38.Сера. Кислородные соединения.Оксид серы (4).Серинистая кислота и ее соли.

Использование соединений серы (4) в пищевой промышленности.оксид серы (6) ,серная кислота и ее соли.качественная реакция на ион SO4 и SO3 СЕРА (лат. Sulfur), S, химический элемент с атомным номером 16, атомная масса 32,066. Химический символ серы S. Сера расположена в VIA группе периодической системы Д. И. Менделеева, в 3-м периоде, и принадлежит к числу халькогенов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s²3p⁴. Наиболее характерны степени окисления в соединениях –2, +4, +6 (валентности соответственно II, IV и VI). В свободном виде сера представляет собой желтые хрупкие кристаллы или желтый порошок. Физические и химические свойства: атомы серы обладают уникальной способностью образовывать устойчивые гомоцепи, т. е. цепи, состоящие только из атомов S (энергия связи S–S составляет около 260 кДж/моль). . Ее кристаллическая решетка орторомбическая, Сера — достаточно активный неметалл. Даже при умеренном нагревании она окисляет многие простые вещества, но и сама довольно легко окисляется кислородом и галогенами.S + O₂ = SO₂; S + 3F₂ = SF₆, 2S + Cl₂ = S₂Cl₂ (c примесью SCl₂) С водородом при нагревании сера образует сероводород H₂S и в небольшом количестве сульфаны (соединения состава H₂S_n): H₂ + S <-> H₂S. Примеры реакций серы с металлами: 2Na + S = Na₂S, Ca + S = CaS, Fe + S = FeS Образующиеся в этих реакциях сульфиды характеризуются не постоянным, а, как правило, переменным составом. Так, состав сульфида кальция может непрерывно изменяться в границах от CaS до CaS₅. Полисульфиды типа СаS_n или Na₂S_n при взаимодействии, например, с соляной кислотой образуют сульфаны H₂S_n, причем значение n может составлять от 1 до приблизительно 10. Концентрированная серная кислота при нагревании окисляет серу до SO₂: S + 2H₂SO₄ = 2H₂O + 3SO₂. Царская водка (смесь азотной и соляной кислот) окисляет серу до серной кислоты. Разбавленная азотная кислота, соляная кислота без окислителей и серная кислота на холоде с серой во взаимодействие не вступают. При нагревании в кипящей воде или растворах щелочей сера диспропорционирует: 3S + 6NaOH <> 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O; Сера может присоединяться к сульфидам Na₂S + (n–1)S = Na₂S_n и к сульфитам: Na₂SO₃ + S = Na₂S₂O₃ В результате протекания данной реакции из сульфита натрия Na₂SO₃ образуется тиосульфат натрия Na₂S₂O₃. При нагревании сера реагирует почти со всеми элементами, кроме инертных газов, иода, азота, платины и золота.

