SO2 - tlenek siarki (IV), dwutlenek siarki, dwutlenek siarki, dwutlenek siarki. Dwutlenek siarki. Wzór, preparat, właściwości chemiczne Reakcja chemiczna so2
Stopień utlenienia +4 siarki jest dość stabilny i objawia się tetrahalogenkami SHal 4, oksodihalogenkami SOHal 2, dwutlenkiem SO 2 i odpowiadającymi im anionami. Zapoznamy się z właściwościami dwutlenku siarki i kwasu siarkawego.
1.11.1. Tlenek siarki (IV) Struktura cząsteczki so2
Struktura cząsteczki SO 2 jest podobna do struktury cząsteczki ozonu. Atom siarki znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 2, kształt orbitali to regularny trójkąt, a kształt cząsteczki jest kanciasty. Atom siarki ma wolną parę elektronów. Długość wiązania S – O wynosi 0,143 nm, a kąt wiązania wynosi 119,5°.
Struktura odpowiada następującym strukturom rezonansowym:
W przeciwieństwie do ozonu, krotność wiązania S – O wynosi 2, co oznacza, że główny udział ma pierwsza struktura rezonansowa. Cząsteczka charakteryzuje się dużą stabilnością termiczną.
Właściwości fizyczne
W normalnych warunkach dwutlenek siarki lub dwutlenek siarki jest bezbarwnym gazem o ostrym, duszącym zapachu, temperatura topnienia -75 °C, temperatura wrzenia -10 °C. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie; w temperaturze 20 ° C 40 objętości dwutlenku siarki rozpuszcza się w 1 objętości wody. Toksyczny gaz.
Właściwości chemiczne tlenku siarki (IV).
Dwutlenek siarki jest wysoce reaktywny. Dwutlenek siarki – tlenek kwasowy
. Jest dość rozpuszczalny w wodzie, tworząc hydraty. Częściowo reaguje również z wodą, tworząc słaby kwas siarkowy, który nie jest izolowany w postaci indywidualnej:
SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 = H + + HSO 3 - = 2H + + SO 3 2- .
W wyniku dysocjacji powstają protony, dlatego roztwór ma środowisko kwaśne.
Kiedy gazowy dwutlenek siarki przepuszcza się przez roztwór wodorotlenku sodu, powstaje siarczyn sodu. Siarczyn sodu reaguje z nadmiarem dwutlenku siarki, tworząc wodorosiarczyn sodu:
2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O;
Na2SO3 + SO2 = 2NaHSO3.
Dwutlenek siarki charakteryzuje się dualizmem redoks, ma m.in. właściwości redukujące i odbarwia wodę bromową:
SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
i roztwór nadmanganianu potasu:
5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O = 2KНSO 4 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4.
utleniony tlenem do bezwodnika siarkowego:
Wykazuje właściwości utleniające przy oddziaływaniu z silnymi środkami redukującymi, np.:
SO2 + 2CO = S + 2CO2 (w temperaturze 500°C, w obecności Al2O3);
SO2 + 2H2 = S + 2H2O.
Wytwarzanie tlenku siarki (IV)
Spalanie siarki w powietrzu
S + O 2 = SO 2.
Utlenianie siarczków
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Wpływ mocnych kwasów na siarczyny metali
Na 2 SO 3 + 2H 2 SO 4 = 2NaHSO 4 + H 2 O + SO 2.
1.11.2. Kwas siarkowy i jego sole
Kiedy dwutlenek siarki rozpuszcza się w wodzie, tworzy się słaby kwas siarkawy, większość rozpuszczonego SO 2 ma postać uwodnioną SO 2 · H 2 O, po ochłodzeniu uwalnia się również krystaliczny hydrat, tylko niewielka część cząsteczki kwasu siarkowego dysocjują na jony siarczynowe i podsiarczynowe. W stanie wolnym kwas nie jest uwalniany.
Będąc dwuzasadowym, tworzy dwa rodzaje soli: średnią - siarczyny i kwaśną - podsiarczyny. W wodzie rozpuszczają się tylko siarczyny metali alkalicznych i podsiarczyny metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych.
DEFINICJA
Dwutlenek siarki(tlenek siarki (IV), dwutlenek siarki) w normalnych warunkach jest bezbarwnym gazem o charakterystycznym ostrym zapachu (temperatura topnienia wynosi (-75,5 o C), temperatura wrzenia - (-10,1 o C).
Rozpuszczalność tlenku siarki (IV) w wodzie jest bardzo wysoka (w normalnych warunkach około 40 objętości SO 2 na objętość wody). Wodny roztwór dwutlenku siarki nazywa się kwasem siarkawym.
Wzór chemiczny dwutlenku siarki
Wzór chemiczny dwutlenku siarki- TAK 2. Pokazuje, że cząsteczka tej złożonej substancji zawiera jeden atom siarki (Ar = 32 amu) i dwa atomy tlenu (Ar = 16 amu). Korzystając ze wzoru chemicznego, możesz obliczyć masę cząsteczkową dwutlenku siarki:
Mr(SO2) = Ar(S) + 2×Ar(O) = 32 + 2×16 = 32 + 32 = 64
Wzór strukturalny (graficzny) dwutlenku siarki
Bardziej oczywiste jest wzór strukturalny (graficzny) dwutlenku siarki. Pokazuje, jak atomy są ze sobą połączone w cząsteczce. Struktura cząsteczki SO 2 (ryc. 1) jest podobna do struktury cząsteczki ozonu O 3 (OO 2), ale cząsteczka charakteryzuje się dużą stabilnością termiczną.
Ryż. 1. Budowa cząsteczki dwutlenku siarki ze wskazaniem kątów wiązań między wiązaniami i długości wiązań chemicznych.
Zwyczajowo przedstawia się rozkład elektronów w atomie na podpoziomach energetycznych tylko dla poszczególnych pierwiastków chemicznych, natomiast dla dwutlenku siarki można przedstawić następujący wzór:
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
| Ćwiczenia | Substancja zawiera 32,5% sodu, 22,5% siarki i 45% tlenu. Wyprowadź wzór chemiczny substancji. |
| Rozwiązanie | Udział masowy pierwiastka X w cząsteczce o składzie NX oblicza się za pomocą następującego wzoru: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Oznaczmy liczbę moli pierwiastków wchodzących w skład związku jako „x” (sód), „y” (siarka) i „z” (tlen). Wtedy stosunek molowy będzie wyglądał następująco (wartości względnych mas atomowych wzięte z układ okresowy DI. Mendelejew, zaokrąglenie do liczb całkowitych): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na): ω(S)/Ar(S): ω(O)/Ar(O); x:y:z= 32,5/23: 22,5/32: 45/16; x:y:z= 1,4: 0,7: 2,8 = 2: 1: 4 Oznacza to, że wzór związku sodu, siarki i tlenu będzie następujący: Na 2 SO 4. To jest siarczan sodu. |
| Odpowiedź | Na2SO4 |
PRZYKŁAD 2
| Ćwiczenia | Magnez łączy się z azotem, tworząc azotek magnezu w stosunku masowym 18:7. Wyprowadź wzór związku. |
| Rozwiązanie | Aby dowiedzieć się, w jakim są związku pierwiastki chemiczne w składzie cząsteczki konieczne jest znalezienie ich ilości substancji. Wiadomo, że aby obliczyć ilość substancji należy skorzystać ze wzoru: Znajdźmy masy molowe magnezu i azotu (zaokrąglimy do liczb całkowitych wartości względnych mas atomowych wziętych z układu okresowego D.I. Mendelejewa). Wiadomo, że M = Mr, co oznacza M(Mg) = 24 g/mol, a M(N) = 14 g/mol. Wówczas ilość substancji tych pierwiastków jest równa: n (Mg) = m (Mg) / M (Mg); n (Mg) = 18/24 = 0,75 mola n(N) = m(N)/M(N); n(N) = 7/14 = 0,5 mola Znajdźmy stosunek molowy: n(Mg):n(N) = 0,75: 0,5 = 1,5:1 = 3:2, te. wzór związku magnezu z azotem to Mg 3 N 2. |
| Odpowiedź | Mg3N2 |
Siarkowodór – H2S
Związki siarki -2, +4, +6. Jakościowe reakcje na siarczki, siarczyny, siarczany.
Odbiór po interakcji:
1. wodór z siarką w t – 300 0
2. działając na siarczki kwasów mineralnych:
Na2S+2HCl =2 NaCl+H2S
bezbarwny gaz o zapachu zgniłych jaj, trujący, cięższy od powietrza, rozpuszczający się w wodzie, tworzy słaby kwas siarkowodoru.
