Практическая работа 3. Получение и свойства кислорода.
Получение и собирание кислорода.
а) Соберите прибор, как показано на рисунке 25 (с. 73), и проверьте его на герметичность. В пробирку насыпьте перманганат калия примерно на 1/4 её объёма и у отверстия пробирки положите рыхлый комочек ваты. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Закрепите пробирку в лапке штатива так, чтобы коней газоотводной трубки почти доходил до дна стакана или цилиндра, в котором будет собираться кислород. В пламени спиртовки сначала обогрейте всю пробирку, а затем нагревайте её дно. Полноту заполнения стакана (цилиндра) кислородом проверяйте тлеющей лучинкой. Как только сосуд наполнится кислородом, закройте его картоном или стеклянной пластинкой.
б) Соберите прибор, как показано на рисунке 26 (с. 74), и проверьте его на герметичность. В сосуд с водой опрокиньте пробирку с водой (или цилиндр, закрытый стеклянной пластинкой). Затем пробирку (цилиндр) с водой наденьте на конец газоотводной трубки и нагревайте пробирку с перманганатом калия. Когда сосуд заполнится кислородом, закройте его под водой стеклянной пластинкой.
Горение в кислороде угля и серы.
а) Положите в железную ложечку кусочек древесного угля и раскалите его в пламени спиртовки. Затем ложечку с тлеющим углем внесите в сосуд с кислородом и наблюдайте за происходящим. Когда горение прекратится, влейте в сосуд немного известковой воды и взболтайте. Почему известковая вода мутнеет? Запишите уравнение реакции трения угля.
б) В железную ложечку положите кусочек серы и подожгите его в пламени спиртовки (Опыт проводится в вытяжном шкафу!) Понаблюдайте, как сера горит на воздухе. Затем поместите горящую серу в сосуд с кислородом. Как изменилось пламя? Почему? Запишите уравнение реакции горения серы.
gomolog.ru11https://gomolog.ru/reshebniki/8-klass/rudzitis-i-feldman-2019/prakt/3.html
Пожароопасные свойства серы
Тонкоизмельченная сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углём, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.
Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена.
По данным В. Маршалла пыль серы относится к разряду взрывоопасных, но для взрыва необходима достаточно высокая концентрация пыли — порядка 20 г/м3 (20000мг/м3), такая концентрация во много раз превышает предельно допустимую концентрацию для человека в воздухе рабочей зоны — 6 мг/м3.
Пары образуют с воздухом взрывчатую смесь.
Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C.
Так как воздух по объёму состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объёма кислорода получается один объём SO2, то максимальное теоретически возможное содержание SO2 в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха, и объёмное содержание SO2 в газовой смеси меньше теоретически возможного, составляя обычно 14…15 %.
Обнаружение горения серы пожарной автоматикой является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловыделение при пожаре приводит к температуре ниже, чем при пожарах других распространенных пожароопасных веществ. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом оно не будет обнаружено распространёнными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.
Для эффективного обнаружения пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы.
Для выполнения требований пожарной безопасности на складах серы необходимо:
конструкции и технологическое оборудование должны регулярно очищаться от пыли;
помещение склада должно постоянно проветриваться естественной вентиляцией при открытых дверях;
дробление комков серы на решётке бункера должно производиться деревянными кувалдами или инструментом из неискрящего материала;
конвейеры для подачи серы в производственные помещения должны быть снабжены металлоискателями;
в местах хранения и применения серы необходимо предусматривать устройства (бортики, пороги с пандусом и т. п.), обеспечивающие в аварийной ситуации предотвращение растекания расплава серы за пределы помещения или открытой площадки;
на складе серы запрещается:
производство всех видов работ с применением открытого огня;
складировать и хранить промасленную ветошь и тряпки;
при ремонте применять инструмент из искродающего материала.
Пожары на складах серы
В декабре 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет-Уэст Западной Капской провинции Южно-Африканской Республики произошёл крупный пожар, погибли два человека.
16 января 2006 г. около пяти вечера на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250-ти квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.
15 марта 2007 рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошёл пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 кв.м. На пожаре работало 4 пожарных расчёта с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал.
4 и 9 марта 2008 года произошло возгорание серы в Атырауской области в хранилище серы ТШО на Тенгизском месторождении. В первом случае очаг возгорания удалось потушить быстро, во втором случае сера горела 4 часа. Объём горевших отходов нефтепереработки, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составил более 9 тысяч килограммов.
В апреле 2008 недалеко от посёлка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчётов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела ещё не вся сера, а только её небольшая часть — около 300 килограммов. Площадь возгорания вместе с участками сухой травы, прилегающими к складу, составила 80 квадратных метров. Пожарным удалось быстро сбить пламя и локализовать пожар: очаги возгорания были засыпаны землёй и залиты водой.
В июле 2009 в Днепродзержинске горела сера. Пожар произошёл на одном из коксохимических предприятий в Баглейском районе города. Огонь охватил более восьми тонн серы. Никто из сотрудников комбината не пострадал.
Горение серы — Справочник химика 21
Первый способ. Тепловой эффект реакции горения сероводорода равен сумме тепловых эффектов реакций разложения сероводорода, горения серы и водорода. Тепловой эффект реакции разложения сероводорода равен тепловому эффекту реакции образования сероводорода, взятому с противоположным знаком (см. табл. 6 приложения) [c.183]Опыт 32. Горение серы в кислороде [c.28]
Из уравнения реакции горения серы в кислороде [c.91]
Как изменится скорость реакции горения серы, если уменьшить объем системы в 3 раза [c.60]
Пример 10. Определить теоретическую температуру горения серы в во-здухе [c.140]
ГОРЕНИЕ СЕРЫ В КИСЛОРОДЕ [c.16]
Метод сжигания. Этот метод применяется при анализе многих материалов. Серу в каменном угле определяют путем спекания навески угля со смесью из окиси магния или окиси цинка с небольшим количеством (от / до Уз по отношению к 2пО или М О) углекислого натрия. Тугоплавкая окись магния (или окись цинка) играет роль колосников , обеспечивая доступ воздуха к частицам угля углекислый натрий поглощает образующийся при горении серы сернистый газ и, кроме того, способствует дальнейшему окислению Ыа ЗО, до Ыа ЗО . Применяется также метод сжигания в стальной калориметрической бомбе в атмосфере кислорода под давлением.
Гетерогенное горение — это горение жидких и твердых горючих материалов в среде газового окислителя. К гетерогенному горению в печах относится горение серы, фосфора, мазута, антрацита, кокса и т. д. [c.35]
Горение серы в кислороде протекает при 280 С, а на воздухе — при 360 С. При этом образуется преимущественно 802- Таким образом, в соединениях с металлами и с водородом сера проявляет степень окисления —2, а в соединениях с кислородом + 4 и +6. [c.202]
Константа скорости к зависит от природы реагирующих веществ, от температуры и от присутствия катализаторов, но не зависит от концентраций веществ. Закон действующих масс применим только к газообразным и растворенным веществам. Если наряду с ними в реакции участвуют и твердые вещества, концентрация которых постоянна, то скорость реакции изменяется в зависимости от концентраций газов или растворенных веществ. Например, скорость реакции горения серы (5 -Ь = = 502) пропорциональна только концентрации кислорода и = = /с[02]. [c.81]
При сжигании серы в циклонной печи достигается постоянная концентрация сернистого газа, простое регулирование процесса горения серы и его автоматизация. [c.61]
Горение серы в кислороде протекает при 280 °С, а на воздухе — при 360 °С. При этом образуется смесь 802 и 80з. Таким [c.181]
Сложность заключается еще и в том, что на процесс горения серы оказывает существенное влияние печная среда, состоящая из серы, кислорода, азота, паров воды, обжиговых газов. Движение газового потока в печи осложняется теплообменными н физико-химическими явлениями из-за наличия в системе источников газообразования и тепловыделения. Таким образом, в печи создаются сложные поля скоростей, концентраций газов и температур. Эти поля трудно поддаются точному математическому описанию.
Решение. Процесс горения серы описывается уравнением 5 + О2 = 50г. Производительность печи 60-10 /24 = 2500 кг/ч. Масса серы [c.12]
На 100 кг обжигаемого колчедана выделится тепла за счет горения серы [c.50]
Горение серы представляет гомогенную экзотермическую реакцию, которой предшествует процесс перехода твердой серы в жидкое состояние и ее последуюш ее испарение [c.175]
Опыт 10. Наполнить сосуд кислородом, закрыть его пробкой и перенести в вытяжной шкаф. При помощи железной ложечки внести в сосуд с кислородом небольшое количество зажженной на воздухе серы. После прекращения горения серы влить в сосуд несколько к
Сера, свойства, в природе — Знаешь как
Содержание статьи
Сера S имеет атомный вес 32,064. Электронная конфигурация атома серы 1s2s22р63s23р4Размещение электронов на орбиталях внешнего слоя
Валентных электронов у атома серы 6. Поэтому, ceра может образовывать до 6 валентных связей. Атом серы имеет больший радиус и потому проявляет меньшую электроотрицательность по сравнению с кислородом. Степени окисления, которые может проявлять сера в окислительно-восстановительных реакциях: S0, S-2, S+4, S+6.
Сера может образовывать несколько аллотропных видоизменений. Это ромбическая (октаэдрическая), пластическая и моноклиническая сера. Ромбическая сера является наиболее распространенным аллотропным видоизменением серы. Это кристаллическое вещество лимонно-желтого цвета, кристаллизующееся в виде октаэдров. Плотность ромбической серы 2,07 г/см3.Плавится она при температуре 112,8°, кипит при 444,6°, в воде не растворима, но хорошо растворяется в сероуглероде, бензоле и других органических растворителях. Температура воспламенения 360°.
Пластическая сера получается, если нагреть ромбическою серу почти до кипения и затем быстро вылить в стакан с холодной водой (рис. 50). Эта модификация серы обладает пластичностью в отличие от весьма хрупкой ромбической серы. Пластическая сера довольно быстро переходит в ромбическую. Пластическую серу, образующуюся при резком охлаждении расплавленной серы, иногда рассматривают как не успевшую сформироваться ромбическую серу.
Рис. 50. Пластическая сера. 1- расплавленная сера 2- пластическая сера 3- вода.
Моноклиническая сера получается при медленном охлаждений расплавленной серы на воздухе. При этом образуются длинные нитевидные кристаллы, которые при стоянии тоже превращаются в октаэдры.
Существование электронных видоизменений у серы объясняется различием кристаллических структур. Если октаэдрическая сера имеет молекулы в виде, восьмичленных колец, то молекулы пластической серы— длинные, беспорядочно расположенные цепочки разной величины. Моноклиническая сера близка по структуре к октаэдрической.
■ 65. Что такое аллотропия и аллотропные видоизменения?
66. Чем вызывается возникновение аллотропных видоизменений?
Сера это
В химическом отношении сера является активным веществом. Она довольно легко реагирует со. многими металлами. Во всех случаях образуются сульфиды, например при нагревании с алюминиевым или цинковым порошком.Если растирать металлический натрий в ступке с серой, то между ними происходит реакция, сопровождающаяся вспышками и резким звуком. Опыт следует Проводить в защитных очках, обернув руку полотенцем, и с очень малыми количествами веществ.При пропускании водорода через пары серы образуется сероводород (рис. 51).■ 68. Напишите уравнения реакций серы с простыми веществами, о которых говорится в прочитанном отрывке, Являются ли эти реакции окислительно — восстановительными? Дайте обоснованный ответ. (См. Ответ)69. Какова степень окисления серы в соединениях с водородом и металлами?
70. Какого типа химическая связь в соединениях серы с металлами?.
71. Почему сульфиды цинка и алюминия нельзя получить реакцией обмена в растворах?
72. Сколько сульфида железа (II) получится, если взято 30 г железа и 16 г серы и если взятое железо используется лишь на 90%? (См. Ответ)
Рис. 51. Прибор для наблюдения взаимодействия серы с водородом.
-1—водород; 2 — сероводород; 3- пары серы; 4 — расплавленная сера.Возможны и другие реакций, в результате которых сера приобретает положительные степени окисления. Обычно это бывает при непосредственном взаимодействии серы с кислородом — при горении серы:
S + О2 = SO2
Поскольку у кислорода величина электроотрицательности больше, чем у серы, то в соединении SО2 сера проявляет степень окисления +4 и в данной реакции ведет себя как восстановитель. Более глубокое окисление воды до степени окисления +6 возможно при образовании серного ангидрида. В присутствии катализатора при температуре 400—500° двуокись серы окисляется кислородом, образуя серный ангидрид:2SО2 + О2=2SО3
Сера цвет
Несмотря на высокую химическую активность, сера довольно широко встречается в виде минерала, который называется самородной серой. Это почти исключительно ромбическая сера. Прочие аллотропные видоизменения серы в природе не встречаются, химически чистая сера имеет лимонно-желтый цвет, аналогично такую же окраску имеет вулканическая серо, но при условии, что в ее состав не входят другие вещества или минералы (сульфиды).Сера обычно вкраплена в различные горные породы, из которых довольно легко может быть выплавлена. Самородная сера чаще всего имеет вулканическое происхождение. Богаты Самородной серой Кавказ, пустыня Кара-Кум, Керченский полуостров, Узбекистан.Сера встречается также в виде сернистых металлов «г-сульфидов (пирит FeS2, цинковая обманка ZnS, свинцовый блеск PbS), в виде сульфатов (глауберова соль Na2SO4 · 10h3O, гипс CaSО4·2h3О). Сера входит в состав некоторых белков.Для того чтобы извлечь серу из породы, ее выплавляют в автоклавах Действием перегретого водяного пара при 150—160°. Полученную расплавленную серу рафинируют (очищают) возгонкой. Если ее расплавить и разлить по деревянным формочкам, то она затвердевает в виде палочек. Такую серу называют черенковой.
Рис. 52. Применение серыИногда серу выливают в большую форму, а после затвердевания раскалывают на мелкие бесформенные куски. Такая сера называется комовой. Наконец, серу можно получить в виде мелкого распыленного порошка — так называемого серного цвета.
Свободная сера применяется главным образом в производстве серной кислоты, а также в бумажной промышленности, для вулканизации каучука, в производстве красителей, в сельском хозяйстве для опыления и окуривания винограда и хлопчатника, в производстве спичек (рис. 52). В медицине сера используется в виде мазей вместе с другими веществами против чесотки и других кожных заболеваний. Чистая сера не ядовита.
■ 73. Перечислите химические свойства серы я укажите, в чём сходство и в чем различие серы и кислорода. (См. Ответ)Соединения двухвалентной серы
Двухвалентная сера образует соединения с водородом (сероводород h3S) и металлами (сульфиды Na2S, FeS). Сульфиды можно рассматривать как производные сероводорода, т. е. соли сероводородной кислоты.Сероводород. Молекула сероводорода построена по полярному типу связи:
Общие электронные пары сильно смещены в сторону атома, серы как более электроотрицательного.
Сероводород—газ тяжелее воздуха, с резким неприятным запахом тухлых яиц. Этот газ очень ядовит. Наши органы обоняния весьма чувствительны к сероводороду. При наличии 1/2000 части сероводорода в воздухе может наступить потеря обоняния.
Сероводород переходит в жидкое состояние при температуре —60°. Он хорошо растворяется в воде, образуя при этом сероводородную воду h3Saq или, как ее еще называют, сероводородную кислоту.
Сероводород — один из лучших восстановителей. Он легко восстанавливает бромную и хлорную воду в бромисто водородную или соляную кислоту:
При этой реакции S(-2) окисляется до» нейтральной серы S(0).
Сероводород горит. При достаточном доступе воздуха (рис. 53,а) происходит полное сгорание по уравнению:
В этом случае S(-2) окисляется до S(+4), происходит отдача 6 электронов), а кислород восстанавливается с О(0) до О(-2).Если доступ воздуха недостаточный или если в пламя сероводорода внести холодный предмет (рис. 53,6), то происходит неполное сгорание по уравнению:
2h3S + О2 = 2S + 2h3O
Здесь окисление серы идет менее глубоко—до S(0).
■ 74. Назовите меры первой помощи при отравлениях сероводородом. (См. Ответ)
75. Почему сероводородную кислоту часто называют сероводородной водой?
76. При смешивании йодной воды с сероводородной происходит обесцвечивание и помутнение раствора. Чем это объяснить?
77. Возможно ли для S(-2) проявление окислительных свойств? (См. Ответ)
В лаборатории сероводород получают в аппарате Киппа при взаимодействии сульфида железа (или сульфида натрия) с разбавленной серной кислотой:
FeS + h3SO4 = FeSО4 + h3S↑
Рис. 53. Горение сероводорода при полном доступе воздуха (а) и при неполном доступе воздуха (б).Сероводород, растворяясь в воде, образует слабую сероводородную кислоту, диссоциирующую двухступенчато:
h3S ⇄ Н+
Вторая ступень протекает в незначительной степени.
Сероводородная кислота не может храниться в лаборатории длительное время вследствие своей неустойчивости.
Она постепенно мутнеет в результате выделения свободной серы:
h3S = h3 + S
В окислительно-восстановительных реакциях сероводородная кислота Ведет себя как типичный восстановитель, например
:
h3S + К2Cr2O7 + h3SO4 → • • (S0; Cr+3)
• Уравнение этой окислительно-восстановительной реакции закончите самостоятельно.
Сероводород применяется в аналитической химии.Сероводородная кислота проявляет общие свойства кислот. Правда, не все свойства кислот удается наблюдать на ней. Например, такие металлы, как цинк, железо, с ней не реагируют, а натрий и кальций, попадая в сероводородную, кислоту, реагируют не с ней, а с имеющейся там водой, образуя щелочь, которая затем может вступить в реакцию с сероводородной кислотой. Так как это кислота двухосновная, она может образовывать два ряда солей — сульфиды и гидросульфиды, или бисульфиды.
Средние соли сероводородной кислоты — сульфиды — нерастворимы в воде, кроме солей натрия и калия, и имеют различную окраску: сульфид свинца и железа — черную, цинка — белую, кадмия — желтую. Гидросульфиды хорошо растворимы в воде.
Реактивом на ион двухвалентной серы S2- является ион кадмия Cd2+, который в соединении с ионом дает желтый, нерастворимый в воде осадок, например:
Cd(NO3)2 + h3S = CdS↓ + 2HNO3
Cd2+ + S2- = CdS
Сульфиды довольно легко гидролизуются по типу солей слабых кислот, поэтому обычно их получают прямым взаимодействием серы с металлом.
■ 78. Напишите уравнение реакции сероводородной кислоты с едким натром и объясните результат реакции, учитывая гидролиз соли в растворе. (См. Ответ)79. В санитарно-гигиенических исследованиях для обнаружения В воздухе сероводорода пользуются очень чувствительной реакцией с растворимыми солями свинца. Что можно наблюдать при этой реакции в полной ионной и сокращенной ионной формах? (См. Ответ)
Соединения четырехвалентной серы
Соединение четырехвалентной серы — двуокись серы (сернистый газ) SО2. Двуокись серы тяжелее воздуха и имеет резкий неприятный запах. Молекула двуокиси серы построена также по ковалентному типу связи, полярность ее слабо выражена.
При —10° и атмосферном давлении двуокись серы превращается в жидкость, а затвердевает при —73°. Она хорошо растворима в воде (на 1 объем воды 40 объемов двуокиси серы), при этом наряду с растворением происходит взаимодействие с водой по уравнению:
SO2 + Н2О h3SО3
Получающаяся сернистая кислота является весьма непрочной, поэтому реакция обратима.
Двуокись серы имеет большое промышленное значение. Ее получают обжигом серного колчедана FeS2 или серы:
4FeS2 + 11О2 = 2Fe2О3 + 8SО2 S + О2 = SО2
В лаборатории ее получают действием сильных кислот на соли сернистой кислоты, например действием серной кислоты на сульфит натрия:Na2SO3 + h3SO4 = Na2SО4 + Н2О + SO2
Двуокись серы можно получить разложением солей сернистой кислоты, например сульфита кальция CaSО3, при нагревании;
CaSО3 = СаО + SO2
Двуокись серы ядовита. При отравлениях ею появляются хрипота, одышка, иногда потеря сознания. Допустимая концентрация SО2 в воздухе равна 0,02 мг/л.
При взаимодействии с органическими красителями двуокись серы может вызвать их обесцвечивание, однако причина этого иная, чем при обесцвечивании хлором: не происходит окисления, а возникает бесцветное соединение SО2 с красителем, которое с течением времени разрушается и окраска красителя восстанавливается.
■ 80. Предложите чертежи приборов, с помощью которых можно получить двуокись серы: а) из сульфита натрия действием кислоты: б) прокаливанием сульфита кальция. (См. Ответ) 81. Двуокись серы, полученную при разложении 40 г сульфита кальция, пропустили через 500 г раствора баритовой воды Ва(ОН)2, в результате чего весь барий, находившийся в растворе, был осажден. Какова процентная концентрация раствора баритовой воды, если 20% двуокиси серы, полученной при обжиге, теряется? 82. К какой группе окислов относится двуокись серы? Перечислите ее свойства, типичные для этой группы окислов. Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.
83. Почему при пропускании SО2 через известковую воду возникает помутнение, как и при пропускании СО2?
85. Какой объем двуокиси серы может быть получен из 20 молей FeS2 при 80% выходе?
86. Через 200 мл 20% раствора едкого натра была пропущена двуокись серы до полного превращения едкого натра в сульфит (гидролиз не учитывать). Какова концентрация образовавшегося раствора сульфита натрия? (См. Ответ)
В связи с тем что степень окисления серы в двуокиси серы равна + 4, т. е. условно с внешнего уровня атома серы отдано 4 электрона, для него существуют две возможности: либо он может дополнительно отдать оставшиеся на внешнем слое 2 электрона и тогда проявит свойства восстановителя, либо S(+4) может принять некоторое количество электронов и тогда будет проявлять окислительные свойства.
Например, в присутствии сильного окислителя S (+4) ведет себя как восстановитель.
Вr2 + Н2О + SO2 → h3SO4 + НВr
КМnO4 + Н2O + SO2 → K2SO4 + MnSO4 + h3SO4
K2Cr2O7 + SO2 + h3SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + h3O
• Коэффициенты этих реакций найдите самостоятельно.
Особое значение имеет окисление двуокиси серы кислородом в присутствии катализатора V2O5 или Pt при температуре 400—500°, в результате чего образуется серный ангидрид:
2SO2 + О2 = 2SO3
Этот процесс широко используется в производстве серной кислоты контактным способом.
В присутствии сильных восстановителей, например сероводорода, S (+4)ведет себя как окислитель:h3SO3+ h3S → Н2O + S
• Найдите, составив электронный баланс, коэффициенты для данного уравнения.
Двуокись серы применяется в промышленности для отбелки в тех случаях, когда нельзя применять хлор, в бумажной промышленности, для дезинфекции помещений и крупных резервуаров, для уничтожения плесени, паразитов и т. д.■ 87. Запишите в тетрадь физические и химические свойства двуокиси серы, отметив как реакции, протекающие без изменения степеней окисления, так и окислительно-восстановительные.88. Каково физиологическое действие двуокиси серы? (См. Ответ)
Как было уже сказано, при растворении двуокиси серы в воде образуется сернистая кислота.
Сернистая кислота — кислота средней силы. Она диссоциирует двухступенчато:
h3SO3 ⇄ 2 Н+ + HSO3— ⇄ 2Н+ + SO23—
Сернистая кислота нестойкая, быстро разлагается на двуокись серы и воду:
h3SO3 ⇄ h3O + SO2↑
Поэтому провести, например, реакцию с металлами более активными, чем водород, с сернистой кислотой нельзя.Будучи двухосновной, сернистая кислота может образовывать два ряда солей: средние — сульфиты и кислые — гидросульфиты. Все сульфиты являются нерастворимыми солями, за исключением сульфитов щелочных металлов и аммония.
У гидросульфитов растворимость несколько выше. Эти соли могут разлагаться под действием более сильных кислот:Na2SOs + h3S04 = Na2SО4 + Н2О + SO2↑
2NaHSО3 + h3SO = Na2SО4 + 2h3О + 2SO2↑
При действии кислот на сульфиты выделяется двуокись серы, обладающая неприятным запахом. Этой реакцией пользуются для того, чтобы отличить соли сернистой кислоты от карбонатов, которые ведут себя аналогично, но двуокись углерода запаха не имеет.
Сульфиты довольно легко подвергаются гидролизу.
Соединения шестивалентной серы
Как уже упоминалось, при окислении двуокиси серы образуется серный ангидрид SО3— соединение шестивалентной серы. При образовании молекулы серного ангидрида в образовании валентных связей участвуют все валентные электроны серы, как s-,так и р-орбиталей.
Степень окисления +6 для, серы является максимальной положительной. Поэтому S+6 никогда не может вести себя как восстановитель.
Серный ангидрид — белое кристаллическое вещество. Температура плавления его 17°, температура кипения 45°. Серный ангидрид настолько гигроскопичен, что хранить его в обычной посуде нельзя. Его хранят в запаянных стеклянных ампулах.
Серный ангидрид — кислотный окисел, обладающий всеми типичными свойствами этой группы веществ. В частности, он может реагировать с водой, образуя серную кислоту:
SО3 + Н2О = h3SО4
■ 89. Напишите самостоятельно уравнения реакций серного ангидрида с основаниями и с основными окислами. (См. Ответ)Серный ангидрид является сильным окислителем. Наиболее важным соединением шестивалентной серы является серная кислота h3SО4. Она принадлежит к числу сильных кислот. Серная кислота двухосновная и диссоциирует двухступенчато:h3SО4 ⇄ Н+ + HSО4— ⇄ 2Н+ + SO24—
Структура молекулы серной кислоты
Что такое серная кислота
Серная кислота — жидкость почти вдвое тяжелее воды. Ее плотность при обычных условиях 1,84. Серная кислота затвердевает при 10°, 95% раствор ее кипит, при 338°. Запаха и цвета серная кислота не имеет. С водой она смешивается в любых соотношениях.Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением большого количества тепла, которое может привести даже к закипанию раствора, поэтому при смешивании серной кислоты с водой рекомендуется наливать серную кислоту в воду, а не наоборот.
