"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Сероводород H₂S — бесцветный ядовитый газ с запахом тухлых яиц и слабая двухосновная кислота. Он плохо растворяется в воде, горит и проявляет восстановительные свойства. Сульфиды — соединения, в которых сера имеет степень окисления −2; многие из них являются твёрдыми веществами и реагируют с кислотами. По образованию окрашенного, часто чёрного, осадка можно обнаружить сульфид-ион S²⁻.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сероводород — соединение водорода и серы состава H₂S. В его молекуле атом серы находится между двумя атомами водорода: H–S–H; сера образует две связи. Формула помогает понять состав вещества и правильно записывать его реакции.
Сульфиды — бинарные соединения серы с металлами и некоторыми неметаллами, в которых сера обычно имеет степень окисления −2. Например, Na₂S и FeS относятся к сульфидам. Это определение позволяет отличать их от оксидов и других соединений серы.
Сульфид-ион — частица S²⁻ с зарядом −2. Именно такие ионы входят в состав растворимых сульфидов или образуются в растворах в небольшом количестве. Заряд иона используют при составлении формул ионных соединений.
Качественная реакция на сульфид-ион — образование осадка сульфида тяжёлого металла. Например, ионы Cu²⁺ дают с S²⁻ чёрный CuS. Такая реакция нужна для распознавания сульфидов среди других растворённых веществ.
В атоме водорода один электрон, а сере для завершения внешнего электронного слоя не хватает двух электронов. Поэтому сера образует две ковалентные связи с двумя атомами водорода, и возникает молекула H₂S. При подсчёте степеней окисления водороду обычно приписывают +1, значит, сера получает −2: 2 · (+1) + x = 0.
H₂S бесцветен, потому что его молекулы не поглощают заметную часть видимого света. Резкий запах связан с летучестью молекул, которые быстро достигают обонятельных рецепторов; при высокой концентрации обоняние может притупляться. Газ ядовит, поскольку нарушает работу дыхательной системы и клеточных ферментов, а растворяется в воде лишь ограниченно из-за особенностей взаимодействия его молекул с водой.
В лаборатории сероводород получают действием соляной кислоты на сульфид железа: FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑. Газ собирают вытеснением воздуха, потому что он растворяется в воде и реагирует с ней, хотя и не полностью. H₂S немного тяжелее воздуха, поэтому сосуд при таком сборе располагают подходящим образом, не допуская утечки.
В воде H₂S частично распадается на ионы, отдавая сначала один, а затем второй протон: H₂S ⇄ H⁺ + HS⁻ и HS⁻ ⇄ H⁺ + S²⁻. Равновесие сильно смещено в сторону молекул, поэтому кислота слабая. Со щёлочью при недостатке основания образуется гидросульфид: H₂S + NaOH → NaHS + H₂O, а при избытке щёлочи — сульфид: H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O.
Сера в H₂S имеет низкую степень окисления −2, поэтому может отдавать электроны и проявлять восстановительные свойства. При горении в достатке кислорода образуются SO₂ и вода: 2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O; при недостатке кислорода может выделяться сера. Сульфиды получают соединением металла с серой, например Fe + S → FeS, или обменом в растворе, если образуется осадок: CuSO₄ + Na₂S → CuS↓ + Na₂SO₄.
| Признак | Сероводород H₂S | Сульфиды |
|---|---|---|
| Состав и частицы | Молекулы H₂S | Ионы S²⁻ в составе соединений |
| Физическое состояние и растворимость | Газ с неприятным запахом, растворяется в воде ограниченно | Большинство — твёрдые вещества; растворимость зависит от катиона |
| Получение | FeS + HCl | Соединение металла с серой или обменные реакции в растворах |
| Кислотно-основные свойства | Слабая двухосновная кислота | Соли слабой кислоты; взаимодействуют с кислотами |
| Восстановительные свойства | Окисляется кислородом и другими окислителями | Могут окисляться до соединений серы с более высокой степенью окисления |
| Качественная реакция | Пропускают через раствор соли тяжёлого металла | Образуются характерные окрашенные, часто чёрные, осадки |
Сначала определите, идёт ли речь о молекулах газа или о сульфид-ионах в составе соли. Затем сравните способ получения и тип реакции: для H₂S характерны выделение газа и горение, а для сульфидов — осаждение и реакции с кислотами.
Растворимость сульфида нельзя угадывать только по формуле: её проверяют по таблице растворимости. Осадок тяжёлого сульфида служит признаком реакции обмена и помогает обнаружить S²⁻.
Определите степени окисления элементов и назовите H₂S, Na₂S и FeS. Нужно использовать электронейтральность соединения и учитывать, что в сульфидах сера имеет −2.
Ответ: H₂S — сероводород, Na₂S — сульфид натрия, FeS — сульфид железа(II); степени окисления S во всех трёх веществах −2.
Составьте уравнения получения H₂S из FeS и HCl, его горения и взаимодействия с CuSO₄. В каждой реакции сначала определяем продукты, затем уравниваем атомы и заряды.
Ответ: уравнения записаны с коэффициентами 1:2:1:1, 2:3:2:2 и 1:1:1:1 соответственно; признак третьей реакции — чёрный осадок CuS.
В трёх пробирках находятся Na₂S, Na₂SO₄ и NaCl. Нужно найти раствор сульфид-ионом, не полагаясь на внешний вид исходных растворов.
Ответ: сульфид натрия распознаётся по чёрному осадку; сульфат и хлорид натрия такой осадок в этих условиях не дают.
Формулы HS или H₂S₂ записывают, забывая о валентностях. В нейтральной молекуле два атома водорода соединены с одной атомной группой серы, поэтому правильная формула — H₂S. Проверка: степени окисления 2 · (+1) и −2 должны дать ноль.
Сероводород смешивают с сульфид-ионом, потому что оба обозначают соединения серы с водородом или металлами. H₂S — нейтральная молекула, а S²⁻ — заряженная частица в составе солей. Сверяйте наличие заряда и формулу вещества перед записью реакции.
Иногда считают, что все сульфиды растворяются в воде. На самом деле растворимость зависит от катиона, и многие сульфиды образуют осадки. Ответ проверяют по таблице растворимости, а не по общему правилу.
В качественной реакции вместо осадка CuS записывают газ H₂S или оставляют полное ионное уравнение. Если к раствору соли металла добавляют растворимый сульфид, признаком служит твёрдый окрашенный осадок. Правильная сокращённая запись: Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓.
Для изучения темы нужны степени окисления, валентность, составление формул бинарных соединений и уравнивание реакций. Без этих навыков трудно определить состав H₂S и сульфидов.
Сульфиды связывают тему с реакциями обмена, таблицей растворимости и ионными уравнениями. Эти умения позволяют предсказывать образование осадка и распознавать S²⁻.
Знания пригодятся при изучении соединений серы, окислительно-восстановительных реакций, качественного анализа и экологического воздействия токсичных газов. Особенно важно помнить о лабораторной безопасности при работе с H₂S.
Почему сероводород называют кислотой, если это газ?
Кислотой называют не только жидкость, но и вещество, которое в водном растворе образует ионы водорода H⁺. Раствор H₂S способен ступенчато отдавать два протона, поэтому сероводород — слабая двухосновная кислота.
Почему сероводород имеет запах тухлых яиц?
Молекулы H₂S летучи и легко попадают из воздуха к обонятельным рецепторам, вызывая характерный запах. При большой концентрации газ опасен, а обоняние может быстро притупляться, поэтому на запах нельзя полагаться как на средство безопасности.
Чем сероводород отличается от сульфида-иона?
Сероводород H₂S — нейтральное молекулярное вещество, состоящее из атомов водорода и серы. Сульфид-ион S²⁻ — заряженная частица, которая входит в состав солей и других сульфидов.
Как доказать наличие сульфид-иона в растворе?
К исследуемому раствору добавляют раствор соли тяжёлого металла, например сульфат меди(II). Появление чёрного осадка CuS подтверждает наличие сульфид-иона: Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓.
Почему сероводород нельзя получать и исследовать в открытой лаборатории?
H₂S — высокотоксичный газ, который опасен даже при вдыхании и может поражать органы дыхания и нервную систему. Его получают только в вытяжном шкафу, используют небольшие количества и не определяют безопасность по запаху.
§ 14. Сероводород и сульфиды
