Номер 44, страница 68 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

7. Кислород, сера и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 44, страница 68.

Условие.

44. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям:

а) $S^{-2} \rightarrow S^0 \rightarrow S^{+4} \rightarrow S^{+6} \rightarrow S^{+4} \rightarrow S^0 \rightarrow S^{-2}$

б) сульфид натрия $\rightarrow$ A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ C $\rightarrow$ D $\rightarrow$ сульфат бария (все вещества содержат серу; первая, вторая и четвёртая реакции — ОВР)

Решение.

Решение 2.

a) Решение

Для осуществления данной цепи превращений необходимо подобрать реагенты, которые позволят изменить степень окисления серы в соответствии со схемой: $S^{-2} \rightarrow S^0 \rightarrow S^{+4} \rightarrow S^{+6} \rightarrow S^{+4} \rightarrow S^0 \rightarrow S^{-2}$.

1. $S^{-2} \rightarrow S^0$: Окисление сероводорода (сера в степени окисления -2) до свободной серы (степень окисления 0) при неполном сгорании в кислороде.

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

2. $S^0 \rightarrow S^{+4}$: Окисление элементарной серы кислородом при нагревании с образованием диоксида серы (сернистого газа), где сера имеет степень окисления +4.

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

3. $S^{+4} \rightarrow S^{+6}$: Дальнейшее окисление диоксида серы в триоксид серы (сера в степени окисления +6). Реакция является каталитической и обратимой.

$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t^\circ} 2SO_3$

4. $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$: Восстановление серы из степени окисления +6. Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) является сильным окислителем. При реакции с медью она восстанавливается до диоксида серы ($SO_2$), где сера имеет степень окисления +4.

$Cu + 2H_2SO_4 (\text{конц.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

5. $S^{+4} \rightarrow S^0$: Восстановление диоксида серы до элементарной серы. Это можно осуществить с помощью сероводорода (реакция совместного окисления-восстановления, или конпропорционирования).

$SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S\downarrow + 2H_2O$

6. $S^0 \rightarrow S^{-2}$: Восстановление элементарной серы до степени окисления -2. Это достигается реакцией с активными восстановителями, например, с водородом при нагревании.

$S + H_2 \xrightarrow{t^\circ} H_2S$

Ответ:

1) $2H_2S + O_2 \rightarrow 2S\downarrow + 2H_2O$

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

3) $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t^\circ} 2SO_3$

4) $Cu + 2H_2SO_4 (\text{конц.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

5) $SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S\downarrow + 2H_2O$

6) $S + H_2 \xrightarrow{t^\circ} H_2S$

б) Решение

Задана следующая цепочка превращений: сульфид натрия $\rightarrow$ A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ C $\rightarrow$ D $\rightarrow$ сульфат бария.

Условия: все промежуточные вещества A, B, C, D содержат серу; первая, вторая и четвёртая реакции являются окислительно-восстановительными (ОВР).

Исходя из условий, можно предположить следующую последовательность веществ:

• Исходное вещество: сульфид натрия ($Na_2S$, сера $S^{-2}$).
• Вещество A: сера ($S$, степень окисления 0).
• Вещество B: диоксид серы ($SO_2$, степень окисления +4).
• Вещество C: сульфит натрия ($Na_2SO_3$, степень окисления +4).
• Вещество D: сульфат натрия ($Na_2SO_4$, степень окисления +6).
• Конечное вещество: сульфат бария ($BaSO_4$, степень окисления +6).

Напишем уравнения реакций для этой цепочки:

1. (ОВР) Окисление сульфида натрия до серы. Например, кислородом в водном растворе. Сера меняет степень окисления с -2 на 0.

$2Na_2S + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2S\downarrow + 4NaOH$

2. (ОВР) Сжигание серы в кислороде с получением диоксида серы. Сера окисляется с 0 до +4.

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

3. (не ОВР) Реакция диоксида серы (кислотный оксид) со щелочью (которая образовалась на первом этапе), с образованием соли - сульфита натрия. Это реакция обмена, степени окисления не меняются.

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

4. (ОВР) Окисление сульфита натрия до сульфата натрия с помощью пероксида водорода. Сера окисляется с +4 до +6.

$Na_2SO_3 + H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

5. Получение нерастворимого сульфата бария в результате реакции ионного обмена между сульфатом натрия и растворимой солью бария, например, хлоридом бария.

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Все условия задачи выполнены.

Ответ:

1) $2Na_2S + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2S\downarrow + 4NaOH$

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

3) $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

4) $Na_2SO_3 + H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

5) $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$