التفاعل الكيميائي2 ثاني أكسيد الكبريت - الخواص الفيزيائية والإنتاج والتطبيق

تعريف

ثاني أكسيد الكبريت(أكسيد الكبريت (IV)، ثاني أكسيد الكبريت) في الظروف العادية هو غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة مميزة (نقطة الانصهار هي (-75.5 درجة مئوية)، نقطة الغليان - (-10.1 درجة مئوية).

إن قابلية ذوبان أكسيد الكبريت (IV) في الماء عالية جدًا (في الظروف العادية، حوالي 40 مجلدًا من ثاني أكسيد الكبريت لكل حجم من الماء). يسمى المحلول المائي لثاني أكسيد الكبريت بحمض الكبريتيك.

الصيغة الكيميائية لثاني أكسيد الكبريت

الصيغة الكيميائية لثاني أكسيد الكبريت- SO 2. ويبين أن جزيء هذه المادة المعقدة يحتوي على ذرة كبريت واحدة (Ar = 32 amu) وذرتي أكسجين (Ar = 16 amu). باستخدام الصيغة الكيميائية، يمكنك حساب الوزن الجزيئي لثاني أكسيد الكبريت:

السيد(SO 2) = Ar(S) + 2×Ar(O) = 32 + 2×16 = 32 + 32 = 64

الصيغة الهيكلية (الرسمية) لثاني أكسيد الكبريت

أكثر وضوحا هو الصيغة الهيكلية (الرسمية) لثاني أكسيد الكبريت. يوضح كيفية ارتباط الذرات ببعضها البعض داخل الجزيء. إن بنية جزيء SO 2 (الشكل 1) تشبه بنية جزيء الأوزون O 3 (OO 2)، إلا أن الجزيء يتميز بالثبات الحراري العالي.

أرز. 1. بنية جزيء ثاني أكسيد الكبريت مع الإشارة إلى زوايا الرابطة بين الروابط وأطوال الروابط الكيميائية.

من المعتاد تصوير توزيع الإلكترونات في الذرة عبر مستويات الطاقة الفرعية فقط للعناصر الكيميائية الفردية، ولكن بالنسبة لثاني أكسيد الكبريت يمكن تقديم الصيغة التالية:

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	وتحتوي المادة على 32.5% صوديوم، و22.5% كبريت، و45% أكسجين. استنتج الصيغة الكيميائية للمادة.
حل	يتم حساب الجزء الكتلي للعنصر X في جزيء التركيب NX باستخدام الصيغة التالية: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% دعونا نشير إلى عدد مولات العناصر الموجودة في المركب مثل "x" (الصوديوم)، و"y" (الكبريت)، و"z" (الأكسجين). بعد ذلك، ستبدو النسبة المولية على النحو التالي (يتم تقريب قيم الكتل الذرية النسبية المأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev إلى أرقام صحيحة): x:y:z = ω(Na)/Ar(Na) : ω(S)/Ar(S) : ω(O)/Ar(O); س:ص:ض= 32.5/23: 22.5/32: 45/16؛ س:ص:ض= 1.4: 0.7: 2.8 = 2: 1: 4 وهذا يعني أن صيغة مركب الصوديوم والكبريت والأكسجين ستكون Na 2 SO 4. هذه كبريتات الصوديوم.
إجابة	Na2SO4

مثال 2

يمارس	يتحد المغنيسيوم مع النيتروجين لتكوين نيتريد المغنيسيوم بنسبة كتلة 18:7. استنتج صيغة المركب.
حل	من أجل معرفة العلاقات التي توجد بها العناصر الكيميائية في الجزيء، من الضروري العثور على كمية المادة الخاصة بها. من المعروف أنه للعثور على كمية المادة يجب استخدام الصيغة: دعونا نجد الكتل المولية للمغنيسيوم والنيتروجين (سنقوم بتقريب قيم الكتل الذرية النسبية المأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev إلى الأعداد الصحيحة). ومن المعروف أن M = Mr، مما يعني M(Mg) = 24 جم/مول، وM(N) = 14 جم/مول. إذن فإن كمية مادة هذه العناصر تساوي: ن (ملغ) = م (ملغ) / م (ملغ)؛ ن (ملغ) = 18/24 = 0.75 مول ن(ن) = م(ن)/م(ن); ن(ن) = 7 / 14 = 0.5 مول لنجد النسبة المولية: ن(ملغ) :ن(ن) = 0.75: 0.5 = 1.5:1 = 3:2، أولئك. صيغة مركب المغنيسيوم مع النيتروجين هي Mg 3 N 2.
إجابة	ملغ 3 ن 2

أكسيد الكبريت (ثاني أكسيد الكبريت، ثاني أكسيد الكبريت، ثاني أكسيد الكبريت) هو غاز عديم اللون، وله في الظروف العادية رائحة مميزة حادة (تشبه رائحة عود الثقاب المحترق). يسيل تحت الضغط في درجة حرارة الغرفة. يذوب ثاني أكسيد الكبريت في الماء، ويتكون حمض الكبريتيك غير المستقر. هذه المادة قابلة للذوبان أيضًا في حامض الكبريتيك والإيثانول. هذا هو أحد المكونات الرئيسية التي تشكل الغازات البركانية.

1. يذوب ثاني أكسيد الكبريت في الماء وينتج عنه حامض الكبريتيك. في ظل الظروف العادية، وهذا التفاعل يمكن عكسه.

SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) + H2O (ماء) = H2SO3 (حمض الكبريتيك).

2. مع القلويات، يشكل ثاني أكسيد الكبريت الكبريتيت. على سبيل المثال: 2NaOH (هيدروكسيد الصوديوم) + SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) = Na2SO3 (كبريتيت الصوديوم) + H2O (ماء).

3. النشاط الكيميائي لثاني أكسيد الكبريت مرتفع جدًا. إن خصائص الاختزال لثاني أكسيد الكبريت هي الأكثر وضوحًا. في مثل هذه التفاعلات، تزداد حالة أكسدة الكبريت. على سبيل المثال: 1) SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) + Br2 (البروم) + 2H2O (ماء) = H2SO4 (حمض الكبريتيك) + 2HBr (بروميد الهيدروجين)؛ 2) 2SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) + O2 (الأكسجين) = 2SO3 (كبريتيت)؛ 3) 5SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) + 2KMnO4 (برمنجنات البوتاسيوم) + 2H2O (ماء) = 2H2SO4 (حمض الكبريتيك) + 2MnSO4 (كبريتات المنغنيز) + K2SO4 (كبريتات البوتاسيوم).

التفاعل الأخير هو مثال على التفاعل النوعي لثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكبريت. يصبح المحلول أرجواني اللون.)

4. في وجود عوامل اختزال قوية، يمكن أن يظهر ثاني أكسيد الكبريت خصائص مؤكسدة. على سبيل المثال، من أجل استخراج الكبريت من غازات العادم في الصناعة المعدنية، يتم استخدام اختزال ثاني أكسيد الكبريت بأول أكسيد الكربون (CO): SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) + 2CO (أول أكسيد الكربون) = 2CO2 + S (الكبريت).

كما تستخدم الخصائص المؤكسدة لهذه المادة للحصول على حمض الفوسفور: PH3 (فوسفين) + SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) = H3PO2 (حمض الفوسفوريك) + S (الكبريت).

أين يستخدم ثاني أكسيد الكبريت؟

يستخدم ثاني أكسيد الكبريت بشكل رئيسي لإنتاج حامض الكبريتيك. كما أنها تستخدم في إنتاج المشروبات منخفضة الكحول (النبيذ وغيرها من المشروبات متوسطة السعر). ونظراً لخاصية هذا الغاز في قتل الكائنات الحية الدقيقة المختلفة، فإنه يستخدم لتبخير المستودعات ومخازن الخضار. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم أكسيد الكبريت لتبييض الصوف والحرير والقش (تلك المواد التي لا يمكن تبييضها بالكلور). وفي المختبرات يستخدم ثاني أكسيد الكبريت كمذيب ومن أجل الحصول على أملاح مختلفة من ثاني أكسيد الكبريت.

التأثيرات الفسيولوجية

ثاني أكسيد الكبريت له خصائص سامة قوية. أعراض التسمم هي السعال وسيلان الأنف وبحة في الصوت وطعم غريب في الفم والتهاب شديد في الحلق. عند استنشاق ثاني أكسيد الكبريت بتركيزات عالية، تحدث صعوبة في البلع والاختناق، واضطراب في النطق، وغثيان وقيء، وقد تحدث وذمة رئوية حادة.

MPC من ثاني أكسيد الكبريت:
- في الداخل - 10 ملجم/م3؛
- متوسط ​​الحد الأقصى اليومي للتعرض للهواء الجوي لمرة واحدة - 0.05 مجم/م3.

تختلف الحساسية لثاني أكسيد الكبريت بين الأفراد والنباتات والحيوانات. على سبيل المثال، من بين الأشجار الأكثر مقاومة هي البلوط والبتولا، والأقل مقاومة هي شجرة التنوب والصنوبر.

حالة الأكسدة +4 للكبريت مستقرة تمامًا وتتجلى في رباعي هاليدات SHal 4، وأكسيد هاليدات SOHal 2، وثاني أكسيد الكبريت SO 2 والأنيونات المقابلة لها. سوف نتعرف على خصائص ثاني أكسيد الكبريت وحمض الكبريتيك.

1.11.1. أكسيد الكبريت (IV) هيكل جزيء so2

يشبه هيكل جزيء SO 2 بنية جزيء الأوزون. تكون ذرة الكبريت في حالة تهجين sp2، وشكل المدارات مثلث منتظم، وشكل الجزيء زاوي. تحتوي ذرة الكبريت على زوج وحيد من الإلكترونات. يبلغ طول الرابطة S – O 0.143 نانومتر، وزاوية الرابطة 119.5 درجة.

يتوافق الهيكل مع الهياكل الرنانة التالية:

على عكس الأوزون، فإن تعدد رابطة S-O هو 2، أي أن المساهمة الرئيسية تتم بواسطة بنية الرنين الأولى. يتميز الجزيء بالثبات الحراري العالي.

الخصائص الفيزيائية

في الظروف العادية، ثاني أكسيد الكبريت أو ثاني أكسيد الكبريت هو غاز عديم اللون ذو رائحة خانقة حادة، درجة انصهاره -75 درجة مئوية، نقطة الغليان -10 درجة مئوية. وهو شديد الذوبان في الماء؛ عند 20 درجة مئوية، يذوب 40 حجمًا من ثاني أكسيد الكبريت في حجم واحد من الماء. غاز سام.

الخواص الكيميائية لأكسيد الكبريت (IV).

ثاني أكسيد الكبريت شديد التفاعل. ثاني أكسيد الكبريت هو أكسيد حمضي. وهو قابل للذوبان تماما في الماء لتشكيل الهيدرات. كما أنه يتفاعل جزئيًا مع الماء مكونًا حمض الكبريتيك الضعيف الذي لا يتم عزله بشكل فردي:

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 = H + + HSO 3 - = 2H + + SO 3 2- .

ونتيجة للتفكك تتشكل البروتونات، وبالتالي فإن المحلول له بيئة حمضية.

عند مرور غاز ثاني أكسيد الكبريت في محلول هيدروكسيد الصوديوم، يتكون كبريتيت الصوديوم. يتفاعل كبريتيت الصوديوم مع ثاني أكسيد الكبريت الزائد لتكوين هيدروكبريتيت الصوديوم:

2NaOH + SO 2 = Na 2 SO 3 + H 2 O؛

نا 2 SO 3 + SO 2 = 2NaHSO 3.

يتميز ثاني أكسيد الكبريت بثنائية الأكسدة والاختزال، على سبيل المثال، فإنه يُظهر خصائص اختزال وإزالة اللون من ماء البروم:

SO2 + Br2 + 2H2O = H2 SO4 + 2HBr

ومحلول برمنجنات البوتاسيوم:

5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O = 2KНSO 4 + 2MnSO 4 + H 2 SO 4.

يتأكسد بالأكسجين إلى أنهيدريد الكبريتيك:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3.

يُظهر خصائص مؤكسدة عند تفاعله مع عوامل اختزال قوية، على سبيل المثال:

SO 2 + 2CO = S + 2CO 2 (عند 500 درجة مئوية، في وجود Al 2 O 3)؛

SO 2 + 2H 2 = S + 2H 2 O.

تحضير أكسيد الكبريت (IV).

احتراق الكبريت في الهواء

س + يا 2 = SO 2.

أكسدة الكبريتيد

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.

تأثير الأحماض القوية على كبريتات المعادن

Na2SO3 + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + H2O + SO2.

1.11.2. حامض الكبريتيك وأملاحه

عندما يذوب ثاني أكسيد الكبريت في الماء، يتكون حمض الكبريتيك الضعيف، ويكون الجزء الأكبر من SO 2 المذاب في صورة الشكل المائي SO 2 · H 2 O؛ عند التبريد، يتم إطلاق الهيدرات البلورية أيضًا، فقط جزء صغير من تنأى جزيئات حمض الكبريتيك إلى أيونات الكبريتيت والهيدروسلفيت. في الحالة الحرة، لا يتم إطلاق الحمض.

كونه ثنائي القاعدة، فإنه يشكل نوعين من الأملاح: متوسطة - كبريتيت وحمضية - هيدروسولفيت. فقط كبريتيت الفلزات القلوية وكبريتيتات الفلزات القلوية والفلزات الأرضية القلوية تذوب في الماء فقط.

كبريتيد الهيدروجين – H2S

مركبات الكبريت -2، +4، +6. ردود الفعل النوعية على الكبريتيدات والكبريتات والكبريتات.

الاستلام عند التفاعل:

1. الهيدروجين مع الكبريت عند t – 300 0

2. عند العمل على كبريتيدات الأحماض المعدنية:

Na2S+2HCl =2NaCl+H2S

الخصائص الفيزيائية:

غاز عديم اللون له رائحة البيض الفاسد، سام، أثقل من الهواء، ويذوب في الماء ليشكل حمض كبريتيد الهيدروجين الضعيف.

الخواص الكيميائية

خصائص الحمض القاعدي

1. محلول كبريتيد الهيدروجين في الماء - حمض هيدروكبريتيد - هو حمض ديباسيك ضعيف، لذلك فهو ينفصل تدريجياً:

ح 2 ق ↔ HS - + H +

HS - ↔ H - + S 2-

2. حمض كبريتيد الهيدروجين له الخواص العامة للأحماض، فهو يتفاعل مع المعادن والأكاسيد الأساسية والقواعد والأملاح:

ح 2 ق + كا = CaS + ح 2

H2S + CaO = CaS + H2O

H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O

H2S + CuSO4 = CuS↓ + H2SO4

جميع الأملاح الحمضية - الهيدروكبريتيدات - شديدة الذوبان في الماء. تذوب الأملاح العادية - الكبريتيدات - في الماء بطرق مختلفة: كبريتيدات الفلزات القلوية والقلوية الأرضية شديدة الذوبان، وكبريتيدات المعادن الأخرى غير قابلة للذوبان في الماء، وكبريتيدات النحاس والرصاص والزئبق وبعض المعادن الثقيلة الأخرى غير قابلة للذوبان حتى في الماء. الأحماض (باستثناء حمض النيتريك)

CuS+4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 +3S+2NO+2H2O

تخضع الكبريتيدات القابلة للذوبان للتحلل المائي - عند الأنيون.

نا 2 ق ↔ 2نا + + ق 2-

S2- +HOH ↔HS - +OH -

Na 2 S + H 2 O ↔ NaHS + NaOH

التفاعل النوعي لحمض الهيدروكبريتيد وأملاحه القابلة للذوبان (أي لأيون الكبريتيد S 2-) هو تفاعلها مع أملاح الرصاص القابلة للذوبان، مما يؤدي إلى تكوين راسب PbS أسود

Na2S + Pb(NO3)2 = 2NaNO3 + PbS↓

Pb 2+ + S 2- = PbS↓

يظهر الخصائص التصالحية فقط، لأن ذرة الكبريت لديها أدنى حالة أكسدة -2

1. بالأكسجين

أ) مع العيب

2H 2 S -2 +O 2 0 = S 0 +2H 2 O -2

ب) مع الأكسجين الزائد

2H 2 S+3O 2 =2SO 2 +2H 2 O

2. مع الهالوجينات (تغير لون الماء بالبروم)

ح 2 ق -2 +ر2 =س0 +2هبر -1

3. مع موافق. حمض الهيدروكلوريك3

ح 2 S+2HNO 3 (ك) = S+2NO 2 +2H 2 O

ب) مع عوامل مؤكسدة قوية (KMnO 4، K 2 CrO 4 في بيئة حمضية)

2KMnO 4 +3H 2 SO 4 +5H 2 S = 5S + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O

ج) يتأكسد حمض هيدروكبريتيد ليس فقط بواسطة عوامل مؤكسدة قوية، ولكن أيضًا بواسطة عوامل مؤكسدة أضعف، على سبيل المثال، أملاح الحديد (III)، وحمض الكبريت، وما إلى ذلك.

2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl

ح 2 SO 3 + 2H 2 S = 3S + 3H 2 O

إيصال

1. احتراق الكبريت في الأكسجين.

2. احتراق كبريتيد الهيدروجين بكمية زائدة من O2

2H 2 S+3O 2 = 2SO 2 +2H 2 O

3. أكسدة الكبريتيد

2CuS+3O2 = 2SO2 +2CuO

4. تفاعل الكبريتات مع الأحماض

نا 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O

5. تفاعل المعادن في سلسلة النشاط بعد (H2) مع conc. H2SO4

Cu+2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O

الخصائص الفيزيائية

غاز، عديم اللون، مع رائحة خانقة من الكبريت المحترق، سام، أثقل من الهواء بأكثر من مرتين، قابل للذوبان بشدة في الماء (في درجة حرارة الغرفة، يذوب حوالي 40 مجلدا من الغاز في مجلد واحد).

الخواص الكيميائية:

خصائص الحمض القاعدي

SO 2 هو أكسيد حمضي نموذجي.

1. مع القلويات، وتشكل نوعين من الأملاح: الكبريتيتات والهيدروسلفات

2KOH+SO2 = K2SO3 +H2O

KOH+SO2 = KHSO3 +H2O

2. مع الأكاسيد الأساسية

ك 2 O+SO 2 = ك 2 SO 3

3. يتكون حامض الكبريتيك الضعيف مع الماء

ح 2 يا + SO 2 = ح 2 SO 3

حمض الكبريت موجود فقط في المحلول وهو حمض ضعيف.

لديه جميع الخصائص العامة للأحماض.

4. التفاعل النوعي للكبريتيت – أيون – SO 3 2 – عمل الأحماض المعدنية

Na 2 SO 3 +2HCl= 2Na 2 Cl+SO 2 +H 2 O رائحة الكبريت المحروق

خصائص الأكسدة والاختزال

في ORR يمكن أن يكون عامل مؤكسد وعامل اختزال، لأن ذرة الكبريت في SO 2 لها حالة أكسدة متوسطة تبلغ +4.

كعامل مؤكسد:

SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 S

كعامل اختزال:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Cl 2 +SO 2 +2H 2 O = H 2 SO 4 +2HCl

2KMnO 4 +5SO 2 +2H 2 O = K 2 SO 4 +2H 2 SO 4 +2MnSO 4

أكسيد الكبريت (VI) SO 3 (أنهيدريد الكبريتيك)

إيصال:

أكسدة ثاني أكسيد الكبريت

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( ر 0، كات)

الخصائص الفيزيائية

سائل عديم اللون، عند درجة حرارة أقل من 17 درجة مئوية يتحول إلى كتلة بلورية بيضاء. مركب غير مستقر حرارياً، يتحلل تماماً عند 700 درجة مئوية. وهو شديد الذوبان في الماء وحمض الكبريتيك اللامائي ويتفاعل معه لتكوين الزيت.

SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 S 2 O 7

الخواص الكيميائية

خصائص الحمض القاعدي

أكسيد حمض نموذجي.

1. مع القلويات، وتشكل نوعين من الأملاح: الكبريتات والكبريتات المائية

2KOH+SO 3 = K 2 SO 4 + H 2 O

KOH+SO3 = KHSO4 +H2O

2. مع الأكاسيد الأساسية

CaO+SO2 = CaSO4

3. مع الماء

ح 2 يا + SO 3 = ح 2 SO 4

خصائص الأكسدة والاختزال

أكسيد الكبريت (VI) هو عامل مؤكسد قوي، وعادة ما يتم تقليله إلى ثاني أكسيد الكبريت

3SO 3 + H 2 S = 4 SO 2 + H 2 O

حمض الكبريتيك H2SO4

تحضير حمض الكبريتيك

في الصناعة يتم إنتاج الحمض بطريقة التلامس:

1. إطلاق البيريت

4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2. أكسدة SO 2 إلى SO 3

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ( ر 0، كات)

3. ذوبان SO 3 في حامض الكبريتيك

ن SO 3 + H 2 SO 4 = H 2 SO 4 ∙ ن SO 3 (أوليوم)

H2SO4∙ ن SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

الخصائص الفيزيائية

H2SO4 هو سائل زيتي ثقيل، عديم الرائحة وعديم اللون، استرطابي. يمتزج مع الماء بأي نسبة؛ فعندما يذوب حامض الكبريتيك المركز في الماء تنطلق كمية كبيرة من الحرارة، لذا يجب سكبه في الماء بعناية، وليس العكس (الماء أولاً، ثم الحمض، وإلا ستحدث مشكلة كبيرة). )

يُطلق على محلول حمض الكبريتيك في الماء الذي يحتوي على محتوى H 2 SO 4 أقل من 70٪ عادةً اسم حمض الكبريتيك المخفف ، وأكثر من 70٪ - مركّز.

الخواص الكيميائية

قاعدة حمضية

يُظهر حمض الكبريتيك المخفف جميع الخصائص المميزة للأحماض القوية. ينفصل في محلول مائي:

ح 2 سو 4 ↔ 2 ح + + سو 4 2-

1. مع الأكاسيد الأساسية

MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O

2. مع الأسباب

2NaOH +H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

3. بالأملاح

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (راسب أبيض)

رد فعل نوعي لأيون الكبريتات SO 4 2-

بسبب ارتفاع درجة غليانه مقارنة بالأحماض الأخرى، فإن حامض الكبريتيك عند تسخينه يزيحها من الأملاح:

كلوريد الصوديوم + H2SO4 = حمض الهيدروكلوريك + NaHSO4

خصائص الأكسدة والاختزال

في H 2 SO 4 المخفف تكون العوامل المؤكسدة هي أيونات H +، وفي H 2 SO 4 المركزة تكون العوامل المؤكسدة هي SO 4 2 أيونات الكبريتات.

تذوب المعادن في سلسلة النشاط حتى الهيدروجين في حمض الكبريتيك المخفف، وتتشكل الكبريتات ويتحرر الهيدروجين

Zn + H 2 SO 4 = Zn SO 4 + H 2

حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي، وخاصة عند تسخينه. يقوم بأكسدة العديد من المعادن واللافلزات والمواد غير العضوية والعضوية.

H 2 SO 4 (ك) عامل مؤكسد S +6

مع المعادن الأكثر نشاطا، يمكن اختزال حمض الكبريتيك إلى مجموعة متنوعة من المنتجات اعتمادا على التركيز

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4 H 2 O

يقوم حمض الكبريتيك المركز بأكسدة بعض اللافلزات (الكبريت، الكربون، الفوسفور، إلخ)، ويختزل إلى أكسيد الكبريت (IV)

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

التفاعل مع بعض المواد المعقدة

H 2 SO 4 + 8HI = 4I 2 + H 2 S + 4 H 2 O

H2SO4 + 2HBr = Br2 + SO2 + 2H2O

أملاح حمض الكبريتيك

نوعان من الأملاح: الكبريتات والهيدروسلفات

أملاح حامض الكبريتيك لها جميع الخصائص العامة للأملاح. علاقتهم بالحرارة مميزة. كبريتات المعادن النشطة (Na، K، Ba) لا تتحلل حتى عند تسخينها فوق 1000 درجة مئوية، وأملاح المعادن الأقل نشاطًا (Al، Fe، Cu) تتحلل حتى مع التسخين الطفيف

يحتوي ثاني أكسيد الكبريت على بنية جزيئية مشابهة للأوزون. ترتبط ذرة الكبريت الموجودة في مركز الجزيء بذرتي أكسجين. هذا المنتج الغازي لأكسدة الكبريت عديم اللون، وينبعث منه رائحة نفاذة، ويتكثف بسهولة إلى سائل صافٍ عندما تتغير الظروف. المادة شديدة الذوبان في الماء ولها خصائص مطهرة. يتم إنتاج ثاني أكسيد الكبريت بكميات كبيرة في الصناعة الكيميائية، وبالتحديد في دورة إنتاج حمض الكبريتيك. ويستخدم الغاز على نطاق واسع في تصنيع المنتجات الزراعية والغذائية، وتبييض الأقمشة في صناعة النسيج.

أسماء منهجية وتافهة للمواد

ومن الضروري أن نفهم مجموعة متنوعة من المصطلحات المتعلقة بنفس المركب. الاسم الرسمي للمركب، الذي يعكس تركيبه الكيميائي الصيغة SO 2، هو ثاني أكسيد الكبريت. يوصي IUPAC باستخدام هذا المصطلح وما يعادله باللغة الإنجليزية - ثاني أكسيد الكبريت. في كثير من الأحيان تذكر الكتب المدرسية للمدارس والجامعات اسمًا آخر - أكسيد الكبريت (IV). يشير الرقم الروماني بين قوسين إلى تكافؤ ذرة S. الأكسجين الموجود في هذا الأكسيد ثنائي التكافؤ، وعدد أكسدة الكبريت هو +4. في الأدبيات التقنية، يتم استخدام مصطلحات قديمة مثل ثاني أكسيد الكبريت، وأنهيدريد حامض الكبريتيك (منتج تجفيفه).

تكوين وميزات التركيب الجزيئي لـ SO 2

يتكون جزيء SO 2 من ذرة كبريت واحدة وذرتي أكسجين. هناك زاوية قدرها 120 درجة بين الروابط التساهمية. في ذرة الكبريت، يحدث تهجين sp2 - حيث تصطف سحب إلكترون واحد وإلكترونين p في الشكل والطاقة. وهم الذين يشاركون في تكوين الرابطة التساهمية بين الكبريت والأكسجين. في زوج O-S، المسافة بين الذرات هي 0.143 نانومتر. الأكسجين عنصر أكثر سالبية كهربية من الكبريت، مما يعني أن أزواج الإلكترونات المرتبطة تنتقل من المركز إلى الزوايا الخارجية. الجزيء بأكمله مستقطب أيضًا، القطب السالب هو ذرات O، والقطب الموجب هو ذرة S.

بعض المعايير الفيزيائية لثاني أكسيد الكبريت

يحتفظ أكسيد الكبريت رباعي التكافؤ، في ظل الظروف البيئية العادية، بحالة التجميع الغازية. تتيح لك صيغة ثاني أكسيد الكبريت تحديد كتلته الجزيئية والمولية النسبية: Mr(SO 2) = 64.066، M = 64.066 جم/مول (يمكن تقريبه إلى 64 جم/مول). هذا الغاز أثقل بحوالي 2.3 مرة من الهواء (M (الهواء) = 29 جم / مول). يحتوي ثاني أكسيد على رائحة حادة ومحددة من الكبريت المحترق، والتي يصعب الخلط بينها وبين أي شيء آخر. وهو مزعج ويهيج الأغشية المخاطية للعين ويسبب السعال. لكن أكسيد الكبريت (IV) ليس سامًا مثل كبريتيد الهيدروجين.

تحت الضغط عند درجة حرارة الغرفة، يسيل غاز ثاني أكسيد الكبريت. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون المادة في حالة صلبة وتنصهر عند -72...-75.5 درجة مئوية. مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، يظهر السائل، وعند -10.1 درجة مئوية يتكون الغاز مرة أخرى. جزيئات SO 2 مستقرة حراريا؛ ويحدث التحلل إلى الكبريت الذري والأكسجين الجزيئي عند درجات حرارة عالية جدا (حوالي 2800 درجة مئوية).

الذوبان والتفاعل مع الماء

عند ذوبان ثاني أكسيد الكبريت في الماء، يتفاعل معه جزئيًا لتكوين حمض كبريتي ضعيف جدًا. في لحظة الاستلام، يتحلل على الفور إلى أنهيدريد وماء: SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3. في الواقع، لا يوجد حمض الكبريتيك في المحلول، بل جزيئات SO 2 المائية. يتفاعل غاز ثاني أكسيد بشكل أفضل مع الماء البارد، وتقل قابليته للذوبان مع زيادة درجة الحرارة. في الظروف العادية، يمكن أن يذوب ما يصل إلى 40 حجمًا من الغاز في حجم واحد من الماء.

ثاني أكسيد الكبريت في الطبيعة

يتم إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت مع الغازات البركانية والحمم البركانية أثناء الانفجارات البركانية. تؤدي العديد من أنواع الأنشطة البشرية أيضًا إلى زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي.

يتم إطلاق ثاني أكسيد الكبريت في الهواء عن طريق مصانع المعادن، حيث لا يتم احتجاز غازات النفايات أثناء تحميص الخام. تحتوي العديد من أنواع الوقود الأحفوري على الكبريت، ونتيجة لذلك، يتم إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الهواء الجوي عند حرق الفحم والنفط والغاز والوقود الذي يتم الحصول عليه منها. ويصبح ثاني أكسيد الكبريت سامًا للإنسان عند تركيزاته في الهواء فوق 0.03%. يبدأ الشخص بالشعور بضيق في التنفس، وقد تظهر أعراض تشبه التهاب الشعب الهوائية والالتهاب الرئوي. يمكن أن تؤدي التركيزات العالية جدًا من ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي إلى التسمم الشديد أو الوفاة.

ثاني أكسيد الكبريت - الإنتاج في المختبر وفي الصناعة

الطرق المخبرية:

1. عند حرق الكبريت في دورق يحتوي على الأكسجين أو الهواء، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون وفقًا للصيغة: S + O 2 = SO 2.
2. يمكنك التصرف على أملاح حامض الكبريتيك بأحماض غير عضوية أقوى، ومن الأفضل تناول حمض الهيدروكلوريك، لكن يمكنك استخدام حمض الكبريتيك المخفف:

• Na 2 SO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 SO 3؛
• Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 (مخفف) = Na 2 SO 4 + H 2 SO 3؛
• ح 2 سو 3 = ح 2 يا + سو 2.

3. عندما يتفاعل النحاس مع حمض الكبريتيك المركز، لا يتم إطلاق الهيدروجين، بل ثاني أكسيد الكبريت:

2H2SO4 (conc.) + Cu = CuSO4 + 2H2O + SO2.

الطرق الحديثة للإنتاج الصناعي لثاني أكسيد الكبريت:

1. أكسدة الكبريت الطبيعي عند حرقه في أفران خاصة: S + O 2 = SO 2.
2. إطلاق بيريت الحديد (البيريت).

الخصائص الكيميائية الأساسية لثاني أكسيد الكبريت

ثاني أكسيد الكبريت مركب نشط كيميائيا. في عمليات الأكسدة والاختزال، غالبا ما تعمل هذه المادة كعامل اختزال. على سبيل المثال، عندما يتفاعل البروم الجزيئي مع ثاني أكسيد الكبريت، تكون منتجات التفاعل هي حمض الكبريتيك وبروميد الهيدروجين. تظهر الخصائص المؤكسدة لثاني أكسيد الكبريت (SO 2) إذا تم تمرير هذا الغاز عبر ماء كبريتيد الهيدروجين. ونتيجة لذلك، يتم إطلاق الكبريت، ويحدث الأكسدة الذاتية والاختزال الذاتي: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O.

ثاني أكسيد الكبريت يظهر خصائص حمضية. وهو يتوافق مع أحد الأحماض الأضعف وغير المستقرة - الكبريت. لا يوجد هذا المركب في شكله النقي، ويمكن اكتشاف الخواص الحمضية لمحلول ثاني أكسيد الكبريت باستخدام المؤشرات (يتحول عباد الشمس إلى اللون الوردي). وينتج حمض الكبريت أملاح متوسطة - كبريتيت وأملاح حمضية - هيدروكبريتيت. من بينها مركبات مستقرة.

عملية أكسدة الكبريت في ثاني أكسيد إلى الحالة السداسية في أنهيدريد الكبريتيك هي عملية تحفيزية. تذوب المادة الناتجة بقوة في الماء وتتفاعل مع جزيئات H 2 O. يكون التفاعل طاردًا للحرارة، ويتكون حمض الكبريتيك، أو بالأحرى شكله المائي.

الاستخدامات العملية لثاني أكسيد الكبريت

الطريقة الرئيسية للإنتاج الصناعي لحمض الكبريتيك، والتي تتطلب ثاني أكسيد العنصر، لها أربع مراحل:

1. الحصول على ثاني أكسيد الكبريت عن طريق حرق الكبريت في أفران خاصة.
2. تنقية ثاني أكسيد الكبريت الناتج من الشوائب بأنواعها.
3. مزيد من الأكسدة إلى الكبريت سداسي التكافؤ في وجود محفز.
4. امتصاص ثالث أكسيد الكبريت بالماء.

في السابق، كان يتم الحصول على كل ثاني أكسيد الكبريت تقريبًا اللازم لإنتاج حامض الكبريتيك على نطاق صناعي عن طريق تحميص البيريت كمنتج ثانوي لصناعة الصلب. تستخدم الأنواع الجديدة من معالجة المواد الخام المعدنية احتراقًا أقل للخام. ولذلك أصبح الكبريت الطبيعي المادة الأولية الرئيسية لإنتاج حامض الكبريتيك في السنوات الأخيرة. إن الاحتياطيات العالمية الكبيرة من هذه المواد الخام وتوافرها تجعل من الممكن تنظيم المعالجة على نطاق واسع.

يستخدم ثاني أكسيد الكبريت على نطاق واسع ليس فقط في الصناعة الكيميائية، ولكن أيضًا في قطاعات أخرى من الاقتصاد. وتستخدم مصانع النسيج هذه المادة ونواتج تفاعلها الكيميائي لتبييض أقمشة الحرير والصوف. هذا نوع من التبييض الخالي من الكلور ولا يدمر الألياف.

يتمتع ثاني أكسيد الكبريت بخصائص مطهرة ممتازة، ويستخدم في مكافحة الفطريات والبكتيريا. يستخدم ثاني أكسيد الكبريت لتبخير مرافق التخزين الزراعية وبراميل النبيذ والأقبية. يستخدم SO 2 في صناعة المواد الغذائية كمادة حافظة ومضادة للبكتيريا. يضيفونه إلى الشراب وينقعون فيه الفواكه الطازجة. الكبريتة
عصير بنجر السكر يزيل اللون ويطهر المواد الخام. تحتوي مهروسة وعصائر الخضار المعلبة أيضًا على ثاني أكسيد الكبريت كمضاد للأكسدة ومواد حافظة.