Известно несколько оксидов серы. Кроме устойчивых диоксида серы SO₂ [другие названия: сернистый газ, сернистый ангидрид, оксид серы (IV)] и триоксида серы SO₃ [другие названия: серный газ, серный ангидрид, оксид серы (VI)], получены неустойчивые оксиды S₂O (при пропускании тока SO₂ через тлеющий разряд) и S₈O (при взаимодействии H₂S с SOCl₂). Пероксиды SO₄ и S₂O₇образуются при пропускании SO₂ в смеси с кислородом через тлеющий разряд или за счет окисления SO₂ озоном. Кислотному диоксиду серы SO₂ соответствует неустойчивая кислота средней силы H₂SO₃ (сернистая кислота): Н₂О + SO₂ <> H₂SO₃, а кислотному триоксиду серы SO₃ — сильная двухосновная серная кислота H₂SO₄: SO₃ + H₂O = H₂SO₄ И сернистой кислоте H₂SO₃, и серной H₂SO₄ соответствуют по два ряда солей: кислые [соответственно гидросульфиты NaHSO₃, Ca(HSO₃)₂ и др. и гидросульфаты КНSO₄, NaНSO₄ и другие] и средние [сульфиты Na₂SO₃, K₂SO₃ и сульфаты CaSO₄, Fe₂ (SO₄)₃]. Сера входит в состав многих органических соединений. SO₂  (сернистый ангидрид; сернистый газ) Бесцветный газ с резким запахом; хорошо растворим в воде (в 1V H₂Oрастворяется 40V SO₂ при н.у.); более чем в два раза тяжелее воздуха, ядовит; t°пл. = -75,5°C; t°кип. = -10°С. Обесцвечивает многие красители, убивает микроорганизмы. Получение: 1)     При сжигании серы в кислороде: S + O₂ → SO₂ 2)     Окислением сульфидов: 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂­ 3)     Обработкой солей сернистой кислоты минеральными кислотами: Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl + SO₂­ + H₂O 4)     При окислении металлов концентрированной серной кислотой: Cu + 2H₂SO₄(конц) → CuSO₄ + SO₂­ + 2H₂O Химические свойства: 1)     Сернистый ангидрид - кислотный оксид. При растворении в воде образуется слабая и неустойчивая сернистая кислотаH₂SO₃ (существует только в водном растворе) SO₂ + H₂O  ↔  H₂SO₃ Сернистая кислота диссоциирует ступенчато: H₂SO₃ ↔ H⁺ + HSO₃^- (первая ступень, образуется гидросульфит – анион) HSO₃^- ↔ H⁺ + SO₃^2- (вторая ступень, образуется анион сульфит) H₂SO₃ образует два ряда солей - средние (сульфиты) и кислые (гидросульфиты). Качественной реакцией на соли сернистой кислоты является взаимодействие соли с сильной кислотой, при этом выделяется газ SO₂ с резким запахом:      Na₂SO₃ + 2HCl → 2NaCl +  SO₂ ↑+ H₂O        2H⁺  +  SO₃^2- → SO₂ ↑+ H₂O   Свойства сернистой кислоты      Раствор сернистой кислоты H₂SO₃ обладает восстановительными   свойствами. Сернистая кислота взаимодействует с раствором йода, обесцвечивая его. При этом образуются йодоводородная и серная кислоты. H₂SO₃ + I₂  + H₂O = H₂SO₄ + 2НI      Как и все кислоты, сернистая кислота меняет цвет растворов индикаторов.  Метиловый оранжевый в растворе кислоты становится красным. В старину дамские соломенные шляпки отбеливали сернистой кислотой. Раствор сернистой кислоты отбеливает ткани из растительного материала, шерсти, шелка.    взаимодействие со щелочами Ba(OH)₂ + SO₂ → BaSO₃↓(сульфит бария) + H₂O Ba(OH)₂ + 2SO₂ (избыток)→ Ba(HSO₃)₂(гидросульфит бария)       взаимодействие с основными оксидами   SO₂ + CaO = CaSO₃ 2)     Реакции окисления, SO₂ - восстановитель  (S⁺⁴ – 2ē → S⁺⁶) 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ (катализатор – V₂O₅) SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr 5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄ Водные растворы сульфитов щелочных металлов окисляются на воздухе:  2Na₂SO₃ + O₂ → 2Na₂SO₄; 2SO₃^2- + O₂ → 2SO₄^2-  3)     Реакции восстановления,  SO₂ - окислитель  (S⁺⁴ + 4ē → S⁰) SO₂ + С  →  S + СO₂ (при нагревании) SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O

Серни́стая кислота — неустойчивая двухосновная неорганическая кислота средней силы. Химическая формула  . Химические свойства Кислота средней силы: Существует лишь в разбавленных водных растворах (в свободном состоянии не выделена): Растворы H₂SO₃ всегда имеют резкий специфический запах (похожий на запах зажигающейся спички), обусловленный наличием химически не связанного водой SO₂. Двухосновная кислота, образует два ряда солей: кислые — гидросульфиты (в недостатке щёлочи):

и средние — сульфиты (в избытке щёлочи): Как и сернистый газ, сернистая кислота и её соли являются сильными восстановителями: При взаимодействии с ещё более сильными восстановителями может играть роль окислителя: Качественная реакция на сульфит-ионы — обесцвечивание раствора перманганата калия: слабая двухосновная кислота, отвечающая степени окисления серы +4

Применение Сернистая кислота и её соли применяют как восстановители, для беления шерсти, шелка и других материалов, которые не выдерживают отбеливания с помощью сильных окислителей (хлора). Сернистую кислоту применяют при консервировании плодов и овощей. Гидросульфит кальция (сульфитный щелок, Са(HSO₃)₂) используют для переработки древесины в так называемуюсульфитную целлюлозу (раствор гидросульфита кальция растворяет лигнин — вещество, связывающее волокна целлюлозы, в результате чего волокна отделяются друг от друга; обработанную таким образом древесину используют для получения бумаги).

 SO₃  (серный ангидрид) - Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t°пл. = 17°C; t°кип. = 66°С; на воздухе "дымит", сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах). SO₃ хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом. Получение 1)      2SO₂ + O₂  →  2SO₃ (катализатор – V₂O₅, при 450˚С)  2)      Fe₂(SO₄)₃  →  Fe₂O₃ + 3SO₃­ (разложение при нагревании)  Химические свойства 1)     Серный ангидрид - кислотный оксид. Взаимодействие с водой При растворении в воде дает сильную двухосновную серную кислоту: SO₃ + H₂O → H₂SO₄ Диссоциация протекает ступенчато: H₂SO₄→ H⁺ + HSO₄^- (первая ступень, образуется гидросульфат – ион) HSO₄^- → H⁺ + SO₄^2-  (вторая ступень, образуется сульфат – ион) H₂SO₄ образует два ряда солей - средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты) Взаимодействие со щелочами  2NaOH + SO₃ → Na₂SO₄ + H₂O NaOH + SO₃ (избыток) → NaHSO₄ Взаимодействие с основными оксидами Na₂O + SO₃ → Na₂SO₄ 2)     SO₃ - сильный окислитель.