Билет № 16
1. Сера: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома. Физические и химические свойства серы. Оксиды серы, их химические свойства
Положение в периодической системе: сера находится в 3 периоде, VI группе, главной (А) подгруппе.
Атомный номер серы 16, следовательно, заряд ядра атома серы равен +16, число электронов 16. Три электронных уровня (равно периоду), на внешнем уровне 6 электронов (равно номеру группы для главных подгрупп).
Схема расположения электронов по уровням:
16S ) ) )
2 8 6
Ядро атома серы 32S содержит 16 протонов (равно заряду ядра) и 16 нейтронов (атомная масса минус число протонов: 32 − 16 = 16).
Сера как простое вещество образует аллотропные модификации: кристаллическая сера и пластическая.
Кристаллическая сера — твердое вещество желтого цвета, хрупкое, легкоплавкое (температура плавления 112° С), нерастворима в воде. Сера и многие руды, содержащие серу, не смачиваются водой. Поэтому порошок серы может плавать на поверхности, хотя сера тяжелее воды (плотность 2 г/см3).
На этом основан метод обогащения руд под названием флотация: измельченная руда погружается в емкость с водой, через которую продувается воздух. Частички полезной руды подхватываются пузырьками воздуха и выносятся наверх, а пустая порода (например, песок) оседает на дно.
Пластическая сера темного цвета и способна растягиваться, как резина.
Это отличие в свойствах связано со строением молекул: кристаллическая сера состоит из кольцевых молекул, содержащих 8 атомов серы, а в пластической сере атомы соединены в длинные цепи. Пластическую серу можно получить, если нагреть серу до кипения и вылить в холодную воду.
В уравнениях для простоты записывают серу без указания числа атомов в молекуле: S.
Химические свойства:
- В реакциях с восстановителями: металлами, водородом, — сера проявляет себя как окислитель (степень окисления −2,валентность II). При нагревании порошков серы и железа образуется сульфид железа:
Fe + S = FeS
Со ртутью, натрием порошок серы реагирует при комнатной температуре:
Hg + S = HgS - При пропускании водорода через расплавленную серу образуется сероводород:
H2 + S = H2S - В реакциях с сильными окислителями сера окисляется. Так, сера горит, образуется оксид серы (IV) — серни́стый газ:
S + O2 = SO2
Оксид серы (IV) — кислотный оксид. Реагирует с водой с образованием серни́стой кислоты:
SO2 + H2O = H2SO3
Эта реакция происходит в атмосфере при сжигании каменного угля, который обычно содержит примеси серы. В результате выпадают кислотные дожди, поэтому очень важно подвергать очистке дымовые газы котельных.
В присутствии катализаторов оксид серы (IV) окисляется до оксида серы (VI):
2SO2 + O2 2SO3 (реакция обратима)
Оксид серы (VI) реагирует с водой с образованием серной кислоты:
SO3 + H2O = H2SO4
SO3 — бесцветная жидкость, кристаллизуется при 17° С, переходит в газообразное состояние при 45° С
2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих свойства гидроксида кальция.
- Гидроксид кальция (гашеная известь) — малорастворимое вещество. Взбалтываем немного извести в 2 мл воды (около 2 см по высоте пробирки), даем постоять несколько минут. Большая часть извести не растворится, осядет на дно.
- Сливаем раствор, фильтруем (если нет фильтра, ждем пока отстоится). Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой. Делим на 2 пробирки. В одну капаем индикатор фенолфталеин (ф-ф), он окрашивается в малиновый цвет, что доказывает осно́вные свойства извести:
Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH− - Во вторую пробирку пропускаем углекислый газ, известковая вода мутнеет в результате образования нерастворимого карбоната кальция (это качественная реакция для обнаружения углекислого газа):
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O
Если придется делать эти реакции на практике, углекислый газ можно получить в пробирке с газоотводной трубкой, добавив соляную или азотную кислоту в мел или соду.
Можно несколько раз пропустить выдыхаемый воздух через трубочку от коктейля или сока, принесенную с собой. Не стоит шокировать комиссию — дуть в трубку из лабораторного оборудования — в кабинете химии ничего нельзя пробовать на вкус!