Оксиды серы - Неметаллы

Цели урока. На примере оксидов серы конкретизировать общие свойства кислотных оксидов. Повторить на примере реакции получения оксида серы (VI) из оксида серы (IV) и кислорода обратимость химических реакций и способы смещения химического равновесия. Закрепить знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях на примере оксида серы (IV).

Оборудование и реактивы. Na₂SО₃ или NaHSО₃ (крист.), НСl или H₂SO₄ (2:1), раствор фуксина, цветки бальзамина или герани, NaOH (раствор или гранулы), лакмус. Колба с пробкой и газоотводной трубкой, вата, пробирки, резиновая трубка с зажимом, кристаллизатор.

I. Оксид серы (IV) — сернистый газ

Демонстрация получения оксида серы (IV) проводится учителем с помощью простейшей установки (рис. 22).

Рис. 22. Прибор для получения сернистого газа

В колбу насыпают немного (только чтобы покрыть дно) сульфита или гидросульфита натрия или калия и приливают 3—4 мл раствора серной (1 : 2) или соляной кислот. Колбу быстро закрывают пробкой с газоотводной трубкой и опускают конец ее в сухую пробирку. Отверстие пробирки закрывают комочком ваты.

Следующий этап урока посвящен рассмотрению свойств оксида серы (IV).

1. Обесцвечивание фуксина. Через минуту после сбора SO₂ в сухую пробирку осторожно и медленно вынимают из нее кончик газоотводной трубки и опускают его в пробирку со слабым раствором фуксина (на ¹/₄) — наблюдается его обесцвечивание.

Учитель может показать и другую модификацию этого опыта. Кончик газоотводной трубки опускают в другую колбу, в которую помещается несколько влажных розовых цветков бальзамина или герани. Горлышко колбы опять закрывают комочком ваты. Через некоторое время цветы становятся белыми.

2. Взаимодействие оксида серы (IV) с водой. Пробирку с собранным сернистым газом закрывают пальцем, предварительно удалив ватную пробку, и опрокидывают ее в кристаллизатор с водой, отнимают палец и наблюдают, как постепенно пробирка заполняется водой из-за растворения SO₂. Зажав снова отверстие пробирки пальцем, ее вынимают из кристаллизатора и переворачивают. Раствор сернистой кислоты разливают на три пробирки: в первую приливают лакмус — он краснеет; во вторую и третью — бромной и йодной воды, раствор мутнеет из-за образовавшейся в результате реакции серы, а бромная и йодная вода обесцвечиваются. Уравнения соответствующих реакций:

Разбираются окислительно-восстановительные реакции.

Можно показать другую, более эффектную модификацию этого опыта — своеобразный мостик к рассмотрению качественной реакции на сульфат-ион.

Во 2-ю и 3-ю пробирки приливают небольшое количество раствора ВаСl₂. Если сернистая кислота была совершенно чистой, то не образуется никакого осадка. Затем в эти пробирки приливают бромную и йодную воду. Она обесцвечивается, и выпадает белый осадок BaSO₄:

Кстати, расскажем, как готовится йодная вода. В пробирку нужно положить два кристаллика йода, прилить 10—15 мл воды и осторожно нагреть. Все!

Если подогреть содержимое первой пробирки — раствор сернистой кислоты, окрашенный лакмусом в красный цвет, — то окраска снова станет фиолетовой, так как кислота разложится:

3. Взаимодействие оксида серы (IV) со щелочью. Снова заправляют прибор для получения сернистого газа, добавив в него реактивы. Собирают сернистый газ в чистую сухую колбу, а затем приливают туда раствор едкого натра (можно добавить и немного твердой щелочи). Быстро закрывают колбу пробкой со стеклянной газоотводной трубкой, на конец которой надета резиновая трубка с зажимом (рис. 23). Содержимое колбы несколько раз встряхивают, кончик газоотводной трубки опускают в кристаллизатор с водой и зажим открывают. В колбе из-за реакции между SО₂ и NaOH

образовалось разреженное пространство, и вода из кристаллизатора начинает поступать в колбу.

Рис. 23. Прибор для демонстрации взаимодействия сернистого газа с едким натром

В заключение этой части урока учитель просит ребят определить, какие свойства будут более характерны для SО₂: окислительные или восстановительные. Ребята верно решают, что и те и другие, так как сера имеет в этом соединении не крайние степени окисления, а промежуточные:

4. Взаимодействие оксида серы (IV) с сероводородом. Эту реакцию учитель демонстрирует, сливая растворы сернистого газа и сероводорода — содержимое пробирки мутнеет из-за образовавшейся серы. Кстати, многие ученые считают, что вулканическая сера — продукт именно такой реакции.

5. Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Можно рассмотреть пятое свойство сернистого газа. У учителя появляется благодатный материал для повторения и закрепления знаний учащихся о химической реакции и химическом равновесии.

Вначале ребята самостоятельно характеризуют эту реакцию по всем известным им признакам классификаций химических реакций:

Это реакция:

• соединения, так как из простого и сложного вещества образуется одно сложное вещество;

• гомогенная, так как все вещества, участвующие в ней в условиях проведения, являются газами. (Учитель должен подчеркнуть, что SО₃ — это бесцветная жидкость, затвердевающая при температуре ниже 17 °С в белую твердую кристаллическую массу, однако в условиях данной реакции является газообразным веществом.);

• каталитическая, так как используется катализатор, например V₂О₅;

• экзотермическая, так как протекает с выделением теплоты;

• окислительно-восстановительная (SО₂ — восстановитель, а О₂ — окислитель);

• обратимая.

Затем повторяют принцип Лe Шателье и рассматривают условия смещения равновесия вправо:

• [SО₂] и [О₂] — увеличить, a [SО₃] — уменьшить;

• давление необходимо увеличить, так как в прямой и обратной реакциях участвуют газы в мольном отношении 3:2;

• температуру нужно понизить, но тогда по правилу Вант-Гоффа резко упадет скорость процесса. Поэтому выбирают оптимальные для реакции значения температуры: от 430 до 490 °С.

Нелишне будет вспомнить, что катализатор на равновесие не влияет: он в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакции.

II. Оксид серы (VI)

Ребята сами характеризуют свойства S0₃ как кислотного оксида, приводя уравнения соответствующих реакций.

III. Получение SО₂ в промышленности (эта часть урока является «мостиком» к следующему уроку)

В качестве исходного сырья для получения S0₂, S0₃ и, как конечной цели, — H₂S0₄ используют природные соединения серы: серу, сероводород и серный колчедан.

На этом уроке рассматривается только 1-я стадия получения серной кислоты — получение сернистого газа — и разбираются окислительно-восстановительные процессы:

и с коэффициентами:

Для обжига колчедана:

Здесь необходимо подчеркнуть, что в колчедане между атомами серы имеется ковалентная неполярная связь:

Учитель предлагает ребятам запомнить несложное правило для определения коэффициентов для таких окислительно-восстановительных реакций, в которых изменяют свои степени окисления не два, как обычно, химических элемента, а сразу три: для составления баланса учитывают число атомов каждого из этих элементов для правой части будущего уравнения:

и с коэффициентами:

Кстати, слабые учащиеся, для которых ОВР представляют ся сложным материалом, с удовольствием уравнивают эти схе мы обычным путем, пользуясь дробными коэффициентами:

и, далее:

и, далее: