Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ

Диоксид серы SO₂. Кислотный оксид. Бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет строение незавершенного треугольника [: S(O)₂] (sр²-гибридизация), содержит σ,π-связи S=O. Легко сжижается, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде (~40 л/1 л Н₂O при 20 °C). Образует полигидрат, обладающий свойствами слабой кислоты, продукты диссоциации – ионы HSO₃^- и SO₃^2-. Ион HSO₃^- имеет две таутомерные формы – симметричную (некислотную) со строением тетраэдра [S(H)(O)₃] (sр³-гибридизация), которая преобладает в смеси, и несимметричную (кислотную) со строением незавершенного тетраэдра [: S(O)₂(OH)] (sр³-гибридизация). Ион SO₃^2- также тетраэдрический [: S(O)₃].

Реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Типичный восстановитель, слабый окислитель.

Качественная реакция – обесцвечивание желто-коричневой «йодной воды». Промежуточный продукт в производстве сульфитов и серной кислоты.

Применяется для отбеливания шерсти, шелка и соломы, консервирования и хранения фруктов, как дезинфицирующее средство, антиоксидант, хладагент. Ядовит.

Соединение состава H₂SO₃ (сернистая кислота) не известно (не существует).

Уравнения важнейших реакций:

Растворение в воде и кислотные свойства:

Получение: в промышленности – сжигание серы в воздухе, обогащенном кислородом, и, в меньшей степени, обжиг сульфидных руд (SO₂ – попутный газ при обжиге пирита):

S + O₂ = SO₂ (280–360 °C)

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ (800 °C, обжиг)

в лаборатории – вытеснение серной кислотой из сульфитов:

BaSO_3(т) + H₂SO₄ (конц.) = BaSO₄↓ + SO₂↑ + Н₂O

Сульфит натрия Na₂SO₃. Оксосоль. Белый. При нагревании на воздухе разлагается без плавления, плавится под избыточным давлением аргона. Во влажном состоянии и в растворе чувствителен к кислороду воздуха. Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону. Разлагается кислотами. Типичный восстановитель.

Качественная реакция на ион SO₃^2- – образование белого осадка сульфита бария, который переводится в раствор сильными кислотами (НCl, HNO₃).

Применяется как реактив в аналитической химии, компонент фотографических растворов, нейтрализатор хлора при отбеливании тканей.

Уравнения важнейших реакций:

Получение:

Na₂CO₃ (конц.) + SO₂ = Na₂SO₃ + CO₂↑

7.3.4. Серная кислота. Сульфаты

Серная кислотаH₂SO₄. Оксокислота. Бесцветная жидкость, очень вязкая (маслообразная), весьма гигроскопичная. Молекула имеет искаженно-тетраэдрическое строение [S(O)₂(OH)₂] (sр³-гибридизация), содержит ковалентные σ-связи S – ОН и σπ-связи S=O. Ион SO₄^2- имеет правильно-тетраэдрическое строение [S(O)₄]. Обладает широким температурным интервалом жидкого состояния (~300 градусов). При нагревании выше 296 °C частично разлагается. Перегоняется в виде азеотропной смеси с водой (массовая доля кислоты 98,3 %, температура кипения 296–340 °C), при более сильном нагревании разлагается полностью. Неограниченно смешивается с водой (с сильным экзо-эффектом). Сильная кислота в растворе, нейтрализуется щелочами и гидратом аммиака. Переводит металлы в сульфаты (при избытке концентрированной кислоты в обычных условиях образуются растворимые гидросульфаты), но металлы Be, Bi, Со, Fe, Mg и Nb пассивируются в концентрированной кислоте и не реагируют с ней. Реагирует с основными оксидами и гидроксидами, разлагает соли слабых кислот. Слабый окислитель в разбавленном растворе (за счет Н^I), сильный – в концентрированном растворе (за счет S^VI). Хорошо растворяет SO₃ и реагирует с ним (образуется тяжелая маслообразная жидкость — олеум, содержит H₂S₂O₇).

Качественная реакция на ион SO₄^2- – осаждение белого сульфата бария BaSO₄ (осадок не переводится в раствор соляной и азотной кислотами, в отличие от белого осадка BaSO₃).

Применяется в производстве сульфатов и других соединений серы, минеральных удобрений, взрывчатых веществ, красителей и лекарственных препаратов, в органическом синтезе, для «вскрытия» (первого этапа переработки) промышленно важных руд и минералов, при очистке нефтепродуктов, электролизе воды, как электролит свинцовых аккумуляторов. Ядовита, вызывает ожоги кожи. Уравнения важнейших реакций:

Получение в промышленности:

а) синтез SO₂ из серы, сульфидных руд, сероводорода и сульфатных руд:

S + O₂ (воздух) = SO₂ (280–360 °C)

4FeS₂ + 11O₂ (воздух) = 8SO₂ + 2Fe₂O₃ (800 °C, обжиг)

2H₂S + 3O₂ (изб.) = 2SO₂ + 2Н₂O (250–300 °C)

CaSO₄ + С (кокс) = СаО + SO₂ + СО (1300–1500 °C)

б) конверсия SO₂ в SO₃ в контактном аппарате:

в) синтез концентрированной и безводной серной кислоты:

Н₂O (разб. H₂SO₄) + SO₃ = H₂SO₄ (конц., безводн.)

(поглощение SO₃ чистой водой с получением H₂SO₄ не проводится из-за сильного разогревания смеси и обратного разложения H₂SO₄, см. выше);