При взаимодействии серы с металлами образуются

Обновлено: 28.09.2024

Серная кислота H₂SO₄ – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.

Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Способы получения

1. Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS₂.

Основные стадии получения серной кислоты :

• Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
• Очистка полученного газа от примесей.
• Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
• Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO₃):

• температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO₃ является температура 400-500 о С. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V₂O₅.
• давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.

Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H₂SO₄·nSO₃.

Общие научные принципы химического производства:

1. Непрерывность.
2. Противоток
3. Катализ
4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
5. Теплообмен
6. Рациональное использование сырья

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота .

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO₄ – ⇄ H + + SO₄ 2–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например , серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Или с силикатом натрия:

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например , хлорида натрия:

4. Т акже серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем . При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO₂. С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н₂S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2NaCl

Видеоопыт взаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например , концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

При взаимодействии серы с металлами образуются

Сера - элемент VIa группы 3 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к группе халькогенов - элементов VIa группы.

Сера - S - простое вещество имеет светло-желтый цвет. Использовалась еще до нашей эры в составе священных курений при религиозных обрядах.

Основное и возбужденное состояние атома серы

Электроны s- и p-подуровня способны распариваться и переходить на d-подуровень. Как и всегда, количество валентных электронов отражает количество возможных связей у атома.

В разных электронных конфигурациях сера способна принимать валентности: II, IV и VI.

Природные соединения

• FeS₂ - пирит, колчедан
• ZnS - цинковая обманка
• PbS - свинцовый блеск (галенит), Sb₂S₃ - сурьмяный блеск, Bi₂S₃ - висмутовый блеск
• HgS - киноварь
• CuFeS₂ - халькопирит
• Cu₂S - халькозин
• CuS - ковеллин
• BaSO₄ - барит, тяжелый шпат
• CaSO₄ - гипс

В местах вулканической активности встречаются залежи самородной серы.

В промышленности серу получают из природного газа, который содержит газообразные соединения серы: H₂S, SO₂.

Серу можно получить разложением пирита

В лабораторных условиях серу можно получить слив растворы двух кислот: серной и сероводородной.

Реакции с неметаллами

На воздухе сера окисляется, образуя сернистый газ - SO₂. Реагирует со многими неметаллами, без нагревания - только со фтором.

При нагревании сера бурно взаимодействует со многими металлами с образованием сульфидов.

При взаимодействии с концентрированными кислотами (при длительном нагревании) сера окисляется до сернистого газа или серной кислоты.

Сера вступает в реакции диспропорционирования с щелочами.

Сера вступает в реакции с солями. Например, в кипящем водном растворе сера может реагировать с сульфитами с образованием тиосульфатов.

Сероводород - H₂S

Бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Огнеопасен. Используется в химической промышленности и в лечебных целях (сероводородные ванны).

Сероводород получают в результате реакции сульфида алюминия с водой, а также взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами.

Сероводород плохо диссоциирует в воде, является слабой кислотой. Реагирует с основными оксидами, основаниями с образованием средних и кислых солей (зависит от соотношения основания и кислоты).

KOH + H₂S = KHS + H₂O (гидросульфид калия, избыток кислоты)

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Сероводород - сильный восстановитель (сера в минимальной степени окисления S 2- ). Горит в кислороде синим пламенем, реагирует с кислотами.

Качественной реакцией на сероводород является реакция с солями свинца, в ходе которой образуется сульфид свинца.

Оксид серы - SO₂

Сернистый газ - SO₂ - при нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички).

В промышленных условиях сернистый газ получают обжигом пирита.

В лаборатории SO₂ получают реакцией сильных кислот на сульфиты. В ходе подобных реакций образуется сернистая кислота, распадающаяся на сернистый газ и воду.

Сернистый газ получается также в ходе реакций малоактивных металлов с серной кислотой.

С основными оксидами, основаниями образует соли сернистой кислоты - сульфиты.

Химически сернистый газ очень активен. Его восстановительные свойства продемонстрированы в реакциях ниже.

В присутствии сильных восстановителей SO₂ способен проявлять окислительные свойства (понижать степень окисления).

Сернистая кислота

Слабая, нестойкая двухосновная кислота. Существует лишь в разбавленных растворах.

Диссоциирует в водном растворе ступенчато.

В реакциях с основными оксидами, основаниями образует соли - сульфиты и гидросульфиты.

H₂SO₃ + KOH = H₂O + KHSO₃ (соотношение кислота - основание, 1:1)

С сильными восстановителями сернистая кислота принимает роль окислителя.

Как и сернистый газ, сернистая кислота и ее соли обладают выраженными восстановительными свойствами.

Оксид серы VI - SO₃

Является высшим оксидом серы. Бесцветная летучая жидкость с удушающим запахом. Ядовит.

В промышленности данный оксид получают, окисляя SO₂ кислородом при нагревании и присутствии катализатора (оксид ванадия - Pr, V₂O₅).

В лабораторных условиях разложением солей серной кислоты - сульфатов.

Является кислотным оксидом, соответствует серной кислоте. При реакции с основными оксидами и основаниями образует ее соли - сульфаты и гидросульфаты. Реагирует с водой с образованием серной кислоты.

SO₃ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O (основание в избытке - средняя соль)

SO₃ + KOH = KHSO₄ + H₂O (кислотный оксид в избытке - кислая соль)

SO₃ - сильный окислитель. Чаще всего восстанавливается до SO₂.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Серная кислота

Серная кислота - сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.

Замечу, что существует олеум - раствор SO₃ в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.

Получение

Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении образовавшегося SO₂ до SO₃ и последующим взаимодействием с водой.

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:

В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:

Химические свойства

В водном растворе диссоциирует ступенчато.

Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли - сульфаты.

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 - кислая соль)

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O (сульфат калия, соотношение 2:1 - средняя соль)

С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие другие кислоты, способна растворять осадки.

Серная кислота окисляет неметаллы - серу и углерод - соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.

Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl. Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после - не реагируют с ней.

Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления. Они окисляются до +2.

Cu + H₂SO_4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)

Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами выделяется H₂S, с металлами средней активности - S, с малоактивными металлами - SO₂.

Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании данных металлов реакция идет.

Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3. В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.

Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц - речь идет об H₂S, если же написано, что выделилось простое вещество - речь о сере (S).

Реакции, взаимодействие серы. Уравнения реакции серы с веществами

Реакции, взаимодействие серы. Уравнения реакции серы с веществами.

Сера реагирует, взаимодействует с неметаллами, металлами, полуметаллами, оксидами, кислотами, солями и пр. веществами.

Реакции, взаимодействие серы с неметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия серы и водорода:

Реакция взаимодействия водорода и серы происходит с образованием сероводорода.

2. Реакция взаимодействия серы и кислорода:

Реакция взаимодействия серы и кислорода происходит с образованием оксида серы (IV). Образуется также примесь оксид серы (VI) SO₃. Данная реакция представляет собой сгорание серы на воздухе.

3. Реакция взаимодействия серы и фтора:

Реакция взаимодействия серы и фтора происходит с образованием фторида серы (VI). Реакция протекает при комнатной температуре.

4. Реакция взаимодействия серы и красного фосфора:

Реакция взаимодействия красного фосфора и серы происходит с образованием нонасульфида тетрафосфора. Реакция протекает при избыточном давлении. Образуется также примесь P₄S₇.

Реакции, взаимодействие серы с металлами и полуметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия серы и кальция:

Ca + S → CaS (t = 150 °C).

Реакция взаимодействия кальция и серы происходит с образованием сульфида кальция.

2. Реакция взаимодействия серы и кобальта:

Co + S → CoS (t ≈ 650 °C).

Реакция взаимодействия кобальта и серы происходит с образованием сульфида кобальта. В результате реакции также образуются CoS₂, Co₃S₄, Co₉S₈.

3. Реакция взаимодействия серы и калия:

2K + S → K₂S (t = 100-200 °C).

Реакция взаимодействия калия и серы происходит с образованием сульфида калия.

