Номер 2, страница 85 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

2. Дайте характеристику сернистой кислоты и её солей. Как распознать сульфит-ион?

Характеристика сернистой кислоты

Сернистая кислота ($H_2SO_3$) — это слабая, двухосновная неорганическая кислота, которая образуется при растворении диоксида серы ($SO_2$) в воде. Она существует только в водных растворах и является очень неустойчивым соединением.

Физические свойства:
Сернистая кислота представляет собой бесцветный водный раствор с резким запахом сернистого газа ($SO_2$), так как в растворе всегда присутствует равновесие с ним. В свободном виде кислота не выделена, поскольку при попытке концентрирования или при нагревании она легко разлагается.

Химические свойства:
1. Неустойчивость: В растворе существует обратимая реакция, равновесие которой при нагревании или просто со временем сдвигается в сторону разложения кислоты:
$H_2SO_3 \rightleftharpoons H_2O + SO_2 \uparrow$
2. Кислотные свойства: Является слабой кислотой и диссоциирует в воде ступенчато:
I ступень: $H_2SO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSO_3^-$ (образуется гидросульфит-ион)
II ступень: $HSO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SO_3^{2-}$ (образуется сульфит-ион)
Как типичная кислота, она реагирует с основаниями, основными и амфотерными оксидами, образуя два ряда солей: средние соли (сульфиты) и кислые соли (гидросульфиты).
$H_2SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + 2H_2O$ (сульфит натрия)
$H_2SO_3 + NaOH_{ (изб.) } \rightarrow NaHSO_3 + H_2O$ (гидросульфит натрия)
3. Окислительно-восстановительные свойства: Атом серы в сернистой кислоте имеет степень окисления +4, которая является промежуточной. Поэтому $H_2SO_3$ может выступать как в роли восстановителя (что более характерно), так и в роли окислителя.
Как восстановитель (окисляется до $S^{+6}$):
$H_2SO_3 + Br_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HBr$ (обесцвечивание бромной воды)
Как окислитель (восстанавливается до $S^0$ или $S^{-2}$):
$H_2SO_3 + 2H_2S \rightarrow 3S \downarrow + 3H_2O$

Ответ: Сернистая кислота ($H_2SO_3$) – это слабая, двухосновная, неустойчивая кислота, существующая только в водном растворе. Она проявляет типичные кислотные свойства, образуя сульфиты и гидросульфиты, а также может быть как восстановителем (окисляясь до сульфатов), так и окислителем (восстанавливаясь до серы или сероводорода).

Характеристика её солей

Соли сернистой кислоты называются сульфитами (содержат анион $SO_3^{2-}$) и гидросульфитами (содержат анион $HSO_3^-$).

Физические свойства:
Большинство сульфитов (кроме сульфитов щелочных металлов и аммония) нерастворимы или малорастворимы в воде. Гидросульфиты, как правило, хорошо растворимы в воде.

Химические свойства:
1. Взаимодействие с сильными кислотами: Это ключевое свойство для идентификации сульфитов. При действии более сильных кислот (например, $HCl$, $H_2SO_4$) сульфиты разлагаются с выделением сернистого газа ($SO_2$) с резким запахом:
$Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + SO_2 \uparrow$
В ионном виде: $SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + SO_2 \uparrow$
2. Гидролиз: Водные растворы растворимых сульфитов (например, $Na_2SO_3$) имеют щелочную среду из-за протекания гидролиза по аниону:
$SO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_3^- + OH^-$
3. Окислительно-восстановительные свойства: Подобно сернистой кислоте, сульфиты являются сильными восстановителями, легко окисляясь сильными окислителями (например, перманганатом калия, галогенами) до сульфатов ($SO_4^{2-}$).
$5SO_3^{2-} + 2MnO_4^- + 6H^+ \rightarrow 5SO_4^{2-} + 2Mn^{2+} + 3H_2O$

Ответ: Соли сернистой кислоты – сульфиты и гидросульфиты. Сульфиты в большинстве своем нерастворимы в воде (кроме солей щелочных металлов и аммония). Они вступают в реакции ионного обмена, гидролизуются по аниону (создавая щелочную среду), проявляют сильные восстановительные свойства и разлагаются сильными кислотами с выделением газа $SO_2$.

Как распознать сульфит-ион?

Распознать сульфит-ион ($SO_3^{2-}$) в растворе можно с помощью качественных реакций. Основным реагентом является любая сильная кислота, также можно использовать ионы бария.

Метод 1: Действие сильных кислот.
К раствору, содержащему сульфит-ионы, приливают раствор сильной кислоты (например, соляной $HCl$ или серной $H_2SO_4$). Наблюдается выделение бесцветного газа с резким, удушливым запахом (запах зажженной спички) — это диоксид серы ($SO_2$).
Уравнение реакции: $SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + SO_2 \uparrow$
Для дополнительного подтверждения, что выделившийся газ — именно $SO_2$, можно пропустить его через фиолетовый раствор перманганата калия ($KMnO_4$). Раствор обесцветится в результате окислительно-восстановительной реакции.
Уравнение реакции: $5SO_2 + 2KMnO_4 + 2H_2O \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 2H_2SO_4$

Метод 2: Осаждение ионами бария ($Ba^{2+}$).
К исследуемому раствору добавляют раствор хлорида бария ($BaCl_2$). В присутствии сульфит-ионов выпадает белый осадок сульфита бария ($BaSO_3$).
Уравнение реакции: $SO_3^{2-} + Ba^{2+} \rightarrow BaSO_3 \downarrow$
Важным отличием от сульфат-иона ($SO_4^{2-}$), который также дает белый осадок с ионами бария, является то, что осадок сульфита бария $BaSO_3$ растворяется в сильных кислотах (например, в $HCl$ или $HNO_3$), а осадок сульфата бария $BaSO_4$ — нет.
$BaSO_3(s) + 2H^+ \rightarrow Ba^{2+} + H_2O + SO_2 \uparrow$

Ответ: Качественной реакцией на сульфит-ион является добавление сильной кислоты, в результате чего выделяется газ $SO_2$ с резким запахом. Также можно использовать реакцию с раствором солей бария: выпадает белый осадок $BaSO_3$, который, в отличие от осадка $BaSO_4$, растворяется в сильных кислотах.