Номер 4, страница 76 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Охарактеризуйте аллотропные модификации серы, физические и химические свойства кристаллической серы. Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических реакций.

Аллотропные модификации серы

Аллотропия — это способность химического элемента существовать в виде двух или более простых веществ, различных по строению и свойствам. Сера обладает большим числом аллотропных модификаций. Наиболее известными и устойчивыми являются ромбическая, моноклинная и пластическая сера.

1. Ромбическая сера (α-сера): Это наиболее устойчивая модификация при комнатной температуре (ниже 95,6 °C). Она представляет собой жёлтые, хрупкие кристаллы ромбической сингонии. Молекула ромбической серы состоит из восьми атомов, замкнутых в кольцо ($S_8$), имеющее форму короны.

2. Моноклинная сера (β-сера): Образуется при медленном охлаждении расплавленной серы или при нагревании ромбической серы выше 95,6 °C. Она существует в виде игольчатых кристаллов моноклинной сингонии. Молекулярный состав такой же ($S_8$), но упаковка молекул в кристалле иная. Моноклинная сера устойчива в интервале температур от 95,6 °C до температуры плавления (119,6 °C). При охлаждении ниже 95,6 °C она медленно превращается обратно в ромбическую. Переход между этими формами можно представить так:
$S_8(ромбическая) \xrightleftharpoons[t < 95.6^\circ C]{t > 95.6^\circ C} S_8(моноклинная)$

3. Пластическая (аморфная) сера: Получается при резком охлаждении расплавленной серы (нагретой выше 160 °C), например, выливанием её в холодную воду. Представляет собой резиноподобную, эластичную массу коричневого цвета. Эта модификация состоит из длинных полимерных цепей атомов серы (...-S-S-S-...). Пластическая сера термодинамически неустойчива и при комнатной температуре постепенно кристаллизуется, превращаясь в хрупкую ромбическую серу.

Физические свойства кристаллической серы

Под кристаллической серой обычно понимают наиболее стабильную ромбическую модификацию.

• Агрегатное состояние и цвет: Твердое кристаллическое вещество лимонно-жёлтого цвета.

• Запах и вкус: Не имеет запаха и вкуса.

• Хрупкость: Является хрупким веществом, легко измельчается в порошок.

• Растворимость: Практически нерастворима в воде. Хорошо растворяется в неполярных органических растворителях, таких как сероуглерод ($CS_2$), и хуже в бензоле и толуоле.

• Температуры фазовых переходов: Температура плавления ромбической серы — 115,2 °C, температура кипения — 444,6 °C.

• Плотность: Плотность ромбической серы составляет 2,07 г/см³.

• Тепло- и электропроводность: Является плохим проводником тепла и электрического тока (диэлектрик).

Химические свойства кристаллической серы

Кристаллическая сера является химически активным неметаллом, особенно при нагревании. В реакциях она может проявлять как окислительные (степень окисления -2), так и восстановительные (степени окисления +2, +4, +6) свойства.

1. Взаимодействие с металлами (сера — окислитель):
При нагревании сера реагирует со многими металлами, образуя сульфиды.
• С щелочными металлами: $2Na + S \rightarrow Na_2S$
• С железом: $Fe + S \xrightarrow{t} FeS$
• Со ртутью реагирует при комнатной температуре (используется для демеркуризации): $Hg + S \rightarrow HgS$

2. Взаимодействие с неметаллами:
• С водородом (сера — окислитель): $H_2 + S \xrightarrow{200-300^\circ C} H_2S$ (сероводород)
• С кислородом (сера — восстановитель): горит синим пламенем с образованием сернистого газа. $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$ (оксид серы(IV))
• С галогенами (сера — восстановитель). Например, с фтором и хлором:
$S + 3F_2 \rightarrow SF_6$ (гексафторид серы)
$2S + Cl_2 \xrightarrow{t} S_2Cl_2$ (дихлорид дисеры)
• С углеродом и фосфором (сера — окислитель):
$C + 2S \xrightarrow{700-900^\circ C} CS_2$ (сероуглерод)
$4P_{красный} + 10S \xrightarrow{t} 2P_2S_5$ (сульфид фосфора(V))

3. Взаимодействие со сложными веществами:
• С концентрированными кислотами-окислителями (сера — восстановитель):
$S + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} 3SO_2\uparrow + 2H_2O$
$S + 6HNO_3(конц.) \xrightarrow{t} H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + 2H_2O$
• С растворами щелочей (реакция диспропорционирования): при кипячении сера реагирует с концентрированными растворами щелочей.
$3S + 6NaOH(конц.) \xrightarrow{t} 2Na_2S + Na_2SO_3 + 3H_2O$

Ответ: Сера существует в нескольких аллотропных модификациях, основные из которых — ромбическая (стабильна до 95,6 °C), моноклинная (стабильна от 95,6 °C до 119,6 °C) и пластическая (аморфная, нестабильная). Все они состоят из атомов серы, но различаются строением (ромбическая и моноклинная — из молекул $S_8$, пластическая — из полимерных цепей). Кристаллическая (ромбическая) сера — это жёлтое, хрупкое, нерастворимое в воде твёрдое вещество, являющееся диэлектриком. В химических реакциях сера проявляет двойственную природу: она выступает как окислитель (например, в реакциях с металлами, водородом) и как восстановитель (например, с кислородом, галогенами, кислотами-окислителями), а также способна к реакциям диспропорционирования в щелочах.