Уравнение химической реакции получения сероводорода

Сероводород

Сероводород

Строение молекулы и физические свойства

Сероводород H₂S – это бинарное соединение водорода с серой, относится к летучим водородным соединениям. Следовательно, сероводород бесцветный ядовитый газ, с запахом тухлых яиц. Образуется при гниении. В твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Геометрическая форма молекулы сероводорода похожа на структуру воды — уголковая молекула. Но валентный угол H-S-H меньше, чем угол H-O-H в воде и составляет 92,1 о .

Способы получения сероводорода

1. В лаборатории сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

Например , при действии соляной кислоты на сульфид железа (II):

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

Еще один лабораторный способ получения сероводорода – нагревание парафина с серой.

Видеоопыт получения и обнаружения сероводорода можно посмотреть здесь.

2. Также сероводород образуется при взаимодействии растворимых солей хрома (III) и алюминия с растворимыми сульфидами. Сульфиды хрома (III) и алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: х лорид хрома (III) реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида хрома (III), сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства сероводорода

1. В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

Например , сероводород реагирует с гидроксидом натрия:

H₂S + 2NaOH → Na₂S + 2H₂O
H₂S + NaOH → NaНS + H₂O

2. Сероводород H₂S – очень сильный восстановитель за счет серы в степени окисления -2. При недостатке кислорода и в растворе H₂S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):

В избытке кислорода:

3. Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Например, бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓

H₂S + Cl₂ → 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

Например , азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Например , оксид серы (IV) окисляет сероводород:

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H₂S + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

Либо до оксида серы (IV):

4. Сероводород в растворе реагирует с растворимыми солями тяжелых металлов : меди, серебра, свинца, ртути, образуя черные сульфиды, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах.

Например , сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Видеоопыт взаимодействия сероводорода с нитратом свинца можно посмотреть здесь.

Урок №12. Сероводород. Сульфиды

Повторите тему 9 класса:

ПОЛУЧЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА

Сероводород – токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц.

Сероводород (H 2 S) в лаборатории можно получить нагреванием смеси парафина с серой.

Выделяющийся сероводород можно обнаружить с помощью влажной универсальной индикаторной бумаги: под действием сероводорода она краснеет. При добавлении сульфата меди к сероводородной воде выпадает черный осадок сульфида меди

CuSO 4 + H 2 S = CuS↓+ H 2 SO 4

По черному осадку сульфида свинца можно обнаружить сульфид-ион.

Сероводород получают действием минеральных кислот на сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа.

FeS (тв.) + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S↑

FeS (тв.) + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 S↑

Еще один способ получения сероводорода – прямой синтез из водорода и серы:

H 2 + S ↔ H 2 S↑ + 20,92 кДж

Выход H 2 S мал, т.к. обратимая реакция обратима

Наиболее чистый сероводород можно получить при гидролизе сульфида алюминия

Al 2 S 3 (тв.) + 6H 2 O (ж.) = холод = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S↑

Сероводород можно получить в других реакциях:

8Na + 5H 2 SO 4 (конц.) = 4Na 2 SO 4 + H 2 S↑ + 4H 2 O

8HI + H 2 SO 4 (конц.) = 4I 2 + H 2 S↑ + 4H 2 O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОВОДОРОДА

В водном растворе сероводород проявляет слабые кислотные свойства .

H 2 S ↔ H + + HS — (I ступень)

HS — ↔ H + + S 2- (II ступень)

Изменяет окраску индикаторов на красную – кислая среда.

2) Взаимодействие с растворами оснований. Взаимодействует с сильными основаниями, образуя сульфиды и гидросульфиды:

H 2 S + 2KOH = K 2 S + 2H 2 O

K 2 S средняя соль — сульфид калия

H 2 S (избыток) + KOH = KHS + H 2 O

KHS кислая соль — гидросульфид калия

3) С растворами солей тяжёлых металлов (Cu, Pb, Ni, Cd, Zn):

H 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + H 2 SO 4

CuS осадок чёрного цвета

Сульфиды тяжёлых металлов окрашены: PbS; CuS; NiS – чёрные. СdS – жёлтый. ZnS – белый.

Сероводород реагирует в растворе с нитратом свинца (II). при этом образуется темно-коричневый (почти черный) осадок, нерастворимый ни в воде, ни в минеральных кислотах:

H 2 S + Pb(NO 3 ) 2 = PbS + 2HNO 3

Взаимодействие с нитратом свинца в растворе – это качественная реакция на сероводород и сульфид-ионы.

Сероводород – восстановитель

Сероводород H 2 S – очень сильный восстановитель за счет серы в степени окисления -2.

1) При недостатке кислорода и в растворе H 2 S окисляется до свободной серы (раствор мутнеет):

2H 2 S + O 2 (нед.) = 2S↓ +2H 2 O

В избытке кислорода:

2H 2 S + 3O 2 (изб.) = 2SO 2 ↑ + 2H 2 O

2) Как сильный восстановитель, сероводород легко окисляется под действием окислителей.

Бром и хлор окисляют сероводород до молекулярной серы:

H 2 S -2 + Br 2 = S 0 + 2HBr

Br 2 — бромная вода — обесцвечивается

H 2 S + Cl 2 = 2HCl + S↓

Под действием избытка хлора в водном растворе сероводород окисляется до серной кислоты:

H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 O → H 2 SO 4 + 8HCl

Азотная кислота окисляет сероводород до молекулярной серы:

H 2 S + 2HNO 3(конц.) = S + 2NO 2 + 2H 2 O

При кипячении сера окисляется до серной кислоты:

H 2 S + 8HNO 3(конц.) = H 2 SO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O

Прочие окислители окисляют сероводород, как правило, до молекулярной серы.

Оксид серы (IV) окисляет сероводород:

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Соединения железа (III) также окисляют сероводород:

H 2 S + 2FeCl 3 = 2FeCl 2 + S + 2HCl

Бихроматы, хроматы и прочие окислители также окисляют сероводород до молекулярной серы:

3H 2 S + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3S + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

2H 2 S + 4Ag + O 2 = 2Ag 2 S + 2H 2 O

Интересно! Серебряные и медные монеты чернеют на воздухе и в воде, если в среде содержится сероводород:

Серная кислота окисляет сероводород либо до молекулярной серы:

H 2 S + H 2 SO 4(конц.) = S + SO 2 + 2H 2 O

Либо до оксида серы (IV):

H 2 S + 3H 2 SO 4(конц.) = 4SO 2 + 4H 2 O

СУЛЬФИДЫ

Сульфиды – это бинарные соединения серы и металлов или некоторых неметаллов, соли сероводородной кислоты.

По растворимости в воде и кислотах сульфиды разделяют на растворимые в воде, нерастворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах, нерастворимые ни в воде, ни в минеральных кислотах, гидролизуемые водой.

Чёрные сульфиды (CuS, HgS, PbS, Ag 2 S, NiS, CoS)

Белые и цветные сульфиды (ZnS, MnS, FeS, CdS)

ПОЛУЧЕНИЕ СУЛЬФИДОВ

1) Сульфиды получают при взаимодействии серы с металлами . При этом сера проявляет свойства окислителя.

2) Растворимые сульфиды можно получить при взаимодействии сероводорода и щелочей

H 2 S + 2KOH = K 2 S + 2H 2 O

3) Нерастворимые сульфиды получают взаимодействием растворимых сульфидов с солями или взаимодействием сероводорода с солями (только черные сульфиды)

Pb(NO 3 ) 2 + Н 2 S = 2НNO 3 + PbS

ZnSO 4 + Na 2 S = Na 2 SO 4 + ZnS

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДОВ

1) Гидролиз. Растворимые сульфиды гидролизуются по аниону, среда водных растворов сульфидов щелочная:

Na 2 S+H 2 O↔NaHS+NaOH;

2) С растворами кислот. Сульфиды металлов, расположенных в ряду напряжений левее железа (включительно), растворяются в сильных минеральных кислотах.

CaS + 2HCl = CaCl 2 + H 2 S↑

3) С концентрированными кислотами. Нерастворимые сульфиды растворяются в концентрированной азотной кислоте или концентрированной серной кислоте. При этом сера окисляется либо до простого вещества, либо до сульфата.

CuS + 8HNO 3 = CuSO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O

или горячей концентрированной серной кислоте:

CuS + 4H 2 SO 4(конц. гор.) = CuSO 4 + 4SO 2 + 4H 2 O

4) Сульфиды проявляют восстановительные свойства и окисляются пероксидом водорода, хлором и другими окислителями.

Сульфид свинца (II) окисляется пероксидом водорода до сульфата свинца (II):

PbS + 4H 2 O 2 = PbSO 4 + 4H 2 O

Сульфид меди (II) окисляется хлором:

СuS + Cl 2 = CuCl 2 + S

5) Обжиг сульфидов. При этом образуются оксиды металла и серы (IV).

2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2

2Cr 2 S 3 + 9O 2 = 2Cr 2 O 3 + 6SO 2

2ZnS + 3O 2 = 2SO 2 + ZnO

6) Реакции сульфидов с растворимыми солями свинца, серебра, меди используют как качественные на ион S 2−

Сульфиды свинца, серебра и меди — черные осадки, нерастворимые в воде и минеральных кислотах:

Na 2 S + Pb(NO 3 ) 2 = PbS↓ + 2NaNO 3

Na 2 S + 2AgNO 3 = Ag 2 S↓ + 2NaNO 3

Na 2 S + Cu(NO 3 ) 2 = CuS↓ + 2NaNO 3

7) Необратимый гидролиз

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Разложение происходит и при взаимодействии солей трехвалентных металлов с сульфидами щелочных металлов.

3Na 2 S + 2AlCl 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaCl

Сероводород

Свойства и получение сероводорода

Сероводород (H₂S) представляет собой бесцветный газ c запахом тухлых яиц. По плотности он тяжелее водорода. Сероводород смертельно ядовит для человека и животных. Даже незначительное его содержание в воздухе вызывает головокружение и тошноту, но самым страшным является то, что при длительном его вдыхании этот запах уже не ощущается. Однако при отравлении сероводородом существует простое противоядие: следует завернуть в платок кусок хлорной извести, затем смочить, и какое-то время нюхать этот сверток. Сероводород получают путем взаимодействия серы с водородом при температуре 350 °С:

Это окислительно-восстановительная реакция: в ходе нее изменяются степени окисления участвующих в ней элементов.

В лабораторных условиях сероводород получают воздействием на сульфид железа серной или соляной кислоты:

FeS + 2HCl → Fe­Cl₂ + H₂S

Это реакция обмена: в ней взаимодействующие вещества обмениваются своими ионами. Данный процесс обычно проводят с помощью аппарата Киппа.

Свойства сероводорода

При горении сероводорода образуется оксид серы 4 и водяной пар:

2H₂S + 3О₂ → 2Н₂О + 2SO₂

H₂S горит голубоватым пламенем, а если над ним подержать перевернутый химический стакан, то на его стенках появится прозрачный конденсат (вода).

Однако при незначительном понижении температуры данная реакция проходит несколько иначе: на стенках предварительно охлажденного стакана появится уже желтоватый налет свободной серы:

2H₂S + О₂ → 2Н₂О + 2S

На этой реакции основан промышленный способ получения серы.

При поджигании предварительно подготовленной газообразной смеси сероводорода и кислорода происходит взрыв.

Реакция сероводорода и оксида серы(IV) также позволяет получить свободную серу:

2H₂S + SО₂ → 2Н₂О + 3S

Сероводород растворим в воде, причем три объема этого газа могут раствориться в одном объеме воды, образуя слабую и нестойкую сероводородную кислоту (Н₂S). Эту кислоту также называют сероводородной водой. Как видите, формулы газа-сероводорода и сероводородной кислоты записываются одинаково.

