Соединения серы (VI)

В результате распаривания 3р- и 3s-электронов образуются шесть не спаренных электронов.

Благодаря этому сера может проявлять степень окисления +6 в соединениях с более электроотрицательными атомами, например: SF₆; SO₃; SOF₄; SO₂Hal₂ SO₄^2-; H₂SO₄.

Продукты восстановления серы (VI), например для H₂SO₄, зависят от ее концентрации, силы восстановителя и температуры.

Оксид серы (VI) – SO₃ - жидкость с t_кип = +44,8°С, t_пл = 1б,8°С. Молекула SO₃ имеет мономерное строение только в парах. Структура одиночной молекулы SO₃ – плоская, треугольная (sp² - гибридизация АО серы) с длиной связи S-O, равной 0,142 нм и уголом O-S-O равным 120°.

SO₃ кристаллизуется в трех полиморфных модификациях - a,b и g

SO₃ (SO₃)₃ (SO₃)_¥

газ a (льдовидная b (асбестовая

(мономер) модификация) модификация)

Выпускаемый промышленностью или полученный в лаборатории твердый SO₃, представляет собой смесь указанных полиморфных мо­дификаций, которые хранят в запаянных ампулах, так как SO₃ разъедает корковые и резиновые пробки.

SO₃ -жадно поглощает влагу (дымит на воздухе, образуя ка­пельки H₂SO₄ - "туман"):

SO_{3 (г)} + H₂O _(ж) ® H₂SO_4(р), DH^o=-130 Кдж/моль

Он поглощается серной кислотой, образуя смесь полисерных кислот, называемую "олеумом". Общая формула полисерных кислот H₂SO₄´nSO_3. Состав олеума указывается процентным содержанием SO₃.

Также как и SO₃, сульфат ионы могут образовывать полимерные цепи, построенные из тетраэдрических структурных единиц – SO₄^2-_.

	- дисерная кислота H2S2O7 (H2SO4´SO3)
- трисерная кислота H2S3O10 (H2SO4´2SO3)
- тетрасерная кислота H2S4O13 (H2SO4´3SO3)

H₂SO₄´nSO₃ - полисерная кислота.

Смесь полисерных кислот представляет собой густую маслянистую жидкость, дымящую на воздухе.

Серная кислота - важный продукт химической промышленности. Ее расходуют для производства кислот и солей. Многие сульфаты применяют в качестве лекарственных средств.

В больших количествах H₂SO₄ идет на получение удобрений (суперфосфатов, сульфата аммония), для очистки нефтепродуктов и осушки газов.

Ее используют для получения различных красителей, вискозного шелка, полиамидных волокон, пластмасс, для рафинирования минераль­ных масел, как электролит свинцовых аккумуляторов и для многих других целей.

Производство серной кислоты состоит из нескольких последова­тельных процессов:

1. Получение SO₂

2. Окисление SO₂ в SO₃, который можно осуществить нитрозным (катализатор NO) или контактным способом (катализатор V₂O₅ или Pt).

3. Поглощение SO₃ серной кислотой (96-98%-ной).

Контактный метод получения H₂SO₄ имеет ряд преимуществ, одно из которых – получение H₂SO₄ высокой концентрации.

Безводная H₂SO₄ – тяжелая, маслянистая жидкость (r = 1,834 г/см³) без цвета и запаха, гигроскопична. t_пл = 10,4°С, t_кип = 29б¸340°С (разл.). Неограниченно смешивается с водой, в разбавленном растворе - сильная кислота. Твердые гидраты H₂SO₄´H₂O - моногидрат и H₂SO₄´2H₂O - дигидрат серной кислоты имеют ионное строение: H₃O⁺HSO₄^-. Вступает в реакции обмена, нейтрализуется щелочами. В концентрированном растворе H₂SO₄ некоторые металлы (Be, Bi, Co, Fe, Mg, Nb) пассивируются.