В противном случае первые порции воды могут закипеть и разбрызгать капли раствора серной кислоты, которые могут причинить сильные ожоги. Серная кислота — жидкость едкая, поэтому следует избегать попадания ее на кожу и одежду. В случае попадания необходимо быстро смыть ее большим количеством воды, а затем нейтрализовать раствором соды.
Серная кислота интенсивно поглощает влагу из воздуха, поэтому ее часто применяют в эксикаторах.
Если в серную кислоту опустить лучинку, то она через некоторое время обугливается. Это объясняется тем, что серная кислота отнимает у древесины элементы воды — водород и кислород — и оставляет углерод.Серная кислота является сильной и наиболее стойкой из известных минеральных кислот. Она может вытеснить из соли любую кислоту, на чем и основаны лабораторные способы получения различных кислот — азотной, соляной:
2KNО3 + h3SО4 = K2SО4 + 2HNО3
2NaCl + h3SО4 = Na2SО4 + 2HCl
и промышленный способ получения фосфорной кислоты:
Са3(РО4)2 + 3h3SО4 = 2Н3РО4 + 3CaSО4
В разбавленном виде серная кислота, как и все другие кислоты, реагирует с металлами, более активными, чем водород:Zn + h3SО4 = ZnSО4 + h3↑
с основными окислами:
CuO + h3SО4 = CuSО4 + h3О
с основаниями:
2NaOH + h3SО4 = Na2SО4 + 2h3О
■ 90. Все приведенные реакции ионного типа. Напишите их уравнения в ионной-форме. (См. Ответ)Качественной реакцией на ион SO24— является реакций с катионом бария, в результате которой выпадает белый осадок BaSО4, нерастворимый в кислотах:
Ва2+ + SO24— =BaSО4
Концентрированная серная кислота —сильный окислитель, особенно при нагревании, так как входящая в ее состав сера в степени окисления S+6 может только принимать электроны, т. е. ведет себя как окислитель.Если концентрированной серной кислотой капнуть на кусочек сахара,то он обуглится. Концентрированная серная кислота может реагировать с металлами, менее активными, чем водород, например с медью. При этой реакции выделяется не водород, а двуокись серы и вода:
Концентрированная серная кислота реагирует с металлами, более активными, чем водород, иначе, чем разбавленная. Цинк например, из концентрированной серной кислоты не вытесняет водород, а восстанавливает серную кислоту до двуокиси серы, свободной серы или сероводорода:
h3SО4 + Zn → ZnSО4 + SO2
h3SО4 + Zn → ZnSО4 + S
h3SО4 + Zn → ZnSО4 + h3S
■ 91. Все три приведенных уравнения реакций серной кислоты с цинком являются окислительно-восстановительными. Расставьте в них коэффициенты на основе электронного баланса. (См. Ответ)
Безводная серная кислота называется моногидратом. Моногидрат не содержит ионов и поэтому не проводит электрического тока. Моногидрат хорошо поглощает влагу. Поскольку многие реакции серной кислоты с металлами являются ионными, моногидрат не вступает в реакцию с некоторыми металлами, более активными, чем водород, например с железом, поэтому его можно перевозить в железных цистернах. Золото, платина устойчивы к серной кислоте в любых концентрациях. Концентрированная серная кислота окисляет и некоторые неметаллы, например углерод.
■ 93. В чем сходство И различие серной кислоты с другими кислотами? (См. Ответ)
94. Могут ли осуществляться реакции, в которых серная кислота проявляла бы восстановительные свойства?
95. Как осуществить следующие превращения:
Напишите уравнения соответствующих реакций. Для окислительно-восстановительных составьте электронный баланс, уравнения ионных реакций напишите в ионной форме.
96. В одной склянке находится раствор серной кислоты, в другой — азотной, в третьей — соляной. Как их различить?
97. Для получения двуокиси углерода на мрамор СаСО3 действуют соляной кислотой. Почему для этой цели нельзя применить серную кислоту? (См. Ответ)
98. Как осуществить следующие превращения:
Статья на тему сера
Диоксид серы — Sulfur dioxide
Для использования в других целях см. SO2 .Химическое соединение
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Диоксид серы | |
| Другие имена
| |
| Идентификаторы | |
| 3D модель ( JSmol ) | |
| 3535237 | |
| ЧЭБИ | |
| ЧЭМБЛ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.028.359 |
| Номер ЕС | |
| Номер E | E220 (консерванты) |
| 1443 | |
| КЕГГ | |
| MeSH | Сера + диоксид |
| Номер RTECS | |
| UNII | |
| Номер ООН | 1079, 2037 |
| |
| Свойства | |
| ТАК 2 | |
| Молярная масса | 64,066 г моль -1 |
| вид | Бесцветный газ |
| Запах | Острый; похоже на только что зажженную спичку |
| Плотность | 2,6288 кг м −3 |
| Температура плавления | -72 ° С; -98 ° F; 201 К |
| Точка кипения | -10 ° С (14 ° F, 263 К) |
| 94 г / л образует сернистую кислоту | |
| Давление газа | 237,2 кПа |
| Кислотность (p K a ) | 1,81 |
| Основность (p K b ) | 12,19 |
| −18,2 · 10 −6 см 3 / моль | |
| Вязкость | 12,82 мкПа · с |
| Состав | |
| C 2 v | |
| Дигональный | |
| Двугранный | |
| 1,62 Д | |
| Термохимия | |
| 248,223 Дж.К. -1 моль -1 | |
| −296,81 кДж моль −1 | |
| Опасности | |
| Пиктограммы GHS | |
| Сигнальное слово GHS | Опасность |
| h414 , h431 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
| 3000 ppm (мышь, 30 мин) 2520 ppm (крыса, 1 час) | |
| 993 частей на миллион (крыса, 20 мин) 611 частей на миллион (крыса, 5 ч) 764 частей на миллион (мышь, 20 мин) 1000 частей на миллион (человек, 10 мин) 3000 частей на миллион (человек, 5 минут) | |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
| TWA 5 частей на миллион (13 мг / м 3 ) | |
| REL (рекомендуется) | TWA 2 частей на миллион (5 мг / м 3 ) ST 5 частей на миллион (13 мг / м 3 ) |
| IDLH (Непосредственная опасность) | 100 частей на миллион |
| Родственные соединения | |
| Окись серы Трехокись серы | |
Родственные соединения | Озон Диоксид селена |
| N проверить ( что есть ?) YN | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Диоксид серы или диоксид серы ( британский английский ) — химическое соединение с формулой S O
2. Это ядовитый газ, вызывающий запах горелых спичек . Он выделяется естественным образом в результате вулканической деятельности и образуется как побочный продукт добычи меди и сжигания ископаемого топлива, загрязненного соединениями серы.
Структура и склеивание
SO 2 представляет собой изогнутую молекулу с точечной группой симметрии C 2v . Подход теории валентной связи, рассматривающий только s- и p- орбитали, описал бы связь в терминах резонанса между двумя резонансными структурами.
Две резонансные структуры диоксида серыСвязь сера – кислород имеет порядок связи 1,5. Существует поддержка для этого простого подхода , который не вызывает г орбитальным участия. С точки зрения формализма подсчета электронов , атом серы имеет степень окисления +4 и формальный заряд +1.
Вхождение
Голубое сияние верхних слоев атмосферы Ио вызвано вулканическим диоксидом серы.Он обнаружен на Земле и существует в очень малых концентрациях, а в атмосфере — около 1 ppm.
На других планетах его можно найти в различных концентрациях, наиболее значительной из которых является атмосфера Венеры , где он является третьим по значимости атмосферным газом с концентрацией 150 частей на миллион. Там он конденсируется с образованием облаков, является ключевым компонентом химических реакций в атмосфере планеты и способствует глобальному потеплению . Он был вовлечен в качестве ключевого агента в потепление раннего Марса , с оценками концентрации в нижних слоях атмосферы до 100 ppm, хотя он существует только в следовых количествах. И на Венере, и на Марсе, как и на Земле, считается, что его первичный источник — вулканический. Атмосфера Ио , естественного спутника Юпитера , составляет 90% двуокиси серы и следовые количества , как полагают, также существуют в атмосфере Юпитера .
Считается, что в виде льда он в изобилии существует на галилеевых спутниках — в виде сублимирующего льда или инея на заднем полушарии Ио , а также в коре и мантии Европы , Ганимеда и Каллисто , возможно, также в жидкой форме и легко реагирующей. с водой.
Производство
Диоксид серы в основном производится для производства серной кислоты (см. Контактный процесс ). В Соединенных Штатах в 1979 году таким образом было использовано 23,6 миллиона тонн (26 014 547 коротких тонн США) диоксида серы по сравнению со 150 тысячами тонн (165 347 коротких тонн США), использованных для других целей. Большая часть диоксида серы образуется при сжигании элементарной серы. Некоторое количество диоксида серы получают также при обжиге пирита и других сульфидных руд на воздухе.
