Кислород химическая характеристика (стр. 5 из 8)
Оксиды серы
Оксид серы (IV) SО2 - сернистый ангидрид ,бесцветный газ с резким запахом, угнетающе действующий на растения. Молекула SО2 изоэлектронна молекуле озона, имеет угловую форму: валентный угол O- S- O равен 119о. Кратность связи S- O составляет 1.5 .
Диоксид серы получают непосредственным сжиганием серы на воздухе или длительным отжигом сульфидов:
4FeS2 + 11O2→2Fe2O3 + 8SО2
SО2 хорошо растворяется в воде (39.3 объема в 1 объеме Н2О при 20оС, то есть около 10% по массе) с образованием гидратов SО2. nH2O. Раствор имеет кислую реакцию, но в индивидуальном виде H2SO3 не выделена из-за ее термодинамической неустойчивости.
Восстановительные свойства SО2 обусловлены присутствием в его молекуле неподеленной электронной пары. SО2 взаимодействует с окислителями различной силы (свободные галогены, хлорная, бромная и иодная вода; растворы KMnO4,HNO3, H2SeO3 и др.), образуя различные производные S(VI):
I2 + SO2 + 2H2O = 2HI +H2SO4 ,
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4
H2SeO3 + 2SO2 + H2O
Se 
+ 2H2SO4 .SO2 + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO2
Важнейший процесс для химической промышленности и экологии - окисление SO2кислородом до SO3 :
SO2+1/2O2
SO3,в технике осуществляется при повышенной температуре с использованием катализатора :
V2O5+ К2O.
При отсутствии воды выше 210оС диоксид серы реагирует с NO2 с образованием нитрозилдисерной кислоты (NO)2S2O7:
2NO2
2NO + О2 ,2SO2 + О2
2SO3,2SO3 + NO2 + NO
(NO)2S2O7.В присутствии следов воды на стенках колбы обнаруживаются Н2SO4 и NOНSO4:
3NO2 + 2SO2 + H2O
2NOHSO4 + NO .Нитрозилсерная кислота разлагается :
2NOHSO4 + Н2О
2H2SO4 + NO + NO2.Ранее этот процесс использовался для получения серной кислоты.
При взаимодействии с более слабыми окислителями SО2 может окисляться до других степеней окисления. Например, при пропускании SО2 через взвесь MnO2 в воде образуется дитионат MnS2O6, производное серы(V).
2SO2 + MnO2 → MnS2O6 ,
Окислительные свойства SО2 проявляются при взаимодействии с сильными восстановителями, например, H2S :
2 H2S(г) + SО2(г) =3S
+ 2H2O(г).С этим процессом связано образование свободной серы при вулканических процессах.
SO2 диспропорционирует в щелочном растворе с образованием сульфатов и сульфидов:
4SO2 + 8KOH → 3K2SO4 + K2S + 4H2O
Взвесь пыли металлического цинка в воде восстанавливает SO2 до производных серы (III) - дитионитов и дитионистой кислоты:
Zn + 2SO2 = ZnS2O4 или 2NaHSO3 + SO2 + Zn =
ZnSO3 + Na2S2O4 + H2O.Наличие неподеленной электронной пары в молекуле SO2 обусловливает не только восстановительные, но и комплексообразующие свойства, в частности, образование гидратов.
Молекула SO2 служит нейтральным лигандом в многочисленных комплексах с переходными металлами, например: [RuCl(NH3)4(SO2)]Cl.
Их образование протекает по донорно-акцепторному механизму, при этом молекула SO2 может присоединяться (координироваться) к атому металла через атом серы или атом кислорода и действовать как концевой (однодентатный) или мостиковый (бидентатный) лиганды.
Оксид серы (VI) – черный триоксид : SО3 производится каталитическим (V2O5, Pt, NO) окислением SO2 при 500оС для получения H2SO4. Он выделяется также при термическом распаде сульфатов металлов:
PbSO4 ←→ PbO + SO3
или дисульфатов:
BaS2O7 ←→ BaSO4 + SO3
При этом SО3 частично диссоциирует на SО2 и О2. В лаборатории чистый SО3 получают пропусканием его над P2O5. Образующийся продукт присоединения (аддукт) P2O5. SО3 при нагревании выделяет чистый SО3.
Кристаллический триоксид SО3 плавится при 16оС. Мономерная газообразная молекула SО3 имеет форму симметричного плоского треугольника с длиной связи S- O1.43˚A и не обладает дипольным моментом. Они связаны общими вершинами в циклические тримеры S3О9, напоминающие циклические метаполифосфаты и силикаты, или бесконечные спиральные цепи.
SО3 - одно из самых реакционноспособных соединений. Проявляет окислительные свойства. Серой и углеродом SО3 восстанавливается до SO2:
2SO3 + C
2SO2 + CO2.Выше 500оС SО3 восстанавливается моноксидом СО:
SО3 + СО
SO2 + СО2 .Особенности взаимодействия SО3 с галогеноводородами связаны с ростом восстановительных свойств в ряду HCl- HBr- HI. Окислительные свойства SО3 усиливаются с повышением температуры. При нагревании SО3 реагирует с газообразным HCl, образуя хлорсерную кислоту HSO3Cl. При дальнейшем повышении температуры HCl восстанавливает SО3 до SO2 с одновременным выделением Cl2. При взаимодействии с HBr триоксид серы уже при 0оС восстанавливается до SO2:
2SO3+2HBr
SO2+Br2+Н2SO4.В жидком HI при -51оС немедленно выделяется I2, а SO3 восстанавливается до Н2 S.
Взаимодействие SО3 с газообразным Н2S протекает с образованием SO2, Н2О, S. Но при ~ - 78оС получается твердый аддукт SO3. Н2S - изомер тиосерной кислоты. При проведении этой реакции в сухом эфире образуется свободная тиосерная кислота:
SО3 действует как сильнейшая кислота Льюиса, образуя с оксидами металлов соответствующие сульфаты:
Fe2O3 + 3SO3
Fe2(SO4)3 .и проявляет все свойства кислотных оксидов .
Серная кислота.
H2SO4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3:H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1, — раствор SO3 в серной кислоте.
Физические и химические свойства. Чистая 100 %-ная серная кислота (моногидрат) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, застывающую в кристаллическую массу при +10 °С. Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см3 и содержит около 95 % H2SO4. Затвердевает она лишь ниже -20 °С.
Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С).
В промышленности серную кислоту получают контактным( гетерогенный) и нитрозным ( гомогенный процесс) методами.
Химизм обоих методов одинаков и идет в несколько стадий:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
с той лишь разницей, что в контактном методе используется гетерогенный катализатор – V2O5 – для окисления SO2 в SO3 , а в нитрозном – катализатором служит газ –NO:
NO +1∕2 O2 → NO2
SO2 + NO2 → SO3 + NO
SO3 + H2O → H2SO4
H2SO4 - сильная двухосновная кислота.
H2SO4 « H+ + HSO4- « 2H+ + SO42-
Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации, константа диссоциации второй ступени равна к2 = 10-2.
Серная кислота проявляет все свойства характерные кислотам – взаимодействует с металлами, оксидами, основаниями: