Номер B, страница 142 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Степень окисления кислорода не соответствует номеру его группы, а степень окисления серы соответствует. Почему?

2. Классифицируйте следующие соединения серы: $H_2S$, $SO_2$, $SO_3$, $Na_2SO_4$. Напишите их структурные формулы.

3. Напишите уравнения реакции присоединения серы с простыми и сложными веществами и уравняйте их методом электронного баланса.

1. И кислород (O), и сера (S) находятся в 16-й (VIA) группе периодической таблицы, что означает, что у них по 6 валентных электронов. Высшая положительная степень окисления для элементов этой группы, как правило, равна +6.

Однако кислород является вторым по электроотрицательности элементом после фтора. Из-за своей чрезвычайно высокой электроотрицательности и малого атомного радиуса кислород почти во всех соединениях притягивает к себе электроны, проявляя отрицательную степень окисления (чаще всего -2). Положительную степень окисления (+2) кислород может проявить только в соединении с фтором ($OF_2$), единственным элементом, превосходящим его по электроотрицательности. Достижение степени окисления +6 для кислорода невозможно, так как для этого потребовалось бы отдать 6 электронов, что энергетически крайне невыгодно.

Сера, в свою очередь, имеет значительно меньшую электроотрицательность, чем кислород. Поэтому сера способна как принимать электроны (например, в соединении с водородом $H_2S$, степень окисления серы -2), так и отдавать их более электроотрицательным элементам, в первую очередь кислороду. В соединениях с кислородом сера проявляет положительные степени окисления, включая +4 (в $SO_2$) и высшую +6 (в $SO_3$ и $H_2SO_4$). Степень окисления +6 соответствует номеру группы и реализуется за счет участия всех шести валентных электронов в образовании химических связей.

Ответ: Степень окисления кислорода не соответствует номеру его группы из-за его очень высокой электроотрицательности, из-за которой он почти всегда принимает, а не отдает электроны. Сера менее электроотрицательна, поэтому она может отдавать все свои 6 валентных электронов более электроотрицательным элементам (например, кислороду), достигая степени окисления +6, что соответствует номеру ее группы.

2. $H_2S$ – сероводород.

• Классификация: бинарное соединение (гидрид); в водном растворе – слабая двухосновная сероводородная кислота. Степень окисления серы $S^{-2}$.
• Структурная формула: H–S–H. Молекула имеет уголковое (согнутое) строение, аналогичное молекуле воды.

$SO_2$ – оксид серы(IV) или сернистый газ.

• Классификация: кислотный оксид. Степень окисления серы $S^{+4}$.
• Структурная формула: O=S–O. Молекула имеет уголковое строение. Связи в молекуле являются усредненными между одинарной и двойной (резонансная структура).

$SO_3$ – оксид серы(VI) или серный ангидрид.

• Классификация: кислотный оксид. Степень окисления серы $S^{+6}$.
• Структурная формула: Молекула имеет плоское треугольное строение. Структуру можно изобразить с помощью резонансных форм, например:

  O

  ||

  O–S–O

$Na_2SO_3$ – сульфит натрия.

• Классификация: соль (средняя соль, образованная сильным основанием $NaOH$ и слабой сернистой кислотой $H_2SO_3$). Степень окисления серы $S^{+4}$.
• Структурная формула: Это ионное соединение, состоящее из двух катионов натрия $Na^+$ и одного сульфит-аниона $[SO_3]^{2-}$. Анион $[SO_3]^{2-}$ имеет форму тригональной пирамиды, в вершине которой находится атом серы с неподеленной электронной парой, а в основании – три атома кислорода.

Ответ: Классификация и структурные формулы соединений представлены выше.

3. Примеры реакций присоединения (взаимодействия) серы с простыми и сложными веществами с балансировкой методом электронного баланса.

1) Реакция с простым веществом (неметаллом - кислородом):

$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$

Составим электронный баланс:

$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (окисление, восстановитель)

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 (восстановление, окислитель)

Коэффициенты в уравнении реакции равны 1, уравнение уже сбалансировано.

Итоговое уравнение: $S + O_2 = SO_2$

2) Реакция со сложным веществом (окислителем - концентрированной азотной кислотой):

$S + HNO_3(конц.) \rightarrow H_2SO_4 + NO_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 (окисление, S - восстановитель)

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 6 (восстановление, N - окислитель)

Расставляем коэффициенты перед веществами, содержащими серу и азот:

$1 \cdot S + 6 \cdot HNO_3 \rightarrow 1 \cdot H_2SO_4 + 6 \cdot NO_2 + H_2O$

Теперь уравниваем количество атомов водорода и кислорода. Слева 6 атомов H, справа 2 атома H в $H_2SO_4$. Следовательно, перед $H_2O$ нужно поставить коэффициент 2, чтобы общее число атомов H справа стало $2 + 2 \cdot 2 = 6$.

Проверяем баланс атомов кислорода:

Слева: $6 \cdot 3 = 18$

Справа: $4 + 6 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 4 + 12 + 2 = 18$

Баланс соблюден.

Итоговое уравнение: $S + 6HNO_3 = H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O$

Ответ: Примеры уравнений реакций и их балансировка представлены выше.