"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Оксид серы(IV), или SO₂, — кислотный оксид, в котором сера имеет степень окисления +4. Он образуется при сгорании серы и обжиге некоторых сульфидных руд, а при растворении в воде даёт сернистую кислоту H₂SO₃. Кислота неустойчива и существует главным образом в растворе. Её соли — сульфиты и гидросульфиты. Знание свойств этих веществ помогает составлять уравнения реакций и понимать превращения соединений серы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид серы(IV) — соединение серы с кислородом состава SO₂, в котором сера имеет степень окисления +4. Римская цифра в названии показывает эту степень окисления, а не число атомов серы. SO₂ относят к кислотным оксидам: он может образовывать кислоту при соединении с водой и соли при взаимодействии с основаниями. Это помогает предсказывать его реакции по классу вещества.
Сернистая кислота — H₂SO₃, которая образуется при растворении SO₂ в воде. Она существует преимущественно в растворе, а не как устойчивое чистое вещество. Её формула нужна, чтобы записывать реакции водного раствора SO₂ и составлять формулы солей. Не следует отождествлять H₂SO₃ с самим оксидом SO₂.
Сульфиты — соли сернистой кислоты, содержащие кислотный остаток SO₃²⁻. Например, формула сульфита натрия — Na₂SO₃: два иона Na⁺ уравновешивают заряд остатка 2−. По составу остатка можно отличить сульфит от солей других кислот серы и правильно составить формулу соли.
Гидросульфиты — кислые соли сернистой кислоты с остатком HSO₃⁻. В отличие от сульфита SO₃²⁻, этот остаток сохраняет один атом водорода и имеет заряд 1−. Поэтому гидросульфит натрия имеет формулу NaHSO₃. Слова «сульфит» и «гидросульфит» обозначают разные составы, а не разные названия одной соли.
В молекуле SO₂ один атом серы связан с двумя атомами кислорода; молекула имеет угловую форму. Степень окисления находят, учитывая, что сумма степеней окисления атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Кислород обычно имеет степень окисления −2, поэтому для серы x + 2 · (−2) = 0, откуда x = +4. Это значение объясняет название оксида и помогает отслеживать изменения серы в окислительно-восстановительных реакциях.
При горении серы в кислороде образуется диоксид серы: S + O₂ → SO₂. Промышленный способ получения — обжиг сульфидных руд на воздухе; например, при обжиге пирита идёт реакция 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂. Кислород нужен для окисления серы, входящей в состав руды. Полученный SO₂ используют как исходное вещество для дальнейшего получения соединений серы.
Оксид серы(IV) — бесцветный ядовитый газ с резким запахом, тяжелее воздуха. Он растворяется в воде, поскольку взаимодействует с ней с образованием сернистой кислоты: SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃. Двойная стрелка показывает, что превращение обратимо, а кислота в основном находится в растворе. Вдыхать газ опасно, поэтому с ним нельзя работать без соблюдения мер безопасности.
Сернистая кислота неустойчива: со временем она распадается на исходные вещества, SO₂ и воду, H₂SO₃ → SO₂ + H₂O. По этой причине её нельзя рассматривать как обычную устойчивую чистую кислоту. При изучении раствора важно учитывать и присутствие воды, и возможность обратного образования газа. Эта особенность отличает H₂SO₃ от кислот, которые можно выделить в устойчивом виде.
Как кислотный оксид, SO₂ реагирует с основаниями и основными оксидами; кислота H₂SO₃ также реагирует с основаниями. При достаточном количестве щёлочи могут образоваться средние соли, например SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O, а при другом соотношении реагентов — кислые соли. Степень окисления серы +4 может как повышаться, так и понижаться: например, в реакции 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ сера окисляется до +6. В реакции с сероводородом 2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O она восстанавливается до простого вещества, а сера в H₂S окисляется.
| Характеристика | Оксид серы(IV), SO₂ | Сернистая кислота, H₂SO₃ |
|---|---|---|
| Класс соединений | Кислотный оксид | Кислота |
| Степень окисления серы | +4 | +4 |
| Физические свойства | Бесцветный ядовитый газ с резким запахом, тяжелее воздуха | Существует главным образом в водном растворе |
| Получение | Горение серы; обжиг сульфидных руд | Растворение SO₂ в воде |
| Химические свойства | Реагирует с водой, основаниями и основными оксидами; участвует в ОВР | Реагирует с основаниями; неустойчива, проявляет ОВР-свойства |
| Примеры уравнений реакций | S + O₂ → SO₂; SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O | SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃; H₂SO₃ → SO₂ + H₂O |
| Меры предосторожности | Не вдыхать газ; избегать контакта с ним | Учитывать, что раствор может выделять SO₂ |
Сравнивайте вещества по формуле и классу: SO₂ — оксид, а H₂SO₃ — кислота в растворе. Строки о получении и реакциях помогают выбрать подходящее уравнение для задачи. При составлении реакции со щёлочью учитывайте соотношение реагентов, поскольку от него зависит состав соли.