Эксперимент, показывающий горение серы в кислороде. Используется проточная камера, соединенная с баллоном для промывки газа (наполненным раствором метилового оранжевого ). Продукт представляет собой диоксид серы (SO 2 ) с небольшим количеством триоксида серы (SO 3 ). «Дым», выходящий из баллона для промывки газа, на самом деле представляет собой туман серной кислоты, образующийся в результате реакции.Пути горения
Двуокись серы — это продукт горения серы или горящих материалов, содержащих серу:
- S + O 2 → SO 2 , ΔH = −297 кДж / моль
Чтобы способствовать горению, сжиженная сера (140–150 ° C, 284–302 ° F) распыляется через распылительное сопло для образования мелких капель серы с большой площадью поверхности. Реакция экзотермическая , при сгорании получается температура 1000–1600 ° C (1832–2912 ° F). Значительное количество произведенного тепла утилизируется путем производства пара, который впоследствии может быть преобразован в электричество.
Аналогично происходит горение сероводорода и сероорганических соединений. Например:
- 2 Н 2 S + 3 О 2 → 2 Н 2 О + 2 SO 2
При обжиге сульфидных руд, таких как пирит , сфалерит и киноварь (сульфид ртути), также выделяется SO 2 :
- 4 FeS 2 + 11 O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2
- 2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2
- HgS + O 2 → Hg + SO 2
- 4 FeS + 7O 2 → 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2
Комбинация этих реакций является причиной крупнейшего источника диоксида серы — извержений вулканов. Эти события могут привести к выбросу миллионов тонн SO 2 .
Восстановление высших оксидов
Диоксид серы также может быть побочным продуктом при производстве силикатного цемента ; CaSO 4 нагревается вместе с коксом и песком в этом процессе:
- 2 CaSO 4 + 2 SiO 2 + C → 2 CaSiO 3 + 2 SO 2 + CO 2
До 1970-х годов коммерческое количество серной кислоты и цемента производилось этим способом в Уайтхейвене , Англия. После смешивания со сланцем или мергелем и обжига сульфат выделяет газообразный диоксид серы, используемый в производстве серной кислоты, в результате реакции также образуется силикат кальция, предшественник в производстве цемента.
В лабораторных условиях при воздействии горячей концентрированной серной кислоты на медную стружку образуется диоксид серы.
- Cu + 2 H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O
Из сульфитов
Сульфиты образуются под действием водной основы на диоксид серы:
- SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O
При подкислении происходит обратная реакция:
- Н + + HSO 3 — → SO 2 + H 2 O
Реакции
Диоксид серы, содержащий серу в степени окисления +4, является восстановителем . Он окисляется галогенами с образованием сульфурилгалогенидов, таких как сульфурилхлорид :
- SO 2 + Cl 2 → SO 2 Cl 2
Диоксид серы является окислителем в процессе Клауса , который широко проводится на нефтеперерабатывающих заводах . Здесь диоксид серы восстанавливается сероводородом с образованием элементарной серы:
- SO 2 + 2 H 2 S → 3 S + 2 H 2 O
Последовательное окисление диоксида серы с последующей его гидратацией используется при производстве серной кислоты.
- 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 → 2 H 2 SO 4
Лабораторные реакции
Диоксид серы — один из немногих обычных кислых, но восстанавливающих газов. Влажная лакмусовая бумажка становится розовой (кислая), затем белой (из-за отбеливающего эффекта). Его можно определить, пропустив его через раствор дихромата , изменив цвет раствора с оранжевого на зеленый (Cr 3+ (водн.)). Он также может восстанавливать ионы трехвалентного железа до двухвалентного железа.
Диоксид серы может реагировать с некоторыми 1,3- диенами в хелетропной реакции с образованием циклических сульфонов . Эта реакция используется в промышленных масштабах для синтеза сульфолана , который является важным растворителем в нефтехимической промышленности .
Диоксид серы может связываться с ионами металлов в качестве лиганда с образованием комплексов диоксида серы металла , как правило, когда переходный металл находится в степени окисления 0 или +1. Известно множество различных форм (геометрий) связывания, но в большинстве случаев лиганд является монодентатным, присоединяется к металлу через серу, которая может быть плоской или пирамидальной η 1 . Как η 1 -SO 2 (планарный S-связанный) лиганд, диоксид серы функционирует как основание Льюиса, используя неподеленную пару на S. SO 2 функционирует как кислоты Льюиса в его η 1 -SO 2 (S-связанная пирамидальная) связка. с металлами и в его аддуктах 1: 1 с основаниями Льюиса, такими как диметилацетамид и триметиламин . При связывании с основаниями Льюиса кислотные параметры SO 2 равны E A = 0,51 и E A = 1,56.
Использует
В основном, диоксид серы используется в производстве серной кислоты.
Прекурсор серной кислоты
Диоксид серы является промежуточным продуктом при производстве серной кислоты, который превращается в триоксид серы , а затем в олеум , который превращается в серную кислоту. Диоксид серы для этой цели производится, когда сера соединяется с кислородом. Метод превращения диоксида серы в серную кислоту называется контактным . Для этого ежегодно производится несколько миллиардов килограммов.
Как консервант
Диоксид серы иногда используется в качестве консерванта для кураги , сушеного инжира и других сухофруктов из-за его антимикробных свойств и способности предотвращать окисление , и в Европе его называют E 220. В качестве консерванта сохраняет цвет фруктов и предотвращает гниение . Его также добавляют в серную патоку .
Диоксид серы был впервые использован в виноделии римлянами, когда они обнаружили, что горение серных свечей внутри пустых сосудов для вина сохраняет их свежесть и избавляет от запаха уксуса.
Это по-прежнему важное соединение в виноделии, и его содержание в вине измеряется в частях на миллион ( промилле ). Он присутствует даже в так называемом ненасыщенном вине в концентрации до 10 мг / л. Он служит антибиотиком и антиоксидантом , защищая вино от порчи бактериями и окисления — явления, которое приводит к потемнению вина и потере специфических вкусовых качеств. Его антимикробное действие также помогает минимизировать летучую кислотность. Вина, содержащие диоксид серы, обычно маркируются словом «содержащие сульфиты ».
Двуокись серы присутствует в вине в свободной и связанной формах, а комбинации называются общим SO 2 . Связывание, например, с карбонильной группой ацетальдегида , варьируется в зависимости от рассматриваемого вина. Свободная форма существует в равновесии между молекулярным SO 2 (в виде растворенного газа) и бисульфит-ионом, который, в свою очередь, находится в равновесии с сульфит-ионом. Эти равновесия зависят от pH вина. Более низкий pH сдвигает равновесие в сторону молекулярного (газообразного) SO 2 , который является активной формой, в то время как при более высоком pH больше SO 2 обнаруживается в неактивных формах сульфита и бисульфита. Молекулярный SO 2 активен как противомикробный и антиоксидант, и это также форма, которая может восприниматься как резкий запах при высоких уровнях. Вина с общей концентрацией SO 2 ниже 10 частей на миллион не требуют указания надписи «содержит сульфиты» на этикетке в соответствии с законодательством США и ЕС. Верхний предел общего SO 2, разрешенный в вине в США, составляет 350 частей на миллион; в ЕС он составляет 160 частей на миллион для красных вин и 210 частей на миллион для белых и розовых вин. В низких концентрациях SO 2 в основном не обнаруживается в вине, но при концентрациях свободного SO 2 выше 50 ppm SO 2 проявляется в запахе и вкусе вина.
SO 2 также является очень важным компонентом для санитарии винодельни. Винные заводы и оборудование должны содержаться в чистоте, а поскольку отбеливатель нельзя использовать на винодельне из-за риска появления пробкового налета , для очистки и дезинфекции оборудования обычно используется смесь SO 2 , воды и лимонной кислоты. Озон (O 3 ) в настоящее время широко используется для дезинфекции винных заводов из-за его эффективности и потому, что он не влияет на вино или большую часть оборудования.
В качестве восстановителя
Диоксид серы также является хорошим восстановителем . В присутствии воды диоксид серы обесцвечивает вещества. В частности, это полезный восстанавливающий отбеливатель для бумаги и деликатных материалов, таких как одежда. Этот эффект отбеливания обычно длится недолго. Кислород в атмосфере повторно окисляет восстановленные красители, восстанавливая цвет. При очистке городских сточных вод диоксид серы используется для очистки хлорированных сточных вод перед их сбросом. Диоксид серы восстанавливает свободный и связанный хлор до хлорида .
Двуокись серы хорошо растворима в воде и по данным ИК- и Рамановской спектроскопии; гипотетическая сернистая кислота H 2 SO 3 вообще не присутствует. Однако такие растворы действительно показывают спектры иона сероводорода, HSO 3 — , при реакции с водой, и на самом деле это настоящий восстановитель:
- SO 2 + H 2 O ⇌ HSO 3 — + H +
Биохимические и биомедицинские роли
Диоксид серы или его сопряженное основание бисульфит вырабатывается биологически как промежуточное соединение как в организмах, восстанавливающих сульфат, так и в бактериях, окисляющих серу. Роль диоксида серы в биологии млекопитающих еще недостаточно изучена. Диоксид серы блокирует нервные сигналы от рецепторов растяжения легких и устраняет рефлекс раздувания Геринга-Брейера .
Считается, что эндогенный диоксид серы играет значительную физиологическую роль в регуляции функции сердца и кровеносных сосудов , а аберрантный или недостаточный метаболизм диоксида серы может способствовать нескольким различным сердечно-сосудистым заболеваниям, таким как артериальная гипертензия , атеросклероз , легочная артериальная гипертензия и стенокардия .
Было показано, что у детей с легочной артериальной гипертензией вследствие врожденных пороков сердца уровень гомоцистеина выше, а уровень эндогенного диоксида серы ниже, чем у здоровых детей контрольной группы. Более того, эти биохимические параметры сильно коррелировали с тяжестью легочной артериальной гипертензии. Авторы считали гомоцистеин одним из полезных биохимических маркеров тяжести заболевания, а метаболизм диоксида серы — одной из потенциальных терапевтических мишеней для этих пациентов.
Эндогенный диоксид серы , также было показано , чтобы снизить пролиферацию скорость эндотелиальных гладких мышечных клеток в кровеносных сосудах, с помощью опускания МАРК активности и активации аденилатциклазы и протеинкиназы А . Пролиферация гладкомышечных клеток является одним из важных механизмов гипертонического ремоделирования кровеносных сосудов и их стеноза , поэтому это важный патогенетический механизм при артериальной гипертензии и атеросклерозе.
Эндогенный диоксид серы в низких концентрациях вызывает эндотелий-зависимое расширение сосудов . В более высоких концентрациях он вызывает эндотелий-независимую вазодилатацию и оказывает отрицательный инотропный эффект на функцию сердечного выброса, таким образом эффективно снижая артериальное давление и потребление кислорода миокардом. Сосудорасширяющий и бронходилатирующий эффекты диоксида серы опосредуются через АТФ-зависимые кальциевые каналы и кальциевые каналы L-типа («дигидропиридин»). Эндогенный диоксид серы также является сильным противовоспалительным, антиоксидантным и цитопротекторным средством. Он снижает артериальное давление и замедляет гипертоническое ремоделирование кровеносных сосудов, особенно утолщение их интимы. Он также регулирует липидный обмен.
Эндогенный диоксид серы также уменьшает повреждение миокарда, вызванное изопротереноловой адренергической гиперстимуляцией, и усиливает резерв антиоксидантной защиты миокарда.
Как реагент и растворитель в лаборатории
Диоксид серы — это универсальный инертный растворитель, широко используемый для растворения высокоокисляющих солей. Иногда он также используется в качестве источника сульфонильной группы в органическом синтезе . Обработка арилдиазониевых солей диоксидом серы и хлоридом меди дает соответствующий арилсульфонилхлорид, например:
В результате его очень низкой основности по Льюису он часто используется в качестве низкотемпературного растворителя / разбавителя для суперкислот, таких как Magic acid (FSO 3 H / SbF 5 ), что позволяет спектроскопически наблюдать высокореактивные частицы, такие как трет- бутил-катион. при низкой температуре (хотя третичные карбокатионы действительно реагируют с SO 2 при температуре выше –30 ° C, и при этих более высоких температурах необходимо использовать даже менее реактивные растворители, такие как SO 2 ClF ).
Желательные приложения
Как хладагент
Диоксид серы легко конденсируется и обладает высокой теплотой испарения , поэтому он является кандидатом в хладагенты. До разработки хлорфторуглеродов диоксид серы использовался в качестве хладагента в домашних холодильниках .
Климатическая инженерия
Введение диоксида серы в стратосферу было предложено в климатической инженерии . Эффект охлаждения будет аналогичен тому, что наблюдалось после большого взрывного извержения горы Пинатубо в 1991 году . Однако эта форма геоинженерии будет иметь неопределенные региональные последствия для режима выпадения осадков, например, в регионах с дождем .
Как загрязнитель воздуха
Сборник оценок прошлых и будущих антропогенных глобальных выбросов диоксида серы. Cofala et al. оценки относятся к исследованиям чувствительности к политике выбросов SO 2 , CLE: текущее законодательство, MFR: максимально возможные сокращения. RCP (репрезентативные траектории концентрации) используются в симуляциях CMIP5 для последнего (2013–2014 гг.) 5-го оценочного отчета МГЭИК.Диоксид серы является заметным компонентом атмосферы, особенно после извержений вулканов. По данным Агентства по охране окружающей среды США , количество двуокиси серы, выбрасываемой в США в год, составляло:
| Год | SO 2 |
|---|---|
| 1970 г. | 31 161 000 коротких тонн (28,3 млн т) |
| 1980 г. | 25 905 000 коротких тонн (23,5 млн т) |
| 1990 г. | 23 678 000 коротких тонн (21,5 млн т) |
| 1996 г. | 18 859 000 коротких тонн (17,1 млн т) |
| 1997 г. | 19 363 000 коротких тонн (17,6 млн т) |
| 1998 г. | 19 491 000 коротких тонн (17,7 млн т) |
| 1999 г. | 18 867 000 коротких тонн (17,1 млн т) |
Диоксид серы является основным загрязнителем воздуха и оказывает значительное влияние на здоровье человека. Кроме того, концентрация диоксида серы в атмосфере может влиять на пригодность среды обитания для растительных сообществ, а также жизни животных. Выбросы диоксида серы являются предвестником кислотных дождей и атмосферных твердых частиц. Во многом благодаря Программе кислотных дождей Агентства по охране окружающей среды США , в США произошло снижение выбросов на 33% в период с 1983 по 2002 год. Это улучшение было частично результатом десульфуризации дымовых газов — технологии, которая позволяет химически связывать SO 2 при сжигании на электростанциях. серосодержащий уголь или нефть . В частности, оксид кальция (известь) реагирует с диоксидом серы с образованием сульфита кальция :
- CaO + SO 2 → CaSO 3
Аэробное окисление CaSO 3 дает CaSO 4 , ангидрит . Большая часть гипса, продаваемого в Европе, поступает в результате десульфуризации дымовых газов.
Серу можно удалить из угля во время сжигания, используя известняк в качестве материала слоя при сжигании в псевдоожиженном слое .
Серу также можно удалить из топлива перед сжиганием, предотвращая образование SO 2 при сжигании топлива. Процесс Клауса используется на нефтеперерабатывающих заводах для производства серы в качестве побочного продукта. Процесс Стрэтфорда был также использован для удаления серы из топлива. Также могут быть использованы окислительно-восстановительные процессы с использованием оксидов железа, например, Lo-Cat или Sulferox.
Присадки к топливу, такие как добавки кальция и карбоксилат магния, могут использоваться в судовых двигателях для снижения выбросов двуокиси серы в атмосферу.
По состоянию на 2006 год Китай был крупнейшим в мире загрязнителем диоксида серы: в 2005 году выбросы оценивались в 25 490 000 коротких тонн (23,1 Мт). Это количество на 27% больше, чем в 2000 году, и примерно сопоставимо с выбросами в США в 1980 году.
Двуокись серы в мире 15 апреля 2017 года. Обратите внимание, что двуокись серы перемещается в атмосфере с преобладающими ветрами, и поэтому локальное распределение двуокиси серы меняется изо дня в день в зависимости от погодных условий и сезонности.
Безопасность
Вдыхание
Случайное воздействие диоксида серы является обычным явлением, например, дым от спичек, уголь и серосодержащее топливо.
Диоксид серы умеренно токсичен и может быть опасен в высоких концентрациях. Также проблематично длительное воздействие низких концентраций. В систематическом обзоре 2011 года сделан вывод о том, что воздействие диоксида серы связано с преждевременными родами .
Правила США
В 2008 году Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене снизила предел краткосрочного воздействия до 0,25 частей на миллион (ppm). В США OSHA установила PEL на уровне 5 частей на миллион (13 мг / м 3 ), взвешенного по времени. Также в США NIOSH установил IDLH на уровне 100 ppm. В 2010 году EPA пересмотрело первичный SO 2 NAAQS , установив новый одночасовой стандарт на уровне 75 частей на миллиард (ppb) . EPA отменило два существующих первичных стандарта, потому что они не обеспечивали дополнительную защиту общественного здоровья, учитывая часовой стандарт при 75 частей на миллиард «.
Проглатывание
В Соединенных Штатах Центр науки в интересах общества перечисляет два пищевых консерванта, диоксид серы и бисульфит натрия , как безопасные для употребления человеком, за исключением некоторых астматиков, которые могут быть к ним чувствительны, особенно в больших количествах. Симптомы чувствительности к сульфитирующим агентам, включая диоксид серы, проявляются как потенциально опасное для жизни нарушение дыхания в течение нескольких минут после приема внутрь.
Смотрите также
Ссылки
внешние ссылки
«Получение и изучение свойства кислорода»
Практическая работа №4
Получение и изучение свойства кислорода
Цель: научиться получать, собирать кислород методом вытеснения воды и методом вытеснения воздуха; изучение физических и химических свойств кислорода; горение угля в кислороде и на воздухе; совершенствовать приемы безопасной работы, проверкой прибора на герметичность.
Оборудование и реактивы: пробирки, газоотводная трубка, стакан химический, ложечка для сжигания, стеклянная пластина, вата, пробка, сухое горючее, спички, перманганат калия, сосуд с водой, уголь, сера.
Ход работы
1.Получение и собирание кислорода
а)Получение кислорода методом вытеснения воздуха
1. Вставьте в отверстие выданной вам пробирки с перманганатом калия рыхлый комок ваты и закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой.
2. Проверьте прибор нагерметичность: зажмите пробирку в ладони, опустите конец газоотводной трубки в воду (появление пузырьков воздуха указывает на герметичность прибора).
3. Закрепите собранный прибор в штативе, опустив конец газоотводной трубки в стакан.
4. Нагревайте пробирку (сначала всю, а потом только ту часть, где находится перманганат калия).
5. Собирите кислород методом вытеснения воздуха из стакана. Проверьте, наполнен ли стакан кислородом: поднесите тлеющую лучинку к отверстию стакана, не опуская ее в стакан. Если стакан заполнен кислородом, лучинка вспыхивает и разгорается.
6. Прекратите нагревание, выньте газоотодную трубку из стакана, а стакан быстро закройте стеклянной пластинкой.
б)Получение кислорода методом вытеснения воды
1. Наденьте на конец газоотводной трубки стеклянный наконечник.
2. Наполните пробирку водой и закройте ее пробкой.
3. Опустите пробирку в стакан с водой. Выньте пробку.
4. Опустите трубку с наконечником в стакан с водой (не более 1/2 стакана).
5. Нагрейте пробирку с перманганатом калия до появления выделяющихся пузырьков газа. Находящуюся в стакане пробирку наденьте на конец газоотводной трубки, не вынимая пробирку из воды. Собирите кислород. Докажите его содержание в прбирке (пробирку закройте под водой и выньте из стакана).
2. Горение в кислороде угля и серы
а) Горение угля в кислороде
1. Закрепите уголек на металлической проволоке (препаровальной игле) и внесите в пламя спиртовки.
2. Раскаленный уголек опустите в колбу с кислородом. Что наблюдаете? Дайте объяснение
3. После извлечения несгоревшего угля из колбы, прилейте в нее 5–6 капель известковой воды Са(ОН)2. Что наблюдаете? Дайте объяснение.
б) Горение серы в кислороде
1. В железную ложечку положите кусочек серы и подожгите его на пламени.
2. Наблюдайте, как сера горит в воздухе.
3. Затем поместите горящую серу в сосуд с кислородом. (Опыт проводится в вытяжном шкафу).
4. Как изменилось пламя? Почему?
5. Заполните таблицу. Запишите уравнение реакции горения серы.
Название опыта, рисунокНаблюдения, выводы
Уравнение химической реакции
1.Получение и собирание кислорода
а)Получение кислорода методом вытеснения воздуха
б)Получение кислорода методом вытеснения воды
а) Горение угля в кислороде
б) Горение серы в кислороде
Вывод:
Основы диоксида серы | Загрязнение диоксидом серы (SO2)
Что такое SO 2 и как он попадает в воздух?
Что такое SO 2 ?
Национальные стандарты качества окружающего воздуха Агентства по охране окружающей среды для SO 2 разработаны для защиты от воздействия всей группы оксидов серы (SO x ). SO 2 представляет собой компонент, вызывающий наибольшую озабоченность, и используется в качестве индикатора для более крупной группы газообразных оксидов серы (SO x ).Другие газообразные SOx (например, SO 3 ) обнаруживаются в атмосфере в концентрациях намного ниже, чем SO 2 .
Обычно можно ожидать, что меры контроля, снижающие SO 2 , уменьшат воздействие на людей всех газообразных SO x . Это может иметь важное сопутствующее преимущество, заключающееся в уменьшении образования твердых примесей серы, таких как мелкие частицы сульфата.
Выбросы, которые приводят к высоким концентрациям SO 2 , обычно также приводят к образованию других SO x .Самыми крупными источниками выбросов SO 2 являются сжигание ископаемого топлива на электростанциях и других промышленных объектах.
Как SO 2 попадает в воздух?
Самым крупным источником SO 2 в атмосфере является сжигание ископаемого топлива на электростанциях и других промышленных объектах. Менее крупные источники выбросов SO 2 включают: промышленные процессы, такие как извлечение металла из руды; природные источники, такие как вулканы; а также локомотивы, корабли и другие транспортные средства и тяжелое оборудование, сжигающие топливо с высоким содержанием серы.
Начало страницы
Каковы вредные эффекты SO 2 ?
SO 2 может повлиять как на здоровье, так и на окружающую среду.
Какое воздействие на здоровье оказывает SO 2 ?
Кратковременное воздействие SO 2 может нанести вред дыхательной системе человека и затруднить дыхание. Люди с астмой, особенно дети, чувствительны к этим эффектам SO 2 .
SO 2 Выбросы, которые приводят к высоким концентрациям SO 2 в воздухе, обычно также приводят к образованию других оксидов серы (SO x ).SO x может реагировать с другими соединениями в атмосфере с образованием мелких частиц. Эти частицы способствуют загрязнению твердыми частицами (ТЧ). Мелкие частицы могут глубоко проникать в легкие и в достаточном количестве могут вызвать проблемы со здоровьем.
Какое воздействие на окружающую среду оказывает SO 2 и другие оксиды серы?
При высоких концентрациях газообразный SOx может нанести вред деревьям и растениям, повреждая листву и замедляя рост.
SO 2 и другие оксиды серы могут способствовать образованию кислотных дождей, которые могут нанести вред чувствительным экосистемам.
Видимость
SO 2 и другие оксиды серы могут реагировать с другими соединениями в атмосфере с образованием мелких частиц, которые уменьшают видимость (дымку) в некоторых частях Соединенных Штатов, включая многие из наших ценных национальных парков и дикой природы.
Осаждение частиц также может окрашивать и повреждать камень и другие материалы, включая культурно важные объекты, такие как статуи и памятники.
Начало страницы
Что делается для уменьшения загрязнения SO 2 ?
Национальные и региональные правила EPA по сокращению выбросов SO 2 и загрязняющих веществ, образующих оксиды серы (SO x ), помогут правительствам штатов и местным органам власти соответствовать национальным стандартам качества воздуха Агентства.
EPA определяет районы, где качество воздуха не соответствует стандартам EPA SO 2 . Для этих территорий правительства штатов, местных властей и племен разрабатывают планы по сокращению количества SO 2 в воздухе.
Начало страницы
промышленных выбросов | Загрязнение воздуха
НавигацияПромышленный контроль выбросов: диоксид серы
Введение
Диоксид серы (SO 2 ) — бесцветный газ.Он реагирует на поверхности различных твердых частиц, находящихся в воздухе, растворим в воде и может окисляться в каплях воды в воздухе с образованием серной кислоты (H 2 SO 4 ), которая выпадает в виде кислотных осадков или «кислотных дождей». «. Выбросы SO 2 возникают в результате окисления во время сгорания серы, содержащейся в ископаемом топливе. Ископаемые виды топлива, включая уголь, нефть и, в меньшей степени, газ, содержат серу как в органической, так и в неорганической форме.
Удаление диоксида серы
Снижение выбросов в атмосферу SO 2 , производимых процессами сжигания ископаемого топлива, может быть достигнуто на одном из трех этапов, как показано ниже.
1. Снижение содержания серы в топливе перед сжиганием:
Выбросы SO 2 пропорциональны содержанию серы в топливе, хотя доля угля, обычно менее 10%, остается в золе. Следовательно, один из простейших способов уменьшить количество SO 2 , выделяемого в процессе сгорания, может быть реализован путем перехода на топливо с более низким содержанием серы, то есть сжигание угля с низким содержанием серы или газа вместо угля с высоким содержанием серы.Содержание серы в угле может варьироваться от менее 0,5% до более 10% по весу; для большинства углей, которые в настоящее время используются в Великобритании, это содержание серы находится в диапазоне 1–3%.
Среднее содержание серы в различных видах топлива
ТОПЛИВО | СРЕДНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ |
Уголь Великобритании | 1.6% |
Уголь импортный | 0,8–1,0% |
Масло | 2,9% |
Газ | След |
Innogy, PowerGen и другие владельцы электростанций в настоящее время импортируют большое количество угля, сжигаемого на электростанциях.Основная причина этого заключается в том, что импортируемый уголь с низким содержанием серы в настоящее время дешев, и он позволит производителям без чрезмерных затрат соответствовать сокращению SO 2 в соответствии с Директивой о крупных установках сжигания (LCPD) для снижения выбросов (1988 г.).
