Соли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RU

Соли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RU Кислород
Содержание
  1. Безопасность
  2. Геология
  3. Гидролиз солей цинка
  4. Дисульфиды
  5. Инфракрасная оптика
  6. Комплексные соли цинка
  7. Коррозия, вызванная сульфидом
  8. Лазерная техника
  9. Люминофоры
  10. Нанотехнологии
  11. Некоторые свойства
  12. Нитрат и сульфат цинка
  13. Номенклатура
  14. Оксид серы (vi)
  15. Оксиды серы
  16. Органическая химия
  17. Подготовка
  18. Положение в периодической системе химических элементов
  19. Получение
  20. Примеры
  21. Производные металлов
  22. Распространение в природе
  23. Реакция сульфида цинка и o2(недост.) : химия
  24. Регистрация элементарных частиц
  25. Рекомендации
  26. Сернистая кислота
  27. Сероводород
  28. Соединения серы
  29. Соли серной кислоты – сульфаты
  30. Способы получения
  31. Способы получения сероводорода
  32. Способы получения серы
  33. Способы получения сульфидов
  34. Строение молекулы и физические свойства
  35. Физические свойства и нахождение в природе
  36. Формула сульфида натрия в химии
  37. Химические свойства
  38. Химические свойства серы
  39. Химические свойства сульфидов
  40. Цинкаты
  41. Электронное строение серы

Безопасность

Многие сульфиды металлов настолько нерастворимы в воде, что, вероятно, не очень токсичны. Некоторые сульфиды металлов при воздействии сильного минерала кислота, включая желудочная кислота, выделит токсичный сероводород.

Органические сульфиды легко воспламеняются. Когда горит сульфид, он производит диоксид серы (ТАК2) газ.

Сероводород, некоторые его соли и почти все органические сульфиды имеют сильный гнилостный запах; гниение биомасса выпускает эти.

Геология

Многие важные металлруды сульфиды.[6] Важные примеры включают: аргентит (серебро сульфид), киноварь (Меркурий сульфид), галенит (вести сульфид), молибденит (молибден сульфид), пентландит (никель сульфид)

, Realgar (мышьяк сульфид), и стибнит (сурьма), сфалерит (цинк сульфид), и пирит (утюг дисульфид), и халькопирит (утюг-медь сульфид).

Гидролиз солей цинка

Растворимые соли цинка и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

I ступень: Zn2 H2O = ZnOH H

II ступень: ZnOH   H2O = Zn(OH)2  H

Более подробно про гидролиз можно прочитать всоответствующей статье.

Дисульфиды

Путаница возникает из-за разных значений термина «дисульфид». Дисульфид молибдена (MoS2) состоит из отдельных сульфидных центров в ассоциации с молибденом в формальном 4 степень окисления (то есть Мо4 и два S2−).

Дисульфид железа (пирит, FeS2) с другой стороны состоит из S2−2, или же −SS− дианион, в ассоциации с двухвалентным железом в формальной степени окисления 2 (ион двухвалентного железа:

Fe2 ). Диметилдисульфид имеет химическое связывание CH3–S – S – CH3, в то время как сероуглерод не имеет связи S – S, поскольку S = C = S (аналог линейной молекулы CO2). Чаще всего в химии серы и в биохимии термин дисульфид обычно приписывается серному аналогу перекись –O – O– связь.

Инфракрасная оптика

Сульфид цинка используется для изготовления ИК-прозрачных окон и линз. Наибольшая прозрачность обеспечивается для излучения с длиной волны от 8 до 14 мкм, т. н. средний диапазон инфракрасного излучения.

Комплексные соли цинка

Для описания свойств комплексных солей цинка — гидроксоцинкатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоцинкат на две отдельные частицы — гидроксид цинка и гидроксид щелочного металла.

Например, тетрагидроксоцинкат натрия  разбиваем на гидроксид цинка и гидроксид натрия:

Na2[Zn(OH)4] разбиваем на NaOH и Zn(OH)2

Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.

Таким образом, гидроксокомплексы цинка реагируют скислотными оксидами.

Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка  углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид цинка не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:

Na2[Zn(OH)4]        2CO2    =   Zn(OH)2       2NaHCO3

Аналогично тетрагидроксоцинкат калия реагирует с углекислым газом:

K2[Zn(OH)4]        2CO2    =   Zn(OH)2       2KHCO3

А вот под действиемизбытка сильной кислотыосадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид цинка реагирует с сильными кислотами.

Например, с соляной кислотой:

  Na2[Zn(OH)4]      4HCl(избыток)  → 2NaCl    ZnCl2    4H2O

Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислотыосадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида цинка кислоты не будет хватать:

Na2[Zn(OH)4]     2НCl(недостаток)   → Zn(OH)2↓    2NaCl    2H2O

Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид цинка:

Na2[Zn(OH)4]   2HNO3(недостаток)  → Zn(OH)2↓    2NaNO3    2H2O

Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-цинкат:

Na2[Zn(OH)4]  →  Na2ZnO2      2H2O↑

K2[Zn(OH)4]  →  K2ZnO2      2H2O↑

Коррозия, вызванная сульфидом

Растворенные свободные сульфиды (H2S, HS− и S2−) являются очень агрессивными веществами для коррозии многих металлов, таких как сталь, нержавеющая сталь и медь. Сульфиды, присутствующие в водном растворе, ответственны за коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) из стали, также известный как сульфидное растрескивание под напряжением.

Коррозия является серьезной проблемой на многих промышленных установках, перерабатывающих сульфиды: мельницы сульфидной руды, глубокие руды. нефтяные скважины, трубопроводы транспортирующие закисшие масло, картон фабрики.

Микробиологическая коррозия (MIC) или биогенная сульфидная коррозия также вызваны сульфатредуцирующие бактерии производит сульфид, который выбрасывается в воздух и окисляется в серной кислоте сероокисляющими бактериями.

Биогенная серная кислота реагирует с канализация материалов и, как правило, вызывает потерю массы, растрескивание канализационных труб и, в конечном итоге, обрушение конструкции. Такое ухудшение является серьезным процессом, влияющим на канализационные системы во всем мире и приводящим к очень высоким затратам на восстановление.

Окисление сульфида также может образовывать тиосульфат (S2О2−3) промежуточный вид, ответственный за серьезные проблемы точечная коррозия из стали и нержавеющей стали, в то время как среда также подкисляется путем производства серной кислоты, когда окисление более продвинуто.

Лазерная техника

Сульфид цинка типа сфалерита — полупроводниковый материал с шириной запрещённой зоны 3,54—3,91 эВ, используется, в частности, в полупроводниковых лазерах.

Люминофоры

Применяется для создания люминофоров, через двоеточие указан легирующий металл: ZnS:Ag (с синим цветом свечения) — для цветных кинескопов; (Zn, Cd)S:Ag — для рентгеновских трубок, ZnS:Cu (с зелёным цветом свечения) — для светящихся табло, панелей, люминофоров осциллографических трубок.

Нанотехнологии

Наноструктуры на основе сульфида цинка используются в медицине, оптоэлектронике, лазерной технике, QD-LED дисплеях и т. д.

Некоторые свойства

Сульфид цинка — бесцветные кристаллы, желтеющие при нагревании свыше 150 °C. При нормальных условиях устойчива α-модификация. При атмосферном давлении не плавится, а сублимируется. Под давлением 15 МПа (150 атм) плавится при 1850 °C. Помимо двух основных кристаллических форм, сульфид цинка может кристаллизоваться в ряде политипных форм.

Во влажном воздухе сульфид цинка окисляется до сульфата; при нагревании на воздухе образуется ZnO и SO2.

В воде нерастворим, в кислотах растворяется с образованием соответствующей соли цинка и выделением сероводорода.

При легировании следами меди, кадмия, серебра и других металлов приобретает способность к люминесценции.

Нитрат и сульфат цинка

Нитрат цинка при нагревании разлагается на оксид цинка, оксид азота (IV)  и кислород:

2Zn(NO3)2  →  2ZnO       4NO2      O2

Сульфат цинка при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид цинка, сернистый газ и кислород:

2ZnSO4→ 2ZnO  2SO2 O2

Номенклатура

Систематические названия сульфандиид и сульфид (2-), действительный ИЮПАК названия, определяются согласно заместительной и аддитивной номенклатуре соответственно. Однако название сульфид также используется в номенклатуре композиций ИЮПАК, которая не учитывает природу вовлеченного связывания.

Оксид серы (vi)

Оксид серы (VI) –  это кислотный оксид. При обычных условиях – бесцветная ядовитая жидкость. На воздухе «дымит», сильно поглощает влагу.

Способы получения. Оксид серы (VI) получают каталитическим окислением оксида серы (IV) кислородом.

2SO2       O2    ↔   2SO3

Сернистый газ окисляют и другие окислители, например, озон или оксид азота (IV):

SO2       O3  →   SO3       O2

SO2       NO2  →   SO3      NO

Еще один способ получения оксида серы (VI) – разложение сульфата железа (III):

Fe2(SO4)3    →   Fe2O3      3SO3

Химические свойства оксида серы (VI)

1. Оксид серы (VI) активно поглощает влагу и реагирует с водой с образованием серной кислоты:

SO3     H2O  →  H2SO4 

2. Серный ангидрид является типичным кислотным оксидом, взаимодействует с щелочами и основными оксидами.

