Газообразный Н 2 S горит на воздухе голубым пламенем, образуя оксид серы (IV) и воду:
2Н 2 S + 30 2 = 2SO 2 + 2Н 2 О.
Собственная ионизация жидкого сероводорода ничтожно мала.
В воде сероводород мало растворим, водный раствор H2S является очень слабой кислотой:
H2S → HS + H Ka = 6.9×10 моль/л; pKa = 6.89.
Реагирует с основаниями:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
H2S + NaOH = NaHS + H2O
Сероводород - сильный восстановитель. На воздухе горит синим пламенем:
2H2S + ЗО2 = 2Н2О + 2SO2
при недостатке кислорода:
2H2S + O2 = 2S + 2H2O.
Сероводород реагирует также со многими другими окислителями, при его окислении в растворах образуется свободная сера или SO4, например:
3H2S + 4HClO3 = 3H2SO4 + 4HCl
2H2S + SO2 = 2Н2О + 3S
Сероводород встречается в вулканических газах, а также в воде некоторых минеральных источников – Пятигорска и Мацесты (на Кавказе), Любеня-Великого (Львовская область) и др. Природные сероводородные воды используются для лечения. Сероводород всегда образуется при гниении остатков растительных и животных организмов и расписании других органических веществ, в которые входит сера. Поэтому неприятный запах сероводорода распространяется от выгребных ям, сточных вод и особенно от тухлых яиц. Но в больших количествах в природе сероводород не накапливается, потому что он легко окисляется кислородом воздуха и разлагается.
Хотя сероводород и образуется при взаимодействии водорода с серой при нагревании, но его удобнее добывать при действии соляной кислоты на сульфид железа:
Сероводород – бесцветный газ, немного тяжелее воздуха с неприятным запахом. В воде растворяется очень хорошо. В 1 объеме воды при обычной температуре растворяется 2,58 объемы сероводорода. Раствор H 2 S в воде называют сероводородной водой. Сероводород – очень ядовитый. Длительное вдыхание воздуха, содержащего 1 объем сероводорода на 2000 объемов воздуха, может вызвать тяжелое отравление. При отравлении возникают головная боль, тошнота, головокружение. Отравленная сероводородом человек теряет способность чувствовать его запах. Вдыхание больших концентраций сероводорода может быть смертельным. Поэтому работать с ним следует очень осторожно.
Химическая связь серы с водородом в молекуле сероводорода ковалентная:
но общие электронные пары смещены от атомов водорода к атомам серы, поэтому сера проявляет отрицательную валентность. В водном растворе это смещение является еще большим.
В химическом отношении сероводород - сильный восстановитель. Восстановительные свойства его обуславливаются тем, что ион серы S 2 - сравнительно легко теряет два электрона и превращается в нейтральный атом серы S 0, а под воздействием сильных окислителей теряет шесть электронов и превращается в положительно заряженные ионы S 4 +. Так, при достаточном доступе кислорода сероводород горит на воздухе с образованием двуокиси серы и водяного пара:
При недостаточном доступе кислорода, или при охлаждении его пламени он сгорает с образованием воды и выделением свободной серы:
По этой же реакцией сероводород медленно окисляется в водном растворе. Поэтому когда сероводородной водой оставить на длительное время в контакте с воздухом, то H 2 S полностью окисляется и свободная сера выделится в виде мути. В водном растворе сероводород легко окисляется также галогенами и другими окислителя.
Водный раствор H2S (формула сероводордной кислоты) называется иначе сероводородной водой или сероводородной кислотой. Это одна из самых слабых минеральных кислот (индикаторы в ней не изменяют свою окраску), диссоциирует в 2 стадии:
H2S -- H+ + HS– K1 дисс. ≈ 6 ∙ 10-8
HS– -- H+ + S2– K2 дисс. ≈ 1 ∙ 10-14
Растворы сероводородной кислоты являются разбавленными, их максимальная молярная концентрация при 20оС и атмосферном давлении не превышает 0,12 моль/л, а степень диссоциации по первой ступени при этом составляет ~ 0,011%.
Сероводородная кислота может реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений до H2, проявляя окислительные свойства за счет ионов H+. Но такие реакции при обычных условиях протекают очень медленно из-за малой концентрации ионов H+ в растворе и, главным образом, на поверхности металла, т.к. большинство солей сероводородной кислоты нерастворимы в H2O. Аналогично H2S реагирует и с оксидами металлов, нерастворимыми гидроксидами.
Нерастворимые средниесоли сероводородной кислоты (сульфиды) получают взаимодействием серы с металлами или в реакциях обмена между растворами солей:
Na2S + CuSO4 = CuS↓ + Na2SO4
K2S + FeCl2 = FeS↓ + 2KCl
Растворимые сульфиды образованы щелочными и щелочноземельными металлами. Их можно получить взаимодействием растворов кислоты с металлами или щелочами. При этом в зависимости от молярного соотношения между исходными веществами могут образовываться как кислые (гидросульфиды), так и средние соли.
H2S + NaOH = NaHS + H2O (при недостатке щелочи)
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (в избытке щелочи)
В водных растворах средние соли сильно гидролизуются:
Na2S + HOH -- NaHS + NaOH
S2– + HOH -- HS– + OH–
поэтому их растворы имеют щелочную реакцию.
Сульфиды щелочноземельных металлов в водном растворе по первой стадии гидролизуются почти на 100% и существуют в виде растворимых кислых солей:
2CaS + 2HOH = Ca(HS)2 + Ca(OH)2
Сульфиды некоторых металлов (Al2S3, Fe2S3, Cr2S3) в H2O гидролизуются полностью:
Al2S3 + 6 H2O = 2Al(OH)3 + 3 H2S
Большинство сульфидов тяжелых металлов очень плохо растворимы в H2O.
Некоторые сульфиды (CuS, HgS, Ag2S, PbS) не разлагаются растворами сильных кислот. Поэтому сероводородная кислота может вытеснить сильные кислоты из водных растворов их солей, образованных данными металлами:
CuSO4 + H2S = CuS↓ + H2SO4
HgCl2 + H2S = HgS↓ +2HCl
Сероводородная кислота на воздухе медленно окисляется кислородом с выделением серы:
2H2S + О2 = 2S↓ + 2H2O
Поэтому со временем растворы H2S при хранении мутнеют.
Благодаря этой реакции, сероводород не накапливается в верхних слоях воды Черного моря, которые содержат много растворенного кислорода.
Сероводородная кислота, как и сероводород, является сильным восстановителем и окисляется теми же окислителями, что и H2S, с образованием аналогичных продуктов.
Сульфиды тяжелых металлов имеют различную яркую окраску и применяются для получения минеральных красок, используемых в живописи.
Важным свойством сульфидов является их окисление кислородом при обжиге. Эта реакция используется в металлургии для получения цветных металлов из сульфидных руд:
2CuS + 3O2 -- 2CuO + 2SO2
При обжиге сульфидов активных металлов образующиеся SO2 и оксид металла могут реагировать между собой с образованием солей сернистой кислоты:
Na2O + SO2 -- Na2SO3
Химические свойства: сероводород– сильный восстановитель , в зависимости от условий (температура, pH раствора, концентрация окислителя) при взаимодействии с окислителями он окисляется до диоксида серы или серной кислоты:
1) горит голубоватым пламенем на воздухе:
2) при высокой температуре разлагается:
3) вступает в реакцию с галогенами:
4) взаимодействует с окислителями:
5) серебро при взаимодействии с сероводородом темнеет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сероводород представляет собой бесцветный газ с характерным запахом гниющего белка.
Он немного тяжелее воздуха, сжижается при температуре -60,3 o С и затвердевает при -85,6 o С. На воздухе сероводород горит голубоватым пламенем, образуя диоксид серы и воду:
2H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2 .
