р-Элементы VI группы. Сера

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пензенский государственный технологический университет»

(ПензГТУ)

Факультет биотехнологий

Кафедра «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»

Дисциплина «Общая и неорганическая химия»

Лабораторная работа №6:

р-Элементы VI группы. Сера

Выполнил: студент группы 19ХБ1БП

Оленичева Екатерина

Проверил: доц. Борисков Д.Е.

Работа защищена с оценкой

Пенза, 2020

Введение

Сера является неметаллом, и в реакциях с металлами она является окислителем. Однако при взаимодействии с более сильными окислителями (фтор, кислород, азотная кислота и др.) сера проявляет восстановительные свойства. В соединениях сера находится в степенях окисления -2 (H2S, Na2S, ZnS и др.), +4 (SO2, H2SO3, Na2SO3 и др ) и +6 (SO3, H2SO4, K2SO4 и др.). Соединения серы (II) - восстановители, серы (VI) - окислители, а серы (IV) проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Самое важное соединение серы - серная кислота. Она производится в огромных количествах и применяется в производстве удобрений, в нефтехимии, при получении химических реактивов, для обработки металлов. Серная кислота является окислителем, причем окислительная способность повышается с увеличением её концентрации в растворе. Концентрированная серная кислота окисляет металлы, находящиеся в ряду напряжений до серебра, а также многие неметаллы. Познавательное и практическое значение имеет гидролиз соединений серы - сульфидов, сульфитов и сульфатов, а также изучение растворимости сульфидов в различных растворителях.

Все сульфиды по растворимости подразделяются на четыре группы:

1) растворимые в воде (к ним относятся сульфиды щелочных металлов, сульфиды бария, кальция, стронция и сульфид аммония);

2) нерастворимые в воде, но растворимые в соляной и разбавленной серной кислотах (к ним относятся сульфиды цинка, двухвалентного железа и марганца);

3) нерастворимые в воде, в HCl и в разбавленной H2SO4, но растворимые в кислотах-окислителях (HNO3, концентрированная H2SO4, хлорноватая, селеновая);

4) растворимые в водных растворах сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов и сульфида аммония с образованием сульфосолей.

Большинство сульфидов имеют окраску (например, PbS - черный, CdS - желтый, Sb2O3 - оранжевый и т.д.). Различие в окраске и растворимости сульфидов в различных средах используется в аналитической химии для обнаружения и разделения катионов. По химическим свойствам различают сульфиды основные, кислотные и амфотерные. Различие химических свойств сульфидов проявляется в реакциях гидролиза и при взаимодействии сульфидов разной природы между собой.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Окислительные и восстановительные свойства серы

1. Взаимодействие серы с цинком

Цинк менее активен по сравнению с натрием. Для протекания реакции с серой необходимо нагревание. Смесь порошков серы и цинка поджигаем. Смесь энергично сгорает с образованием сульфида цинка.

2Zn + S = 2ZnO + S

Это окислительно-восстановительная (редокс) реакция:

SIV + 4 e- > (восстановление)

2Z - 4 e- > 2 ZnII (окисление)

S является окислителем, Zn является восстановителем.

2. В результате взаимодействия серы с азотной кислотой (концентрированный раствор) образуются серная кислота и вода, а также выделяется газообразный диоксид азота (оксид азота (IV). Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

S (s) + 2 HNO3 (aq) > H2SO4 (aq) + 2 NO (g)

Оксид азота (IV) представляет собой газ бурого цвета, который при комнатной температуре является смесью мономера NO_2 и его димера N_2O_4, а при температуре выше 135^{0}C -- только мономер NO_2. Хорошо растворяется в холодной воде (насыщенный раствор -- ярко-зеленого цвета), полностью реагирует с ней. Реагирует со щелочами. Очень сильный окислитель. Вызывает коррозию металлов. Весьма реакционноспособна смесь NO_2 и NO.

В пробирку насыпать один микрошпатель порошка серы и добавить 5-6 капель концентрированной азотной кислоты. Смесь нагреть на пламени спиртовки до полного исчезновения серы. Какой газ при этом выделяется? К полученному раствору добавить 1-2 капли раствора хлорида бария. На присутствие какого иона указывает образование белого осадка? Описать опыт и написать уравнение взаимодействия серы с азотной кислотой. Сделать общий вывод о химических свойствах серы.

