Страница 56 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Заполните схему «Области применения серы».

X
$ Br_2 + X \rightarrow $
X

Окислители
6 5 5

$S$

1)
2)
$ = 2 + 9H $
$ Hg + S \rightarrow HgS $

Применение:
$ = 2 + Al $

1) Взрывчатые
$ = 2 + Fe $
$ 2 + 9 $

Решение

Сера (S) — химический элемент с широким спектром применения в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Ниже представлены шесть основных областей ее использования для заполнения предложенной схемы.

1. Производство серной кислоты
Это главная область применения серы. Около 90% добываемой серы перерабатывается в серную кислоту ($H_2SO_4$). Серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности и используется для производства минеральных удобрений (суперфосфата, сульфата аммония), в металлургии для травления металлов, в нефтепереработке, а также для синтеза красителей, лекарств и взрывчатых веществ.

2. Вулканизация каучука
Сера используется для сшивания полимерных цепей натурального и синтетического каучука. Этот процесс, называемый вулканизацией, придает каучуку прочность, эластичность, тепло- и морозостойкость, превращая его в резину. Резина — незаменимый материал для производства автомобильных и авиационных шин, различных уплотнителей, шлангов, обуви и многого другого.

3. Сельское хозяйство
Элементарную серу применяют в качестве контактного фунгицида для борьбы с грибковыми заболеваниями растений, такими как мучнистая роса, и как акарицид для борьбы с клещами. Также сера является важным макроэлементом для питания растений (особенно для бобовых и крестоцветных), поэтому ее вводят в состав некоторых комплексных удобрений.

4. Производство спичек и пиротехнических составов
Сера является горючим веществом и входит в состав зажигательной массы спичечных головок. Также она — один из трёх компонентов чёрного (дымного) пороха, который состоит из смеси селитры, угля и серы. Чёрный порох используется в пиротехнике, фейерверках и в качестве вышибного заряда в некоторых видах боеприпасов.

5. Химический синтез (кроме серной кислоты)
Сера используется для получения ряда важных химических соединений. Например, сероуглерода ($CS_2$), который является растворителем и сырьем для производства вискозного волокна (искусственного шелка) и целлофана. Также из серы получают сульфиды (например, сульфид натрия $Na_2S$ для кожевенной промышленности) и диоксид серы ($SO_2$) для отбеливания бумаги и в качестве консерванта.

6. Медицина и косметология
Очищенная и осажденная сера применяется в медицине для изготовления мазей и присыпок. Серные мази обладают противомикробным, противопаразитарным и кератолитическим (отшелушивающим) действием, благодаря чему их используют для лечения кожных заболеваний, таких как себорея, псориаз, чесотка и акне.

Ответ:

Области применения серы, которые можно вписать в схему: 1. Производство серной кислоты; 2. Вулканизация каучука; 3. Сельское хозяйство (производство удобрений и пестицидов); 4. Производство спичек и пороха; 5. Производство красителей и искусственных волокон; 6. Медицина (производство лекарств и мазей).

3. Дополните схемы реакций. Расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

а)

$S + H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + \text{____}$

б)

$S + HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + NO_2 + \text{____}$

в)

$S + C + KNO_3 \rightarrow K_2S + N_2 + \text{____}$

Это реакция горения __________.

а)

Решение: В данной реакции сера (S) является и окислителем (в составе серной кислоты H₂SO₄), и восстановителем (простое вещество S). В результате реакции образуются диоксид серы (SO₂) и вода (H₂O).
Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые их изменяют:
$S^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow S^{+4}O_2 + H_2O$
Составим уравнения полуреакций (электронный баланс):
$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (процесс окисления, S⁰ – восстановитель)
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 2 (процесс восстановления, S⁺⁶ – окислитель)
Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (4 и 2) равно 4. Домножаем полуреакции на соответствующие множители (1 и 2), чтобы уравнять число электронов.
Коэффициент 1 относится к восстановителю (S⁰), а коэффициент 2 — к окислителю (H₂SO₄).
$S + 2H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + H_2O$
Теперь уравняем атомы.
Слева 1 атом S⁰ и 2 атома S⁺⁶, итого 3 атома серы. Справа пока один. Ставим коэффициент 3 перед $SO_2$:
$S + 2H_2SO_4 \rightarrow 3SO_2 + H_2O$
Уравняем водород: слева $2 \cdot 2 = 4$ атома, справа 2. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$:
$S + 2H_2SO_4 \rightarrow 3SO_2 + 2H_2O$
Проверим по кислороду: слева $2 \cdot 4 = 8$ атомов, справа $3 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 6 + 2 = 8$ атомов. Все атомы уравнены.
Ответ: $S + 2H_2SO_4 \rightarrow 3SO_2 + 2H_2O$

