Версия 22:24, 5 декабря 2009

Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Хімія: Оксиди неметалічних елементів. Сульфатна кислота і сульфати

ОКСИДИ НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. КИСЛОТНИЙ ХАРАКТЕР ОКСИДІВ ТА ГІДРАТІВ ОКСИДІВ НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. СУЛЬФАТНА КИСЛОТА І СУЛЬФАТИ. НАЙВАЖЛИВІШІ ПРИРОДНІ СУЛЬФАТИ, ЯКІСНА РЕАКЦІЯ НА СУЛЬФАТ-ІОН

Сульфур утворює два кислотні оксиди: оксид сульфуру (ІV) S0₂ і оксид сульфуру(VI) S0₃. Різний кількісний склад молекул (і різна їхня будова) зумовлюють відмінні властивості цих речовин.

Оксид сульфуру(IV) SO₂ (діоксид сульфуру, сірчистий газ) — це безбарвний важкий газ (у 2,2 раза важчий за повітря), з різким запахом, що викликає кашель. Негорючий. Дуже легко розчиняється у воді (в 1 л води при 20 °С Розчиняється 43 л S0₂). Поряд з «фізичним» розчиненням одночасно відбувається хімічна взаємодія невеликої частини молекул оксиду сульфуру(ІV) S0₂ з водою, внаслідок чого утворюється сульфітна кислота:

S0₂ + Н₂0 ⇔ H₂S0₃

Сульфітна   кислота   H₂S0₃ — дуже нетривка сполука. Існує тільки у водних розчинах. За спроб виділити її розкладається на оксид сульфуру(ІV) і воду. Легко поглинає з повітря кисень і повільно окиснюється у сульфатну кислоту:

2H₂S0₃ + 0₂ = 2H₂S0₄

Сульфітна  кислота  H₂S0₃  двохосновна. Належить до кислот середньої сили. У водному розчині дисоціює ступіні часто, в основному за першим ступенем:

I ступінь H₂SO₃ ⇔H⁺ + HSO₃^-

                                                ^{гідросульфіт-іон}

ІІ ступінь HSO₃^- ⇔H⁺ + SO^2-₃

                                               ^{сульфіт-іон}

За другим ступенем дисоціація відбувається незначною мірою.

Як двохосновна сульфітна кислота H₂SO₃ може утворювати два ряди солей: а) середні солі — сульфіти і б) кислі солі — гідросульфіти (продукти неповного заміщення Гідрогену кислоти на метал).

NaOH + SO₂ = NaHSO₃

^{1 моль    1 моль    гідросульфіт натрію}

2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O

^{2 моль       1моль    сульфіт натрію}

Це слід брати до уваги під час виконання дослідів та розвязування задач.

Усі сульфіти — нерозчинні солі, за винятком сульфітів лужних металів і амонію
Добування. Оксид сульфуру (IV) добувають спалюванням сірки, a також як побічний продукт випалювання сульфідних руд  кольорових металів, наприклад:

S + O₂ = SO₂↑

2Pb + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂↑

У лабораторних умовах оксид сульфуру (IV) добувають дією кислот на сульфіти. При цьому замість нетривкої сульфітної кислоти виділяється оксид сульфуру(IV):

Na₂S0₃ + H₂S0₄ = Na₂S0₄ + H₂S0₃

                                             ↓  ↓  
                                         H₂O SO₂↑

Застосування. Найважливіша галузь застосування оксиду сульфуру (IV) S0₂ — це виробництво сульфатної кислоти H₂S0₄. Його використовують також у виробництві сульфітів і гідросульфітів. Сірчистий газ S0₂ здатний знищувати мікроорганізми і шкідників сільськогосподарських культур, тому його використовують для обкурювання овочесховищ і з метою перевезення ягід і фруктів. Сірчистий газ знебарвлює багато природних фарб, тому з його допомогою вибілюють солому, шовк, вовну та інші матеріали. Застосовують його також для консервування фруктів і ягід та як дезінфікувальний засіб (для знищення плісені у підвалах, льохах, винних бочках, бродильних чанах).

