ozon pomešate z zrakom pridobite v ozonizatorju (vpliv šibke električne razelektritve na kisik), ki je na voljo v šolskem fizikalnem laboratoriju.
Ozon najpogosteje pridobivamo z delovanjem na plinasti kisik s tiho električno razelektritvijo (brez sijaja in isker), ki nastane med stenami notranje in zunanje posode ozonizatorja. Najenostavnejši ozonizator je enostavno narediti iz steklenih cevi z zamaški. Kako to storiti, boste razumeli iz sl. 8.4. Notranja elektroda je kovinska palica (dolg žebelj), zunanja elektroda je žična spirala. Zrak lahko izpihnete z akvarijsko zračno črpalko ali gumijasto mehko iz pršilne steklenice. Na sl. 8.4 Notranja elektroda se nahaja v stekleni cevi ( Zakaj tako misliš?), vendar lahko ozonizator sestavite brez njega. Gumijaste čepe ozon hitro razjeda.
 |
Priročno je pridobiti visoko napetost iz indukcijske tuljave avtomobilskega sistema za vžig s stalnim odpiranjem povezave z virom nizke napetosti (baterija ali 12 V usmernik).
Izkoristek ozona je nekaj odstotkov.
Ozon je mogoče kvalitativno zaznati z uporabo škrobne raztopine kalijevega jodida. V to raztopino lahko namočimo trak filtrirnega papirja ali pa raztopino dodamo ozonizirani vodi in skozi raztopino v epruveti spustimo zrak z ozonom. Kisik ne reagira z jodidnim ionom.
Enačba reakcije:
2I – + O 3 + H 2 O = I 2 + O 2 + 2OH – .
Napišite enačbe za reakcije pridobivanja in izgube elektronov.
V ozonator prinesite trak filtrirnega papirja, navlaženega s to raztopino. (Zakaj bi morala raztopina kalijevega jodida vsebovati škrob?) Vodikov peroksid moti določanje ozona s to metodo. (Zakaj?).
Izračunajte EMF reakcije z uporabo elektrodnih potencialov:
3. Redukcijske lastnosti vodikovega sulfida in sulfidnega iona.
Vodikov sulfid je brezbarven plin z vonjem po gnilih jajcih (nekatere beljakovine vsebujejo žveplo).
Za izvedbo poskusov z vodikovim sulfidom lahko uporabite plinasti vodikov sulfid, ki ga prenesete skozi raztopino s preučevano snovjo ali dodate predhodno pripravljeno vodikovo sulfidno vodo preučevanim raztopinam (to je bolj priročno). Z raztopino natrijevega sulfida lahko izvedemo številne reakcije (reakcije s sulfidnim ionom S 2–).
Delajte z vodikovim sulfidom samo na prepih! Mešanice vodikovega sulfida z zrakom gorijo eksplozivno.
Vodikov sulfid se običajno proizvaja v Kippovem aparatu z reakcijo 25 % žveplove kisline (razredčene 1 : 4) ali 20 % klorovodikove kisline (razredčene 1 : 1) na železovem sulfidu v obliki kosov velikih 1–2 cm Reakcijska enačba:
FeS (cr.) + 2H + = Fe 2+ + H 2 S (g.).
Majhne količine vodikovega sulfida lahko dobimo tako, da damo kristalni natrijev sulfid v bučko z zamaškom, skozi katero napeljemo kapalni lij z zaporno pipo in odvodno cevjo. Počasi izlivanje 5–10 % klorovodikove kisline iz lija (zakaj ne žveplo?), bučko nenehno stresamo s stresanjem, da preprečimo lokalno kopičenje nezreagirane kisline. Če tega ne storite, lahko nepričakovano mešanje komponent povzroči burno reakcijo, iztiskanje zamaška in uničenje bučke.
Enakomeren pretok vodikovega sulfida se doseže s segrevanjem z vodikom bogatih organskih spojin, kot je parafin, z žveplom (1 del parafina na 1 del žvepla, 300 °C).
Za pridobivanje vodikove sulfidne vode vodikov sulfid spustimo skozi destilirano (ali kuhano) vodo. V enem volumnu vode se raztopi približno tri volumne plina vodikovega sulfida. Ko stoji na zraku, vodikov sulfid postopoma postane moten. (Zakaj?).
Vodikov sulfid je močno redukcijsko sredstvo: reducira halogene v vodikove halogenide, žveplovo kislino pa v žveplov dioksid in žveplo.
Vodikov sulfid je strupen. Najvišja dovoljena koncentracija v zraku je 0,01 mg/l. Že v nizkih koncentracijah vodikov sulfid draži oči in dihala ter povzroča glavobole. Koncentracije nad 0,5 mg/l so življenjsko nevarne. Pri višjih koncentracijah je prizadet živčni sistem. Vdihavanje vodikovega sulfida lahko povzroči zastoj srca in dihanja. Včasih se vodikov sulfid kopiči v jamah in kanalizacijskih vodnjakih in oseba, ki je tam ujeta, takoj izgubi zavest in umre.
Hkrati imajo vodikove sulfidne kopeli zdravilni učinek na človeško telo.
3a. Reakcija vodikovega sulfida z vodikovim peroksidom.
