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.
Оксид сульфуру (VІ) на повітрі димить, бурхливо взаємодіє з водою з виділенням великої кількості теплоти, утворюючи сульфатну кислоту:

S0₃ + Н₂0 = H₂S0₄

Він може навіть вбирати вологу з повітря, утворюючи білий туман, що складається з найдрібніших краплинок сульфатної кислоти.

Оксид сульфуру(VI) розчиняється у концентрованій cульфатній кислоті H₂S0₄, і цей розчин називається олеумом.

Знаючи, що   S0₃ — типовий кислотний оксид, напишіть рівняння реакцій, характерних для нього.

Добувають оксид сульфуру(VI) у результаті окиснення S0₂ киснем повітря (напишіть рівняння реакції).

За звичайних умов ця реакція відбувається дуже повільно. Значно швидше і легше вона відбувається за температури 450—600 °С і за наявності каталізатора оксиду ванадію(V) V₂0₅.

Застосовується оксид сульфуру(VI) S0₃ у виробництві сульфатної кислоти H₂S0₄. У лабораторній практиці він використовується як водовбирний засіб.

НІТРОГЕН З ОКСИГЕНОМ утворює п'ять оксидів, в яких він виявляє ступінь окиснення від +1 до +5:

_{+1       +2        +3      +4      +5}
N₂0, NO, N₂0₃, N0₂, N₂O₅      

Різний кількісний склад оксидів нітрогену (і різна їхня будова) зумовлює відмінність їхніх властивостей.

Усі оксиди нітрогену дуже отруйні, за винятком N₂0.

Серед них розглянемо оксид нітрогену (ІІ) NO та оксид нітрогену (IV) N0₂.

Оксид нітрогену (ІІ) NO — безбарвний газ, без запаху, у воді не розчиняється. Належить до несолетвірних оксидів. На  повітрі легко окиснюється, перетворюючись на бурий газ — діоксид нітрогену, або оксид нїтрогену (IV) N0₂:

2NO + 0₂ = 2N0₂

Оксид нітрогену (IV) N02 — бурий газ  із характерним апахом. Належить до солетвірних (кислотних) оксидів. Добре розчиняється у воді, бо реагує з нею, утворюючи суміш двох кислот — нітратної і нітритної:

2N0₂ + Н₂0 = HN0₃ + HN0₂

За наявності надлишку кисню у воді утворюється тільки нітратна кислота:

4N0₂ + 2Н₂0 + 0₂ = 4HN0₃

Бурий газ N0₂ отруйний, подразнює слизові оболонки очей і дихальних шляхів. Він є шкідливим відходом хімічного виробництва. У вигляді «лисячого хвоста» бурий газ викидається в атмосферу заводами, що виробляють нітратну кислоту, і є шкідливим для всього живого.

Тепер знайдено ряд хімічних способів боротьби з «лисячими хвостами» й захисту навколишнього середовища. Наприклад, оксид нітрогену(IV), що міститься у відхідних газах, розкладається за допомогою каталізатора (паладований оксид алюмінію) на азот і кисень:

          _{АІ2О3, Pd}

2N0₂ -------> N₂ + 20₂

Такий спосіб боротьби із забрудненням атмосфери застосовують нині на багатьох сучасних підприємствах.

Оксид   нітрогену (І) N₂0 — безбарвний   газ   із   приємним   запахом, залежить до несолетвірних оксидів. Під назвою «веселильний газ» N₂0 у суміші з киснем використовується в медицині для наркозу. Не отруйний. Оксид нітрогену(ІІІ) N₂0₃ — нестійка темно-синя рідина за низьких теператур, солетвірний (кислотний) оксид, розчиняючись у воді, утворює нітритну кислоту:

N₂О₃ + Н₂О = 2HN0₂

Нітритна кислота є слабкою одноосновною кислотою. Її солі — нітри-(наприклад, NaN0₂ — нітрит натрію) отруйні.

Оксид нітрогену(V) N₂0₅ — білі кристали, також солетвірний (киcлотний) оксид, реагує з водою, утворюючи нітратну кислоту:

N₂0₅ + H₂О = 2HN0₃

Нітратна кислота являє собою сильну одноосновну кислоту. Її солі — нітрати (наприклад, NaN0₃ — нітрат натрію) також отруйні.

З оксидів фосфору (Р₂0₅ і Р₂0₃) найбільше значення має оксид фосфору(V).

Оксид фосфору (V) Р₂0₅ — білий дрібнокристалічний порошок, дуже гігроскопічний, тому застосовується для осушування газів. Типовий кислотний оксид. Енергійно реагує з водою, утворюючи різні фосфатні кислоти, залежно від співвідношення і температури води:

Р₂0₅   +   Н₂0   =   2НР0₃
                  ^{холодна     метафосфатна кислота}

Р₂0₅   +   ЗН₂0   =  2Н₃Р0₄
                    ^{гаряча       ортофосфатна
                                      кислота}

HPO₃ — найпростіша формула, якою умовно виражають склад метафосфатних кислот — із загальною формулою (НР0₃)_n. У даному разі під час взаємодії оксиду фосфору (V) з холодною водою утворюється тетраме-тафосфатна кислота:

2Р₂0₅ + 2Н₂0 = (НР0₃)₄

• Оксид фосфору(V) і оксид нітрогену(V) — типові кислотні оксиди. Напишіть рівняння їх взаємодії з типовими основними оксидами і лугами.

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!

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Схарактеризуйте оксид сульфуру(ІV). З якою метою він використовується? На яких властивостях ґрунтується його використання?
2. Обчисліть густину за повітрям і масу 1 л сірчистого газу (н.у.). Зробіть висновок, чи можна збирати SO₂ у циліндр витісненням повітря.
3. Яка фізіологічна дія оксиду сульфуру(IV)?
4. Що вам відомо про сульфітну кислоту? Чому її розчин треба оберігати від доступу повітря?
5. Чому внаслідок пропускання S0₂ крізь вапняну воду вона так само стає каламутною, як і внаслідок пропускання вуглекисло газу? Напишіть відповідні рівняння реакцій.
6. Наведіть рівняння реакції добування сульфіту барію розчинних солей.
7. Який об'єм діоксиду сульфуру (н. у.) можна добути внаслідок розкладання під час нагрівання сульфіту магнію масою 650кг з масовою часткою домішок 20 %?
8. Чи вистачить 14 м³ кисню для окиснення 30 м³ діоксиду сульфуру за нормальних умов?
9. Визначте об'ємні частки оксиду сульфуру(IV) і кисню суміші (н. у.), якщо з 200 мл її після реакції утворилось 0,438г оксиду сульфуру(VI). Візьміть до уваги, що S0₂ прореагував повністю.

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.