Вывод: я узнал что серная кислота хорошо растворяется в воде, смешиваясь с ней в любых соотношениях. При этом выделяется большое количество тепла.

Серная кислота способна поглощать пары воды из воздуха. Это её свойство используют в промышленности для осушения газов. Осушают газы, пропуская их через специальные ёмкости с серной кислотой. Конечно же, этот способ можно применять только для тех газов, которые не вступают в реакцию с ней.

Известно, что при попадании серной кислоты на многие органические вещества, особенно углеводы, эти вещества обугливаются. Дело в том, что углеводы, как и вода, содержат и водород, и кислород. Серная кислота отнимает у них эти элементы. Остаётся уголь.

В водном растворе H2SO4 индикаторы лакмус и метиловый оранжевый окрашиваются в красный цвет, что говорит о том, что этот раствор имеет кислый вкус.

Опыт 2. Сероводород и его свойства

Сероводород можно получить действием соляной кислоты на сульфид железа:

FeS + 2HCl = FeC + S.

Он горит тусклым голубым, довольно холодным пламенем:

2S + 3 = 2O + 2S

Если в пламя внести холодную поверхность, сгорание происходит не до конца и на поверхности оседает сера:

2S + = 2O + .

Восстановительные свойства сероводорода.

В результате окисления сероводорода дихроматом калия в кислой среде, создаваемой серной кислотой происходит образование средних солей сульфатов хрома (III) и калия, воды и выделение серы в чистом виде. Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

3H2S + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 > 3 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O

Реакция взаимодействия дихромата калия, сероводорода и воды с образованием гидроксида хрома(III), серы и гидроксида калия.

В результате окисления сероводорода перманганатом калия в кислой среде, создаваемой серной кислотой происходит образование средних солей сульфатов марганца (II) и калия, воды и выделение серы в чистом виде. Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

2KMnO4 (aq) + 5 H2S (g) + 3 H2SO4 (aq) > 5 S (s) + 2 MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8 H2O

3. В отличие от водных растворов сероводорода, в которых наводороживание растет с повышением содержания сероводорода, в моноэтаноламиновых растворах определяющий фактор-концентрация МЭА, а не сероводорода.

При добавлении к водному раствору сероводорода кислоты степень диссоциации S уменьшается (влияние одноименного иона водорода) и концентрация сульфид-иона может понизиться до ничтожно малой величины. Но даже этой незначительной концентрации - в кислом растворе достаточно для осаждения сульфидов катионов четвертой и пятой групп, тогда как осаждение катионов третьей группы в этом случае исключено

H2S = HS-+ H+

HS- = S2-+ H+

K1= 6-ю-8

K2= ю-14

Сероводородная кислота -- довольно слабая кислота.

Опыт 3. Получение сульфидов и изучение их растворимости

1 пробирка:

ZnS(aq) + NS(aq) > NS(aq) + ZnS(s)

Это реакция осаждения: ZnS сформированный осаждаться (преципитатом).

NS - Белые гигроскопичные кристаллы

ZnS - Бело-желтый кристаллический или порошок

2 пробирка:

MnS + NS > NS + MnS

NS - Белые гигроскопичные кристаллы

MnS - Зелёные или красновато-бурые кристаллы

3 пробирка:

Pb(N(aq) + NS (aq) > PbS(s) + 2NaN (aq)

Это реакция осаждения: PbS сформированный осаждаться (преципитатом).

NaN - Белые гигроскопичные кристаллы

4 пробирка:

2SbCl3 + 3Na2S > Sb2S3 + 6NaCl

В результате реакции выпадает оранжевый осадок сульфида сурьмы.