4. Реакция взаимодействия серы и лития:

2Li + S → Li₂S (t > 130 °C).

Реакция взаимодействия лития и серы происходит с образованием сульфида лития.

5. Реакция взаимодействия серы и натрия:

2Na + S → Na₂S (t > 130 °C).

Реакция взаимодействия натрия и серы происходит с образованием сульфида натрия.

6. Реакция взаимодействия серы и рубидия:

2Rb + S → Rb₂S (t = 100-130 °C).

Реакция взаимодействия рубидия и серы происходит с образованием сульфида рубидия.

7. Реакция взаимодействия серы и серебра:

2Ag + S → Ag₂S (t > 200°C).

Реакция взаимодействия серебра и серы происходит с образованием сульфида серебра .

8. Реакция взаимодействия серы и меди:

2Cu + S → Cu₂S (t = 300-400 °C).

Реакция взаимодействия меди и серы происходит с образованием сульфида меди .

9. Реакция взаимодействия серы и железа:

Fe + S → FeS (t = 600-950°C).

Реакция взаимодействия железа и серы происходит с образованием сульфида железа.

10. Реакция взаимодействия серы и цинка:

Zn + S → ZnS (t = 130 °C).

Реакция взаимодействия цинка и серы происходит с образованием сульфида цинка .

11. Реакция взаимодействия серы и таллия:

2Tl + S → Tl₂S (t = 320 °C).

Реакция взаимодействия таллия и серы происходит с образованием сульфида таллия. Реакция протекает в атмосфере водорода.

Реакции, взаимодействие серы с оксидами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия серы и оксида углерода (II):

CO + S → COS (t ≈ 350 °C).

Реакция взаимодействия оксида углерода (II) и серы происходит с образованием оксосульфида углерода . Катализатором может выступать углерод .

Реакции, взаимодействие серы с солями. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия серы и сульфита натрия:

Реакция взаимодействия сульфита натрия и серы происходит с образованием тиосульфата натрия. Реакция происходит в кипящем водном растворе.

2. Реакция взаимодействия серы и сульфида калия:

Реакция взаимодействия сульфида калия и серы происходит с образованием дисульфида калия.

3. Реакция взаимодействия серы и трисульфида гадолиния:

Реакция взаимодействия трисульфида гадолиния с серой происходит с образованием сульфида гадолиния.

4. Реакция взаимодействия серы и сульфида таллия (I):

Реакция взаимодействия сульфида таллия (I) и серы происходит с образованием трисульфида таллия (I).

5. Реакция взаимодействия серы и сульфида бора (III):

Реакция взаимодействия сульфида бора (III) с серой происходит c образованием сульфида бора (V).

6. Реакция взаимодействия серы и трисульфида диванадия:

Реакция взаимодействия трисульфида диванадия с парами серы происходит с образованием сульфида ванадия.

Реакции, взаимодействие серы с кислотами. Уравнения реакции:

С концентрированными кислотами-окислителями сера реагирует только при длительном нагревании.

Реакции, взаимодействие серы с водородсодержащими соединениями. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия серы и гидрида рубидия:

2RbH + S → Rb₂S + H₂S (t = 300-350 °C).

Реакция взаимодействия гидрида рубидия и серы происходит с образованием сульфида рубидия и сероводорода.

2. Реакция взаимодействия серы и йодоводорода:

Реакция взаимодействия йодоводорода и серы происходит с образованием йода и сероводорода.

3. Реакция взаимодействия серы и селеноводорода:

Реакция взаимодействия селеноводорода и серы происходит с образованием селена и сероводорода. В ходе реакции используется насыщенный раствор селеноводорода. Реакция медленно протекает при комнатной температуре.

4. Реакция взаимодействия серы и гидрида натрия:

2NaH + 2S → Na₂S + H₂S (t = 350-400 °C).

Реакция взаимодействия гидрида натрия и серы происходит с образованием сульфида натрия и сероводорода.

5. Реакция взаимодействия серы и гидрида лития:

2LiH + 2S → Li₂S + H₂S (t = 300-350 °C).