Właściwości chemiczne
Właściwości kwasowo-zasadowe
1. Roztwór siarkowodoru w wodzie - kwas siarkowodorowy - jest słabym kwasem dwuzasadowym, dlatego dysocjuje etapowo:
H2S ↔ HS - + H +
HS - ↔ H - + S 2-
2. Kwas siarkowodorowy ma właściwości ogólne kwasy, reaguje z metalami, zasadowymi tlenkami, zasadami, solami:
H2S + Ca = CaS + H2
H2S + CaO = CaS + H2O
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
H 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + H 2 SO 4
Wszystkie sole kwasowe - wodorosiarczki - są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Zwykłe sole - siarczki - rozpuszczają się w wodzie na różne sposoby: siarczki metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych są dobrze rozpuszczalne, siarczki innych metali są nierozpuszczalne w wodzie, a siarczki miedzi, ołowiu, rtęci i niektórych innych metali ciężkich nie są rozpuszczalne nawet w wodzie kwasy (z wyjątkiem kwasu azotowego)
CuS+4HNO 3 =Cu(NO 3) 2 +3S+2NO+2H 2O
Rozpuszczalne siarczki ulegają hydrolizie - przy anionie.
Na 2 S ↔ 2 Na + + S 2-
S 2- +HOH ↔HS - +OH -
Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH
Jakościową reakcją na kwas wodorosiarczynowy i jego rozpuszczalne sole (tj. na jon siarczkowy S 2-) jest ich oddziaływanie z rozpuszczalnymi solami ołowiu, w wyniku czego powstaje czarny osad PbS
Na 2 S + Pb(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + PbS↓
Pb2+ + S2- = PbS↓
Wykazuje jedynie właściwości regenerujące, ponieważ ma atom siarki najniższy stopień utlenianie -2
1. z tlenem
a) z wadą
2H 2 S -2 +O 2 0 = S 0 +2H 2 O -2
b) z nadmiarem tlenu
2H2S+3O2=2SO2+2H2O
2. z halogenami (odbarwienie wody bromowej)
H2S-2 +Br2 =S0+2HBr-1
3. ze stęż. HNO3
H2S+2HNO3 (k) = S+2NO2+2H2O
b) z silnymi utleniaczami (KMnO 4, K 2 CrO 4 w środowisku kwaśnym)
2KMnO 4 +3H 2 SO 4 +5H 2 S = 5S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O
c) kwas wodorosiarczkowy utlenia się nie tylko silnymi utleniaczami, ale także słabszymi, na przykład solami żelaza (III), kwasem siarkawym itp.
2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl
H 2 SO 3 + 2 H 2 S = 3 S + 3 H 2 O
Paragon
1. spalanie siarki w tlenie.
2. spalanie siarkowodoru w nadmiarze O 2
2H2S+3O2 = 2SO2+2H2O
3. utlenianie siarczków
2CuS+3O2 = 2SO2 +2CuO
4. oddziaływanie siarczynów z kwasami
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O
5. oddziaływanie metali w szeregu aktywności po (H 2) ze stęż. H2SO4
Cu+2H2SO4 = CuSO4 + SO2+2H2O
Właściwości fizyczne
Gaz bezbarwny, o duszącym zapachu spalonej siarki, trujący, ponad 2 razy cięższy od powietrza, dobrze rozpuszczalny w wodzie (w temperaturze pokojowej w jednej objętości rozpuszcza się około 40 objętości gazu).
Właściwości chemiczne:
Właściwości kwasowo-zasadowe
SO2 jest typowym tlenkiem kwasowym.
1.z zasadami, tworząc dwa rodzaje soli: siarczyny i podsiarczyny
2KOH+SO2 = K2SO3 +H2O
KOH+SO2 = KHSO3+H2O
2.z tlenkami zasadowymi
K 2 O+SO 2 = K 2 SO 3
3. Z wodą powstaje słaby kwas siarkowy
H2O+SO2 = H2SO3
Kwas siarkawy występuje tylko w roztworze i jest słabym kwasem.
ma wszystkie ogólne właściwości kwasów.
4. reakcja jakościowa na siarczyn - jon - SO 3 2 - działanie kwasów mineralnych
Na 2 SO 3 +2HCl= 2Na 2 Cl+SO 2 +H 2 O zapach spalonej siarki
Właściwości redoksowe
W ORR może być zarówno utleniaczem, jak i reduktorem, ponieważ atom siarki w SO2 ma pośredni stopień utlenienia +4.