Фізіологічна дія. Оксид сульфуру (IV) S0₂ токсичний. Невелика концентрація його у повітрі викликає подразнення слизових оболонок дихальних органів і очей. Тривала дія навіть малих концентрацій оксиду сульфуру (IV) призводить до виникнення у людини бронхіту, гастриту та інших хвороб у тому числі, можливо, й раку легенів. Оксид сульфуру (IV) S0₂ вважається найнебезпечнішим для здоров'я людини, оскільки викликає загальне ослаблення організму і у поєднанні з іншими забрудниками спричинює скорочення середньої тривалості життя.

Вплив на навколишнє середовище. Діоксид сульфуру S0₂ один з основних забрудників повітря, він отруює навколишнє середовище.

Звідки ж береться діоксид сульфуру S0₂ у повітрі?

Природним джерелом S0₂ є окиснення сірководню H₂S атмосферним киснем й озоном:

2H₂S + 30₂ = 2SO₂ + H₂O
H₂S + O₃ = SO₂ + Н₂0

Основними антропогенними джерелами діоксиду сульфуру S0₂ є спалювання палива, виплавляння металів (димові гази), робота автомобільного транспорту (вихлопні гази).

Діоксид сульфуру S0₂, потрапляючи у повітря, викликає утворення «кислотних дощів», шкідливих для усього живого.

Як же утворюються «кислотні дощі»?

В атмосфері діоксид сульфуру S0₂ під впливом незначних кількостей розпорошених металів та їхніх солей (в основному Fe і Мп) окиснюється до триоксиду сульфуру S0₃:

2S0₂ + О₂ ⇔ 2SO₃,

який взаємодіє з краплинами вологи, утворюючи сторонню для повітря речовину — сульфатну кислоту:

SO₃ + H₂O = H₂S0₄

Аналогічним чином роблять свій «внесок» у появу «кислотних дощів» й оксиди нітрогену:

2NO + 0₂ = 2N0₂

2N0₂ + Н₂0 = HN0₃ + HNО₂

Кислотні опади (дощ, град, сніг  тощо) негативно впливають на водні екосистеми, на ріст дерев та сільсько-господарських культур. Вплив кислотних опадів на живі організми, у тому числі на людину, ще недостатньо вивчений. Проте відомо, що в умовах забруднення атмосфери (димовими газами, що утворюються у процесі спалювання палива, або відхідними газами переробки сульфуровмісноі сировини чи викидами металургійних підприємств) не слід ходити під дощем з непокритою головою (це може стати причиною випадання волосся).

Оксид сульфуру (VІ) S0₃ (триоксид сульфуру) — безбарвна рідина, яка за температури, нижчої від 17 °С, кристалізується, перетворюючись на довгі шовковисті кристали. Дуже летка речовина, сильний окисник. Токсичний, уражує слизові оболонки й дихальні шляхи, викликає тяжкі опіки шкіри, енергійно руйнує органічні сполуки. Зберігають його у запаяних скляних посудинах.
У  >)КСид сульфуру(УІ) на повітрі димить, бурхливо взаємо-•   з водою з виділенням великої кількості теплоти, утво¬рюючи сульфатну кислоту:
S03 + Н20 = H2S04
Він може навіть вбирати вологу з повітря, утворюючи білий туман, що складається з найдрібніших краплинок ульфатної кислоти.
Оксид сульфуру(УІ) розчиняється у концентрованій ульфатній кислоті H2S04, і цей розчин називається олеу-
Ф Знаючи,   що   S03 —типовий   кислотний   оксид,   напишіть рівняння реакцій, характерних для нього.
Добувають оксид сульфуру(УІ) у результаті окиснення S02 киснем повітря (напишіть рівняння реакції).
За звичайних умов ця реакція відбувається дуже повіль¬но. Значно швидше і легше вона відбувається за температу¬ри 450—600 °С і за наявності каталізатора оксиду вана-дію(У) V205.
Застосовується оксид сульфуру(УІ) S03 у виробництві сульфатної кислоти H2S04. У лабораторній практиці він використовується як водовбирний засіб.
Завдання для самоконтролю
20.  Схарактеризуйте оксид сульфуру(ІУ). З якою метою він використовується? На яких властивостях ґрунтується його вико¬ристання?
21.  Обчисліть густину за повітрям і масу 1 л сірчистого газу №• У)- Зробіть висновок, чи можна збирати SO? у циліндр витіс¬ненням повітря.
22.  Яка фізіологічна дія оксиду сульфуру(ІУ)?
TneR     ^° Юм ВДомо про сульфітну кислоту? Чому її розчин Реоа оберігати від доступу повітря?
т       • Чому внаслідок пропускання S02 крізь вапняну воду вона го rCa^,° стає каламутною, як і внаслідок пропускання вуглекисло-азУ? Напишіть відповідні рівняння реакцій.