б)

Решение: В данной реакции сера (S) является восстановителем, а азотная кислота (HNO₃) — окислителем. Недостающим продуктом является вода (H₂O).
Запишем схему реакции и определим степени окисления:
$S^0 + HN^{+5}O_3 \rightarrow H_2S^{+6}O_4 + N^{+4}O_2 + H_2O$
Составим электронный баланс:
$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 (процесс окисления, S⁰ – восстановитель)
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 6 (процесс восстановления, N⁺⁵ – окислитель)
Наименьшее общее кратное равно 6.
Ставим коэффициент 1 перед серой (и H₂SO₄) и 6 перед азотной кислотой (и NO₂).
$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + H_2O$
Уравняем водород: слева 6 атомов. Справа 2 атома в H₂SO₄, значит, в воде должно быть $6 - 2 = 4$ атома. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$:
$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O$
Проверим по кислороду: слева $6 \cdot 3 = 18$ атомов. Справа $4 + 6 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 4 + 12 + 2 = 18$ атомов. Уравнение сбалансировано.
Ответ: $S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O$

в)

Решение: Эта реакция описывает горение чёрного пороха, который является смесью серы (S), угля (C) и калийной селитры (KNO₃). Недостающий продукт — углекислый газ (CO₂).
Запишем схему и степени окисления:
$S^0 + C^0 + KN^{+5}O_3 \rightarrow K_2S^{-2} + N_2^0 + C^{+4}O_2$
В этой сложной окислительно-восстановительной реакции есть один восстановитель (углерод) и два окислителя (азот и сера).
Составим электронный баланс:
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ (окисление)
$S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2}$ (восстановление)
$2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0$ (восстановление)
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителями.
$3 \cdot (C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4})$
$1 \cdot (S^0 + 2e^- \rightarrow S^{-2})$
$1 \cdot (2N^{+5} + 10e^- \rightarrow N_2^0)$
Число отданных электронов: $3 \cdot 4 = 12$.
Число принятых электронов: $1 \cdot 2 + 1 \cdot 10 = 12$.
Баланс соблюден.
Из баланса получаем коэффициенты: 3 для C, 1 для S, 2 для KNO₃ (т.к. в полуреакции участвуют 2 атома азота).
$S + 3C + 2KNO_3 \rightarrow K_2S + N_2 + 3CO_2$
Проверим баланс атомов:
K: слева 2, справа 2.
S: слева 1, справа 1.
N: слева 2, справа 2.
C: слева 3, справа 3.
O: слева $2 \cdot 3 = 6$, справа $3 \cdot 2 = 6$.
Уравнение сбалансировано.
Ответ: $S + 3C + 2KNO_3 \rightarrow K_2S + N_2 + 3CO_2$

Это реакция горения чёрного пороха.

4. Дополните схему последовательных превращений и запишите уравнения соответствующих реакций.

$H_2O_2 \rightarrow X_1 \rightarrow SO_2 \rightarrow X_2 \rightarrow H_2SO_4$

$X_1 - $ __________ $X_2 - $ __________

1) __________

2) __________

3) __________

4) __________

Решение

Для того чтобы дополнить схему, необходимо определить промежуточные вещества $X_1$ и $X_2$ и записать уравнения соответствующих реакций.

$X_1$ — $O_2$ (кислород)

$X_2$ — $SO_3$ (оксид серы(VI) или серный ангидрид)

1) Первое превращение — это разложение пероксида водорода ($H_2O_2$). В результате этой реакции, которая часто катализируется оксидом марганца(IV) ($MnO_2$), образуются вода и кислород. Судя по следующему этапу, где из $X_1$ получают $SO_2$, веществом $X_1$ является кислород.
$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$
Ответ: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

2) Второе превращение — получение оксида серы(IV) ($SO_2$) из вещества $X_1$ (кислорода). Это стандартная реакция горения серы в кислороде при нагревании.
$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
Ответ: $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$

3) Третье превращение — получение вещества $X_2$ из оксида серы(IV). Дальнейшая цель — получить серную кислоту, поэтому $SO_2$ необходимо окислить до оксида серы(VI) ($SO_3$). Таким образом, вещество $X_2$ — это $SO_3$. Реакция является обратимой и проводится в присутствии катализатора (например, $V_2O_5$) при повышенной температуре.
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$
Ответ: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

4) Четвертое превращение — получение серной кислоты ($H_2SO_4$) из вещества $X_2$ ($SO_3$). Серная кислота образуется при взаимодействии кислотного оксида серы(VI) с водой.
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
Ответ: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$