Jako środek utleniający:
SO 2 + 2H 2 S = 3 S + 2 H 2 S
Jako środek redukujący:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
Cl2+SO2+2H2O = H2SO4+2HCl
2KMnO 4 +5SO 2 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2H 2 SO 4 +2MnSO 4
Tlenek siarki (VI) SO 3 (bezwodnik siarkowy)
Paragon:
Utlenianie dwutlenku siarki
2SO2 + O2 = 2SO3 ( t 0 , kat)
Właściwości fizyczne
Bezbarwna ciecz, w temperaturze poniżej 17 0 C zamienia się w białą krystaliczną masę. Związek niestabilny termicznie, ulega całkowitemu rozkładowi w temperaturze 700 0 C. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i bezwodnym kwasie siarkowym i reaguje z nim tworząc oleum
SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 S 2 O 7
Właściwości chemiczne
Właściwości kwasowo-zasadowe
Typowy tlenek kwasowy.
1.z zasadami, tworząc dwa rodzaje soli: siarczany i wodorosiarczany
2KOH+SO3 = K2SO4+H2O
KOH+SO3 = KHSO4 +H2O
2.z tlenkami zasadowymi
CaO+SO2 = CaSO4
3. wodą
H 2 O + SO 3 = H 2 SO 4
Właściwości redoksowe
Tlenek siarki (VI) jest silnym utleniaczem, zwykle redukowanym do SO2
3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O
Kwas siarkowy H 2 SO 4
Wytwarzanie kwasu siarkowego
W przemyśle kwas wytwarza się metodą kontaktową:
1. wypalanie pirytu
4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2. utlenianie SO 2 do SO 3
2SO2 + O2 = 2SO3 ( t 0 , kat)
3. rozpuszczenie SO 3 w kwasie siarkowym
N SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 SO 4 ∙ N SO 3 (oleum)
H2SO4∙ N SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Właściwości fizyczne
H 2 SO 4 jest ciężką oleistą cieczą, bezwonną i bezbarwną, higroskopijną. Miesza się z wodą w dowolnym stosunku; po rozpuszczeniu w wodzie stężonego kwasu siarkowego wydziela się duża liczba ciepło, więc należy go ostrożnie wlać do wody, a nie odwrotnie (najpierw woda, potem kwas, w przeciwnym razie nastąpią duże kłopoty)
Roztwór kwasu siarkowego w wodzie o zawartości H 2 SO 4 mniejszej niż 70% nazywany jest zwykle rozcieńczonym kwasem siarkowym, ponad 70% - stężonym.
Właściwości chemiczne
Kwasowo-zasadowa
Rozcieńczony kwas siarkowy ujawnia wszystko charakterystyczne właściwości mocne kwasy. W roztwór wodny dysocjuje:
H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-
1. z tlenkami zasadowymi
MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O
2. z uzasadnieniem
2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
3. z solami
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2HCl
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (biały osad)
Jakościowa reakcja na jon siarczanowy SO 4 2-
Dzięki więcej wysoka temperatura wrzący, w porównaniu do innych kwasów, kwas siarkowy po podgrzaniu wypiera je z soli:
NaCl + H2SO4 = HCl + NaHSO4
Właściwości redoksowe
W rozcieńczonym H2SO4 utleniaczami są jony H+, a w stężonym H2SO4 utleniaczami są jony siarczanowe SO42.
Metale o szeregu aktywności do wodoru rozpuszczają się w rozcieńczonym kwasie siarkowym, tworzą się siarczany i wydziela się wodór
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Stężony kwas siarkowy jest silnym utleniaczem, zwłaszcza po podgrzaniu. Utlenia wiele metali, niemetali, substancji nieorganicznych i organicznych.
