Лабораторная работа №7: Сера.
Цель: ознакомиться с типичными свойсвами серы и ее соединений.
Оборудование и реактивы: химическая посуда, спиртовка, щипцы, водяная баня, сера и ее соединения.
Теоретическая часть:
Се́ра (Sulphur — обозн."S" в таблице Менделеева) — высокоэлектроотрицательный элемент, проявляет неметаллические свойства. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде.
Физические свойства:
Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов серы. Наиболее стабильны циклические молекулы S8, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество желтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета. Формулу пластической серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде.
Химические свойства:
При комнатной температуре сера реагирует со фтором и хлором, проявляя восстановительные свойства:
S + 3F2 = SF6
S + Cl2 = SCl2
С концентрированными кислотами-окислителями (HNO3, H2SO4) сера реагирует только при длительном нагревании, окисляясь:
S + 6HNO3(конц.) = H2SO4 + 6NO2 ↑ + 2H2O
S + 2H2SO4(конц.) = 3SO2 ↑ + 2H2O
На воздухе сера горит, образуя сернистый ангидрид — бесцветный газ с резким запахом:
S + O2 = SO2
При взаимодействии с металлами образует сульфиды. 2Na + S = Na2S При нагревании сера реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, водородом:
C + 2S = CS2 (сероуглерод)
Сера при нагревании растворяется в щелочах — реакция диспропорционирования
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
Получение:
Серу получают главным образом выплавкой самородной серы непосредственно в местах её залегания под землей. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.
Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.
Применение:
Серу применяют для производства серной кислоты, вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента - для получения серобетона.
Экспериментальная часть:
Опыт 1: получение пластической серы.
В пробирку насыпали чуть меньше половины объема порошкообразной серы. Под тягой нагревали ее, пока она не расплавилась. Когда сера стала жидкой, перелили ее в стакан с холодной водой. Сера остыла и превратилась в темную вязкую смолу. Таким образом, из ромбической серы мы получили пластическую серу.
Опыт 2: восстановительные свойства Na
2S.
В 4 пробирки налили по 2мл раствора соли Na2S. В 1-ю добавили бромную воду, во 2-ю – йодную воду, в 3-ю – концентрированную азотную кислоту, в 4-ю – перекись водорода. Пробирку с бромной и йодной водой подкислили серной кислотой. Наблюдали следующие реакции:
Na2S+Br22NaBr+S
Na2S+I22NaI+S
Na2S+2HNO32NaNO3+H2+S
Na2S+H2O22NaOH+S
Опыт 3: восстановительные свойства сернистой кислоты.
Получили сернистую кислоту по следующей реакции:
Na2SO3+H2SO4Na2SO4+H2SO3
а) В пробирку добавили 1каплю FeCl3 и раствора родонита калия. Раствор окрасился в кроваво-красный цвет. Добавляли сернистую кислоту H2SO3, подкисленную серной H2SO4, до тех пор, пока окраска не исчезла. Объяснить этот опыт можно тем, что раствор, в который добавили родонит калия, окрашивается красным цветом при наличии в нем ионов Fe3+. После взаимодействия с сернистой кислотой, ион Fe3+ восстановился до Fe2+. Это доказывает исчезновение красной окраски раствора. Значит сернистая кислота обладает восстановительными свойствами.
FeCl3+KSCN3KCl+Fe(SCN)3
Fe(SCN)3+H2SO3+H2SO4
Fe3+ +1eFe2+
б) В пробирку налили 1мл йодной воды. Прибавляли к нему раствор H
2SO
3 до полного обесцвечивания йода. В результате реакции йод восстанавливается, а сернистая кислота окисляется.
I20+H2O H2S+4O32HI-+H2S+6O4
S4+ -2eS6+
I20 +2e2I-
Опыт 4: взаимодействие разбавленной серной кислоты с металлами.
Взяли 5 пробирок. В 1-ю пометили Mg, во 2-ю – Zn, в 3-ю – Al, в 4-ю – Fe, в 5-ю – Cu. В каждую пробирку добавили разбавленную серную кислоту. С магнием, железом и цинком серная кислота сразу начала взаимодействовать с выделением водорода. В пробирках с алюминием и медью не наблюдалось никакой реакции. Тогда эти пробирки нагрели в водяной бане. Через некоторое время в пробирках пошла реакция. Записали уравнения реакций.
Mg+H2SO4MgSO4+H2↑
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
Fe+H2SO4FeSO4+H2↑
2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑
Cu+H2SO4CuSO4+H2
Опыт 5: взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами.
В вытяжном шкафу в пробирку положили кусочек цинка. Добавили в нее концентрированную H2SO4 и нагрели. По характерному запаху сразу определили выделение сероводорода.
Zn+H2SO4ZnSO4+H2O +H2S↑
В вытяжном шкафу в пробирку насыпали медный порошок. Добавили концентрированную серную кислоту и нагрели пробирку. Начал выделяться газ, напоминающий запах жженых спичек.
Cu+2H2SO4CuSO4+SO2+2H2O
Опыт 6: свойства пероксодисульфата аммония.
Поместили в пробирку несколько капель K2S2O8. Добавили 1 каплю 2н раствора серной кислоты и 2 капли раствора нитрата серебра. Нитрат серебра является здесь катализатором. Смесь нагрели. Внесли в нее совсем немного раствора MnSO4. Наблюдали появление розоватой окраски. Это является следствием того, что марганец окислился из степени +2 в степень +7 и образовал раствор марганцовки.
K
2S
2O
8+H
2SO
4K
2SO
4+H
2S
2O
8
Вывод: ознакомились с типичными свойсвами серы и ее соединений. Получили пластическую серу. Провели опыты с серной кислотой и различными металлами. Ознакомились со свойствами пероксодисульфата.