Какие свойства проявляет сероводород в реакциях
СЕРОВОДОРОД
Физические свойства
Газ, бесцветный, с запахом тухлых яиц, ядовит,
растворим в воде (в 1V
H2O растворяется 3V H2S при н.у.); t°пл. = -86°C; t°кип. = -60°С.
Влияние сероводорода на организм:
Сероводород не толькоскверно
пахнет, он еще и чрезвычайно ядовит. При вдыхании этого газа в большом
количестве быстро наступает паралич дыхательных нервов, и тогда человек
перестает ощущать запах – в этом и заключается смертельная опасность
сероводорода.
Насчитывается
множество случаев отравления вредным газом, когда пострадавшими были
рабочие, на ремонте трубопроводов. Этот газ тяжелее, поэтому он
накапливается в ямах, колодцах, откуда быстро выбраться не так-то
просто.
Получение
1)
H2
+ S
→ H2S↑ (при t)
2)
FeS
+ 2HCl
→ FeCl2
+ H2S↑
Химические свойства
1) Раствор H2S в воде – слабая двухосновная кислота.
Диссоциация происходит в две ступени:
H2S → H+
+ HS-
(первая ступень, образуется гидросульфид — ион)
HS- → 2H+ + S2-
(вторая ступень)
Сероводородная
кислота образует два ряда солей — средние (сульфиды) и кислые (гидросульфиды):
Na2S – сульфид натрия;
CaS
– сульфид кальция;
NaHS
– гидросульфид натрия;
Ca(HS)2 – гидросульфид
кальция.
2)
Взаимодействует с основаниями:
H2S + 2NaOH(избыток) → Na2S + 2H2O
H2S (избыток) + NaOH → NaНS + H2O
3) H2S проявляет очень сильные
восстановительные свойства:
H2S-2
+ Br2 → S0 + 2HBr
H2S-2
+ 2FeCl3 → 2FeCl2 + S0 + 2HCl
H2S-2
+ 4Cl2 + 4H2O →
H2S+6O4 + 8HCl
3H2S-2
+ 8HNO3(конц) → 3H2S+6O4
+ 8NO + 4H2O
H2S-2
+ H2S+6O4(конц) → S0 + S+4O2 +
2H2O
(при нагревании реакция идет по — иному:
H2S-2 + 3H2S+6O4(конц)
→ 4S+4O2 + 4H2O
4) Сероводород
окисляется:
при
недостатке O2
2H2S-2 +
O2
→ 2S0
+
2H2O
при избытке O2
2H2S-2
+ 3O2 → 2S+4O2 + 2H2O
5) Серебро при контакте с сероводородом
чернеет:
4Ag
+ 2H2S + O2
→ 2Ag2S↓ + 2H2O
Потемневшим
предметам можно вернуть блеск. Для этого в эмалированной посуде их кипятят с
раствором соды и алюминиевой фольгой. Алюминий восстанавливает серебро до
металла, а раствор соды удерживает ионы серы.
6) Качественная реакция на сероводород и
растворимые сульфиды — образование темно-коричневого (почти черного) осадка PbS:
H2S +
Pb(NO3)2 → PbS↓ + 2HNO3
Na2S
+ Pb(NO3)2 → PbS↓ + 2NaNO3
Pb2+
+
S2-
→
PbS↓
Загрязнение атмосферы вызывает почернение
поверхности картин, написанных масляными красками, в состав которых входят
свинцовые белила. Одной
из основных причин потемнения художественных картин старых мастеров было
использование свинцовых белил, которые за несколько веков, взаимодействуя со
следами сероводорода в воздухе (образуются в небольших количествах при гниении
белков; в атмосфере промышленных регионов и др.) превращаются в PbS. Свинцовые белила – это пигмент, представляющий
собой карбонат свинца (II).
Он реагирует с сероводородом, содержащимся в загрязнённой атмосфере, образуя
сульфид свинца (II),
соединение чёрного цвета:
PbCO3 + H2S = PbS↓ + CO2 + H2O
При обработке сульфида свинца (II) пероксидом водорода происходит реакция:
PbS +
4H2O2 = PbSO4 + 4H2O,
при этом образуется сульфат свинца (II), соединение белого цвета.
Таким образом реставрируют почерневшие
масляные картины.
