Сера и её соединения

Одна лесенка — вся тема

Сера — элемент VIA группы, порядковый номер 16, сосед кислорода по группе. На внешнем уровне у неё шесть электронов, до завершения не хватает двух. Один этот элемент даёт целую цепочку веществ: простое вещество S, сероводород H₂S, два оксида SO₂ и SO₃ и серную кислоту H₂SO₄.

Ключ ко всей теме — лесенка степеней окисления серы:

• −2 — сероводород H₂S и сульфиды;
• 0 — простое вещество S;
• +4 — оксид SO₂, сернистая кислота H₂SO₃, сульфиты;
• +6 — оксид SO₃, серная кислота H₂SO₄, сульфаты.

Почти любое задание про серу сводится к вопросу: на какой ступеньке она стоит и куда шагает в реакции. Вверх по лесенке — окисление, вниз — восстановление.

Простое вещество: и окислитель, и восстановитель

Сера — жёлтые хрупкие кристаллы, в воде не растворяются. Как у углерода есть графит и алмаз, у серы несколько аллотропных модификаций: ромбическая, моноклинная, пластическая.

Степень окисления 0 — середина лесенки, поэтому сера умеет и принимать электроны, и отдавать.

С металлами сера — окислитель (уходит в −2): Fe + S → FeS — при нагревании железо с серой образуют сульфид железа(II). С ртутью реакция идёт даже при комнатной температуре: Hg + S → HgS. Поэтому просыпанную из разбитого термометра ртуть засыпают порошком серы.

С кислородом сера — восстановитель (уходит в +4): S + O₂ → SO₂. Сера горит синеватым пламенем, образуя сернистый газ.

Сероводород и сульфиды

Сероводород H₂S — бесцветный ядовитый газ с узнаваемым запахом тухлых яиц: он и правда образуется при гниении белков. Раствор H₂S в воде — слабая сероводородная кислота, её соли называются сульфидами.

Качественная реакция на сульфид-ион — растворимые соли свинца: Pb²⁺ + S²⁻ → PbS↓, выпадает чёрный осадок. Сероводород коварен: обоняние быстро привыкает к запаху, и человек перестаёт его замечать. Поэтому любые опыты с H₂S — только в вытяжном шкафу.

Два оксида и серная кислота

Оба оксида серы — кислотные: реагируют с водой, щелочами и основными оксидами. Разница — в степени окисления серы и в кислоте, которую они дают.

SO₂ — бесцветный газ с резким запахом, продукт горения серы: SO₂ + H₂O → H₂SO₃. Попадая в атмосферу с выбросами, сернистый газ становится причиной кислотных дождей. SO₃ с водой реагирует бурно: SO₃ + H₂O → H₂SO₄ — на этой реакции держится промышленное производство серной кислоты: сначала получают SO₂, окисляют его до SO₃, затем превращают в кислоту.

Разбавленная серная кислота — типичная кислота

• с металлами левее водорода: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑;
• с основными оксидами: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O;
• с основаниями: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O — реакция нейтрализации;
• с солями более слабых кислот: Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑.

Концентрированная серная кислота — отдельная история: она жадно отнимает воду и с металлами реагирует без выделения водорода. Для ОГЭ достаточно помнить сам факт: свойства концентрированной и разбавленной кислоты различаются.

Качественная реакция на сульфат-ион — растворимые соли бария: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓. Белый осадок не растворяется ни в воде, ни в кислотах — по этому признаку сульфаты и опознают. Сульфит с барием тоже даёт белый осадок, но он растворяется в сильной кислоте с выделением резко пахнущего SO₂ — так их и различают.

Пример: считаем по уравнению

Сожгли 6,4 г серы. Какой объём SO₂ (н. у.) получился?

1. Уравнение: S + O₂ → SO₂.
2. n(S) = m / M = 6,4 / 32 = 0,2 моль.
3. По уравнению n(SO₂) = n(S) = 0,2 моль.
4. V(SO₂) = n · Vm = 0,2 · 22,4 = 4,48 л.

Частые ошибки

• Путать сульфид, сульфит и сульфат. Сульфид S²⁻ — от сероводородной кислоты, сульфит SO₃²⁻ — от сернистой, сульфат SO₄²⁻ — от серной. Одна буква меняет вещество целиком.
• «SO₂ и SO₃ — почти одно и то же». Разные степени окисления и разные кислоты: +4 даёт сернистую, +6 — серную.
• Cu + разбавленная H₂SO₄ → водород. Медь стоит правее водорода: с разбавленной серной кислотой реакции нет.
• «H₂S — сильная кислота». Сероводородная кислота слабая. Сильная в этой теме одна — серная.
• Проверять сульфаты нитратом серебра. Реактив на сульфат-ион — катион бария Ba²⁺; серебро оставь для хлоридов.