"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Кислородные соединения серы помогают увидеть, как один элемент образует вещества с разными степенями окисления и свойствами. В оксиде SO₂ сера имеет степень окисления +4, а в SO₃ — +6: оба вещества являются кислотными оксидами. Им соответствуют сернистая H₂SO₃ и серная H₂SO₄ кислоты, а при реакциях с основаниями образуются сульфиты и сульфаты. Главное — различать формулы, правильно считать степень окисления и прослеживать её изменение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид серы(IV) — кислотный оксид SO₂, в котором сера имеет степень окисления +4. Степень окисления — условный заряд атома, рассчитанный так, будто электроны связей полностью перешли к более электроотрицательному элементу. Это обозначение помогает отличать соединения серы и понимать, какие соли могут образоваться из SO₂.
Оксид серы(VI) — кислотный оксид SO₃, в котором степень окисления серы равна +6. Римская цифра в названии показывает именно эту степень окисления, а не число атомов серы. По ней удобно отличать SO₃ от SO₂ и связывать оксид с серной кислотой и сульфатами.
Сернистая кислота — неустойчивая кислота H₂SO₃, соответствующая оксиду SO₂. Она существует в водном растворе и может разлагаться, поэтому её формулу используют прежде всего для описания состава раствора и реакций. Понимание этой связи позволяет не называть сам SO₂ кислотой.
Серная кислота — сильная двухосновная кислота H₂SO₄, соответствующая оксиду SO₃. Двухосновной называют кислоту, в которой два атома водорода могут замещаться металлом при образовании солей. Это определение нужно, чтобы понимать состав солей-сульфатов и отличать кислоту от её оксида.
Кислород в большинстве соединений имеет степень окисления −2. Он сильнее притягивает общие электроны, чем сера, поэтому при условном распределении электронов кислороду приписывают отрицательное значение, а сере — положительное. Для нейтральной молекулы сумма степеней окисления всех атомов должна быть равна нулю. Поэтому значение для серы можно найти из формулы, а не угадывать по названию.
В SO₂ два атома кислорода дают суммарно −4: 2 · (−2) = −4. Чтобы общий заряд молекулы стал нулевым, на серу приходится +4. В SO₃ кислород даёт −6, значит, сера имеет +6. Индексы при кислороде показывают число его атомов: именно поэтому важно умножить −2 на индекс, а не просто изменить знак.
Кислотные оксиды при взаимодействии с водой образуют соответствующие кислоты. Для SO₂ уравнение записывают так: SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃; двойная стрелка напоминает, что сернистая кислота неустойчива и находится в растворе в равновесии с исходными веществами. Для SO₃ реакция выглядит так: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. В каждой формуле кислоты сохраняется сера из соответствующего оксида, а число атомов каждого элемента сбалансировано.
Кислотные оксиды реагируют с основаниями и основными оксидами, потому что при таких реакциях образуются соли. Соединения серы со степенью окисления +4 дают сульфиты, например SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Для соединений серы со степенью окисления +6 характерны сульфаты: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O. В формулах солей различаются остатки SO₃²⁻ и SO₄²⁻, поэтому полезно соотносить название соли со степенью окисления серы.
Сера(IV) может окисляться до серы(VI), например при взаимодействии SO₂ с кислородом: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃. Окислением называют процесс, при котором степень окисления элемента повышается. Здесь она меняется с +4 до +6, а кислород принимает электроны и переходит из простого вещества со степенью окисления 0 в соединение со степенью окисления −2. Поэтому превращение SO₂ в SO₃ — не просто смена формулы, а окислительно-восстановительная реакция.
| Соединение | Формула | Степень окисления серы | Класс вещества | Соответствующая соль |
|---|---|---|---|---|
| Оксид серы(IV) | SO₂ | +4 | Кислотный оксид | Сульфит |
| Сернистая кислота | H₂SO₃ | +4 | Кислота | Сульфит |
| Оксид серы(VI) | SO₃ | +6 | Кислотный оксид | Сульфат |
| Серная кислота | H₂SO₄ | +6 | Кислота | Сульфат |
Сначала найди формулу вещества и степень окисления серы, затем посмотри, к какому классу оно относится. Последний столбец показывает, какое название соли связано с этим соединением: сульфит для серы(IV), сульфат для серы(VI). Таблица помогает не перепутать оксид и кислоту, даже если они соответствуют одной и той же соли.
Задача 1. Определите степень окисления серы в SO₂ и SO₃. Используем правило: сумма степеней окисления атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Кислороду присваиваем −2 и учитываем число его атомов. Затем находим значение для серы.
Ответ: в SO₂ сера имеет степень окисления +4, в SO₃ — +6. Проверка простая: складываем найденное значение серы с суммарным значением кислорода, и в обоих случаях получается ноль.
Задача 2. Составьте уравнения взаимодействия SO₂ и SO₃ с водой и назовите кислоты. Каждый кислотный оксид образует соответствующую кислородную кислоту. Формулу кислоты можно определить по известной паре «оксид — кислота», а затем проверить число атомов с обеих сторон уравнения.
Ответ: SO₂ соответствует сернистой кислоте H₂SO₃, а SO₃ — серной кислоте H₂SO₄. Двойная стрелка в первом уравнении подчёркивает неустойчивость сернистой кислоты и её существование в растворе.
Задача 3. Составьте уравнения превращения SO₂ в SO₃ и реакции SO₃ с раствором NaOH; определите тип реакции и продукт. В первой части нужно проследить изменение степени окисления серы. Во второй — учесть, что кислотный оксид с основанием даёт соль и воду.
Ответ: при окислении SO₂ образуется SO₃, а с NaOH получается сульфат натрия Na₂SO₄ и вода. Реакция SO₃ с основанием — реакция кислотного оксида с основанием, приводящая к соли и воде.
Ошибка: в SO₂ принимают степень окисления серы за +2, учитывая только один атом кислорода. Так происходит, если забыть, что индекс 2 означает два атома кислорода, каждый со степенью −2. Проверка: запиши уравнение x + 2 · (−2) = 0; из него получается x = +4.
Ошибка: путают степени окисления серы в SO₂ и SO₃. Причина — похожие формулы и названия, хотя число атомов кислорода в них различно. Проверяй результат по сумме: в SO₂ кислород даёт −4, в SO₃ — −6, поэтому сера равна соответственно +4 и +6.
Ошибка: SO₂ или SO₃ называют кислотой. Это оксиды, потому что в их формулах нет водорода; соответствующие кислоты — H₂SO₃ и H₂SO₄. Чтобы проверить себя, найди водород в формуле и различай название «оксид» и название кислоты.
Ошибка: сернистую кислоту записывают как устойчивое вещество, которое можно выделить в чистом виде. Её формулу запоминают как обычную формулу кислоты и не учитывают неустойчивость. Проверяй условие реакции: H₂SO₃ существует в растворе и связана равновесием с SO₂ и водой, поэтому не изображай её как устойчивый выделенный продукт.
Чтобы разобраться в теме, нужны правила определения степеней окисления и знание того, что кислород обычно имеет значение −2. Свойства кислотных оксидов помогают понять реакции SO₂ и SO₃ с водой, основаниями и основными оксидами. Знание реакций кислот с основаниями нужно для составления уравнений образования солей. Позже эти сведения пригодятся при изучении серы, окислительно-восстановительных реакций и распознавании сульфитов и сульфатов.
Почему в соединениях с кислородом сера имеет положительную степень окисления?
Кислород сильнее притягивает общие электроны, чем сера, поэтому ему приписывают степень окисления −2. Чтобы сумма степеней окисления в нейтральном соединении была равна нулю, сера получает положительное значение.
Как быстро определить степень окисления серы в SO₂ и SO₃?
Прими степень окисления каждого атома кислорода за −2 и умножь её на число атомов кислорода. В SO₂ сера равна +4, а в SO₃ — +6, поскольку сумма степеней окисления в каждой формуле равна нулю.
Чем отличаются сернистая и серная кислоты?
Сернистая кислота H₂SO₃ соответствует оксиду SO₂, а серная кислота H₂SO₄ — оксиду SO₃. Сернистая кислота неустойчива, а серная — сильная двухосновная кислота.
Почему сернистую кислоту нельзя выделить в чистом виде?
H₂SO₃ неустойчива и существует в водном растворе, а не как устойчивое чистое вещество. Она может распадаться на воду и SO₂, поэтому при взаимодействии оксида с водой записывают образование кислоты в растворе.
Какие соли образуются при взаимодействии оксидов серы с основаниями?
Из оксида серы(IV) SO₂ образуются сульфиты, например Na₂SO₃. Из оксида серы(VI) SO₃ образуются сульфаты, например Na₂SO₄; обычно в реакции с основанием также получается вода.
§ 33. Кислородные соединения серы содержат серу в положительных степенях окисления