Если внести в пламя сероводорода какой-нибудь холодный предмет, например фарфоровую чашку, то температура пламени значительно понижается и сероводород окисляется только до свободной серы, оседающей на чашке в виде желтого налета:
2H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S.
Сероводород легко воспламеняется; смесь его с воздухом взрывает. Сероводород очень ядовит. Длительное вздыхание воздуха, содержащего этот газ даже в небольших количествах, вызывает тяжелые отравления.
При 20 o С один объем воды растворяет 2,5 объема сероводорода. Раствор сероводорода в воде называется сероводородной водой. При стоянии на воздухе, особенно на свету, сероводородная воды скоро становится мутной от выделяющейся серы. Это происходит в результате окисления сероводорода кислородом воздуха.
Получение сероводорода
При высокой температуре сера взаимодействует с водородом, образуя газ сероводород.
Практически сероводород обычно получают действием разбавленных кислот на сернистые металлы, например на сульфид железа:
FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S.
Более чистый сероводород можно получитьпри гидролизе CaS, BaS или A1 2 S 3 . Чистейший газполучается прямой реакцией водорода и серы при 600 °С.
Химические свойства сероводорода
Раствор сероводорода в воде обладает свойствами кислота. Сероводород - слабая двухосновная кислота. Она диссоциирует ступенчато и в основном по первой ступени:
H 2 S↔H + + HS — (K 1 = 6×10 -8).
Диссоциация по второй ступени
HS — ↔H + + S 2- (K 2 = 10 -14)
протекает в ничтожно малой степени.
Сероводород - сильный восстановитель. При действии сильных окислителей он окисляется до диоксида серы или до серной кислоты; глубина окисления зависит от условий: температуры, рН раствора, концентрации окислителя. Например, реакция с хлором обычно протекает до образования серной кислоты:
H 2 S + 4Cl 2 + 4H 2 O = H 2 SO 4 + 8HCl.
Средние соли сероводорода называют сульфидами.
Применение сероводорода
Применение сероводорода довольно ограничено, что, в первую очередь связано с его высокой токсичностью. Он нашел применение в лабораторной практике в качестве осадителя тяжелых металлов. Сероводород служит сырьем для получения серной кислоты, серы в элементарном виде и сульфидов
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Определите во сколько раз тяжелее воздуха сероводород H 2 S. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. D air (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (air); D air (H 2 S) = 34 / 29 = 1,17. M r (H 2 S) = 2 ×A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34. |
| Ответ | Сероводород H 2 S тяжелее воздуха в 1,17 раз. |
ПРИМЕР 2
| Задание | Найдите плотность по водороду смеси газов, в которой объемная доля кислорода составляет 20%, водорода - 40%, остальное - сероводород H 2 S. |
| Решение | Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:
M r conditional (mixture) = φ (O 2) ×M r (O 2) + φ (H 2) ×M r (H 2) + φ (H 2 S) ×M r (H 2 S); |
H 2 S– бесцветный газ с запахом тухлых яиц, плотностьH 2 Sв 1,19 раза выше плотности воздуха, поэтому он скапливается на пониженных участках (устьевые шахты и амбары для хранения БР).
H 2 Sобразует взрывоопасную смесь с воздухом в концентрации от 4,3 до 45% (метан в концентрации от 5 до 15%). Температура воспламененияH 2 S500 O F(260 O C), метана – 1000 O F(538 O C).H 2 Sгорит синим пламенем, при этом выделяется другой токсичный газ –SO 2 .H 2 Sхорошо растворяется в пресной воде, образуя слабую сероводородную кислоту.
Опасные свойства h2s
Наиболее опасное свойство H 2 S– это токсичность (таблица).
Кроме того, H 2 Sможет вызывать сильную коррозию. Признаками такой коррозии являются точечная коррозия и растрескивание под действием напряжений, ведущие к эрозии и разрушению труб.
Обнаружение и определение содержания h2s
Наличие H 2 Sв воздухе определяют с помощью электронных датчиков непрерывного контроля высокой чувствительности (регистрируютH 2 Sпри массовой доле 0,0001% и менее). При этом решающее значение имеет правильное размещение датчиков.
Отбор и анализ проб БР начинают за 50 м до вскрытия H 2 S-содержающего пласта.
Растворяясь в воде, H 2 Sдиссоциирует в два этапа с образованием гидросульфид- и сульфид-ионов:
I: H 2 S -> H + + HS - (pH = 4÷11)
II: HS - -> H + + S -- (pH > 11)
Так как pH> 11 в БР почти не бывает, то относительно «безобидные» сульфиды практически отсутствуют, а водорастворимые гидросульфиды могут снова превратиться вH 2 S:
HS - + H + ↔ H 2 S
Для обнаружения H 2 Sв БР используют «свинцовую» бумагу, т.е. полоски фильтровальной бумаги, пропитанныеPb(CH 3 COO) 2:
Pb(CH 3 COO) 2 + H 2 S -> PbS + 2CH 3 COOH
при этом бумага темнеет. Но этот метод позволяет только фиксировать наличие H 2 Sи сульфидов. Наиболее удобен газоанализатор Гаррэта, позволяющий определить весь объемH 2 Sи сульфидов, а также оценить эффективность поглотителяH 2 S. Если в фильтрате не обнаружено водорастворимых сульфидов, значитH 2 Sполностью удален из БР.
Влияние h2s на свойства бр и металл
Основные признаки поступления H 2 Sв БР:
понижение pH;
увеличение вязкости до нетекучести и фильтрации (коагуляция);
сближение значений СНС за 1 и 10 мин;
высокая адгезия глинистой корки, сальникообразование, приводящее к прихвату;
почернение бурильных труб, которое легко удаляется ветошью, смоченной дизтопливом.
Как уже отмечалось, H 2 Sобладает высокой коррозионной активностью. Особенно опасно водородное «охрупчивание» металла. При «охрупчивании» образующийся в результате диссоциации сероводорода в воде атомарный водород диффундирует внутрь металла, резко изменяя его свойства. Повреждения металла при этом не имеют никаких внешних признаков и происходят не сразу. Существует так называемый инкубационный период, достигающий в зависимости от прочности стали и массовой долиH 2 Sдо 10000 часов. Затем внезапно наступает разрушение металла, при этом слом – пиловидный.
Нейтрализация h2s в буровом растворе
Химические реагенты, применяемые для нейтрализации (удаления) всех сульфидов, содержащихся в растворенном виде (H 2 S, ионыHS - иS --) называются «поглотителями сероводорода).
Идеальный поглотитель H 2 Sдолжен отвечать следующим требованиям:
реакция должна быть полной, кратковременной и прогнозируемой; продукты реакции всегда должны оставаться инертными для БР;
быть эффективным для различных химических и физических параметров БР;
избыточное количество поглотителя не должно отрицательно влиять на свойства БР;
сам поглотитель и продукты его реакции не должны оказывать коррозирующего действия;
быть не токсичным.
Ни один из существующих поглотителей не может считаться идеальным. Но ряд химических реагентов могут применяться в качестве эффективных поглотителей H 2 S. Большинство из них обеспечивают удаление сульфидов из БР в результате образования нерастворимого осадка (водонерастворимого сульфида).
Примеры решения задач. Пример 2.1.Рассчитать эквивалент и молярную массу эквивалентов H2S и NaOH в реакциях H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (1) и
H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (2)
Решение кислоты или основания , участвующихв кислотно-основной реакции, рассчитывается по формуле
М эк (кислоты, основания) = ,
где М – молярная масса кислоты или основания; n – для кислот – число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл; для оснований – число гидроксильных групп, замещенных в данной реакции на кислотный остаток.
Значение эквивалента и молярной массы эквивалентов вещества зависит от реакции, в которой это вещество участвует.
В реакции H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (1) оба иона водорода молекулы H 2 S замещаются на металл и, таким образом, одному иону водорода эквивалентна условная частица ½ H 2 S. В этом случае
Э (H 2 S) = ½ H 2 S, а М эк (H 2 S) = 
.
В реакции H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (2) в молекуле H 2 S на металл замещается только один ион водорода и, следовательно, одному иону эквивалентна реальная частица – молекула H 2 S. В этом случае
Э (H 2 S) = 1 H 2 S, а М эк (H 2 S) = = 34 г/моль.
Эквивалент NaOH в реакциях (1) и (2) равен 1 NaOH, так как в обоих случаях на кислотный остаток замещается одна гидроксильная группа.
М эк (NaOH) = 40 г/моль.
Таким образом, эквивалент H 2 S в реакции (1) равен ½ H 2 S, реакции (2) −
1H 2 S, молярные массы эквивалентов H 2 S равны соответственно 17 (1) и 34 (2) г/моль; эквивалент NaOH в реакциях (1) и (2) равен 1NaOH, молярная масса эквивалентов основания составляет 40 г/моль.
Решение . Молярная масса эквивалентов оксида рассчитывается по формуле
М эк (оксида) = ,
где М – молярная масса оксида; n – число катионов соответствующего оксиду основания или число анионов соответствующей оксиду кислоты; |c.o.| – абсолютное значение степени окисления катиона или аниона.
В реакции P 2 O 5 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2 эквивалент P 2 O 5 , образующего два трехзарядных аниона (РО 4) 3- , равен 1 / 6 P 2 O 5 , а
М эк (P 2 O 5)
= 
г/моль.
Эквивалент СаО, дающего один двухзарядный катион (Са 2+), равен ½ СаО, а М эк (СаО)
= = 28 г/моль.
Пример 2.3. Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалентов фосфора в соединениях РН 3 , Р 2 О 3 и Р 2 О 5 .
Решение. Чтобы определить молярную массу эквивалентов элемента в соединении, можно воспользоваться формулой
М эк (элемента) = ,
где М А – молярная масса элемента; |c.o.| – абсолютное значение степени окисления элемента.
Степень окисления фосфора в РН 3 , Р 2 О 3 , Р 2 О 5 соответственно равна 3, +3 и +5. Подставляя эти значения в формулу, находим, что молярная масса эквивалентов фосфора в соединениях РН 3 и Р 2 О 3 равна 31/3 = 10,3 г/моль; в Р 2 О 5
31/5 = 6,2 г/моль, а эквивалент фосфора в соединениях РН 3 и Р 2 О 3 равен 1 / 3 Р, в соединении Р 2 О 5 – 1 / 5 Р.
Решение . Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.
М эк (РН 3) = М эк (Р) + М эк (Н) = 10,3 + 1 = 11 г/моль;
М эк (Р 2 О 3) = М эк (Р) + М эк (О) = 10,3 + 8 = 18,3 г/моль;
М эк (Р 2 О 5) = М эк (Р) + М эк (О) = 6,2 + 8 = 14,2 г/моль.
Пример 2.5. На восстановление 7,09 г оксида металла со степенью окисления +2 требуется 2,24 л водорода (н.у.). Вычислить молярные массы эквивалентов оксида и металла. Чему равна молярная масса металла?
Решение. Задача решается по закону эквивалентов. Так как одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то удобно воспользоваться формулой:
где V эк – объем одного моля эквивалентов газа. Для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов (υ) в одном моле газа: υ = . Так, М (Н 2) = 2 г/моль; М эк (Н 2) = 1 г/моль. Следовательно, в одном моле молекул водорода Н 2 содержится υ = 2/1 = 2 моль эквивалентов водорода. Как известно, моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) (Т=273 К, р=101,325 кПа) занимает объем 22,4 л. Значит, моль водорода займет объем 22,4 л, а так как в одном моле водорода содержится 2 моль эквивалентов водорода, то объем одного моля эквивалентов водорода равен V эк (Н 2) = 22,4 / 2 = 11,2 л. Аналогично М (О 2) = 32 г/моль, М эк (О 2) = 8 г/моль. В одном моле молекул кислорода О 2 содержится υ = 32 / 8 = 4 моль эквивалентов кислорода. Один моль эквивалентов кислорода при н.у. занимает объем V эк (О 2) = 22,4 / 4 = 5,6 л.