. рівняння  реакції добування  сульфіту  барію розчинних солей.
26.  Який об'єм діоксиду сульфуру (н. у.) можна добути внасу док розкладання під час нагрівання сульфіту магнію масою 650 з масовою часткою домішок 20 %?
27.  Чи вистачить 14 м  кисню для окиснення 30 м3 діоксгі сульфуру за нормальних умов?
28*. Визначте об'ємні частки оксиду сульфуру(ГУ) і кисню суміші (н. у.), якщо з 200 мл її після реакції утворилось 0,438' оксиду сульфуру(УІ).   Візьміть до  увага,   що  S03  прореагуй повністю.

Сульфатна кислота H₂S0₄ (безводна, 100%-ва) — важка безбарвна оліїста рідина. Густина її концентрованого розчину (w(H₂S0₄) = 98%) за звичайних умов 1,84 г/см³. Вона нелетка, запаху не має. Надзвичайно гігроскопічна. Активно вбирає вологу. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Розчинення сульфатної кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти, що може призвести до закипання води і розбризкування кислоти.

Сульфатна кислота — їдка рідина, тому треба остерігатись, щоб вона не потрапила на шкіру й одяг. А якщо це сталося, треба швидко змити її великою кількістю води, після чого нейтралізувати розчином соди і знову змити водою.

Пам'ятайте таке правило:

не можна воду доливати до концентрованої сульфатної кислоти! Для розбавляння кислоту треба доливати до води невеликими порціями.

Хімічні властивості сульфатної кислоти багато в чому залежать від її концентрації. В лабораторіях та промисловості використовують розбавлену і концентровану сульфатну кислоту, хоча такий поділ дещо умовний.

Розбавлена сульфатна кислота виявляє всі хімічні властивості, характерні для кислот.

1. Дисоціація кислоти. Сульфатна кислота двохосновна, належить до сильних кислот. У водних розчинах вона дисоціює на йони за двома ступенями (за першим — практично повністю):

I ступінь Н₂S0₄ ⇔ Н⁺+ НSО^-₄ — гідросульфат-іон
II ступінь НS0_^-4 ⇔ Н⁺ + S0^2-₄ — сульфат-іон

Ось чому в процесі нейтралізації розчинів сульфатної кислоти Н₂S0₄  утворюються два ряди солей: середні солі — сульфати і кислі солі — гідросульфати.

2. Взаємодія з основами. Якщо у пробірку з розбавленою сульфатною кислотою добавити дві-три краплі фіолетового лакмусу, розчин набуває червоного забарвлення (кисле середовище). Потім у цю пробірку доливатимемо краплями розчин гідроксиду натрію доти, доки вміст пробірки набуде фіолетового забарвлення (нейтральне середовище):

2NaОН + Н₂S0₄ = Nа₂SО₄ + 2Н₂0
                        ^{сульфат натрію}

Якщо ж розчину лугу Na0Н не вистачає для нейтралізації усієї кислоти, то сіль, що утворюється, буде кислою:

Na0H + Н₂S0₄ = NаНS0₄ + Н₂0
                      ^{гідросульфат}

                                 ^натрію

Отже, гідросульфати утворюються тоді, коли кислота береться у надлишку.

