Контрольные вопросы

1 Написать уравнения реакций получения азота: а) восстановлением нитрата калия железом; б) разложением нитрита аммония; в) окислением аммиака. В каждом случае указать окислитель и восстановитель.

2 Действием каких веществ на: а)азот; б) соль аммония; в) азотную кислоту; г) нитрид алюминия можно получить аммиак? Написать соответствующие уравнения реакций.

3 Сколько связей и каков их характер (ковалентный, ионный, донорно-акцепторный) в молекуле NH₃? В ионе NH₄⁺? Дать их электронные схемы. Какова ковалентность азота в ионе NH₄⁺?

4 Написать уравнения реакций, характерных для аммиака: присоединения, замещения, окисления, комплексообразования.

5 Написать уравнения реакций термического разложения нитрита, нитрата и карбоната аммония.

6 Какие из оксидов азота будут реагировать с КОН? Написать соответствующие уравнения реакций.

7 Дать электронную схему молекулы азотной кислоты, учитывая возможный ковалентный и донорно-акцепторный характер связи между атомами. Чему равна ковалентность азота в молекуле азотной кислоты?

8 Написать уравнения реакций взаимодействия: а) концентрированной HNO₃ с серебром и фосфором; б) разбавленной HNO₃ c медью и магнием.

2.4 Сера

Сера — типичный элемент главной подгруппы VI группы периодической системы. Атом серы имеет на внешнем энергетическом уровне шесть электронов (s²p⁴). Он легко присоединяет два электрона и может отдавать максимум шесть электронов. Значения степеней окисления вытекают из электронного строения атома серы:

Валентность серы в невозбужденном состоянии равна двум, а степени окисления -1, -2, 0, +2. При переходе в возбужденное состояние распариваются 3р-, а затем 3s-электроны и валентность равна четырем (например, в SO₂) и шести (в SO₃); степени окисления соответственно +4 и +6.

Свободная сера известна в нескольких аллотропических модификациях: ромбическая, моноклинная и пластическая.

Сера практически нерастворима в воде, немного растворяется в этиловом спирте и бензоле и особенно хорошо — в сероуглероде. Молекулярная масса серы в растворах отвечает формуле S₈.

Сера по химическим свойствам является активным неметаллом, соединяется почти со всеми металлами и неметаллами. Сера может восстанавливать концентрированную серную и азотную кислоты, при этом окисляется до соединений со степенями окисления + 4 и +6.

Водородное соединение серы — сероводород H₂S — можно получить при нагревании серы в токе водорода. Это бесцветный газ с характерным неприятным запахом. Сероводород ядовит

При нормальных условиях 1 л воды растворяет 3 л сероводорода; такой раствор называют сероводородной водой. Сероводородная вода обладает свойствами слабой кислоты. На воздухе сероводород горит, образуя оксид серы(IV) и воду. Смесь H₂S с воздухом взрывается. Сероводород — сильный восстановитель. Его восстановительные свойства обусловлены присутствием в молекуле двухвалентного отрицательно заряженного иона S^2-

Обычно в лабораториях сероводород получают действием хлороводородной или серной кислоты на сульфиды металлов. Сероводородная кислота образует средние и кислые соли. Большинство сульфидов нерастворимы в воде, за исключением Na₂S, K₂S, (NH₄)₂S и немногих других.

Сульфиды получают непосредственным соединением серы с металлами и действием на растворимые в воде соли соответствующих металлов сероводородом или растворимым сульфидом.

Сера образует два оксида: SO₂ — оксид серы(IV), или сернистый газ, и SO₃ — оксид cepы(VI), или серный ангидрид.

Оксид серы (IV) (сернистый газ) — бесцветный газ с характерным резким запахом, в 2,27 раза тяжелее воздуха. При охлаждении его до 10 °С превращается в жидкость, хорошо растворяется в воде (1 объем воды при обычных условиях растворяет около 40 объемов SO₂).

Сернистый газ ядовит, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывает их воспаление. При растворении сернистый газ взаимодействует с водой, образуя сернистую кислоту H₂SO₃. Она непрочна, легко распадается на SO₂ и Н₂О. Поэтому в водном растворе сернистого газа устанавливается равновесие:

SO₂ + H₂O H₂SO₃ Н⁺ +HSO₃^- 2H⁺ + SO₃^2-.

Сернистая кислота в безводном состоянии неизвестна. Она образует средние и кислые соли. Последние хорошо растворимы в воде, большинство же средних солей — сульфитов в воде почти нерастворимы. Хорошо растворяются в воде Na₂SO₃ и K₂SO₃. Сернистая кислота и ее соли являются сильными восстановителями. В результате окисления получается серная кислота или ее соли. Но сернистый газ, сернистая кислота и ее соли могут быть иногда окислителями. Например, они окисляют сероводород до свободной серы

Сернистый газ в лабораторных условиях получают действием серной кислоты на сульфиты или при на­гревании концентрированной серной кислоты с медью.

Оксид серы(VI) SОз известен в нескольких модификациях. При конденсации паров SОз образуются бесцветные, прозрачные, как лед, кристаллы (темпе­ратура плавления 16.3 °С), при хранении они переходят в форму, похожую на асбест (температура плавле­ния 32,5 °С).

Cоединяясь с водой, оксид серы (VI) дымит на воздухе. В воде он растворяется с образованием серной кислоты:

S0₃ + H₂O = H₂S0₄ + 79,5 кДж.

Пары SO₃ не могут поглощаться непосредственно водой и давать раствор серной кислоты по той причине, что вода, обладая высоким давлением пара, образует с SO₃ туман, который не конденсируется. Но пары оксида серы (VI) полностью поглощаются концентрированной серной кислотой, которая обладает низким давлением пара.

Оксид серы (VI) является сильным окислителем, при соприкосновении с ним, например, воспламеняется фосфор, из иодида калия выделяется свободный иод.

В лаборатории оксид серы(VI) можно получить отнятием воды от серной кислоты фосфорным ангидридом или окислением сернистого газа кислородом воздуха в присутствии катализатора, например платины.

Химически чистая серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость (р = 1840 кг/м³), застывающую при 10,5 °С в кристал­лическую массу. При растворении серной кислоты в воде выделяется большое количество теплоты вследствие гидратации ионов HSO₄^- и H⁺.

Концентрированная серная кислота хорошо погло­щает влагу и потому часто применяется при осушении газов, может поглотить влаги в 15 раз больше, чем собственная масса. Она может отнимать воду от некоторых органических соединений, причем происходит их обугливание. .

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При нагревании она окисляет почти все металлы, восстанавливаясь до оксида серы (IV), свободной серы или сероводорода, в зависимости от активности металла и температуры.

При обычных условиях концентрированная серная кислота не действует на железо. Разбавленная серная кислота растворяет металлы, стоящие левее водорода в ряду напряжения, с образованием соли этого металла и с выделением водорода.

Серная кислота является сильной двухосновной кислотой. Она образует средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты) соли. Все кислые и многие средние соли растворимы в воде