Сера в угле содержится как в неорганических, так и в органических формах и сульфатах. Неорганическую серу в форме пирита (FeS 2 ) можно относительно легко удалить из угля, просто промывая уголь. Этот метод может привести к снижению общего содержания серы на 10-50%.Однако, опять же, как и при смене топлива, сокращение ограничено, плюс образуется большое количество сточных вод. Промывка также может изменить физические характеристики угля, поэтому при сжигании могут возникнуть эксплуатационные проблемы.
2. Удаление серы при сжигании
За последнее десятилетие был разработан ряд технологий для предотвращения образования и выброса SO 2 при сжигании, но на сегодняшний день очень немногие из них получили широкое коммерческое применение.Наиболее развитыми являются процесс сжигания в псевдоожиженном слое (FBC) и интегрированная система газификации с комбинированным циклом (IGCC).
Сжигание в псевдоожиженном слое
Этот процесс включает сжигание угля в слое из инертного материала, такого как песок, при этом воздух выдувается из-под слоя с высокими скоростями. По мере увеличения скорости отдельные частицы начинают выталкиваться вверх, пока не достигнут точки, в которой они остаются взвешенными в воздушном потоке.Слой в этом состоянии ведет себя как жидкость и может быть описан как псевдоожиженный. Трубы, содержащие воду, погружаются в слой для поглощения выделяемого тепла (эта вода превращается в пар, который используется для привода паровой турбины и, таким образом, вырабатывает электричество). Псевдоожиженное движение в камере сгорания приводит к большей эффективности теплопередачи к трубам, заполненным водой, и, следовательно, рабочие температуры ниже, чем в традиционной системе. Выбросы SO 2 можно контролировать в этой системе, добавляя сорбент (вещество, используемое для поглощения любого присутствующего SO 2 , например, извести или известняка) в слой инертного материала.Известняк эффективно поглощает SO 2 , когда он выделяется из угля, и удерживает его в золе, которую регулярно удаляют. Низкие температуры сгорания обеспечивают эффективное сгорание, не вызывая размягчения золы, что позволяет легко удалить золу, содержащую абсорбированный SO 2 .
FBC может обеспечить удаление SO 2 в диапазоне от 80 до 90%. Два основных недостатка этой системы: во-первых, требуется большое количество сорбента (примерно вдвое больше, чем в системе ДДГ (см. Ниже) для достижения того же удаления SO 2 ), а во-вторых, образуются большие количества сильно щелочных отходов, которые являются как правило, вывозится на свалку.
Комплексная система комбинированного цикла газификации
Этот процесс не требует добавления сорбента. Вместо этого уголь газифицируется под давлением смесью воздуха и пара. Полученный газ расширяется через газовую турбину для производства электроэнергии. Отработанное тепло газовой турбины затем проходит через вторую паровую турбину, вторую стадию процесса комбинированного цикла, снова производя электричество. По мере превращения угля в газ присутствующая сера превращается в сероводород, который можно легко удалить и продать для использования в химической промышленности.Очистка газа может быть интегрирована в процесс производства газа, а выбросы могут быть сокращены более чем на 99%. Также образуется очень мало отходов. Эта система не была принята для использования в Великобритании, поскольку ее успех не был достаточно доказан.
3. Удаление серы после сжигания — FGD
Выбросы SO 2 , образующиеся при сжигании ископаемого топлива, могут быть уменьшены путем обработки дымовых газов перед их выбросом в атмосферу через дымовую трубу; это называется десульфуризацией дымовых газов (FGD).Системы десульфуризации дымовых газов можно разделить на регенерируемые или невозобновляемые.
Система известняка / гипса
Этот процесс является наиболее широко используемой системой ДДГ. Эта система относительно проста: измельченный известняк / известь смешивают с водой с образованием суспензии, которую затем распыляют в серосодержащие дымовые газы. Сорбент реагирует с SO 2 с образованием водной суспензии сульфита кальция. Сжатый воздух, вдуваемый в суспензию, окисляет сульфит кальция с образованием сульфата кальция.Затем этот продукт обрабатывают для удаления излишков воды и либо продают строителям, либо утилизируют на свалке. SO 2 удаление может быть в районе 90%
Система распылительной сушки
В системе сушки распылением, суспензия сорбента щелочных металлов, обычно гашеная известь, впрыскивается в дымовые газы тонкой струей. Тепло дымовых газов вызывает испарение воды, при этом охлаждая газы. Присутствующий SO 2 реагирует с осушающим сорбентом с образованием твердого продукта реакции без сточных вод.
Процесс очистки морской водой
Процесс очистки морской воды использует природную щелочность морской воды для поглощения кислых газов. Дымовые газы содержатся в абсорбционной башне, где они протекают противотоком морской воде. Тепло дымовых газов нагревает морскую воду и охлаждает газы. Во время этого процесса SO 2 абсорбируется морской водой перед тем, как попасть на водоочистную установку, куда добавляют морскую воду для повышения pH.Воздух подается для окисления абсорбированного SO 2 до сульфата и для насыщения морской воды кислородом. Затем морская вода сбрасывается в море. Эта простая и изначально надежная система с низкими капитальными и эксплуатационными затратами может удалить до 99% SO 2 без удаления отходов на землю. Однако в воде, попадающей в море, присутствуют тяжелые металлы и хлориды.
Процесс Веллмана-Лорда
Третий процесс FGD — это процесс Wellman-Lord, , который можно разделить на два основных этапа.1) Абсорбция: горячие дымовые газы проходят через предварительный скруббер, в котором удаляются зола, хлористый водород, фтористый водород и SO 3 . Затем газы охлаждают и подают в абсорбционную башню. Затем насыщенный раствор сульфита натрия распыляется в верхней части абсорбера на дымовые газы; сульфит натрия реагирует с SO 2 с образованием бисульфита натрия. Концентрированный раствор бисульфата собирают и подают в систему выпаривания для регенерации.2) Регенерация: бисульфит натрия разлагается с помощью пара с выделением сульфита натрия, который возвращается обратно в дымовые газы. Оставшийся продукт — выделившийся SO 2 — превращается в элементарную серу, серную кислоту или жидкий SO 2 . Эта система предлагает ряд преимуществ по сравнению с альтернативными системами, главное из которых состоит в том, что сорбент регенерируется в процессе сжигания и непрерывно рециркулируется.
Резюме
Существуют различные методы сокращения выбросов SO 2 в атмосферу при производстве электроэнергии.Каждый метод имеет как преимущества, так и ограничения, связанные с затратами, эффективностью удаления, опытом эксплуатации и производимыми отходами. Поэтому выбор технологии управления должен основываться на критериях, необходимых для каждой отдельной установки для сжигания.
6 Связь выбросов оксида серы с качеством воздуха, содержащим диоксид серы и сульфаты | Контроль качества воздуха и стационарных источников выбросов
Таблица 6–1 обобщает инвентаризацию антропогенных выбросов SOx за 1972 год для США, а также для шести выбранных воздушных бассейнов.На национальном уровне более 75 процентов выбросов SOx происходит в результате сжигания угля и мазута в стационарных источниках, а более 50 процентов выбросов SOx возникает в результате сжигания топлива только на электростанциях. Выбросы SOx в промышленных процессах, в основном в металлургической, нефтяной, химической и горнодобывающей промышленности, также значительны. В национальном масштабе другие стационарные источники и транспортные средства вносят относительно незначительный вклад.
Как показано в Таблице 6–1, относительная важность различных типов источников SOx значительно варьируется от региона к региону.В трех воздушных бассейнах восточного / среднего запада, перечисленных в Таблице 6–1 (Бостон, Атланта и Сент-Луис), стационарное сжигание топлива особенно важно, составляя от 83 до 97 процентов общих выбросов SOx в этих районах. Промышленные процессы и транспорт относительно более важны в трех западных воздушных бассейнах (Даллас-Форт-Уэрт, Денвер и Лос-Анджелес), где на них приходится от 50 до 67 процентов общих выбросов SOx.
На рис. 6–2 представлено географическое распределение расчетных выбросов SOx в США (EPA 1974).Очевидно, что эти выбросы особенно сконцентрированы в северо-восточном секторе страны, на который приходится около половины общих выбросов SOx в Соединенных Штатах.
Тенденции инвентаризации выбросов SOx обобщены в Таблице 6–2. С 1960 по 1970 год общие выбросы SOx в США увеличились на 45 процентов; около семи восьмых этого увеличения произошло за счет почти двукратного увеличения выбросов электростанций. Оставшаяся часть увеличения в основном связана с ростом выбросов от промышленных технологических источников.Общие выбросы из всех других источников остались практически неизменными.
Это увеличение общих выбросов SOx сопровождалось значительными изменениями в пространственном распределении этих выбросов. Модель
.