7) Реставрация:
PbS
+ 4H2O2
→ PbSO4(белый)
+ 4H2O
Сульфиды
Получение сульфидов
1) Многие сульфиды получают нагреванием
металла с серой:
Hg
+ S
→
HgS
2) Растворимые
сульфиды получают действием сероводорода на щелочи:
H2S + 2KOH →
K2S + 2H2O
3) Нерастворимые
сульфиды получают обменными реакциями:
CdCl2
+ Na2S → 2NaCl + CdS↓
Pb(NO3)2
+ Na2S → 2NaNO3 + PbS↓
ZnSO4
+ Na2S → Na2SO4 + ZnS↓
MnSO4
+ Na2S → Na2SO4 + MnS↓
2SbCl3
+ 3Na2S → 6NaCl + Sb2S3↓
SnCl2
+ Na2S → 2NaCl + SnS↓
Химические свойства сульфидов
1) Растворимые
сульфиды сильно гидролизованы, вследствие чего их водные растворы имеют
щелочную реакцию:
K2S +
H2O → KHS + KOH
S2- +
H2O → HS- + OH-
2) Сульфиды
металлов, стоящих в ряду напряжений левее железа (включительно), растворимы в
сильных кислотах:
ZnS + H2SO4
→ ZnSO4 + H2S
3)
Нерастворимые сульфиды можно перевести в растворимое состояние действием
концентрированной HNO3:
FeS2
+ 8HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4
+ 5NO + 2H2O
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
Задание №1
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Cu →CuS →H2S →SO2
Задание №2
Составьте
уравнения окислительно-восстановительных реакций полного и неполного
сгорания сероводорода. Расставьте коэффициенты методом электронного
баланса, укажите окислитель и восстановитель для каждой реакции, а так
же процессы окисления и восстановления.
Задание №3
Запишите
уравнение химической реакции сероводорода с раствором нитрата свинца
(II) в молекулярном, полном и кратком ионном виде. Отметьте признаки
этой реакции, является ли реакция обратимой?
Задание №4
Сероводород пропустили через 18%-ый раствор сульфата меди (II) массой
200 г. Вычислите массу осадка, выпавшего в результате этой реакции.
Задание №5
Определите объём сероводорода (н.у.), образовавшегося при взаимодействии
соляной кислоты с 25% — ым раствором сульфида железа (II) массой 2 кг?
Задание 372
Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.
Решение:
Поскольку в Н2S атом серы находится в своей низшей степени окисления -2, то сероводород всегда будет являться восстановителем во всех окислительно-восстановительных реакциях. На воздухе он горит, окисляясь до SO2, в растворах медленно окисляется кислородом воздуха до свободной серы. С галогенами сероводород окисляется до свободной серы, со многими другими окислителями образуется свободная сера или сульфат-ион.
Уравнения реакций взаимодействия сероводорода с хлором и кислородом:
а) реакция сероводорода с хлором:
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Cl20 + S2- = S6+ + 2Cl-
Молекулярное уравнение реакции:
H2S+ Cl2 = S↓ + 2HCl
б) реакция сероводорода с кислородом:
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
3О20 + 2S2- = 2S4+ + 2О2-
Молекулярное уравнение реакции:
2H2S + 3О2 = 2SО2 + 2H2О
Задание 375
Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной — с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
Решение:
Серная кислота обладает окислительными свойствами, если её концентрация превышает 70%. Только при концентрации больше 70% принято говорить о специфических свойствах H2SO4 как окислителя. Серная кислота проявляет окислительные свойства, потому что атом серы в ней находится в своей высшей степени окисления +6 и может только присоединять электроны, т.е. уменьшать свою степень окисления. Разбавленная серная кислота в реакциях с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов левее водорода, взаимодействует с ними с выделением водорода. При этом происходит изменение степени окисления атомов водорода, образующих ион Н+, а не атомов серы. С металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода разбавленная серная кислота не взаимодействует.
Уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной — с медью:
а) взаимодействие разбавленной серной кислоты с магнием:
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Mg0 + 2H+ = Mg2+ + H20
Молекулярное уравнение реакции:
Mg0 + H2SO4 = MgSO4+ H2↑
Магний увеличивает свою степень окисления от 0 до +2, т. е. является восстановителем, а водород окислитель, потому что уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.
б) взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью:
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Cu0 + S6+ = Cu2+ + S4+
Молекулярное уравнение реакции:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4+ SO2↑ + 2H2O
Задание 384
Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что — в двух других? Приведите примеры.
Решение:
Действие разбавленной азотной кислоты на металлы заключается в том, что в HNO3 при этом азот уменьшает свою степень окисления от +5 до +2, +1, 0, -3. Объясняется это тем, что при фиксированной концентрации HNO3 могут быть «атакованы» большим числом электронов. Это приводит к снижению степени окисления азота в продуктах восстановления HNO3. Так, для разбавленной HNO3 имеется два случая, характеризующихся выделением NO, при взаимодействии с тяжёлыми металлами, и N2 при взаимодействии окислителя с активными металлами и получаем промежуточный случай для малоактивных металлов продуктом восстановления HNO3 должен являться N2O. Таким образом, при восстановлении HNO3 (разбавленной) активными металлами(от Mg до Cr) продуктом восстановления является N2, а тяжёлыми металлами (от Sb до Au) – NO. Окислителем является атом азота со степенью окисления +5.
Соляная и разбавленная серная кислота при взаимодействии с металлами, стоящими в электротехническом ряду напряжений левее водорода взаимодействуют так, что выделяется Н2. В этом случае окислителем являются ионы водорода Н+, входящие в состав молекул HCl и H2SO4. Хлор и сера вообще не участвуют в окислительном процессе. С металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода, соляная кислота и разбавленная серная кислота не взаимодействует, водород не выделяется.
а) Действие разбавлено азотной кислоты на металлы:
3Cu0 + 8HN 5+O3 = 3Cu2+(NO3)2 + 2N2+O↑ + 4H2O;
4Zn0 + 10HN5+O3 = 4Zn2+(NO3)2 + N3-H4NO3 + 3H2O;
5Mg + 12HNO3 = 5Mg(NO3)2 + N2↑ + H2O;
4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + N2O + 5H2O
б) Действие разбавленной серной кислоты на металлы:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
в) Действие соляной кислоты на металлы:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑;
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
Таким образом, в разбавленной HNO3 (< 65%) роль окислителя играет атом азота в своей степени окисления +5, который уменьшает свою степень окисления от +5 до 0, +1, +2, +4, -3 в зависимости то активности металла. Роль окислителя в соляной кислоте и в разбавленной серной кислоте (< 70%) и который при взаимодействии данных кислот с металла-ми, стоящими в ряду напряжений левее водорода, уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.
Сероводород (H₂S) представляет собой бесцветный газ c запахом тухлых яиц. По плотности он тяжелее водорода. Сероводород смертельно ядовит для человека и животных. Даже незначительное его содержание в воздухе вызывает головокружение и тошноту, но самым страшным является то, что при длительном его вдыхании этот запах уже не ощущается.
Однако при отравлении сероводородом существует простое противоядие: следует завернуть в платок кусок хлорной извести, затем смочить, и какое-то время нюхать этот сверток.
Сероводород получают путем взаимодействия серы с водородом при температуре 350 °С:
H₂ + S → H₂S↑
Это окислительно-восстановительная реакция: в ходе нее изменяются степени окисления участвующих в ней элементов.
В лабораторных условиях сероводород получают воздействием на сульфид железа серной или соляной кислоты:
FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S
Это реакция обмена: в ней взаимодействующие вещества обмениваются своими ионами. Данный процесс обычно проводят с помощью аппарата Киппа.
Свойства сероводорода
При горении сероводорода образуется оксид серы 4 и водяной пар:
2H₂S + 3О₂ → 2Н₂О + 2SO₂
H₂S горит голубоватым пламенем, а если над ним подержать перевернутый химический стакан, то на его стенках появится прозрачный конденсат (вода).
Однако при незначительном понижении температуры данная реакция проходит несколько иначе: на стенках предварительно охлажденного стакана появится уже желтоватый налет свободной серы:
2H₂S + О₂ → 2Н₂О + 2S
На этой реакции основан промышленный способ получения серы.
При поджигании предварительно подготовленной газообразной смеси сероводорода и кислорода происходит взрыв.
Реакция сероводорода и оксида серы(IV) также позволяет получить свободную серу:
2H₂S + SО₂ → 2Н₂О + 3S
Сероводород растворим в воде, причем три объема этого газа могут раствориться в одном объеме воды, образуя слабую и нестойкую сероводородную кислоту (Н₂S). Эту кислоту также называют сероводородной водой. Как видите, формулы газа-сероводорода и сероводородной кислоты записываются одинаково.
Если к сероводородной кислоте прилить раствор соли свинца, выпадет черный осадок сульфида свинца:
H₂S + Pb(NO₃)₂ → PbS + 2HNO₃
Это качественная реакция для обнаружения сероводорода. Она же демонстрирует способность сероводородной кислоты вступать в реакции обмена с растворами солей. Таким образом, любая растворимая соль свинца является реактивом на сероводород.
Некоторые другие сульфиды металлов также имеют характерную окраску, например: сульфид цинка ZnS — белую, сульфид кадмия CdS — желтую, сульфид меди CuS — черную, сульфид сурьмы Sb₂S₃ — красную.
Кстати, сероводород является нестойким газом и при нагревании практически полностью разлагается на водород и свободную серу:
H₂S → Н₂ + S
Сероводород интенсивно взаимодействует с водными растворами галогенов:
H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O→ H₂SO₄ + 8HCl
Сероводород в природе и жизнедеятельности человека
Сероводород входит в состав вулканических газов, природного газа и газов, сопутствующих месторождениям нефти. Много его и в природных минеральных водах, например, в Черном море он залегает на глубине от 150 метров и ниже.
Сероводород применяют:
- в медицине (лечение сероводородными ваннами и минеральными водами);
- в промышленности (получение серы, серной кислоты и сульфидов);
- в аналитической химии (для осаждения сульфидов тяжелых металлов, которые обычно нерастворимы);
- в органическом синтезе (для получения сернистых аналогов органических спиртов (меркаптанов) и тиофена (серосодержащего ароматического углеводорода).
Еще одно из недавно появившихся направлений в науке — сероводородная энергетика. Всерьез изучается получение энергии из залежей сероводорода со дна Черного моря.
Природа окислительно-восстановительных реакций серы и водорода
Реакция образования сероводорода является окислительно-восстановительной:
Н₂⁰ + S⁰→ H₂⁺S²⁻
Процесс взаимодействия серы с водородом легко объясняется строением их атомов. Водород занимает первое место в периодической системе, следовательно, заряд его атомного ядра равен (+1), а вокруг ядра атома кружится 1 электрон. Водород с легкостью отдает свой электрон атомам других элементов, превращаясь в положительно заряженный ион водорода — протон:
Н⁰ -1е⁻= Н⁺
Сера находится на шестнадцатой позиции в таблице Менделеева. Значит, заряд ядра ее атома равен (+16), и количество электронов в каждом атоме также 16е⁻. Расположение серы в третьем периоде говорит о том, что ее шестнадцать электронов кружатся вокруг атомного ядра, образуя 3 слоя, на последнем из которых находится 6 валентных электронов. Количество валентных электронов серы соответствует номеру группы VI, в которой она находится в периодической системе.
Итак, сера может отдать все шесть валентных электронов, как в случае образования оксида серы(VI):
2S⁰ + 3O2⁰ → 2S⁺⁶O₃⁻²
Кроме того, в результате окисления серы, 4е⁻могут быть отданы ее атомом другому элементу с образованием оксида серы(IV):
S⁰ + О2⁰ → S⁺4 O2⁻²
Сера может отдать также два электрона c образованием хлорида серы(II) :
S⁰ + Cl2⁰ → S⁺² Cl2⁻
Во всех трех вышеуказанных реакциях сера отдает электроны. Следовательно, она окисляется, но при этом выступает в роли восстановителя для атомов кислорода О и хлора Cl.
Однако в случае образования H2S окисление — удел атомов водорода, поскольку именно они теряют электроны, восстанавливая внешний энергетический уровень серы с шести электронов до восьми. В результате этого каждый атом водорода в его молекуле становится протоном:
Н2⁰-2е⁻ → 2Н⁺,
а молекула серы, наоборот, восстанавливаясь, превращается в отрицательно заряженный анион (S⁻²):
S⁰ + 2е⁻ → S⁻²
Таким образом, в химической реакции образования сероводорода окислителем выступает именно сера.
С точки зрения проявления серой различных степеней окисления, интересно и еще одно взаимодействие оксида серы(IV) и сероводорода — реакция получения свободной серы:
2H₂⁺S-²+ S⁺⁴О₂-²→ 2H₂⁺O-²+ 3S⁰
Как видно из уравнения реакции, и окислителем, и восстановителем в ней являются ионы серы. Два аниона серы (2-) отдают по два своих электрона атому серы в молекуле оксида серы(II), в результате чего все три атома серы восстанавливаются до свободной серы.
2S-² — 4е⁻→ 2S⁰ — восстановитель, окисляется;
S⁺⁴ + 4е⁻→ S⁰ — окислитель, восстанавливается.
При высокой температуре сера может непосредственно соединяться с водородом, образуя газ сероводород.
Практически сероводород обычно получают действием разбавленных кислот на сернистые металлы, например на сульфид железа:
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Сероводород это
Сероводород — бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Он немного тяжелее воздуха, сжижается при — 60,7° и затвердевает при —85,6°. , образуя сернистый газ и воду, т. е. окислы тех элементов, которые входят в его состав:
2H2S + 3О2 = 2Н2О + 2SО2
Если внести в пламя сероводорода какой-нибудь холодный предмет, например фарфоровую чашку, то температура пламени значительно понижается и сероводород окисляется только до свободной серы, оседающей на чашке в виде желтого налета:
2H2S + О2 = 2Н2О + 2S
Сероводород легко воспламеняется; смесь его с воздухом взрывает. Сероводород очень ядовит. Длительное вдыхание воздуха, содержащего этот газ даже в небольших количествах, вызывает тяжелые отравления.
Сероводород растворим в воде. При 20° 1 объем воды растворяет 21/2 объема сероводорода. Раствор сероводорода в воде называется сероводородной водой. При стоянии на воздухе, особенно на свету, сероводородная вода скоро становится мутной от выделяющейся серы. Это происходит в результате окисления сероводорода кислородом воздуха (см. предыдущую реакцию). Раствор сероводорода в воде окрашивает синий лакмус в красный цвет и вообще обладает свойствами кислоты. Кислота эта двухосновная, так как оба атома водорода в молекуле H2S могут замещаться атомами металлов, причем образуются соли сероводородной кислоты. Так, например, если пропускать сероводород в раствор едкого натра, то образуется растворимая в воде натриевая соль сероводородной кислоты:
2NaOH + H2S = Na2S + 2Н2О
При избытке сероводорода, например при пропускании его в раствор до насыщения, получается кислая соль — гидросульфид натрия:
NaOH + H2S = NaHS + Н2О
Сероводородная кислота принадлежит к числу очень слабых кислот. Степень диссоциации ее в 0,1н. растворе составляет только 0,07%- Диссоциация протекает главным образом по уравнению
H2S ⇄ H• + НS’
но наряду с этим, хотя и в очень небольшом количестве, образуются ионы S»:
HS’ ⇄ Н• + S»
Сероводород характеризуется резко выраженной восстановительной способностью. Восстановительные свойства сероводорода обусловлены тем, что ионы S» легко отдают свои электроны, превращаясь в нейтральные атомы серы. Сероводород, постоянно образующийся в природе при гниении органических веществ, не накапливается в воздухе в сколько-нибудь значительном количестве, так как кислород воздуха быстро окисляет его в свободную серу.
Еще легче окисляется сероводород галогенами, восстанавливая их в галогеноводородные кислоты. Например:
H2S + Br2 = 2HBr + S
Вообще все окислители, даже сравнительно мало энергичные, быстро окисляют сероводород с выделением серы. Таким образом, сероводород является одним из сильнейших восстановителей.,
Сероводород встречается в природе в вулканических газах и в водах минеральных источников, например: на Кавказе — в Пятигорске и Мацесте, в Старой Руссе и других местах. Кроме того, он постоянно образуется при разложении белковых веществ, находящихся в трупах животных и в погибших растениях, а также при гниении всевозможных отбросов; поэтому запах сероводорода часто распространяется от выгребных ям, сточных вод, свалок мусора и т. п. Особенно много сероводорода образуется при гниении яичного белка, чем и объясняется характерный запах тухлых яиц.
120 121 122
Вы читаете, статья на тему Сероводород H2S