Например, оксид серы (VI) взаимодействует с гидроксидом натрия. При этом образуются средние или кислые соли:

SO3    2NaOH(избыток)  →   Na2SO4      H2O

SO3(избыток)      NaOH → NaHSO4

Еще пример: оксид серы (VI) взаимодействует с оксидом оксидом (при сплавлении):

SO3    MgO   →  MgSO4 

3. Серный ангидрид – очень сильный окислитель, так как сера в нем имеет максимальную степень окисления ( 6). Он энергично взаимодействует с такими восстановителями, как иодид калия, сероводород или фосфор:

SO3       2KI   →   I2       K2SO3

3SO3       H2S   →   4SO2         H2O

5SO3         2P   →    P2O5         5SO2

4. Растворяется в концентрированной серной кислоте, образуя олеум – раствор SO3 в H2SO4.

Оксиды серы

Оксиды серыЦвет ФазаХарактер оксида
SO2 Оксид сера (IV), сернистый газбесцветныйгазкислотный
SOОксид серы (VI), серный ангидридбесцветныйжидкостькислотный

Органическая химия

В органическая химия, «сульфид» обычно относится к связи C – S – C, хотя термин тиоэфир менее двусмысленно. Например, тиоэфир диметилсульфид это CH3–S – CH3. Полифениленсульфид (см. ниже) имеет эмпирическую формулу C6ЧАС4S.

Иногда термин сульфид относится к молекулам, содержащим –SH функциональная группа. Например, метилсульфид может означать CH3–Ш. Предпочтительным дескриптором для таких SH-содержащих соединений является тиол или меркаптан, то есть метантиол, или метилмеркаптан.

Подготовка

Сульфидные соединения можно получить несколькими способами:[7]

  1. Прямое сочетание элементов:
    Пример: Fe(s) S(s) → FeS(s)
  2. Восстановление сульфата:
    Пример: MgSO4 (т)(s) → MgS(s) 4СО(грамм)
  3. Осаждение нерастворимого сульфида:
    Пример: M2 H2S(грамм) → MS(s) 2H (водн.)

Положение в периодической системе химических элементов

Сера расположена в главной подгруппе VI группы  (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Получение

Сульфид цинка может быть получен пропусканием газообразного сероводорода через водные растворы солей цинка, например, хлорида, обменной реакцией водорастворимой соли цинка с водорастворимым сульфидом, например, щелочных металлов, прямым синтезом из элементов — сплавлением порошков цинка и серы.

Сульфид цинка может быть получен при воздействии ударных волн на смесь порошков цинка и серы.

Примеры

ФормулаТочка плавления (° C)Точка кипения (° C)Количество CAS
ЧАС2SСероводород это очень токсичный и едкий газ, с характерным запахом «тухлого яйца».−85.7−60.207783-06-4
CdSСульфид кадмия может использоваться в фотоэлементы.17501306-23-6
Кальций полисульфид («известь сера«) является традиционным фунгицид в садоводство.
CS2Сероуглерод является предшественником сероорганических соединений.−111.64675-15-0
PbSСульфид свинца используется в инфракрасный датчики.11141314-87-0
MoS2Дисульфид молибдена, минерал молибденит, используется в качестве катализатора для удаления серы из ископаемого топлива; также как смазка для применения в условиях высоких температур и высокого давления.1317-33-5
Cl – CH2CH2–S – CH2CH2–ClСерная горчица (горчичный газ) сероорганическое соединение (тиоэфир), который использовался в качестве химического оружия во время Первой мировой войны.13–14217505-60-2
Ag2SСульфид серебра является составной частью серебро потускнеть.21548-73-2
Na2SСульфид натрия, как гидрат, используется при производстве крафтбумага и как предшественник сероорганические соединения.92011801313-82-2
ZnSСульфид цинка используется для линзы и другие оптический устройства в инфракрасный часть спектр. ZnS, легированный серебром, используется в альфа-детекторах, а сульфид цинка со следами меди находит применение в фотолюминесцентный полосы для аварийного освещения и светящиеся циферблаты часов.11851314-98-3
C6ЧАС4SПолифениленсульфид представляет собой полимер, обычно называемый «сульфар». Его повторяющиеся звенья связаны вместе сульфидными (тиоэфирными) связями.26125-40-6
25212-74-2
SeS2Дисульфид селена является противогрибковый используется в препаратах против перхоти, таких как Selsun Blue. Присутствие высокотоксичного селена в продуктах здравоохранения и косметики представляет собой общую проблему для здоровья и окружающей среды.<1007488-56-4
FeS2Известен как «золото дураков», пирит, является обычным минералом.6001317-66-4

Производные металлов

Водные растворы переходные металлыкатионы реагируют с источниками сульфидов (H2S, NaHS, Na2S) для осаждения твердых сульфидов. Такой неорганический сульфиды обычно имеют очень низкую растворимость в воде, и многие из них связаны с минералами того же состава (см. ниже).