Більшість сульфатів добре розчиняються у воді. Малорозчинним є сульфат кальцію CaS0₄, ще менше розчиняється сульфат плюмбуму PbS0₄ і практично нерозчинній є сульфат барію BaS0₄ (див. таблицю розчинності).

3. Взаємодія з оксидами металів. Сульфатна кислота реагує з основними та амфотерними оксидами, утворюючі солі, наприклад:

MgO + H₂S0₄ = MgS0₄ + Н₂0      

ZnO + H₂S0₄ = ZnS0₄ + H₂0            

4. Взаємодія з солями. Сульфатна кислота сильна і нелетка, одна з найстійкіших із відомих мінеральних кислот. Вона може вступати в реакцію обміну з солями, утвореними слабкішими або леткими кислотами і навіть сильними кислотами, якщо вони менш стійкі:

Na₂C0₃ + H₂S0₄ = Na₂S0₄ + С0₂↑ + H₂0

2KN0₃ + H₂S0₄ = K₂S0₄ + 2HN0₃↑

2KCl0₄ + H₂S0₄ = K₂S0₄ + 2HCl0₄

BaCl₂ + H₂S0₄ = BaS0₄↓+ 2НСl↑

Останнє рівняння відображує якісну реакцію на кислоту та її солі, бо утворюється нерозчинний у воді сульфат барію BaS0₄.        

Сульфатна кислота може взаємодіяти із своїми солями — сульфатами. При цьому середні солі — сульфати перетворюються на кислі солі гідросульфати:

Na₂SO₄ + H₂S0₄ = 2NaHS0₄

Усі реакції, рівняння яких наведені у пункті 4, є реакціями йонного обміну. Напишіть їх у повній і скороченій йонних формах.

Лабораторна робота 2

Визначення сульфат-іонів у розчині

Налийте у першу пробірку трохи розбавленої сульфатної кислоти, у другу — розчину сульфату натрію, у третю — розчину нітрату натрію. До кожної з пробірок додайте кілька крапель розчину хлориду барію (або нітрату барію). Що спостерігається? До білого осаду, що утворився у двох пробірках (чому?), додайте по кілька крапель розбавленої нітратної кислоти.

Якщо осад не розчиняється, то це — сульфат барію BaS0₄. Він свідчить про те, що в цих пробірках розчини містили йони S0₄^2-.

Напишіть рівняння здійснених реакцій у молекулярній, повній і скороченій йонних формах.

Отже, про наявність у розчині сульфатної кислоти та її солей можна робити висновок на підставі утворення білого осаду BaS0₄, який практично не розчиняється ні у воді, ні в нітратній кислоті.

Таким чином, реактивом на сульфат-іони S0^2-₄ є йони барію Ва²⁺:

Ва²⁺ + SO^2-₄ = BaS0₄↓

5. Взаємодія з металами. Розбавлена сульфатна кислота реагує, наприклад, з магнієм, цинком, залізом з виділенням
водню:

Mg + H₂S0₄ = MgS0₄ + Н₂↑

Zn + H₂S0₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Fe + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂↑

Малоактивні метали (мідь, срібло, золото) з розбавленою сульфатною кислотою не реагують.

Концентрована сульфатна кислота — сильний окисник. Вона може взаємодіяти з малоактивними металами, наприклад з міддю:

 _{0              +6             +2               +4}
Cu + 2H₂S0₄ = CuS0₄ + S0₂↑ + 2Н₂0

 _{0      -              окиснення             +2}
Cu - 2e        ------------------------> Cu

^{Відновник}

_{+6    -        відновлення               +4}
S + 2e     -------------------------> S

^{Окисник}

Зверніть увагу: під час взаємодії концентрованої сульфатної кислоти з малоактивними металами відновлюється не Гідроген кислоти, а Сульфур, тому газоподібний водень Н₂ не виділяється!

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Скачати підручники та книги онлайн, планування з хімії, курси та завдання з хімії для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.