5 пробирка:

NS + BaC ? 2NaCl + BaSv

При добавлении раствора хлорида бария в раствор сульфата натрия, образуется белый осадок сульфата бария

Опыт 4. Окислительные свойства серной кислоты

1. Концентрированная серная кислота H2SO4 жадно поглощает воду и способна даже разрушать молекулы, чтобы «достать» воду из органических соединений. Возьмем сахар - это органическое вещество сахароза. C12H22O11. Молекула сахарозы состоит из атомов углерода, водорода и кислорода. Через несколько секунд начинается бурная реакция, смесь чернеет, затем вспучивается.

Выделяется уголь и газы: сернистый SO2 и углекислый CO2. Кислота ведет себя, как дегидратирующий агент - вещество, отбирающее воду из соединений, и как окислитель.

2С12Н22О11+2H2SO4= 23Сv+CO2^+2SO2^ +24Н2О

2. При нагревании концентрированной серной кислоты с углем образуются два газа, каждый из которых способен давать осадок с известковой водой. Серная кислота в концентрированном виде при нагревании -- довольно сильный окислитель окисляет углерод до оксида углерода(IV). При нагревании серной кислоты с углем образуется оксид углерода(IV), оксид серы(IV) и вода.

C + 2H?SO? = 2H?O + CO?^ + 2SO?^

Оба оксида, и оксид углерода(IV), и оксид серы(IV) с гидроксидом кальция (известковой водой) образуют нерастворимые осадки:

Ca(OH)? +СО? = СаСО?v+ Н?О

Ca(OH)? + SO? = CaSO3v + H?O

Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы

Запишите электронную формулу атома серы, укажите возможные степени окисления.

1s? 2s? 2p? 3s??p?

Для серы характерна отрицательная степень окисления равная (-2), которую она проявляет в сульфидах, гидросульфидах и сульфидокислотах.

Степень окисления (+4) у серы проявляется в её тетрагалогенидах, оксодигалогенидах, диоксиде и отвечающим им анионам.

Степень окисления (+6) сера проявляет в соединениях с наиболее электроотрицательными элементами.

Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства сернистой кислоты и сульфитов. Чем они обусловлены? Напишите хотя бы одно уравнение реакции, подтверждающее эти свойства.

Т.к. сера находится в промежуточной степени окисления +4 то она проявляет окислительно-восстановительную двойственность: может выступать как в роли окислителя с сильными восстановителями например с сероводоородом:

S+2S = 3S+3OS,

и как в роли восстановителя с окислителями, например, с бромом:

S +B + O > 2HBr + S

Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства сероводорода. Предложите реагент, при добавлении которого проявятся указанные свойства. Напишите уравнение реакции, подтверждающее эти свойства.

Сероводород в окислительно-восстановительных реакциях проявляет только восстановительные свойства т.к. сера в данном соединении находится в своей низшей степени окисления минус два (S-2), т.е. сера в данном соединении уже не в состоянии принимать электроны, а может только отдать их.

а) S + 2C > SC + 2HCl

- 4e > | 4 | 1

C + 2e > 2C | 2 | 2

б) 2S + 3 > 2O + 2S^

- 6e > | 6 | 2

+ 4e > 2 | 4 | 3

Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства разбавленной серной кислоты. Каким ионом в составе молекулы кислоты они обусловлены? Напишите уравнение реакции взаимодействия разбавленной серной кислоты с металлическим цинком.

В окислительно-восстановительных реакциях серная кислота проявляет только окислительные свойства, т.к. сера в серной кислоте имеет высшую степень окисления +6.

сера цинк реакция хром

Zn + S=ZnS+

Z + 2 + S = Z + S +

Z + 2 = Z +

Z-2е ? Z--окисление, Zn восстановитель

2 +2e ? --восстановление, в составе серной кислоты окислитель.

Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства концентрированной серной кислоты. Каким ионом в составе молекулы кислоты они обусловлены? Назовите возможные продукты восстановления серы. От чего зависит состав продуктов?

Концентрированная серная кислота - тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха

За счет серы в степени окисления +6 (высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.

Сера в концентрированной серной кислоте - окислитель.

Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении).

Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой. В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:

Рис. 1 - Окислительные свойства серной кислоты

Сера 0 будет окисляться, а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления. Будет выделяться сернистый газ:

2S (конц.) + S > 3S^ + 2O

Размещено на Allbest.ru