Реакция взаимодействия гидрида лития и серы происходит с образованием сульфида лития и сероводорода.

6. Реакция взаимодействия серы и гидрида калия:

Реакция взаимодействия гидрида калия и серы происходит с образованием сульфида калия и сероводорода.

Реакции, связанные с изменением молекулярного состава серы:

1. Реакция изменения молекулярного состава серы:

Реакция происходит при нагревании.

Мировая экономика

Справочники

Востребованные технологии

• Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (107 230)
• Экономика Второй индустриализации России (103 677)
• Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (30 322)
• Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (30 315)
• Метан, получение, свойства, химические реакции (27 118)
• Крахмал, свойства, получение и применение (26 852)
• Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (25 775)
• Целлюлоза, свойства, получение и применение (25 475)
• Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (24 213)
• Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (24 138)

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Сульфиды

Соли, образованные атомами металла и серы, называются сульфидами. Сера также образует сульфиды с некоторыми неметаллами – бором, кремнием, фосфором, мышьяком. Также могут рассматриваться как соли сероводорода.

Строение

Сернистый водород (H₂S) считается двуокисной кислотой, от которой происходит два ряда сульфидов:

• гидросульфиды или кислые сульфиды – в сероводороде замещается только один атом водорода;
• нормальные сульфиды – в сероводороде замещены все атомы водорода.

Ряды сульфидов отличаются строением. Общие формулы сульфидов:

Сульфиды сочетают кристаллическое строение серы с металлической решёткой металлов. Атомы серы в сульфидах создают ионно-ковалентно-металлические химические связи. При этом размер атома серы во много раз больше атомов металлов. Это придаёт связи неустойчивость и объясняет активность соединений.

Рис. 1. Строение сульфидов.

Гидросульфиды и сульфиды щелочных металлов хорошо растворяются в воде.

Получение

Сульфиды получают при непосредственном взаимодействии металла и серы. Реакция с активными металлами (щелочными и щелочноземельными) протекает при обычных условиях. С остальными металлами сера реагирует только при нагревании. С золотом и платиной сера не реагирует.

Примеры реакций с металлами:

• Hg + S → HgS;
• 2Na + S → Na₂S;
• Cu + S → CuS;
• Zn + S → ZnS.

Растворимые в воде сульфиды образуются в результате взаимодействия сероводорода и щелочей:

Нерастворимые сульфиды получаются в результате обменных реакций:

Большое количество сульфидов находится в природе. К ним относятся пирит FeS₂, сфалерит ZnS, молибденит MoS₂.

Рис. 2. Пирит.

Свойства

Физические и химические свойства сульфидов зависят от входящих в состав металлов. Большинство сульфидов – хрупкие непрозрачные вещества с металлическим блеском. Бывают жёлтого, чёрного, серого, красного, синего цвета. Сульфиды электропроводны и имеют высокую плотность. Большинство солей токсично.

Рис. 3. Примеры цветов сульфидов.

Химические свойства сульфидов представлены в таблице.

Реакция

Описание

Уравнение

Реагируют только растворимые сульфиды

Реагируют сульфиды металлов, стоящих левее железа (включительно). Нерастворимые сульфиды реагируют с концентрированной азотной кислотой

Сульфиды применяются в промышленной химии в качестве сырья для выделения металлов, а также для производства лекарств, красок, удобрений.

Что мы узнали?

Сульфиды – соли серы с металлами и некоторыми неметаллами. Рассматриваются как соли сернистого водорода (сероводорода). В зависимости от количества замещаемых атомов водорода выделяют гидросульфиды (MHS) и нормальные сульфиды (M₂S). Соли серы получают при непосредственном взаимодействии серы с металлами, кислотами, а также в результате обменных реакций. Сульфиды взаимодействуют с водой и кислотами.

Читайте также:

  
• Металлические дюбеля для кирпича
  
• Лазерная трубка для резки металла
  
• Электропроводность металлов и неметаллов
  
• Грунтовка по металлу гост
  
• Металлические двери металлические k