Одним из известных примеров является ярко-желтый вид CdS или «кадмий желтый». Черный налет на стерлинговом серебре — это Ag.2S. Такие виды иногда называют солями. Фактически, связь в сульфидах переходных металлов является сильно ковалентной, что приводит к их полупроводник properties, что, в свою очередь, связано с глубокими цветами.

Некоторые из них имеют практическое применение в качестве пигментов, солнечных элементов и катализаторов. Грибок Aspergillus niger играет роль в солюбилизации сульфидов тяжелых металлов.[5]

Распространение в природе

В природе ZnS встречается в виде минералов сфалерита α-ZnS (цинковая обманка) — основного сырья для получения цинка и вюрцита β-ZnS, — редкого минерала с таким же химическим составом, но отличающегося от сфалерита типом кристаллической решётки.

Реакция сульфида цинка и o2(недост.) : химия

В принципе все уже сказали, но добавлю пару моментов.

а сера, на самом деле, в степени окисления 2

Если сульфид цинка, то там точно -2, металл все таки…

Так или иначе получится ли цинк и оксид серы?

Цинк тупо с водой реагирует, так ему нравится в форме иона существовать. Если такая реакция так легко идёт, то химическая логика (да и обычная) диктует, что обратный путь более сложный (с горы проще спуститься, чем вскарабкаться в гору).

Именно как химическая реакция, т.е. не физический процесс работы с атомами.

А химическая реакция и есть физический процесс работы с атомами, только идёт он сам, а мы только можем их пихать и помещать в неудобные условия (или другими атомами/молекулами/ионами/радикалами, или извращениями, типа ЭМ полей, нагрева и т.д.).

Я же Вам ответил — нет не пойдёт, не при каких мыслимых условиях. В первую очередь будет окисляться сера, а цинк восстанавливаться не будет. Вы сами то по здравому смыслу подумайте — как можно восстановить металл из сульфида сильным окислителем? Чтобы выделился металлический цинк нужен восстановитель, например водород,или уголь, или другой металл — тогда да, можно уже вести речь об условиях, в которых реакция пойдёт. А так как у Вас и обсуждать нечего, будет так как я Вам написал.

Причина Ваших заблуждений в том, что вы считаете — реакция должна пойти до конца, или не пойти вовсе. На самом деле всегда достигается некое термодинамическое равновесие и в смеси, в разных концентрациях присутствуют все возможные соединения. В вашем случае в смеси будет в основном

$ZnS, ZnO, SO_2$

концентрации свободных цинка, кислорода и серы будут исчезающе малы, т.е. их просто нельзя будет обнаружить. Потому что так энергетически выгодно.

Если даже допустить (нереальный фантастический случай), что путём лазерной накачки удастся сообщить достаточно энергии и создать условия для протекания Вашей реакции, то всё равно, потом, свободный цинк прореагирует с сернистым газом:
$3Zn SO_2to ZnS  2ZnO$,
и всё равно получится то что я Вам написал.

А что по поводу случая, когда сульфид разлагается? Цинк не самый термоустойчивый металл, и при нагревании может распасться на цинк и серу, а кислород просто присоединился к сере. (мог и к цинку, но столкнулся с серой) Тут вроде всё возможно

Регистрация элементарных частиц

Крупные монокристаллы, активированные серебром или редкоземельными металлами применяют в качестве сцинтилляторов для регистрации ионизирующих излучений.

Рекомендации

  1. ^ аб«сульфид (2-) (CHEBI: 15138)». Химические объекты, представляющие биологический интерес (ChEBI). Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
  2. ^https://www.lexico.com/en/definition/sulphide
  3. ^Май, PM; Батька, Д .; Hefter, G .; Könignberger, E .; Роуленд, Д. (2022). «Прощай, S2-». Chem. Comm. 54 (16): 1980–1983. Дои:10.1039 / c8cc00187a. PMID 29404555.
  4. ^Мейер, B; Уорд, К; Кошлап, К; Питер, L (1983). «Вторая константа диссоциации сероводорода». Неорганическая химия. 22 (16): 2345. Дои:10.1021 / ic00158a027.
  5. ^Харбхаджан Сингх (17 ноября 2006 г.). Mycoremediation: биовосстановление грибков. п. 509. ISBN 9780470050583.
  6. ^Vaughan, D. J .; Крейг, Дж. Р. «Минеральная химия сульфидов металлов» Cambridge University Press, Кембридж: 1978. ISBN 0-521-21489-0.
  7. ^Аткинс; Шрайвер (2022). Неорганическая химия (5-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Freeman & Co., стр. 413.

