Номер 9, страница 80 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

9. Подготовьте сообщение о нахождении в природе, свойствах, областях применения и получении сероводорода.

Нахождение в природе

Сероводород ($H_2S$) — газ, который довольно широко распространен в природе. Его образование связано в основном с процессами разложения серосодержащих органических веществ, в частности белков. Этот процесс, называемый гниением, происходит при отсутствии кислорода (в анаэробных условиях). Поэтому сероводород можно обнаружить в:

• Природных водоемах со стоячей водой, таких как болота, пруды, а также в глубоководных слоях морей и океанов. Ярким примером является Черное море, где на глубине более 150-200 метров вода насыщена сероводородом.
• Канализационных системах и сточных водах, где разлагаются органические отходы.
• В составе вулканических газов, выделяющихся при извержениях вулканов.
• В попутных нефтяных и природных газах, а также в некоторых месторождениях сырой нефти (так называемая "кислая" нефть).
• В минеральных водах, известных как сероводородные источники (например, в Мацесте, Пятигорске). Такие воды используются в лечебных целях (бальнеотерапия).
• В небольших количествах сероводород образуется в кишечнике человека и животных в процессе пищеварения.

Ответ: Сероводород встречается в природе в вулканических газах, в составе попутного нефтяного и природного газов, в водах сероводородных источников, а также образуется при гниении белковых веществ в анаэробных условиях (например, на дне водоемов или в канализации).

Свойства

Физические свойства:

Сероводород ($H_2S$) при нормальных условиях — это бесцветный газ с резким, очень неприятным запахом тухлых яиц. Он немного тяжелее воздуха (молярная масса $H_2S \approx 34$ г/моль, средняя молярная масса воздуха $\approx 29$ г/моль), поэтому может скапливаться в низинах и плохо проветриваемых помещениях. Сероводород умеренно растворим в воде, образуя слабую сероводородную кислоту. Температура кипения составляет $-60,3^\circ C$, температура плавления $-85,7^\circ C$. Важнейшим свойством сероводорода является его высокая токсичность. При вдыхании в малых концентрациях он вызывает раздражение дыхательных путей и глаз, головную боль, тошноту. В высоких концентрациях он парализует обонятельный нерв, из-за чего человек перестает ощущать его запах, что крайне опасно и может привести к тяжелому отравлению, потере сознания и смерти.

Химические свойства:

1. Кислотные свойства. Водный раствор сероводорода является очень слабой двухосновной кислотой (сероводородная кислота). Диссоциация идет в две ступени:

$H_2S \rightleftharpoons H^+ + HS^-$ (первая ступень)

$HS^- \rightleftharpoons H^+ + S^{2-}$ (вторая ступень)

Реагирует со щелочами, образуя средние соли (сульфиды) и кислые соли (гидросульфиды):

$H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$ (сульфид натрия)

$H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O$ (гидросульфид натрия)

2. Восстановительные свойства. Сера в сероводороде имеет низшую степень окисления -2, поэтому $H_2S$ является сильным восстановителем. Он легко окисляется.

Горение в избытке кислорода:

$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$

Горение при недостатке кислорода (или медленное окисление на воздухе):

$2H_2S + O_2 \rightarrow 2S\downarrow + 2H_2O$

Взаимодействует с сильными окислителями, например, с галогенами или перманганатом калия:

$H_2S + Br_2 \rightarrow S\downarrow + 2HBr$

$3H_2S + 2KMnO_4 \rightarrow 3S\downarrow + 2MnO_2\downarrow + 2KOH + 2H_2O$

3. Реакции с солями металлов. Сероводород реагирует со многими солями металлов, образуя нерастворимые в воде (и часто в кислотах) сульфиды. Эти реакции используются в аналитической химии для обнаружения и разделения ионов металлов.

$CuSO_4 + H_2S \rightarrow CuS\downarrow + H_2SO_4$ (черный осадок)

$Pb(NO_3)_2 + H_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2HNO_3$ (черный осадок)

$CdCl_2 + H_2S \rightarrow CdS\downarrow + 2HCl$ (желтый осадок)

Ответ: Сероводород — это токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц, проявляющий свойства слабой кислоты и сильного восстановителя.

Области применения

Несмотря на свою токсичность, сероводород находит применение в различных сферах:

• Химическая промышленность. Является основным сырьем для производства серной кислоты ($H_2SO_4$) по так называемому "мокрому" методу и элементарной серы (процесс Клауса). Также используется в органическом синтезе для получения сераорганических соединений, например, тиолов (меркаптанов).
• Аналитическая химия. Раствор сероводорода в воде (сероводородная вода) используется как реагент для качественного анализа катионов. Ионы многих металлов образуют с сероводородом сульфиды, имеющие характерную окраску и разную растворимость в кислотах, что позволяет разделять и идентифицировать их.
• Медицина. Природные и искусственные сероводородные ванны применяются в бальнеотерапии для лечения заболеваний кожи, суставов, нервной системы. В последние годы активно изучается роль сероводорода как газотрансмиттера — сигнальной молекулы в организме человека, регулирующей тонус сосудов и другие физиологические процессы.
• Производство тяжелой воды. Исторически сероводород использовался в процессе Гирдлера-Зульцера для получения тяжелой воды ($D_2O$), необходимой для ядерных реакторов.

Ответ: Основные области применения сероводорода — это производство серы и серной кислоты, использование в качестве реагента в аналитической химии, а также в медицине (сероводородные ванны).

Получение

В промышленности:

В промышленных масштабах сероводород в основном не производят специально, а получают как побочный продукт при очистке (гидродесульфуризации) природного газа, попутного нефтяного газа и продуктов нефтепереработки от сернистых соединений. Этот процесс необходим, так как соединения серы вызывают коррозию оборудования и загрязняют атмосферу при сжигании топлива. Полученный сероводород далее перерабатывают в элементарную серу или серную кислоту.

Также возможен прямой синтез из простых веществ при нагревании:

$H_2 + S \xrightarrow{150-200^\circ C} H_2S$

В лаборатории:

Наиболее распространенным лабораторным способом получения сероводорода является взаимодействие сульфида железа(II) с разбавленной кислотой (обычно соляной или серной) в аппарате Киппа.

$FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\uparrow$

Нельзя использовать концентрированную серную или азотную кислоту, так как они являются сильными окислителями и окислят образующийся сероводород до серы или $SO_2$.

Еще один способ — гидролиз некоторых сульфидов, например, сульфида алюминия:

$Al_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow$

Ответ: В промышленности сероводород получают как побочный продукт при очистке нефти и газа, а в лаборатории — действием сильных неокисляющих кислот на сульфиды металлов, например, сульфид железа(II).