Если к сероводородной кислоте прилить раствор соли свинца, выпадет черный осадок сульфида свинца:

H₂S + Pb(NO₃)₂ → PbS + 2H­NO₃

Это качественная реакция для обнаружения сероводорода. Она же демонстрирует способность сероводородной кислоты вступать в реакции обмена с растворами солей. Таким образом, любая растворимая соль свинца является реактивом на сероводород. Некоторые другие сульфиды металлов также имеют характерную окраску, например: сульфид цинка ZnS — белую, сульфид кадмия CdS — желтую, сульфид меди CuS — черную, сульфид сурьмы Sb₂S₃ — красную.

Кстати, сероводород является нестойким газом и при нагревании практически полностью разлагается на водород и свободную серу:

Сероводород интенсивно взаимодействует с водными растворами галогенов:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O→ H₂­SO₄ + 8HCl

Сероводород в природе и жизнедеятельности человека

Сероводород входит в состав вулканических газов, природного газа и газов, сопутствующих месторождениям нефти. Много его и в природных минеральных водах, например, в Черном море он залегает на глубине от 150 метров и ниже.

Сероводород применяют:

• в медицине (лечение сероводородными ваннами и минеральными водами);
• в промышленности (получение серы, серной кислоты и сульфидов);
• в аналитической химии (для осаждения сульфидов тяжелых металлов, которые обычно нерастворимы);
• в органическом синтезе (для получения сернистых аналогов органических спиртов (меркаптанов) и тиофена (серосодержащего ароматического углеводорода). Еще одно из недавно появившихся направлений в науке — сероводородная энергетика. Всерьез изучается получение энергии из залежей сероводорода со дна Черного моря.

Природа окислительно-восстановительных реакций серы и водорода

Реакция образования сероводорода является окислительно-восстановительной:

Процесс взаимодействия серы с водородом легко объясняется строением их атомов. Водород занимает первое место в периодической системе, следовательно, заряд его атомного ядра равен (+1), а вокруг ядра атома кружится 1 электрон. Водород с легкостью отдает свой электрон атомам других элементов, превращаясь в положительно заряженный ион водорода — протон:

Сера находится на шестнадцатой позиции в таблице Менделеева. Значит, заряд ядра ее атома равен (+16), и количество электронов в каждом атоме также 16е⁻. Расположение серы в третьем периоде говорит о том, что ее шестнадцать электронов кружатся вокруг атомного ядра, образуя 3 слоя, на последнем из которых находится 6 валентных электронов. Количество валентных электронов серы соответствует номеру группы VI, в которой она находится в периодической системе.

Итак, сера может отдать все шесть валентных электронов, как в случае образования оксида серы(VI):

Кроме того, в результате окисления серы, 4е⁻могут быть отданы ее атомом другому элементу с образованием оксида серы(IV):

Сера может отдать также два электрона c образованием хлорида серы(II) :

Во всех трех вышеуказанных реакциях сера отдает электроны. Следовательно, она окисляется, но при этом выступает в роли восстановителя для атомов кислорода О и хлора Cl. Однако в случае образования H2S окисление — удел атомов водорода, поскольку именно они теряют электроны, восстанавливая внешний энергетический уровень серы с шести электронов до восьми. В результате этого каждый атом водорода в его молекуле становится протоном:

а молекула серы, наоборот, восстанавливаясь, превращается в отрицательно заряженный анион (S⁻²): S⁰ + 2е⁻ → S⁻²

Таким образом, в химической реакции образования сероводорода окислителем выступает именно сера.

С точки зрения проявления серой различных степеней окисления, интересно и еще одно взаимодействие оксида серы(IV) и сероводорода — реакция получения свободной серы:

Как видно из уравнения реакции, и окислителем, и восстановителем в ней являются ионы серы. Два аниона серы (2-) отдают по два своих электрона атому серы в молекуле оксида серы(II), в результате чего все три атома серы восстанавливаются до свободной серы.

2S-² — 4е⁻→ 2S⁰ — восстановитель, окисляется;

S⁺⁴ + 4е⁻→ S⁰ — окислитель, восстанавливается.