По первой ступени H₂SO₄ диссоциирует практически полностью:

H₂SO_4(конц.) + H₂O «H₂SO₄ + H₂O «HSO₄^- + H₃O⁺, К₁ ~ 10³

Вторая ступень:

HSO₄^- + H₂O «SO₄^2- + H₃O⁺, K₂ + 1,3´10^-2

Концентрированная серная кислота подвергается автопротолизу

H⁺

H₂SO₄ + H₂SO₄ «H₃SO₄⁺ + HSO₄^-, К_авт = 2,7´ 10^-4

Концентрированная H₂SO₄ является сильным окислителем и в зависимости от условий (концент­рации кислоты, активности металла и температуры) получаются раз­личные продукты: S; H₂S, но чаще SO₂, т.к. выделяющиеся S и H₂S могут также взаимодействовать с H₂SO₄:

S + 2H₂SO₄ ® 3SO₂­ + 2H₂O

H₂S + H₂SO₄ ® SO₂­ + S¯ + 2H₂O

Концентрированная H₂SO₄ никогда не выделяет водорода.

Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует с металлами, которые в электрохи­мическом ряду напряжений находятся до водорода. При этом образу­ются водород и сульфаты металлов:

Zn + H₂SO₄ ® ZnSO₄ + H₂­

Свинец не растворяется в разбавленной кислоте, т.к. образую­щаяся соль PbSO₄ нерастворима.

Металлы, находящиеся в ряду напряжений после водорода (Cu, Ag, Hg и Au) с разбавленной H₂SO₄ не реагируют.

С концентрированной H₂SO₄ эти металлы реагируют с образованием – SO₂ и сульфатов металлов:

Cu + 2H₂SO₄ ® CuSO₄ + SO₂­ + 2H₂O

2Hg + 2H₂SO₄ ® Hg₂SO₄ + SO₂­+ 2H₂O

2Ag + 2H₂SO₄ ® Ag₂SO₄ + SO₂­ + 2H₂O

Окислительные свойства концентрированная серная кислота проявляет и по отношению к сложным веществам:

8KI + 5H₂SO₄ ® 4I₂ + H₂S­ + 4K₂SO₄ + 4H₂O

Сера (VI) проявляет окислительные свойства в молекулах H₂SO₄, но не в ионе SO₄^2-. В разбавленной H₂SO₄ более сильным окислителем является ион водорода (H⁺), поэтому металлы с ней реагируют с выделением Н₂.

Активные металлы с конц. H₂SO₄ образуют сульфаты и различные продукты восстановления в зависимости от температуры:

4Ca + 5H₂SO_{4 (конц.)} ® 4CaSO₄ + H₂S­ + 4H₂O

Zn + 2H₂SO_{4 (конц.)} ZnSO₄ + SO₂+ 2H₂O

Zn + 4H₂SO_{4 (конц.)} 3ZnSO₄ + S¯ + 4H₂O

Zn + 5H₂SO_{4 (конц.)} 4ZnSO₄ + H₂S­ + 4H₂O

Конц. H₂SO₄ окисляет некоторые неметаллы:

2H₂SO_4(конц.) + S ® 3SO₂ + 2H₂O

2H₂SO_4(конц.) + C ® 2SO₂­ + CO₂ + 2H₂O

Концентрированная серная кислота обладает сильным водоотнимающим действием. Способность к дегидратации H₂SO₄ проявляется по отношению ко всем тканям животных и растительных организмов. Кон­такт H₂SO₄ с органическими веществами - углеводами (сахарозой, клетчат­кой), бумагой, текстильными волокнами вызывает их обугливание.

C_nH_2nO_n + nH₂SO₄ ® nC + nH₂SO₄´H₂O

образующийся углерод далее взаимодействует с кислотой:

C + 2H₂SO₄ ® CO₂­ + 2SO₂­ + 2H₂O

Концентрированную H₂SO₄ можно идентифицировать по обугливанию погруженной в нее лучины.

Качественная реакция на сульфат ион – реакция взаимодействия с ионами Ba²⁺:

Ba²⁺ + SO₄^2- ® BaSO₄¯

Образуется белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, не­растворимый в воде, кислотах и щелочах.

Поиск по сайту: