"Химия (углублённый уровень)", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Теренин В.И. и др./Под ред. Лунина В.В.
Сероводород H₂S — бесцветный ядовитый газ, а его водный раствор представляет собой слабую двухосновную кислоту. При нейтрализации этой кислоты возникают гидросульфиды или сульфиды, а при взаимодействии сульфид-ионов с некоторыми катионами выпадают осадки. Эти вещества важны для изучения реакций серы, окислительно-восстановительных процессов и качественного обнаружения ионов. Главное — различать газ и его раствор, а также ионы HS⁻ и S²⁻.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сероводород — соединение водорода и серы с формулой H₂S. При обычных условиях это бесцветный газ с характерным запахом, который крайне токсичен. Формула показывает, что в молекуле на один атом серы приходятся два атома водорода. Знать состав H₂S нужно, чтобы правильно записывать реакции и рассчитывать количество вещества.
Сероводородная кислота — водный раствор H₂S, слабая двухосновная кислота. Слабой её называют потому, что в воде распадается на ионы только часть молекул; двухосновной — потому, что молекула может отдавать два иона водорода по очереди. В зависимости от того, сколько атомов водорода замещено металлом, образуются гидросульфиды или сульфиды. Это помогает предсказать состав соли при реакции со щёлочью.
Сульфиды — соединения, в которых сера имеет степень окисления −2 и связана с металлами или некоторыми другими элементами. Для простых солей часто используют общий вид MeₓSᵧ: индексы выбирают так, чтобы суммарный заряд был равен нулю. Например, с металлом со степенью окисления +1 получается Me₂S, а с металлом +2 — MeS. Общая запись помогает составлять формулы по зарядам ионов.
Гидросульфиды — соли, содержащие анион HS⁻. Они возникают при неполной нейтрализации сероводородной кислоты: один атом водорода в H₂S замещается металлом, а второй остаётся в составе иона HS⁻. Поэтому для натрия формула гидросульфида — NaHS. Отличать такие соли от сульфидов важно при записи реакций: у HS⁻ заряд −1, у S²⁻ — −2.
Молекула H₂S состоит из атома серы и двух атомов водорода; связи между ними полярны, потому что сера сильнее притягивает общие электронные пары. Молекула имеет угловую форму, поэтому её полярности не компенсируют друг друга. Между молекулами H₂S притяжение слабее, чем между молекулами воды, и вещество при обычных условиях является газом. Его запах связан с летучестью, но пробовать обнаружить газ обонянием нельзя: H₂S ядовит и при высокой концентрации нарушает обоняние.
В лаборатории сероводород получают, добавляя разбавленную кислоту к сульфиду металла. Ионы водорода связывают сульфид-ионы, образуя молекулы H₂S, которые выделяются как газ. Например, при взаимодействии сульфида железа(II) с соляной кислотой образуются хлорид железа(II) и сероводород: FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑. Такой способ основан на вытеснении слабой летучей кислоты из её соли более сильной кислотой.
В воде сероводород диссоциирует ступенчато и обратимо: H₂S ⇌ H⁺ + HS⁻, затем HS⁻ ⇌ H⁺ + S²⁻. Обратимость означает, что одновременно идут распад частиц на ионы и соединение ионов обратно в молекулы; поэтому раствор не содержит только ионы. При добавлении одной порции NaOH происходит неполная нейтрализация: H₂S + NaOH → NaHS + H₂O. Если щёлочи достаточно для связывания обоих атомов водорода, идёт полная нейтрализация: H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O.
В H₂S сера имеет степень окисления −2 — низшую для серы в обычных соединениях, поэтому может отдавать электроны и выступает восстановителем. При горении результат зависит от того, хватает ли кислорода для полного окисления серы. При недостатке кислорода образуется сера: 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O. При избытке кислорода сера окисляется дальше, до SO₂: 2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O.
Сульфид-ионы S²⁻ соединяются с катионами металлов и образуют соли; если полученный сульфид плохо растворим, он выпадает в осадок. Например, Pb²⁺ + S²⁻ → PbS↓. Растворимость неодинакова для разных сульфидов: одни растворяются, другие почти не переходят в раствор. Поэтому по таблице растворимости можно предсказать осадок и использовать его образование для качественного обнаружения некоторых катионов.
| Характеристика | Сероводород H₂S | Сульфиды |
|---|---|---|
| Состав и тип вещества | Молекулярное соединение водорода и серы | Соединения с серой со степенью окисления −2; состав зависит от элемента |
| Физические свойства и опасность | Бесцветный газ, крайне токсичен | Свойства различны; часто твёрдые вещества |
| Кислотно-основные свойства | В воде образует слабую двухосновную кислоту | Соли; некоторые реагируют с кислотами с выделением H₂S |
| Окислительно-восстановительные свойства | Обычно восстановитель | Зависят от состава и степени окисления элементов |
| Характерные реакции и продукты | Горение даёт S или SO₂ в зависимости от количества O₂ | С катионами могут давать осадки; с кислотами могут выделять H₂S |
| Растворимость в воде | Растворяется в воде с образованием кислоты | Различна: зависит от катиона |
Сначала определите, о каком веществе говорится: о газе H₂S или о соли сульфиде. Затем сравните его кислотно-основное поведение и обратите внимание на растворимость: она подсказывает, появится ли осадок. Таблица помогает быстро сопоставить общие свойства, но конкретную растворимость сульфида проверяйте по таблице растворимости.
Задача 1. Запишите уравнение лабораторного получения H₂S из FeS и разбавленной соляной кислоты; укажите тип реакции. Нужно установить, какие ионы обмениваются и какие вещества образуются. Сульфид металла при действии кислоты выделяет сероводород, а железо переходит в соль с хлорид-ионами. Запись и проверка коэффициентов покажут, сохранено ли число атомов.
Ответ: FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑; реакция обмена с выделением газа.
Задача 2. Какие соли образуются при полной и неполной нейтрализации сероводородной кислоты раствором NaOH? Двухосновность кислоты означает, что для полной нейтрализации нужны две частицы OH⁻ на одну молекулу H₂S. Если щёлочи хватает только на один атом водорода, сохраняется анион HS⁻. Поэтому продукты двух случаев различаются.
Ответ: при неполной нейтрализации образуется гидросульфид натрия NaHS, при полной — сульфид натрия Na₂S.
Задача 3. Какой объём H₂S при нормальных условиях можно получить из 8,8 г FeS при избытке разбавленной HCl, если выход реакции равен 80%? Сначала рассчитываем теоретическое количество газа по уравнению реакции, предполагая, что весь FeS прореагировал. Затем переводим количество вещества газа в объём и умножаем на долю выхода. Так учитываем, что фактически получено меньше продукта, чем допускает расчёт.
Ответ: около 1,79 л H₂S при нормальных условиях.
Называть H₂S кислотой в любом состоянии. Сероводород — газ, а кислотой называют его водный раствор. Путаница возникает из-за того, что формулы газа и растворённого вещества одинаковы. Проверьте себя: если в условии сказано о растворе H₂S в воде, речь идёт о сероводородной кислоте.
Считать сероводородную кислоту сильной или полностью диссоциирующей. Иногда кислоту принимают за сильную, потому что в уравнениях реакций используют H⁺. На деле H₂S — слабая кислота, и её диссоциация обратима и ступенчата. Проверка: в первой ступени образуется HS⁻, а во второй — S²⁻, и знак равенства заменяется знаком ⇌.
Путать ионы S²⁻ и HS⁻. Оба содержат серу, поэтому их заряды и формулы солей легко смешать. Но сульфид-ион имеет заряд −2, а гидросульфид-ион — заряд −1 и содержит водород. Перед составлением формулы выпишите заряд аниона и уравняйте суммарные заряды катионов и анионов.
Утверждать, что все сульфиды растворимы или нерастворимы. Такое обобщение появляется, если запомнить один пример и перенести его на все соли. Растворимость зависит от катиона, поэтому для конкретного вещества её нужно сверить с таблицей растворимости. По ней можно проверить, образуется ли осадок в реакции ионного обмена.
Чтобы разбирать реакции H₂S, нужно уметь определять степени окисления, составлять формулы солей по зарядам ионов и уравнивать реакции. Свойства сероводородной кислоты опираются на уже знакомые правила для кислот и нейтрализации щёлочами. Тема пригодится при изучении окислительно-восстановительных реакций серы и качественных реакций на ионы. Растворимость сульфидов помогает объяснять образование осадков и разделение катионов в растворе.
Почему сероводород нельзя определять по запаху?
H₂S крайне токсичен, поэтому намеренно вдыхать его опасно. Кроме того, при высокой концентрации он притупляет обоняние, и человек может перестать чувствовать запах, хотя опасность сохраняется.
Чем сероводород отличается от сероводородной кислоты?
Сероводород H₂S — чистое вещество, обычно газ. Сероводородной кислотой называют только его водный раствор, в котором часть молекул распадается на ионы.
Почему сероводород называют слабой двухосновной кислотой?
В воде H₂S диссоциирует лишь частично, поэтому кислоту называют слабой. Два атома водорода могут отщепляться по очереди, поэтому диссоциация идёт в две ступени.
Как отличить сульфид от гидросульфида по формуле?
В гидросульфиде есть анион HS⁻, содержащий и водород, и серу. В сульфиде анион — S²⁻, без водорода; его заряд равен −2.
Почему при горении сероводорода могут образоваться разные продукты?
Продукт зависит от доступного количества кислорода. При недостатке кислорода сера в основном образуется как простое вещество S, а при избытке окисляется до диоксида серы SO₂.
§ 23. Сероводород. Сульфиды
