Курсовая работа: Сера и окружающая среда
Диоксид серы представляет собой бесцветный газ с резким запахом, Тпл =
-75ºС, Ткип = -10ºС. Он очень термически устойчив (распадается на S и O2 при 2800ºС). Диоксид серы растворим в воде причем растворимость его при переходе температуры от 0º до комнатной понижается. При растворении происходит образование гидрата SO2 · хН2 О, нестехиометрического по составу, обладающего свойствами слабой кислоты:
SO2 · хН2 О + Н2 О = Н3 О+ + НSO3
Ка = 1,54·10-2 (при 25º)
Абсолютно сухой диоксид серы в обычных условиях не взаимодействует с галогенами, H2 S, H2 , O2 и СО. Реакция :
2SO2 + O2 =2SO3
протекает только при высоких температурах, в присутствии катализатора. Диоксид серы в в водном растворе взаимодействует HNO2 и N2 O3 :
2SO2 + N2 O3 + Н2 О =H2 SO4 + 2NO
2HNO2 + SO2 · хН2 О = H2 SO4 + 2NO + xH2 O
В большинстве реакций он проявляет восстановительные свойства:
2HNO3 + SO2 = H2 SO4 + 2NO2
NO2 + SO2 = SO3 + NO; Н2 О2 + SO2 = H2 SO4
Окислительные свойства диоксида серы проявляются при взаимодействии его с сероводородом и оксидом углерода (II):
2Н2 S + SO2 = 3S + 2Н2 О;
2СО + SO2 = S+ 2CO2
Оксид серы (VI) существует в виде трех модификаций.
α-модификация SO3 представляет собой кристаллическое вещество, напоминающее лед, Тпл = 17ºС. Предполагается, что эта модификация состоит из циклических тримеров S3 O9 .
β- модификация напоминает по строению асбест и образована зигзагообразными цепями тетраэдров SO4 , связанных между собой атомами кислорода.
γ-модификация также состоит из SO4 -тетраэдров, которые объединены в слои плоских сеток.
Твердый SO3 , выпускаемый промышленностью представляет собой смесь этих модификаций.
SO3 очень гигроскопичен, он энергично поглощает воду с выделением тепла и образованием гидрата SO3 · Н2 О, т.е молекул серной кислоты. Он хорошо поглощается серной кислотой с образованием «олеума» - смеси полисерных кислот (H2 S2 O7 , H2 S8 O10 и др.)
Оксид серы (VI) проявляет только окислительные свойства:
SO3 + KI =I2 + K2 SO3
b) Кислоты.
Серная кислота представляет собой маслянистую жидкость с Тпл = 10ºС и Ткип = 280ºС. Ее молекулы представлены тетраэдрами, связанными между собой атомом кислорода:
HOO
S
HOO
Серная кислота в водных растворах является сильной двухосновной. Концентрированная серная кислота является сильнейшим окислителем. В зависимости от вида восстановителя реакции могут заканчиваться выделением SO2 , H2 S и элементарной серы.
H2 SO4 (K) + H2 S →S↓ + SO2 + H2 O
H2 SO4 (K) + Cu →SO2 ↑ +CuSO4 + H2 O
H2 SO4 (K) + Mg → MgSO4 + H2 S↑ + H2 O
Серная кислота проявляет дегидратирующие свойства:
C12 H22 O11 + H2 SO4 ( K ) → 12C + H2 SO4 + 11H2 O.
Также она может взаимодействовать с оксидами азота NO2 и N2 O3 :
H2 SO4 + 2NO2 → (NO)HSO4 + HNO3
2H2 SO4 + N2 O3 → 2(NO)HSO4 + H2 O.
с образованием нитразил гидросульфата.
В обычных условиях H2 SO4 пассивирует Fe, Cr, Co, Ni. Поэтому ее хранят и транспортируют в цистернах из стали. В основном её получают каталитическим окислением SO2 кислородом воздуха до SO3 с последующей абсорбцией SO3 серной кислотой во избежание образования тумана. Окисление проводят при 500°С в присутствии катализатора V2 O5 с добавками K2 SO4 .
Дисерная кислота H2 S2 O7 существует при обычных условиях в виде бесцветных прозрачных кристаллов (Tпл =35°С). При растворении в воде она разрушается:
H2 S2 O7 + H2 O = H2 SO4
Поэтому химия её водных растворов по существу является химией серной кислоты. Её получают смешением 100% H2 SO4 с расчетным количеством SO3 , отвечающим реакции:
H2 SO4 + SO3 = 2H2 S2 O7
Динадсерная кислота H2 S2 O8 получается как промежуточный продукт при электролизе H2 SO4 и используется для получения H2 O2 :
H2 S2 O8 + H2 O = H2 SO5 + H2 SO4
H2 SO5 + H2 O = H2 O2 + H2 SO4
Тиосерная кислота H2 SO3 (S) в виде бесцветной маслянистой жидкости получена только при температурах ниже -83°С в среде этилового эфира при помощи реакции присоединения:
H2 S + SO3 = H2 SO3 (S)
когда окислительно-восстановительные процессы сильно заторможены. Молекула её представляет искаженный тетраэдр. В водных растворах проявляет свойства сильной кислоты.
1.4 Соли.