Оксиды серы. Сернистая кислота Оксид серы(IV). Сернистая кислота Физические свойства so2

Сера(IV)-оксид или сернистый газ SO₂ – это бесцветный с характерным резким запахом газ, ≈ в 2,2 раза тяжелее воздуха; при температуре -10^оС легко сжижается в прозрачную бесцветную жидкость.

Молекулы SO₂ – полярные, все атомы в них лежат в одной плоскости, угол связи между ними составляет ≈ 120^о. Структурную формулу SO₂ можно представить следующим образом:

Сера(IV)-оксид является ангидридом сернистой кислоты H₂SО₃, не существующей в свободном виде.

Сернистый газ умерено растворим в воде (≈ 40 объемов SO₂ в 1 объеме H₂O при 20^оС). Основная масса SO₂ в ней находится в гидратированной форме: SO₂ ∙ nH₂O, где n ≤ 7.

Как показали современные исследования, в водных растворах лишь очень небольшая часть молекул газа взаимодействует с H₂O по схеме:

SO₂ + H₂O H₂SО₃,

поэтому содержание сернистой кислоты в них чрезвычайно мало.

Постоянное наличие значительной доли химически несвязанного с H₂O сернистого газа обеспечивает резкий запах его растворов и выделение SO₂ из них, особенно усиливающееся при нагревании.

Химические свойства so2

Растворы SO₂ имеют кислую реакцию, вследствие протекающих в них процессов диссоциации

Н₂SO₃ HSO₃⁻ + H⁺ K_{1 дисс.} ≈ 1,6 ∙ 10^-2

HSO₃⁻ H⁺ + SO₃²⁻ K_{2 дисс.} ≈ 6,3 ∙ 10^-8

Причем образование ионов H⁺ на первой стадии вызвано, главным образом, диссоциацией не молекул сернистой кислоты, а гидратов SO₂.

SO₂ ∙ nH₂O HSO₃⁻ + H⁺ + (n-1)H₂O

Несмотря на большое значение K_{1 дисс.} сернистую кислоту относят к слабым электролитам и в ионных уравнениях реакций записывают в молекулярной форме.

Сера(IV)-оксид обладает всеми свойствами кислотных оксидов. Так, при нагревании он взаимодействует с оксидами активных металлов, образуя соли сернистой кислоты:

SO₂ + Na₂O Na₂SO₃ натрий-cульфит

SO₂ + K₂O K₂SO₃ калий-cульфит

Следует отметить, что при t = 600^оС сульфиты могут подвергнуться диспропорционированию с образованием соответствующих солей серной и сероводородной кислот:

4K₂ O₃ 3K₂ O₄ + K₂S^-2

При обычных условиях SO₂ реагирует с растворами щелочей. При этом сначала образуется кислая соль:

SO₂ + NaOH = NaHSO₃

а затем (если щёлочь не израсходовалась на первой стадии) – средняя соль:

NaHSO₃ + NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

Суммарное уравнение реакции будет выглядеть следующим образом:

SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

Нерастворимые в H₂O сульфиты получают с помощью реакций обмена, сливая растворы соответствующих солей:

Na₂SO₃ + CuSO₄ = CuSO₃↓ + Na₂SO₄

K₂SO₃ + Pb(NO₃)₂ = PbSO₃↓ + 2KNO₃

Водные растворы средних солей сернистой кислоты (образованные, как правило, щелочными металлами) достаточно сильно гидролизованы и поэтому имеют щелочную реакцию:

Na₂SO₃ + HOH NaHSO₃ + NaOH

SO₃^2- + HOH HSO₃⁻ + OH⁻

Атомы серы в SO₂ находятся в своей промежуточной степени окисления +4, поэтому для оксида серы (IV) в ОВР характерна окислительно-восстановительная двойственность, причем восстановительные свойства выражены сильнее.

Растворы SO₂ и солей сернистой кислоты уже при стоянии на воздухе постепенно окисляются, присоединяя кислород, например:

2Na₂ O₃ + O₂ = 2Na₂ O₄

Значительно быстрее протекает окисление сульфитов и SO₂ при действии других окислителей: KMnO₄, Br₂, I₂, HNO₃ и т.п.

В результате образуется серная кислота или ее соль:

Br₂ + O₂ + 2H₂O = H₂ O₄ + 2HBr

3SO₂ + 2HNO₃ + 2H₂O = 3H₂SO₄ + 2NO

I₂ + Na₂ O₃ + H₂O = 2HI + Na₂ O₄

Окислительные свойства для SO₂ менее характерны и проявляются лишь при взаимодействии с сильными восстановителями:

SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

SO₂ + 2CO S + 2CO₂