Номер 3, страница 282 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 39. Cepa - номер 3, страница 282.

Условие.

3. В каких формах сера встречается в природе? Как образуется вулканическая сера? Какие природные соединения используются для получения серы?

Решение.

Решение 2.

В каких формах сера встречается в природе?
Сера в природе встречается в двух основных формах: в самородном (свободном) состоянии и в виде различных соединений.
1. Самородная сера – это элементная сера ($\text{S}$), которая представляет собой хрупкое кристаллическое вещество жёлтого цвета. Крупные месторождения самородной серы находятся в вулканических областях, а также в осадочных породах, где она часто ассоциируется с гипсом и известняком.
2. Связанная сера (в виде соединений):
- Сульфиды – соединения серы с металлами. Многие из них являются важными рудами для получения металлов. Примеры: железный колчедан (пирит) – $FeS_2$, свинцовый блеск (галенит) – $PbS$, цинковая обманка (сфалерит) – $ZnS$, медный колчедан (халькопирит) – $CuFeS_2$, киноварь – $HgS$.
- Сульфаты – соли серной кислоты. Они широко распространены в земной коре. Примеры: гипс – $CaSO_4 \cdot 2H_2O$, ангидрит – $CaSO_4$, барит (тяжёлый шпат) – $BaSO_4$, мирабилит (глауберова соль) – $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$.
- Органические соединения. Сера является важным биогенным элементом. Она входит в состав белков (аминокислоты цистеин, метионин), витаминов и других органических молекул. Также сера содержится в горючих ископаемых: нефти, природном газе (в виде сероводорода $H_2S$ и меркаптанов), каменном угле и сланцах.

Ответ: Сера в природе встречается в самородном виде (элементная сера) и в связанном виде в составе сульфидов (например, $FeS_2$, $PbS$), сульфатов (например, $CaSO_4 \cdot 2H_2O$) и органических соединений (в составе белков, нефти, природного газа).

Как образуется вулканическая сера?
Вулканическая сера – это самородная сера, образующаяся в результате химических реакций в вулканических газах, которые выделяются из фумарол (трещин на склонах вулканов) и кратеров. Основными серосодержащими компонентами этих газов являются сероводород ($H_2S$) и диоксид серы ($SO_2$).
Образование элементной серы происходит по двум основным механизмам:
1. Неполное окисление сероводорода кислородом воздуха при высоких температурах:
$2H_2S + O_2 \rightarrow 2S \downarrow + 2H_2O$
2. Взаимодействие сероводорода с диоксидом серы:
$2H_2S + SO_2 \rightarrow 3S \downarrow + 2H_2O$
Образовавшаяся в этих реакциях газообразная сера при охлаждении вулканических газов конденсируется (сублимируется) и осаждается на поверхности в виде жёлтых кристаллов или налёта.

Ответ: Вулканическая сера образуется в результате химических реакций между вулканическими газами, в основном в результате взаимодействия сероводорода ($H_2S$) и диоксида серы ($SO_2$), а также неполного окисления сероводорода кислородом. При охлаждении газообразная сера конденсируется и оседает в виде твёрдых отложений.

Какие природные соединения используются для получения серы?
Для промышленного получения серы используют несколько видов природного сырья:
1. Природный газ и попутные нефтяные газы. Это основной современный источник серы. Газы содержат сероводород ($H_2S$) в качестве примеси. Его извлекают и перерабатывают в элементную серу по процессу Клауса. Процесс включает две стадии:
- Частичное сжигание сероводорода до диоксида серы: $2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$
- Каталитическая реакция полученного $SO_2$ с оставшимся $H_2S$: $2H_2S + SO_2 \xrightarrow{катализатор} 3S + 2H_2O$
2. Месторождения самородной серы. Исторически важный метод, особенно для подземных месторождений, – это метод Фраша. Суть метода заключается в том, что в пласт серы через скважину под давлением нагнетают перегретую воду (с температурой около $160^{\circ}C$). Сера плавится (температура плавления серы около $115^{\circ}C$), и образовавшаяся эмульсия поднимается на поверхность сжатым воздухом.
3. Сульфидные руды металлов. Сера является побочным продуктом при переработке сульфидных руд, таких как пирит ($FeS_2$). При обжиге этих руд выделяется диоксид серы ($SO_2$), который затем в основном направляют на производство серной кислоты. Например, при обжиге пирита:
$4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 8SO_2$
Из полученного $SO_2$ также можно получить элементную серу путём его восстановления, например, углём.

Ответ: Для получения серы используются природный газ и нефть (содержащие сероводород $H_2S$), месторождения самородной серы, а также сульфидные руды металлов (например, пирит $FeS_2$), из которых при обжиге получают диоксид серы $SO_2$.