Химические свойства серы / Справочник :: Бингоскул

Подгруппа кислорода

Элементы 6-й группы главной подгруппы. Очень часто употребляемое название — ХАЛЬКОГЕНЫ — «руду рождающие». Думаю, этим названием они в большей степени обязаны сере, чем кислороду 🙂

В формате подготовки к ЕГЭ мы рассмотрим физические и химические свойства двух элементов — кислорода O и серы S.

Электронное строение

nS2 np4

Но тут не все так просто.

К кислороду претензий нет — у него электронное строение соответствует общей формуле, а вот у серы и остальных элементов есть и другие варианты… Если детально рассмотреть строение p-элементов по периодам, то нужно обратить внимание, что с 3-го периода у p- элементов появляется свободная d-орбиталь, на которую могут переходить электроны.

Именно поэтому степень окисления серы может быть не только -2.

Итак, выводы:

1. Валентность элементов:
   • валентность кислорода  = 2,
   •  валентность серы — 2,4,6
2. Степени окисления: 
   • степень окисления кислорода = -2 — типичный неметалл, сильный окислитель;
   • степень окисления серы = -2(минимальная степень окисления), 2 (редко), 4, 6 (максимальная степень окисления)   в минимальной с.о. S будет проявлять восстановительные свойства, в максимальной — окислительные.
3. Сверху вниз в подгруппе радиус атома увеличивается, следовательно,  электроны все слабее притягиваются к ядру атома, следовательно, сверху вниз металлические свойства увеличиваются.
4. Как следствие этого сверху вниз в подгруппе усиливаются восстановительные свойства.

Физические свойства

Кислород — O2 (O=O, O::O) -газ без цвета, без запаха. Аллотропная модификация — озон O3 — бесцветный газ со специфическим запахом (запах «после грозы»)

Сера — S — твердое вещество, хотя мы пишем формулу этого вещества как S , но обычно образуются кристаллы состава S4 и S8. Обычно сера — пластичное вещество коричневого или желтого цвета.

На воздухе сера горит: S O2 = SO2 (бесцветный газ с резким запахом)

Химические свойства

 Свойства кислорода

 Свойства серы:

Cернистая кислота — H2SO3 (степень окисления серы= 4). Соли — сульфитыСерная кислота — H2SO4 (cтепень окисления серы= 6). Соли — сульфатыИх свойства мы рассмотрим отдельно.[TESTME 32]

Категории:
|

Положение в периодической системе химических элементов

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы  (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Сера. примеры заданий егэ по химии ✎

Надеюсь, что вы уже выучили свойства серы (Сера. Общая характеристика, получение, химические свойства) и готовы решать задания ЕГЭ.

Задание 1:

Установите соответствие между формулой вещества и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать; к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) S

Б) SiO₂

В) FeBr₂

Г) K₂Cr₂O₇

---

1) KOH, HI, HCl;

2) Cl₂, NaOH, AgNO₃;

3) H_2, NaOH, HNO₃;

4) C, HF, H₂SO₄;

5) O_2, HCl, H₂SO₄.

Решение:

Первая в списке сера, с нее и начнем: как ты знаешь, S реагирует с

— неметаллами (H₂, O₂, C, P),

— металлами (Al, Na, остальные, кроме золота, платины, иридия),

— щелочами,

— кислотами (H₂SO₄, да, да, с серной кислотой сера реагирует с образованием сернистого газа и воды; HNO₃, HI),

— солями (KClO₃, KMnO_4, K₂CO₃).

По данным задания, нам подходит вариант 3 — водород, гидроксид натрия, азотная кислота.

Идем далее, диоксид кремния, SiO₂ — это кислотный оксид, который НЕ взаимодействует с водой, но ему соответствует метакремниевая кислота H₂SiO₃;

— хорошо реагирует с плавиковой кислотой (HF) (к слову, это та кислота, которая «плавит стекло», а ты знаешь, что главная составляющая стекла — это песок, а в песке содержится более 80% диоксида кремния);

— с углеродом (C) — в результате этой реакции образуется карбид кремния (карборунд) и угарный газ;

— с щелочами (NaOH, KOH).

Здесь подходит вариант 4.

Следующее вещество в списке — бромид железа (II).

Это средняя бескислородная соль, которая реагирует с

— с кислотами (в случае образования осадка, газа или воды);

— с основаниями, которые дают осадок или воду,

— с хлором (Cl₂) — в результате реакции замещения хлор замещает бром, и выделяется Br₂.

Исходя из вариантов, верный ответ 2.

И, последнее вещество в этом задании — дихромат калия, или хромпик (K₂Cr₂O₇).

Это кислородсодержащая, средняя соль; широко используется в различных областях, например, в пиротехнике, химии, фотографии.

Его химические свойства обусловлены тем, что он является сильным окислителем, соответственно, он хорошо вступает в химические реакции

— с щелочами (KOH) — образуется хромат калия (окраска раствора изменяется с оранжевой на желтую):

K₂Cr₂O₇ 2KOH = 2K₂CrO₄ H₂O

— с галогеноводородами (HCl, HI)

K₂Cr₂O₇ 14HCl = 2CrCl₃ 3Cl₂ 2KCl 7H₂O

Про кислород:  Углекислотная проволока для полуавтоматов и какую сварочную проволоку мы используем?

Итак, самый подходящий вариант — 1.

Ответ: 3421.

Задание 2:

Установите соответствие между изменением степени окисления серы и формулами веществ, при взаимодействии которых это изменение происходит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) S ⁰ →S ⁴

Б) S ⁴ →S ⁶

В) S ^-2 →S ⁰.

Формулы веществ:

1) Cu и H₂SO₄ (конц.);

2) H₂S и I₂;

3) S и O₂;

4) SO₂ и Cl₂ (раствор).

Решение:

В этом задании представлены изменения степеней окисления серы и варианты, при которых могут возникать эти изменения.

Первый случай — сера была со степенью окисления 0, а стала 4; это говорит о том, что исходным веществом является простая сера, то есть в виде простого вещества, соответственно, подходит вариант 3, а вот и реакция:

S O₂ = SO₂

Второй случай — сера была в составе соединения со степенью 4, а стала 6; здесь остановимся на варианте ответа номер 4:

SO₂ Cl₂ 2H₂O = H₂SO₄ 2HCl

Третья позиция — сера была в составе соединения со степенью -2, а стала простым веществом — это возможно только в пункте номер 2:

H₂S I₂ = 2HI S

Ответ: 342

Задание 3:

Установите соответствие между названием вещества и возможным электролитическим способом получения этого вещества; к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой:

А) кислород;

Б) сера;

В) водород;

Г) калий.

Получение электролизом:

1) водного раствора CuSO₄,

2) водного раствора K₂S,

3) водного раствора HgBr₂,

4) расплава KF,

5) водного раствора CuCl₂.

Решение:

Для выполнения этого задания необходимо вспомнить тему «Электролиз«:

— кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора CuSO₄,

— сера выделяется при электролизе водного раствора K₂S,

— водород выделяется на катоде при электролизе водного раствора K₂S,

— калий выделяется ТОЛЬКО при электролизе РАСПЛАВОВ, то есть в данном случае KF.

Ответ: 1224.

Задание 4:

Даны две пробирки с раствором бромида меди (II). В первую пробирку добавили металл X, в результате наблюдали образование красноватого налета на его поверхности. Во вторую пробирку добавили раствор вещества Y. В этой пробирке произошла реакция, которую описывает сокращенное ионное уравнение

Cu ² S ^2- = CuS

Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые участвовали в описанных реакциях

1) сульфид натрия;

2) серебро;

3) железо;

4) сероводород;

5) гидросульфид натрия.

Решение:

Данное задание не является сложным, но ученики часто допускают ошибку именно здесь.

Самая распространенная проблема в этом задании заключается в том, что здесь нужно подобрать вещества так, чтобы образовался только тот осадок или газ, которые указаны в уравнении, и ничего лишнего.

Например, в нашем задании даны две пробирки, в каждой из которых есть бромид меди (II).

• В первую добавили металл, и образование красноватого налета, а это и есть медь)

Значит, нужен металл, который стоит в ряду активности ДО водорода; в нашем случае это железо, ответ 2.