Подставив в формулу
численные значения, находим, что
М эк (оксида) = 
г/моль.
Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей. Оксид – это соединение металла с кислородом, поэтому молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму М эк (оксида) = М эк (металла) + М эк (кислорода). Отсюда М эк. (металла) = М эк. (оксида) − М эк. (кислорода) = 35,45 – 8 = 27,45 г/моль.
Молярная масса эквивалентов элемента (М эк.) связана с атомной массой элемента (М А) соотношением: М эк (элемента) = , где ½с.о.½ − степень окисления элемента. Отсюда М А = М эк (металла) ∙ ½с.о.½ = 27,45×2 = 54,9 г/моль.
Таким образом, М эк. (оксида) = 35,45 г/моль; М эк. (металла) = 27,45 г/моль; М А (металла) = 54,9 г/моль.
Пример 2.6. При взаимодействии кислорода с азотом получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV). Рассчитать объемы газов, вступивших в реакцию при нормальных условиях.
Решение. По закону эквивалентов число молей эквивалентов веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, равны между собой, т.е. υ (О 2) = υ (N 2) = υ (NO 2). Так как получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV), то, следовательно, в реакцию вступило 4 моль эквивалентов О 2 и 4 моль эквивалентов N 2 .
Азот изменяет степень окисления от 0 (в N 2) до +4 (в NО 2), и так как в его молекуле 2 атома, то вместе они отдают 8 электронов, поэтому
М эк (N 2) = = = 3,5 г/моль. Находим объем, занимаемый молем эквивалентов азота (IV):
28 г/моль N 2 – 22,4 л
3,5 г/моль N 2 – х
х = л.
Так как в реакцию вступило 4 моль эквивалентов N 2 , то их объем составляет V (N 2) = 2,8·4 = 11,2 л. Зная, что моль эквивалентов кислорода при н.у. занимает объем 5,6 л, рассчитываем объем 4 моль эквивалентов О2, вступивших в реакцию: V (O 2) = 5,6·4 = 22,4 л.
Итак, в реакцию вступило 11,2 л азота и 22,4 л кислорода.
Пример 2.7. Определить молярную массу эквивалентов металла, если из 48,15 г его оксида получено 88,65 г его нитрата.
Решение. Учитывая, что М эк (оксида) = М эк (металла) + М эк (кислорода), а М эк (соли) = М эк (металла) + М эк (кислотного остатка), подставляем соответствующие данные в закон эквивалентов:
; 
;
М эк (металла) = 56,2 г/моль.
Пример 2.8. Вычислить степень окисления хрома в оксиде, содержащем 68,42 % (масс.) этого металла.
Решение. Приняв массу оксида за 100%, находим массовую долю кислорода в оксиде: 100 – 68,42 = 31,58%, т.е. на 68,42 частей массы хрома приходится 31,58 частей массы кислорода, или на 68,42 г хрома приходится 31,58 г кислорода. Зная, что молярная масса эквивалентов кислорода равна 8 г/моль, определим молярную массу эквивалентов хрома в оксиде по закону эквивалентов:
; М эк (Cr)= 
г/моль.
Степень окисления хрома находим из соотношения
М эк (Cr)= , отсюда |c. o.|= 
.
Задачи
№ 2.1. При взаимодействии 6,75 г металла с серой образовалось 18,75 г сульфида. Рассчитать молярные массы эквивалентов металла и его сульфида. Молярная масса эквивалентов серы равна 16 г/моль.
(Ответ: 9 г/моль; 25 г/моль).
№ 2.2. Вычислить степень окисления золота в соединении состава: 64,9% золота и 35,1% хлора. Молярная масса эквивалентов хлора 35,45 г/моль.
(Ответ: 3).
№ 2.3. Вычислить молярные массы эквивалентов и эквиваленты Р 2 О 5 в реакциях, идущих по уравнениям:
Р 2 О 5 + 3MgO = Mg 3 (PO 4) 2 ;
P 2 O 5 + MgO = Mg(PO 3) 2 .
(Ответ: 23,7 г/моль; 71 г/моль).
№ 2.4 . Сколько моль эквивалентов металла вступило в реакцию с кислотой, если при этом выделилось 5,6 л водорода при нормальных условиях?
(Ответ: 0,5 моль).
№ 2.5. На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты Н 3 РО 3 израсходовано 1,291 г КОН. Вычислить молярную массу эквивалентов кислоты.
(Ответ: 41 г/моль).
№ 2.6 . Определить молярную массу эквивалентов металла и назвать металл, если 8,34 г его окисляются 0,68 л кислорода (н.у.). Металл окисляется до степени окисления +2. (Ответ: 68,7 г/моль).
№ 2.7. Вычислить степень окисления свинца в оксиде, в котором на 1 г свинца приходится 0,1544 г кислорода. (Ответ: 4).
№ 2.8. Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалентов Al(OH) 3 в каждой из следующих реакций, выраженных уравнениями:
Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O;
Al(OH) 3 + 2HCl = AlOHCl 2 + 2H 2 O;
Al(OH) 3 + HCl = Al(OH) 2 Cl + H 2 O.
№ 2.9 . Для получения гидроксида железа (III) смешали растворы, содержащие 0,2 моль эквивалентов щелочи и 0,3 моль эквивалентов хлорида железа (III). Сколько граммов гидроксида железа (III) получилось в результате реакции? (Ответ: 7,13 г).
№ 2.10 . Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислить молярную массу эквивалентов этого металла. (Ответ: 9 г/моль).
№ 2.11. При взаимодействии 22 г металла с кислотой выделилось при н. у. 8,4 л водорода. Рассчитать молярную массу эквивалентов металла. Сколько литров кислорода потребуется для окисления этого же количества металла? (Ответ: 29,33 г/моль; 4,2 л.).
№ 2.12. Вычислить степень окисления мышьяка в соединении его с серой, в котором на 1 г мышьяка приходится 1,07 г серы. Молярная масса эквивалентов серы 16 г/моль. (Ответ: 5).
№ 2.13. Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалентов Н 3 РО 4 в каждой из следующих реакций, выраженных уравнениями:
Н 3 РО 4 + КОН = КН 2 РО 4 + Н 2 О;
Н 3 РО 4 + 2КОН = К 2 НРО 4 + 2Н 2 О;
Н 3 РО 4 + 3КОН = К 3 РО 4 + 3Н 2 О.
№ 2.14. При взаимодействии водорода и азота получено 6 моль эквивалентов аммиака. Какие объемы водорода и азота вступили при этом в реакцию при нормальных условиях? (Ответ: 67,2 л; 22,4 л.)
№ 2.15. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г хлорида металла, образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу эквивалентов металла. (Ответ: 39 г/моль).
№ 2.16 . Молярная масса эквивалентов металла равна 56,2 г/моль. Вычислить массовую долю металла в его оксиде. (Ответ: 87,54%).
№ 2.17 . Определить эквивалент и молярную массу эквивалентов азота, кислорода, углерода в соединениях NH 3 , H 2 O, CH 4 .
№ 2.19. На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано 7,998 г NaOH. Вычислить эквивалент, молярную массу эквивалентов и основность Н 3 РО 4 в этой реакции. На основании расчета написать уравнение реакции. (Ответ: ½ H 3 РО 4 ; 49 г/моль; 2).
№ 2.20 . 0,43 г металла при реакции с кислотой вытеснили при н. у. 123,3 мл водорода. 1,555 г этого же металла вступают во взаимодействие с 1,415 г некоторого неметалла. Рассчитать молярную массу эквивалентов неметалла.
(Ответ: 35,5 г/моль).
FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S
Взаимодействие сульфида алюминия с холодной водой
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Прямой синтез из элементов происходит при пропускании водорода над расплавленной серой:
H 2 + S = H 2 S.
Нагревание смеси парафина с серой.
1.9. Сероводородная кислота и её соли
Сероводородной кислоте присущи все свойства слабых кислот. Она реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями.
Как двухосновная, кислота образует два типа солей – сульфиды и гидросульфиды . Гидросульфиды хорошо растворимы в воде, сульфиды щелочных и щелочно-земельных металлов также, сульфиды тяжелых металлов практически нерастворимы.
Сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов не окрашены, остальные имеют характерную окраску, например, сульфиды меди (II), никеля и свинца – черные, кадмия, индия, олова – желтые, сурьмы – оранжевый.
Ионные сульфиды щелочных металлов M 2 S имеют структуру типа флюорита, где каждый атом серы окружен кубом из 8 атомов металла и каждый атом металла – тетраэдром из 4 атомов серы. Сульфиды типа MS характерны для щелочноземельных металлов и имеют структуру типа хлорида натрия, где каждый атом металла и серы окружен октаэдром из атомов другого сорта. При усилении ковалентного характера связи металл – сера реализуются структуры с меньшими координационными числами.
Сульфиды цветных металлов встречаются в природе как минералы и руды, служат сырьем для получения металлов.
Получение сульфидов
Прямое взаимодействие простых веществ при нагревании в инертной атмосфере
Восстановление твердых солей оксокислот
BaSO 4 + 4C = BaS + 4CO (при 1000°С)
SrSO 3 + 2NH 3 = SrS + N 2 + 3H 2 O (при 800°С)
CaCO 3 + H 2 S + H 2 = CaS + CO + 2H 2 O (при 900°С)
Малорастворимые сульфиды металлов осаждают из их растворов действием сероводорода или сульфида аммония
Mn(NO 3) 2 + H 2 S = MnS↓ + 2HNO 3
Pb(NO 3) 2 + (NH 4) 2 S = PbS↓ + 2NH 4 NO 3
Химические свойства сульфидов
Растворимые сульфиды в воде сильно гидролизованны, имеют щелочную среду:
Na 2 S + H 2 O = NaHS + NaOH;
S 2- + H 2 O = HS - + OH - .
Окисляются кислородом воздуха, в зависимости от условий возможно образование оксидов, сульфатов и металлов:
2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2 ;
CaS + 2O 2 = CaSO 4 ;
Ag 2 S + O 2 = 2Ag + SO 2 .
Сульфиды, особенно растворимые в воде, являются сильными восстановителями:
2KMnO 4 + 3K 2 S + 4H 2 O = 3S + 2MnO 2 + 8KOH.
1.10. Токсичность сероводорода
На воздухе сероводород воспламеняется около 300 °С. Взрывоопасны его смеси с воздухом, содержащие от 4 до 45% Н 2 S. Ядовитость сероводорода часто недооценивают и работы с ним ведут без соблюдения достаточных мер предосторожности. Между тем уже 0,1 % Н 2 S в воздухе быстро вызывает тяжелое отравление. При вдыхании сероводорода в значительных концентрациях может мгновенно наступить обморочное состояние или даже смерть от паралича дыхания (если пострадавший не был своевременно вынесен из отравленной атмосферы). Первым симптомом острого отравления служит потеря обоняния. В дальнейшем появляются головная боль, головокружение и тошнота. Иногда через некоторое время наступают внезапные обмороки. Противоядием служит, прежде всего, чистый воздух. Тяжело отравленным сероводородом дают вдыхать кислород. Иногда приходится применять искусственное дыхание. Хроническое отравление малыми количествами Н 2 S обусловливает общее ухудшение самочувствия, исхудание, появление головных болей и т.д. Предельно допустимой концентрацией Н 2 S в воздухе производственных помещений считается 0,01 мг/л.