H 2 SO 4 (k) utleniacz S +6
W przypadku bardziej aktywnych metali kwas siarkowy można zredukować do różnych produktów, w zależności od stężenia
Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Stężony kwas siarkowy utlenia niektóre niemetale (siarkę, węgiel, fosfor itp.), Redukując do tlenku siarki (IV)
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O
Interakcja z niektórymi złożonymi substancjami
H. 2 SO 4 + 8HI = 4I 2 + H. 2 S + 4 H. 2 O
H2SO4 + 2HBr = Br2 + SO2 + 2H2O
Sole kwasu siarkowego
2 rodzaje soli: siarczany i wodorosiarczany
Sole kwasu siarkowego mają wszystkie ogólne właściwości soli. Ich związek z ciepłem jest wyjątkowy. Siarczany metali aktywnych (Na, K, Ba) nie rozkładają się nawet po podgrzaniu powyżej 1000 0 C, sole metali mniej aktywnych (Al, Fe, Cu) rozkładają się nawet przy lekkim ogrzewaniu
Tlenek siarki (dwutlenek siarki, dwutlenek siarki, dwutlenek siarki) to bezbarwny gaz, który w normalnych warunkach ma ostry, charakterystyczny zapach (podobny do zapachu palonej zapałki). Upłynnia się pod ciśnieniem w temperaturze pokojowej. Dwutlenek siarki jest rozpuszczalny w wodzie i powstaje niestabilny kwas siarkowy. Substancja ta jest również rozpuszczalna w kwasie siarkowym i etanolu. Jest to jeden z głównych składników tworzących gazy wulkaniczne.
1. Dwutlenek siarki rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkowy. W normalnych warunkach reakcja ta jest odwracalna.
SO2 (dwutlenek siarki) + H2O (woda) = H2SO3 (kwas siarkawy).
2. W przypadku zasad dwutlenek siarki tworzy siarczyny. Na przykład: 2NaOH (wodorotlenek sodu) + SO2 (dwutlenek siarki) = Na2SO3 (siarczyn sodu) + H2O (woda).
3. Aktywność chemiczna dwutlenku siarki jest dość wysoka. Najbardziej widoczne są właściwości redukujące dwutlenku siarki. W takich reakcjach wzrasta stopień utlenienia siarki. Na przykład: 1) SO2 (dwutlenek siarki) + Br2 (brom) + 2H2O (woda) = H2SO4 (kwas siarkowy) + 2HBr (bromowodór); 2) 2SO2 (dwutlenek siarki) + O2 (tlen) = 2SO3 (siarczyn); 3) 5SO2 (dwutlenek siarki) + 2KMnO4 (nadmanganian potasu) + 2H2O (woda) = 2H2SO4 (kwas siarkowy) + 2MnSO4 (siarczan manganu) + K2SO4 (siarczan potasu).
Ostatnia reakcja jest przykładem reakcji jakościowej na SO2 i SO3. Roztwór nabiera fioletowego koloru.)
4. W obecności silnych środków redukujących dwutlenek siarki może wykazywać właściwości utleniające. Przykładowo do ekstrakcji siarki ze gazów spalinowych w przemyśle metalurgicznym stosuje się redukcję dwutlenku siarki tlenkiem węgla (CO): SO2 (dwutlenek siarki) + 2CO (tlenek węgla) = 2CO2 + S (siarka).
Ponadto właściwości utleniające tej substancji wykorzystuje się do otrzymania kwasu fosforawego: PH3 (fosfina) + SO2 (dwutlenek siarki) = H3PO2 (kwas fosforawy) + S (siarka).
Gdzie stosuje się dwutlenek siarki?
Dwutlenek siarki wykorzystywany jest głównie do produkcji kwasu siarkowego. Wykorzystywany jest także do produkcji napojów niskoalkoholowych (wino i inne napoje ze średniej półki cenowej). Ze względu na zdolność tego gazu do zabijania różnych mikroorganizmów, wykorzystuje się go do odkażania magazynów i składów warzywnych. Ponadto tlenek siarki stosuje się do wybielania wełny, jedwabiu i słomy (materiałów, których nie można wybielić chlorem). W laboratoriach dwutlenek siarki stosuje się jako rozpuszczalnik i w celu otrzymania różnych soli dwutlenku siarki.
Efekty fizjologiczne
Dwutlenek siarki ma silne właściwości toksyczne. Objawy zatrucia to kaszel, katar, chrypka, specyficzny smak w ustach i silny ból gardła. Wdychanie dwutlenku siarki w dużych stężeniach powoduje trudności w połykaniu i dławieniu, zaburzenia mowy, nudności i wymioty, a także możliwy rozwój ostrego obrzęku płuc.
MPC dwutlenku siarki:
- w pomieszczeniu - 10 mg/m3;
- średnia dzienna maksymalna jednorazowa na powietrze atmosferyczne- 0,05 mg/m3.
Wrażliwość na dwutlenek siarki jest różna u poszczególnych osób, roślin i zwierząt. Przykładowo wśród drzew najbardziej odporne są dąb i brzoza, a najmniej świerk i sosna.
