Номер 2, страница 190 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Охарактеризуйте: а) сернистый газ; б) оксид серы (VI) по плану: получение, свойства, применение. Напишите уравнения соответствующих реакций.

а) сернистый газ (оксид серы(IV), $SO_2$)

Получение

В промышленности:

• Сжигание серы в кислороде:

$S + O_2 \xrightarrow{t^\circ} SO_2$

• Обжиг сульфидных руд, например, железного колчедана (пирита):

$4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

В лаборатории:

• Действие сильных кислот (например, серной) на сульфиты или гидросульфиты:

$Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + SO_2\uparrow$

• Взаимодействие концентрированной серной кислоты с малоактивными металлами при нагревании:

$Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t^\circ} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

Свойства

Физические свойства:

Сернистый газ — это бесцветный газ с резким удушливым запахом (напоминает запах зажжённой спички). Он токсичен, примерно в 2.2 раза тяжелее воздуха и хорошо растворим в воде (около 40 объёмов $SO_2$ в 1 объёме воды при нормальных условиях).

Химические свойства:

• Является типичным кислотным оксидом. При растворении в воде образует слабую и нестабильную сернистую кислоту, реакция обратима:

$SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$

• Реагирует с основными и амфотерными оксидами с образованием солей — сульфитов:

$SO_2 + CaO \rightarrow CaSO_3$

• Реагирует со щелочами, образуя средние (сульфиты) или кислые (гидросульфиты) соли в зависимости от соотношения реагентов:

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$ (при избытке щёлочи)

$SO_2 + NaOH \rightarrow NaHSO_3$ (при избытке $SO_2$)

• Проявляет окислительно-восстановительную двойственность, так как степень окисления серы +4 является промежуточной. Чаще выступает в роли восстановителя.
Как восстановитель: окисляется до S(+6). Это ключевой процесс в производстве серной кислоты:
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ (катализатор $V_2O_5$, $t^\circ$, $p$)
Обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия:
$SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HBr$
$5SO_2 + 2KMnO_4 + 2H_2O \rightarrow 2H_2SO_4 + 2MnSO_4 + K_2SO_4$
Как окислитель: восстанавливается до S(0) или S(-2), взаимодействуя с более сильными восстановителями, например, с сероводородом:
$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S\downarrow + 2H_2O$

Применение

• Основная часть производимого $SO_2$ используется для получения серной кислоты.

• Для отбеливания шерсти, шёлка и бумаги (благодаря восстановительным свойствам).

• В качестве консерванта (пищевая добавка E220) в виноделии, для обработки сухофруктов.

• Для дезинфекции и дезинсекции (окуривание подвалов, складов).

Ответ: Сернистый газ ($SO_2$) — это кислотный оксид, получаемый сжиганием серы или обжигом сульфидов. Он обладает резким запахом, токсичен, проявляет окислительно-восстановительную двойственность (чаще как восстановитель) и широко применяется в производстве серной кислоты, как отбеливатель и консервант.

б) оксид серы (VI) (серный ангидрид, $SO_3$)

Получение

В промышленности:

Основной способ — каталитическое окисление сернистого газа ($SO_2$) кислородом воздуха. Процесс проводят при температуре $400-500^\circ C$ и повышенном давлении в присутствии катализатора (чаще всего оксида ванадия(V)):

$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$

В лаборатории:

• Термическое разложение некоторых сульфатов металлов, например, сульфата железа(III):

$Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow{t > 480^\circ C} Fe_2O_3 + 3SO_3$

• Обезвоживание концентрированной серной кислоты сильными водоотнимающими средствами, например, оксидом фосфора(V):

$2H_2SO_4(\text{конц.}) + P_2O_5 \rightarrow 2H_3PO_4 + 2SO_3$

Свойства

Физические свойства:

При стандартных условиях — бесцветная летучая жидкость. В твёрдом состоянии существует в виде нескольких полимерных модификаций (белые кристаллы). Очень гигроскопичен, на влажном воздухе «дымит» из-за образования мельчайших капелек серной кислоты.

Химические свойства:

• Является очень активным кислотным оксидом (ангидрид серной кислоты).

• Бурно, с выделением большого количества теплоты, реагирует с водой, образуя серную кислоту:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + Q$

• Энергично взаимодействует с основными оксидами и основаниями, образуя соли — сульфаты:

$SO_3 + MgO \rightarrow MgSO_4$

$SO_3 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$

• Является сильным окислителем, так как сера в нём находится в высшей степени окисления +6. Может окислять многие вещества:

$SO_3 + 2KI \rightarrow K_2SO_3 + I_2$

$SO_3 + PCl_3 \rightarrow POCl_3 + SO_2$

• Растворяется в безводной серной кислоте с образованием олеума — раствора $SO_3$ в $H_2SO_4$:

$H_2SO_4 + nSO_3 \rightarrow H_2S_{n+1}O_{3n+4}$

Применение

• Подавляющая часть производимого $SO_3$ идёт на производство серной кислоты различной концентрации и олеума.

• В органическом синтезе используется как сильный сульфирующий агент для введения сульфогруппы ($-SO_3H$) в молекулы.

• Применяется как сильное водоотнимающее средство.

Ответ: Оксид серы(VI) ($SO_3$) — высший оксид серы, типичный кислотный оксид и сильный окислитель. Его получают каталитическим окислением $SO_2$ и используют практически исключительно для производства серной кислоты, олеума, а также в качестве сульфирующего и обезвоживающего реагента.