Сернистая кислота

Сернистая кислота H2SO3 – это двухосновная кислородсодержащая кислота. При нормальных условиях — неустойчивое вещество, которое распадается на диоксид серы и воду.

Валентность серы в сернистой кислоте равна IV, а степень окисления 4.

Сероводород

При обычных условиях сероводородН2S – газ, без цвета, с характерным запахом гниющего белка. При 20°С 1 объём воды растворяет 2,5 объёма Н2S. Раствор Н2S в воде называется сероводородной водой или сероводородной кислотой.

Сероводородная кислота – слабая, двухосновная, бескислородная. Диссоциирует ступенчато:
Соли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RU

Химические свойства сероводорода, как и многих соединений, удобно рассмотреть в двух аспектах: кислотно-основном и окислительно-восстановительном.

По кислотно-основным свойствам раствор сероводорода является слабой кислотой, что обусловлено присутствием в растворе ионов Н (Н3О ). Сероводород может изменить окраску раствора индикатора (например, лакмуса с фиолетовой на красную).

Сероводород взаимодействует со щелочами. При этом могут образовываться как средние, так и кислые соли:

a) 2NaOH Н2S = Na2S 2Н2O20H– Н2S = S2– 2Н20

б) NaOH Н2S = NaHS Н2OOH– Н2S = HS– Н20

С точки зрения окислительно-восстановительных свойств для сероводорода характерны восстановительные свойства, обусловленные S2–. На воздухе сероводород горит голубоватым пламенем:Соли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RUСоли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RUСоли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RUосаждение сульфидов (PbS, CuS), в которых ионы связаны более прочно, чем в сероводороде. Например:Соли цинка (нитрат цинка, сульфат, цинкаты) | CHEMEGE.RU

Получить сероводород можно:

1) непосредственным синтезом из серы и водорода при нагревании (150–200 °С):

Н2 S = Н2S

2) вытеснением сероводорода из некоторых сульфидов (FeS, MnS, ZnS) разбавленными сильными кислотами:

FeS 2НCl = FeCl2 Н2S↑FeS 2H = Fe2 Н2S↑

Соединения серы

Типичные соединения серы:

Степень окисленияТипичные соединения
6Оксид серы(VI) SO3

Серная кислота H2SO4

Сульфаты MeSO4

Галогенангидриды: SО2Cl2

4Оксид серы (IV) SO2

Сернистая кислота H2SO3

Сульфиты MeSO3

Гидросульфиты MeHSO3

Галогенангидриды: SOCl2

–2Сероводород H2S

Сульфиды металлов MeS

Соли серной кислоты – сульфаты

Серная кислота образует два типа солей: средние – сульфаты, кислые – гидросульфаты.

1. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl2 Na2SO4  →   BaSO4↓  2NaCl

Видеоопытвзаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе  (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

2. Сульфаты таких металлов, как медь Cu, алюминий Al, цинк Zn, хром Cr, железо (II) Fe  подвергаются термическому разложению на оксид металла, диоксид серы SO2 и кислород O2;

2CuSO4  →   2CuO      SO2      O2     (SO3)

2Al2(SO4)3    →  2Al2O3      6SO2      3O2

2ZnSO4  →   2ZnO      SO2      O2

2Cr2(SO4)3   →    2Cr2O3      6SO2      3O2

При разложении сульфата железа (II) в FeSO4 Fe (II)  окисляется до Fe (III)

4FeSO4    →  2Fe2O3      4SO2      O2  

Сульфаты самых тяжелых металлов разлагаются до металла.

3. За счет серы со степенью окисления 6 сульфаты проявляют окислительныесвойстваи могут взаимодействовать с восстановителями.

Например, сульфат кальция при сплавлении реагирует с углеродом с образованием сульфида кальция и угарного газа:

CaSO4   4C   →   CaS     4CO

4.Многие средние сульфаты образуют устойчивые кристаллогидраты:

Na2SO4 ∙ 10H2O − глауберова соль

CaSO4 ∙ 2H2O − гипс

CuSO4 ∙ 5H2O − медный купорос

FeSO4 ∙ 7H2O − железный купорос

ZnSO4 ∙ 7H2O − цинковый купорос

Способы получения

1. Серную кислоту в промышленностипроизводят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS2.

Основные стадии получения серной кислоты :

  • Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
  • Очистка полученного газа от примесей.
  • Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
  • Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

АппаратНазначение и уравненяи реакций
Печь для обжига4FeS2 11O2 → 2Fe2O3 8SO2 Q

Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащенный кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800оС

Циклон Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз.
Электрофильтр Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра).
Сушильная башня Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота.
Теплообменник Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата.
Контактный аппарат 2SO2 O2 ↔ 2SO3 Q

В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):

  •  температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500оС. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.
  •  давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.

Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.

Поглотительная башня Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне.

Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.

nSO3 H2SO4  →  H2SO4·nSO3

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Общие научные принципы химического производства:

  1. Непрерывность.
  2. Противоток
  3. Катализ
  4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
  5. Теплообмен
  6. Рациональное использование сырья

Способы получения сероводорода

В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

Например, при действии соляной кислоты на сульфид железа (II):

FeS     2HCl   →   FeCl2     H2S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

S    H2  →  H2S

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопытполучения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

Способы получения серы

1. В промышленных масштабах серу получают открытым способом на месторождениях самородной серы, либо из вулканов. Из серной руды серу получают также пароводяными, фильтрационными, термическими, центрифугальными и экстракционными методами. Пароводяной метод —  это выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Способ получения серы в лаборатории – неполное окисление сероводорода.

2H2S      O2    →   2S        2H2O

3. Еще один способ получения серы – взаимодействие сероводорода с оксидом серы (IV):

2H2S    SO2   →   3S     2H2O

Способы получения сульфидов

1.Сульфиды получают при взаимодействии серы с металлами. При этом сера проявляет свойства окислителя.

Например, сера взаимодействует с магнием и кальцием:

S      Mg   →   MgS

S       Ca   →   CaS

Сера взаимодействует с натрием:

S      2Na   →  Na2S

2. Растворимые сульфиды можно получить при взаимодействии сероводорода и щелочей.

Например, гидроксида калия с сероводородом:

H2S    2KOH  →   K2S    2H2O

3. Нерастворимые сульфиды получают взаимодействием растворимых сульфидов с солями (любые сульфиды) или взаимодействием сероводорода с солями (только черные сульфиды).

Например, при взаимодействии нитрата меди и сероводорода:

Pb(NO3)2     Н2S    →   2НNO3      PbS

Еще пример: взаимодействие сульфата цинка с сульфидом натрия:

ZnSO4     Na2S    →   Na2SO4      ZnS

Строение молекулы и физические свойства

Серная кислота H2SO4 – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.

Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в водунебольшими порциями при постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Физические свойства и нахождение в природе

Сера образует различные простые вещества (аллотропные модификации).

Наиболее устойчивая модификация серы – ромбическая сера S8. Это хрупкое вещество желтого цвета. 

Моноклинная сера – это аллотропная модификация серы, в которой атомы соединены в циклы в виде «короны». Это твердое вещество, состоящее из темно-желтых игл, устойчивое при температуре более 96оС, а при обычной температуре превращающееся в ромбическую серу. 

Пластическая сера – это вещество, состоящее из длинных полимерных цепей. Коричневая резиноподобная аморфная масса, нерастворимая в воде.

В природе сера встречается:

  • в самородном виде;
  • в составе сульфидов (сульфид цинка ZnS, пирит FeS2, сульфид ртути HgS — киноварь и др.)
  • в составе сульфатов (CaSO4·2H2O гипс, Na2SO4·10H2O — глауберова соль)

Формула сульфида натрия в химии

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по воздуху:

Msubstance = Mair × Dair;

Msubstance = 29 × 2,9 = 84,1 г/моль

По массам углекислого газа и воды находим массы углерода и водорода, а также кислорода (по разнице между массой вещества и атомов углерода и водорода в нем). Однако, для начала рассчитаем их молярные массы. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO2) = Ar(C) 2×Ar(O) = 12 2×16 = 12 32 = 44 г/моль;

M(H2O) = 2×Ar(H) Ar(O) = 2×1 16 = 2 16 = 18 г/моль

m (C) = m(CO2) × Ar(C)/M(CO2);

m (C) = 16,8×12/ 44 = 4,58 г

m (H) = m(H2O) ×2×Ar(H)/M(H2O);

m (H) = 13,5 × 2×1 / 18 = 1,5 г

m(O) = msubstance — m (C) — m (H) = 10,5 – 4,58 – 1,5 = 4,42 г

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (углерод), «у» (водород) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом:

x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O);

x:y:z= 4,58/12 : 1,5/1: 4,42/16;

x:y:z= 0,38 : 1,5: 0,276 = 1,38 : 5,43 : 1 = 3: 11 : 2

Следовательно, простейшая формула органического соединения имеет вид C3H11O2и молярную массу 46 г/моль [M(C3H11O2) = 3×Ar(C) 11×Ar(H) 2×Ar(O) = 3×12 11×1 2×16= 36 11 32 = 79 г/моль].

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

Msubstance / M(C3H11O2) = 84,1 / 79 = 1

Значит формула органического соединения будет иметь вид C3H11O2.

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота.

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

H2SO4  ⇄  H HSO4–

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO4–  ⇄  H SO42–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами  и амфотерными гидроксидами. 

Например, серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

H2SO4      MgO   →   MgSO4      H2O

Еще пример: при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

H2SO4       КОН     →     KHSО4     H2O

H2SO4       2КОН      →     К2SО4     2H2O

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3H2SO4         2Al(OH)3    →   Al2(SO4)3        6H2O

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.).  Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например, серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Н2SO4      2NaHCO3   →   Na2SO4      CO2    H2O

Или с силикатом натрия:

H2SO4       Na2SiO3    →  Na2SO4     H2SiO3

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

NaNO3(тв.)      H2SO4   →   NaHSO4      HNO3

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например, хлорида натрия:

NaCl(тв.)      H2SO4   →   NaHSO4      HCl

4. Также серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например, серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

H2SO4  BaCl2  →  BaSO4      2HCl

5.Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например, серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

H2SO4(разб.)       Fe   →  FeSO4       H2

Серная кислота взаимодействует с аммиакомс образованием солей аммония:

H2SO4     NH3    →    NH4HSO4

Концентрированнаясерная кислота является сильным окислителем. При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO2. С активными металлами может восстанавливаться до серы  S, или сероводорода Н2S.

Железо Fe, алюминий  Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

6H2SO4(конц.)       2Fe   →   Fe2(SO4)3      3SO2     6H2O

6H2SO4(конц.)        2Al   →   Al2(SO4)3      3SO2     6H2O

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

2H2SO4(конц.)      Cu     →  CuSO4       SO2 ↑    2H2O

2H2SO4(конц.)      Hg     →  HgSO4       SO2 ↑    2H2O

2H2SO4(конц.)      2Ag     →  Ag2SO4       SO2↑    2H2O

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

3Mg     4H2SO4   →   3MgSO4      S    4H2O

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком  концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

5H2SO4(конц.)     4Zn     →    4ZnSO4      H2S↑     4H2O

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl2 Na2SO4  →   BaSO4↓  2NaCl

Видеоопытвзаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе  (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

7.Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например, концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

5H2SO4(конц.)       2P   →   2H3PO4      5SO2↑     2H2O

2H2SO4(конц.)       С   →   СО2↑       2SO2↑     2H2O

2H2SO4(конц.)       S   →   3SO2 ↑     2H2O

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

3H2SO4(конц.)      2KBr   →  Br2↓      SO2↑      2KHSO4      2H2O

5H2SO4(конц.)      8KI     →  4I2↓       H2S↑      K2SO4     4H2O

H2SO4(конц.)      3H2S →  4S↓    4H2O

Химические свойства серы

В нормальных условиях химическая активность серы невелика: при нагревании сера активна, и может быть как окислителем, так и восстановителем.

1. Сера проявляет свойства окислителя(при взаимодействии с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя(с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому сера реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. При горениисеры на воздухе образуется оксид серы (IV):

S    O2  →  SO2

1.2. При взаимодействии серы с галогенами (со всеми, кроме йода)образуются галогениды серы:

S      Cl2  →  SCl2   (S2Cl2)

S     3F2  →   SF6

1.3. При взаимодействии фосфора иуглерода с серой образуются сульфиды фосфора и сероуглерод:

2P       3S   →   P2S3

2P       5S   →   P2S5

2S     C   →   CS2

1.4. При взаимодействии с металламисера проявляет свойства окислителя, продукты реакции называют сульфидами. С щелочными металлами сера реагирует без нагревания, а с остальными металлами (кроме золота и платины) – только при нагревании.

Например, железо и ртуть реагируют с серой с образованием сульфидов железа (II)  и ртути:

S      Fe   →  FeS

S     Hg   →  HgS

Еще пример: алюминий взаимодействует с серой с образованием сульфида алюминия:

3S     2Al   →  Al2S3

1.5. С водородомсера взаимодействует при нагревании с образованием сероводорода:

S    H2  →  H2S

2.Со сложными веществами сера реагирует, также проявляя окислительные и восстановительные свойства. Сера диспропорционирует при взаимодействии с некоторыми веществами.

2.1. При взаимодействии с окислителямисера окисляется до оксида серы (IV) или до серной кислоты (если реакция протекает в растворе).

Например, азотная кислота окисляет серу до серной кислоты:

S      6HNO3   →  H2SO4    6NO2      2H2O

Серная кислотатакже окисляет серу. Но, поскольку S 6 не может окислить серу же до степени окисления 6, образуется оксид серы (IV):

S        2H2SO4   →   3SO2      2H2O

Соединения хлора, например, бертолетова соль,  также окисляют серу до 4:

S     2KClO3  →   3SO2      2KCl

Взаимодействие серы с сульфитами(при кипячении) приводит к образованию тиосульфатов:

S      Na2SO3  →   Na2S2O3

2.2. При растворении в щелочах сера диспропорционирует до сульфита и сульфида.

Например, сера реагирует с гидроксидом натрия:

S       6NaOH   →  Na2SO3      2Na2S      3H2O

При взаимодействии с перегретым паром сера диспропорционирует:

3S      2H2O (пар)   →  2H2S      SO2

Химические свойства сульфидов

1. Растворимые сульфиды гидролизуютсяпо аниону, среда водных растворов сульфидов щелочная:

K2S   H2O  ⇄  KHS    KOHS2–   H2O  ⇄  HS–   OH–

2. Сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа (включительно), растворяются в сильных минеральных кислотах.

Например, сульфид кальция растворяется в соляной кислоте:

CaS    2HCl →  CaCl2    H2S

А сульфид никеля, например, не растворяется:

NiS     HСl   ≠

3. Нерастворимые сульфиды растворяются в концентрированной азотной кислоте или концентрированной серной кислоте. При этом сера окисляется либо до простого вещества, либо до сульфата.

Например, сульфид меди (II) растворяется в горячей концентрированной азотной кислоте:

CuS      8HNO3  →   CuSO4      8NO2     4H2O

или горячей концентрированной серной кислоте:

CuS      4H2SO4(конц. гор.)  →   CuSO4      4SO2        4H2O

4.Сульфиды проявляют восстановительныесвойства и окисляются пероксидом водорода, хлором и другими окислителями.

Например, сульфид свинца (II) окисляется пероксидом водорода до сульфата свинца (II):

PbS 4H2O2    →   PbSO4 4H2O

Еще пример: сульфид меди (II) окисляется хлором:

СuS      Cl2  → CuCl2      S

5.Сульфиды горят(обжиг сульфидов). При этом образуются оксиды металла и серы (IV).

Например, сульфид меди (II) окисляется кислородом до оксида меди (II) и оксида серы (IV):

2CuS      3O2  →   2CuO      2SO2

Аналогично сульфид хрома (III) и сульфид цинка:

2Cr2S3      9O2  →   2Cr2O3      6SO2

2ZnS       3O2  →   2SO2     ZnO

6. Реакции сульфидов с растворимыми солями свинца, серебра, меди используют как качественныена ион S2−.

Сульфиды свинца, серебра и меди — черные осадки, нерастворимые в воде и минеральных кислотах:

Na2S       Pb(NO3)2    →   PbS↓      2NaNO3

Na2S       2AgNO3    →   Ag2S↓      2NaNO3

Na2S       Cu(NO3)2    →   CuS↓      2NaNO3

7.Сульфиды трехвалентных металлов (алюминия и хрома) разлагаются водой (необратимый гидролиз).

Например, сульфид алюминия разлагается до гидроксида алюминия и сероводорода:

Al2S3  6H2O → 2Al(OH)3  3H2S

Разложение происходит и взаимодействии солей трехвалентных металлов с сульфидами щелочных металлов.

Например, сульфид натрия реагирует с хлоридом алюминия в растворе. Но сульфид алюминия не образуется, а сразу же необратимо гидролизуется (разлагается) водой:

3Na2S 2AlCl3 6H2O → 2Al(OH)3  3H2S 6NaCl

Цинкаты

Соли, в которых цинк образует кислотный остаток (цинкаты) — образуются из оксида цинка при сплавлении с щелочами и основными оксидами:

ZnO  Na2O → Na2ZnO2

Для понимания свойств цинкатов их также можно мысленно разбить на два отдельных вещества.

Например, цинкат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид цинка и оксид натрия.

Na2ZnO2 разбиваем на Na2O и ZnO

Тогда нам станет очевидно, что цинкаты реагируют скислотами с образованием солей цинка:

K2ZnO2    4HCl (избыток) → 2KCl    ZnCl2    2H2O

СaZnO2      4HCl (избыток)  =   CaCl2      ZnCl2     2H2O

Na2ZnO2   4HNO3  → Zn(NO3)2    2NaNO3    2H2O

Na2ZnO2   2H2SO4  → ZnSO4     Na2SO4    2H2O

Под действием избытка воды цинкаты переходят в комплексные соли:

K2ZnO2 2H2O   =  K2[Zn(OH)4]

Na2ZnO2   2H2O  =  Na2[Zn(OH)4]

Электронное строение серы

Электронная конфигурация  серы в основном состоянии:

Атом серы содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и две неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом серы может образовывать 2 связи по обменному механизму, как и кислород.

Электронная конфигурация  серы во втором возбужденном состоянии:

Таким образом, максимальная валентность серы в соединениях равна VI (в отличие от кислорода). Также для серы характерна валентность — IV.

Степени окисления атома серы – от -2 до 4. Характерные степени окисления -2, 0, 4, 6.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий