Дослідження властивостей сульфурвмісних сполук

Мета роботи: вивчити хімічні властивості сульфурвмісних сполук.

Матеріали і обладнання: розчини солей: калій перманганат (KMnO₄) 0,5 н, плюмбум нітрат (Pb(NO₃)₂) 0,5 н, манган(ІІ) сульфат (MnSO₄) 0,5 н, натрій сульфат (Na₂SO₄) 2 н, барій хлорид (BaCl₂) 2 н; хлоридна кислота (HCl) 2 н, нітратна кислота (HNO₃) 2 н, сульфатна кислота (H₂SO₄) конц. (густина 1,98 г/см³); свіжовиготовлений розчин амоній сульфід ((NH₄)₂S;. мідний дріт (Cu метал.), цинк (Zn) (гранули), залізна стружка (Fe метал.); штативи з пробірками, скляні палички, пробіркотримачі, спиртівка, термометр, лакмусовий папір, папір звичайний.

Теоретичний мінімум

Сульфур – належить до р-елементів VІА-групи третього періоду. Будова зовнішньої оболонки атома 3s²3р⁴. Число неспарених електронів у атомі сульфуру може бути збільшено шляхом переходу s- і р-електронів на d-підрівень зовнішньої електронної оболонки. У зв'язку з цим, сульфур може проявляти валентність, яка дорівнює не лише ІІ, але також IV і VI.

Сульфур трапляється в природі як у вільному стані, так і в різних сполуках. Загальний вміст сульфуру в земній корі становить 0,1%. При звичайному тиску сірка утворює крихкі кристали жовтого кольору, плавкі при температурі 112,8 ⁰С.

Сірка нерозчинна у воді, досить добре розчиняється в органічних розчинниках. Утворює декілька алотропних модифікацій – ромбічну, моноклінну і пластичну.

Типовий неметал, реагує з багатьма металами; наприклад, з міддю, залізом, цинком, сірка сполучається безпосередньо, утворюючи сульфіди.

Сульфур взаємодіє майже зі всіма неметалами. Воднева сполука сульфуру - сірководень H₂S – безбарвний газ із характерним запахом білка, що гниє, горить блакитним полум'ям:

2H₂S + 3O₂ → 2H₂O + SO₂.

В умовах нестачі кисню і більш низькій температурі сірководень окиснюється тільки до вільної сірки.

Сірководень розчинимо у воді (один об'єм води розчиняє 2,5 об'єму сірководню). Розчин сірководню у воді називається сірководневою водою, це слабка двохосновна кислота, утворює два ряди солей – середні і кислі (натрій сульфід Na₂S і натрій гідрогенсульфід NaHS).

Сірководень – сильний відновник, оскільки сульфур, що входить до складу має ступінь окиснення (-2):

H₂S + 4Cl₂ + 4 H₂O → H₂SO₄ + 8HCl.

Сульфур утворює два оксиди – SO₂ сульфур(IV) оксид і SO₃ сульфур(VI) оксид.

Сульфур(IV) оксид SO₂ (діоксид сірки) – безбарвний газ з різким запахом, добре розчиняється у воді, розчин діоксиду сірки у воді – сульфітна кислота H₂SO₃.

Сульфітна кислота утворює два ряди солей – сульфіти і гідрогенсульфіти, які застосовують в текстильній промисловості під час фарбування тканин.

Сульфітна кислота виявляє окисно-відновну двоїстість:

H₂SO₃ + Cl₂ + H₂O → H₂SO₄ + 2HCl;

H₂SO₃ + 2H₂S → 3S + 3H₂O

Сульфур(VI) оксид SO₃ ( (триоксид сірки) – безбарвна рідина густиною 1,92 г/мл, з температурою кипіння 44,7 ⁰С і температурою кристалізації 16,8 ⁰С.

Триоксид сірки – ангідрид сульфатної кислоти, яка утворюється при взаємодії SO₃ з водою:

SO_3(рід) + H₂O_(рід) → H₂SO_4(рід).

Безводна сульфатна кислота – безбарвна масляниста рідина з температурою кристалізації 10,3 ⁰С, розчиняється у воді з виділенням великої кількості теплоти. Тому, щоб уникнути розбризкування розігрітого поверхневого шара розчину, треба вливати сульфатну кислоту у воду невеликими порціями.

Концентрована сульфатна кислота – сильний окисник, вона окиснює HI і HBr до вільних галогенів, вугілля – до С, сірку – до SO₂.

Схеми взаємодії сульфатної кислоти з металами наведені в таблицях 12.6 і 12.7.

Таблиця 12.6. - Взаємодія розбавленої сірчаної кислоти з металами

H2SO4(розб) (окисник Н+)
Активні (Li, K, Ca, Mg)	Середньої активності (Ti, Cr, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb)	Малоактивні
реагують	реагують і пасивують ( Pb)	не реагують

Продуктом відновлення розбавленої сульфатної кислоти є газоподібний водень.

Таблиця 12.7 - Взаємодія концентрованої сірчаної кислоти з металами

H2SO4(конц) (окисник S+6)
Активні (Li, K, Ca, Mg)	Середньої активності (Al, Ti, Cr, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb)	Малоактивні
реагують	реагують і пасивують: (Al, Fe, Cr)	Реагують: Cu, Hg не реагують: Ag, Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt
Кислота відновлюється переважно до таких продуктів:
H2S, S	SO2, S	SO2

Сульфатна кислота – сильна двохосновна кислота, утворює два ряди солей: середні та кислі (наприклад, натрій сульфат Na₂SO₄ і натрій гідрогенсульфат NaHSO₄).

При кип’ятінні розчину Na₂SO₃ з подрібненою сіркою утворюється натрій тіосульфат Na₂S₂O₃ чи Na₂SO₃S

Na₂SO₃ + S = Na₂S₂O₃

Натрій тіосульфат – це безбарвні прозорі кристали без запаху, які легко розчиняються у воді. Na₂S₂O₃ - сильний відновник.