• Далее — во вторую пробирку с бромидом меди (II) добавили вещество, с помощью которого в результате обмена получился сульфид меди (II).

Соответственно, второе вещество должно быть растворимым.

Мы можем взять либо сульфид натрия, либо гидросульфид калия, или сероводород.

Самый приемлемый вариант из всех перечисленных — это сульфид натрия.

CuBr₂ Na₂S = CuS 2NaBr

Значит, ответ 31.

Задание 5

Для выполнения заданий 30 используйте следующий перечень веществ:

сера, азотная кислота, гидроксид натрия, фосфин, фторид серебра, ацетат кальция.

Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми может протекать окислительно — восстановительная реакция. В этой реакции одна молекула восстановителя отдает шесть электронов. В ответе запишите уравнение окислительно — восстановительной реакции с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Решение:

ОВР — это всегда не просто, но если мыслить системно, то даже это задание становится легким.

Итак, у нас есть одно простое вещество, одна кислота, одна щелочь, один газ, две средних соли.

• Как правило, в таких заданиях мы ищем окислитель, среду и вещество, в котором ионы могут увеличить свою степень окисления.

Для этих целей нужно проанализировать все возможные реакции; ты можешь начать с того вещества, которое лучше всего знаешь.

Я выбрала азотную кислоту, так как она одна из моих любимых) и, является одним из наиболее часто встречающихся реагентов в этом задании:

— азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием соли и воды — это не ОВР,

— азотная кислота реагирует с фосфином, и это ОВР:

PH₃ 8HNO₃ = H₃PO₄ 8NO₂ 4H₂O

Однако, в условии сказано, что одна молекула восстановителя отдает шесть электронов, и вроде нам подходит, так как у фосфора степень окисления была -3, а стала 5, но есть проблема — фосфор здесь представлен в виде иона, а не молекулы, поэтому данный вариант мы не рассматриваем.

— азотная кислота и фторид серебра — эта реакция не идет, так как все продукты реакции растворимые;

— азотная кислота и ацетат кальция — также не идет, продукты реакции растворимые;

— азотная кислота и сера — здесь происходит изменение степеней окисления:

S HNO₃ = H₂SO₄ NO₂ H₂O

Эта химическая реакция нам подходит)

Составляем электронный баланс:

N ⁵ e → N ⁴
S ⁰ — 6e → S ⁶

Теперь уравниваем эту реакцию в соответствии с электронным балансом:

S 6HNO₃ = H₂SO₄ 6NO₂ 2H₂O

Азот в степени окисления 5 (или азотная кислота) является окислителем.

Сера является восстановителем.

Задание выполнено.

Встретимся на следующем уроке)

Серная кислота (конц.)

• При взаимодействии H2SO4(к) со слабыми восстановителями (неметаллами: S, P, C, средне- и малоактивными металлами: Fe, Cu, Ag, сложными веществами: H2S, сульфидами металлов, солями Fe² и т.д.) образуются SO2 и H2O.
• При взаимодействии H2SO4(к) с сильными восстановителями (активными металлами: Li-Zn, некоторыми сложными веществами: HI, KI) образуются H2S или S.

4Zn 5H2SO4(конц.) → 4ZnSO4 H2SSO2

Al, Cr, Fe пассивируются холодной концентрированной серной кислотой (т.е. покрываются оксидной пленкой, препятствующей дальнейшей реакции). Реакции идут только при нагревании.

C H2SO4(конц.) → CO2 2SO2SO2SO2

Из галогеноводородов концентрированная серная кислота может окислить только ионы Br– и I– :

HF H2SO4(конц.) → реакция не идет

HCl H2SO4(конц.) → реакция не идет

2HBr H2SO4(конц.) → Br2 SO2H2SSO2SO2

Соли меди восстанавливают кислоту до SO2, тогда как соли активных металлов до H2S:

2CuI 4H2SO4(конц.) → 2CuSO4 I2 2SO2H2S

Примеры реакций с солями (окисляем анион):

4H2SO4(конц., гор.) CuS → CuSO4 4SO2

Примеры реакций с солями (окисляем катион):

2H2SO4(к) 2FeSO4 → Fe2(SO4)3 SO2SO2

Окисление соединений S–2 до S 6 происходит под действием следующих окислителей: H2O2, Cl2(водн.), HNO3(конц.):

H2S Cl2 4H2O → H2SO4 8HCl

PbS 4H2O2 → PbSO4 4H2O (черный сульфид свинца превращается в белый сульфат)

H2S 8HNO3(конц.) →  H2SO4 8NO2

CuS 8HNO3(конц., гор.) → CuSO4 8NO2 4H2O

Na2S 8HNO3(конц, гор.) → Na2SO4 8NO2 4H2O

С H2SO4(к) при нагревании сероводород и сульфиды реагируют с образованием SO2, аналогично реакции кислоты с серой:

S H2SO4(конц.) → 3SO2SO2SO2SO2
В этой реакции сульфид-ион окисляется до SO2: S^–2 -6e → S ⁴.
Часть сульфат-ионов восстанавливается также до SO2 и часть остается для образования соли K2SO4.

Без нагревания возможна реакция:

K2S 2H2SO4 → SSO2

Соединения кислорода

Основные степени окисления кислород 2, 1, 0, -1 и -2.

Соединения кислорода:

Способы получения кислорода

В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.

Лабораторные способы получения кислорода:

• Разложение некоторых кислородосодержащих веществ:

Разложение перманганата калия:

2KMnO4 → K2MnO4 MnO2 O2

Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора  MnO2:

2KClO3 → 2KCl 3O2

Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV):

2H2O2 →  2H2O O2

2HgO → 2Hg O2

2KNO3 → 2KNO2 O2

Тематический тест на свойства соединений серы (часть 2).

Физические свойства и нахождение в природе

Кислород О2 — газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Плохо растворим в воде. Жидкий кислород – голубоватая жидкость, кипящая при -183оС.

Озон О3 — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.

Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре —  около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %. 

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.

Химические свойства

При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.

1. Кислород проявляет свойства окислителя(с большинством химических элементов) и свойства восстановителя(только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами, и с неметаллами. Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.

1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:

O2   2F2  →  2OF2

С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.

1.2. Кислород реагирует с серой и кремниемс образованием оксидов:

S O2 → SO2

  Si O2 → SiO2

1.3.Фосфоргорит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

4P      3O2  →   2P2O3

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

4P      5O2  →   2P2O5

1.4.С азотомкислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000оС), образуя оксид азота (II):

    N2  O2→  2NO

1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием  и алюминием кислород  также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:

2Ca       O2 → 2CaO

Однако при горении натрияв кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:

    2Na O2→  Na2O2

А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:

    K O2→  KO2

Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.

Цинк окисляется до оксида цинка (II):

2Zn O2→  2ZnO

Железо, в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:

2Fe O2→  2FeO

4Fe 3O2→  2Fe2O3

3Fe 2O2→  Fe3O4

1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит, образуя оксид углерода (IV):

C     O2  →  CO2

 при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C     O2  →  2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды. При этом образуются оксиды:

4FeS 7O2→  2Fe2O3 4SO2

Al4C3 6O2→  2Al2O3 3CO2

Ca3P2 4O2→  3CaO P2O5

2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:

• летучие водородные соединения (сероводород, аммиак, метан, силан гидриды. При этом также образуются оксиды: 

2H2S 3O2→  2H2O 2SO2

Аммиакгорит с образованием простого вещества, азота:

4NH3 3O2→  2N2 6H2O

Аммиакокисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):

4NH3 5O2→  4NO 6H2O

• прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора (сероуглерод, сульфид фосфора и др.):

CS2 3O2→  CO2 2SO2

• некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления (оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):

2CO O2→  2CO2

2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.

Например, кислород окисляет гидроксид железа (II):

4Fe(OH)2 O2 2H2O → 4Fe(OH)3

Кислород окисляет азотистую кислоту:

2HNO2 O2 → 2HNO3

2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:

CH4 2O2→  CO2 2H2O

2CH4 3O2→  2CO 4H2O

CH4 O2→  C  2H2O

Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)

2CH2=CH2 O2 → 2CH3-CH=O

Электронное строение кислорода

Электронная конфигурация  кислорода в основном состоянии:

😯 1s²2s²2p⁴     1s   2s   2s  2p 

Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.