Задача 1. Запишите уравнение реакции горения серы и назовите образующееся вещество. Сера — простое вещество, а при её полном горении в кислороде получается SO₂. Сначала запишем формулы реагентов и продукта, затем проверим число атомов по обе стороны уравнения.
Ответ: S + O₂ → SO₂; образуется оксид серы(IV).
Задача 2. Составьте уравнение реакции SO₂ с раствором NaOH при образовании средней соли. SO₂ — кислотный оксид, а NaOH — основание; средняя соль сернистой кислоты — Na₂SO₃. Для двух ионов натрия нужна одна молекула оксида и две молекулы щёлочи, а водород и оставшийся кислород образуют воду.
Ответ: SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O.
Задача 3. При сгорании 6,4 г серы получили SO₂. Рассчитайте объём газа при нормальных условиях. Уравнение показывает соотношение S : SO₂ как 1 : 1. Поэтому сначала находим количество серы, затем такое же количество SO₂ и переводим его в объём, используя молярный объём газа при н. у. 22,4 л/моль.
Ответ: при нормальных условиях получится 4,48 л SO₂.
Путают SO₂ и H₂SO₃. Иногда оба вещества называют сернистой кислотой, потому что SO₂ при растворении в воде образует её. Но отсутствие водорода в формуле означает, что SO₂ — оксид, а кислота имеет формулу H₂SO₃. Проверьте, есть ли в формуле атомы водорода и к какому классу относится соединение.
Считают H₂SO₃ устойчивым чистым веществом. Так думают, потому что формула записывается как у других кислот. Однако сернистая кислота существует главным образом в растворе и разлагается на SO₂ и воду. Проверка проста: вспомните уравнение H₂SO₃ → SO₂ + H₂O и не описывайте кислоту как устойчивое вещество, которое можно хранить отдельно.
Смешивают сульфит и гидросульфит. Оба названия относятся к солям одной кислоты, поэтому их легко перепутать. В сульфите остаток SO₃²⁻, а в гидросульфите — HSO₃⁻ с атомом водорода; сравните заряды и состав остатков перед записью формулы. Например, Na₂SO₃ — сульфит, а NaHSO₃ — гидросульфит.
Считают SO₂ основным оксидом или всегда записывают один продукт реакции со щёлочью. Ошибка возникает, если ориентироваться только на слово «оксид» и не учитывать соотношение реагентов. SO₂ — кислотный оксид, а при его взаимодействии со щёлочью возможны средняя и кислая соли. Проверьте формулу продукта и число атомов: для средней соли Na₂SO₃ подходит уравнение SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O.
Для понимания темы нужны знания о классах оксидов, кислот и солей, а также умение составлять формулы и уравнения реакций. Свойства SO₂ показывают связь между неметаллом, его оксидом, кислотой и солями. Степени окисления помогают увидеть, что сера +4 может окисляться или восстанавливаться, поэтому эта тема подготавливает к изучению соединений серы и серной кислоты. При решении задач дополнительно применяются расчёты количества вещества и объёма газа.
Почему сернистую кислоту нельзя хранить как обычную чистую кислоту?
H₂SO₃ неустойчива и существует главным образом в водном растворе. Она разлагается на SO₂ и воду, поэтому выделить и хранить её как устойчивое чистое вещество нельзя.
Как отличить оксид серы(IV) от сернистой кислоты по формуле?
В формуле SO₂ нет атомов водорода: это оксид серы. В H₂SO₃ есть водород и кислотный остаток SO₃, поэтому это сернистая кислота.
Почему SO₂ относят к кислотным оксидам?
SO₂ соответствует кислоте H₂SO₃ и реагирует с основаниями и основными оксидами с образованием солей. Такие свойства характерны для кислотных оксидов.
Чем сульфиты отличаются от гидросульфитов?
В сульфитах содержится кислотный остаток SO₃²⁻, а в гидросульфитах — HSO₃⁻. В гидросульфите в остатке сохраняется атом водорода, поэтому это кислая соль.
Почему при реакции SO₂ со щёлочью могут получаться разные соли?
Результат зависит от соотношения оксида и щёлочи. При достаточном количестве щёлочи образуется средняя соль — сульфит, а при избытке SO₂ может образоваться кислая соль — гидросульфит.
§ 20. Оксид серы(IV). Сернистая кислота