Preučite učinek raztopine vodikovega peroksida na vodikov sulfid ali raztopino natrijevega sulfida.
Na podlagi rezultatov poskusov sestavite reakcijske enačbe. Izračunajte EMF reakcije in sklepajte o možnosti njenega poteka.
3b. Reakcija vodikovega sulfida z žveplovo kislino.
V epruveto z 2–3 ml žveplovodikove vode (ali raztopine natrijevega sulfida) po kapljicah vlijemo koncentrirano žveplovo kislino. (previdno!) dokler se ne pojavi motnost. Kaj je ta snov? Kateri drugi produkti bi lahko nastali pri tej reakciji?
Napiši reakcijske enačbe. Izračunajte EMF reakcije z uporabo elektrodnih potencialov:
4. Žveplov dioksid in sulfitni ion.
Žveplov dioksid, žveplov dioksid, je najpomembnejši onesnaževalec ozračja, ki ga izpuščajo avtomobilski motorji pri uporabi slabo prečiščenega bencina in peči, v katerih sežigajo premog, ki vsebuje žveplo, šoto ali kurilno olje. Vsako leto se zaradi izgorevanja premoga in nafte v ozračje sprosti na milijone ton žveplovega dioksida.
Žveplov dioksid se naravno pojavlja v vulkanskih plinih. Žveplov dioksid oksidira atmosferski kisik v žveplov trioksid, ki se ob absorbciji vode (pare) spremeni v žveplovo kislino. Kisli dež uničuje cementne dele zgradb, arhitekturnih spomenikov in skulptur, izklesanih iz kamna. Kisli dež upočasnjuje rast rastlin in vodi celo v njihovo smrt ter ubija žive organizme v vodnih telesih. Takšno deževje izpira z obdelovalnih površin fosforjeva gnojila, ki so slabo topna v vodi, kar ob izpustu v vodna telesa povzroči hitro razmnoževanje alg in hitro zamočvirenje ribnikov in rek.
Žveplov dioksid je brezbarven plin z ostrim vonjem. Žveplov dioksid je treba pridobiti in z njim delati na prepih.
Žveplov dioksid lahko dobimo tako, da damo 5–10 g natrijevega sulfita v bučko, zaprto z zamaškom z odvodno cevjo in kapalnim lijem. Iz kapalnega lija z 10 ml koncentrirane žveplove kisline (skrajno previdno!) po kapljicah ga nalijte na kristale natrijevega sulfita. Namesto kristalnega natrijevega sulfita lahko uporabite njegovo nasičeno raztopino.
Žveplov dioksid lahko nastane tudi z reakcijo med kovinskim bakrom in žveplovo kislino. V bučko z okroglim dnom, opremljeno z zamaškom s cevjo za izpust plina in kapalnim lijem, damo bakrene ostružke ali kose žice in iz kapalnega lija nalijemo malo žveplove kisline (na 10 g vzamemo približno 6 ml koncentrirane žveplove kisline). iz bakra). Za začetek reakcije bučko rahlo segrejte. Nato dodajajte kislino po kapljicah. Napišite enačbe za sprejemanje in izgubljanje elektronov ter skupno enačbo.
Lastnosti žveplovega dioksida lahko preučujemo s prehajanjem plina skozi raztopino reagenta ali v obliki vodne raztopine (žveplova kislina). Enake rezultate dobimo pri uporabi nakisanih raztopin natrijevih sulfitov Na 2 SO 3 in kalijevih sulfitov K 2 SO 3. V enem volumnu vode raztopimo do štirideset volumnov žveplovega dioksida (dobimo ~6 % raztopino).
Žveplov dioksid je strupen. Pri blagi zastrupitvi se začne kašelj, izcedek iz nosu, pojavijo se solze in začne se vrtoglavica. Povečanje odmerka povzroči zastoj dihanja.
4a. Interakcija žveplove kisline z vodikovim peroksidom.
Predvidi reakcijske produkte žveplove kisline in vodikovega peroksida. Preizkusite svojo domnevo z izkušnjami.
Enako količino 3% raztopine vodikovega peroksida dodajte 2–3 ml žveplove kisline. Kako dokazati nastanek pričakovanih produktov reakcije?
Isti poskus ponovimo z nakisano in alkalno raztopino natrijevega sulfita.
Napišite reakcijske enačbe in izračunajte EMF procesa.
Izberite potenciale elektrod, ki jih potrebujete:
4b. Reakcija med žveplovim dioksidom in vodikovim sulfidom.
Ta reakcija poteka med plinastim SO 2 in H 2 S in služi za proizvodnjo žvepla. Reakcija je zanimiva tudi zato, ker se oba onesnaževalca zraka med seboj uničujeta. Ali ta reakcija poteka med raztopinama vodikovega sulfida in žveplovega dioksida? Odgovorite na to vprašanje z izkušnjami.
Izberite elektrodne potenciale, da ugotovite, ali lahko pride do reakcije v raztopini:
Poskusite izvesti termodinamični izračun možnosti reakcij. Termodinamične značilnosti snovi za ugotavljanje možnosti reakcije med plinastimi snovmi so naslednje:
V katerem agregatnem stanju snovi - plinastem ali v raztopini - so reakcije bolj zaželene?
