Диоксид серы и сульфиты
Диоксид серы в воде
\(\ce{SO2}\) — угловая молекула (угол 119°, неподелённая пара у серы), бесцветный газ с удушливым запахом горящей спички, легко сжижается (т. кип. −10 °C). В одном объёме воды при 20 °C растворяется около 40 объёмов газа.
«Сернистую кислоту» \(\ce{H2SO3}\) выделить нельзя: в растворе в основном гидратированные молекулы \(\ce{SO2*H2O}\). Равновесия:
| pH | Преобладающая форма |
|---|---|
| < 1,8 | \(\ce{SO2*H2O}\) |
| 1,8–7,2 | \(\ce{HSO3-}\) |
| > 7,2 | \(\ce{SO3^2-}\) |
При концентрировании растворов гидросульфитов образуется дисульфит (метабисульфит): \(\ce{2HSO3- <=> S2O5^2- + H2O}\). \(\ce{Na2S2O5}\) (E223) и \(\ce{K2S2O5}\) (E224) — консерванты вина, сухофруктов, соков.
auto_awesomeСера и вино
Окуривание бочек горящей серой применяли ещё римляне. \(\ce{SO2}\) подавляет дикие дрожжи и бактерии и защищает вино от окисления. Надпись «содержит сульфиты» на бутылках — именно об этом.
Окислитель и восстановитель
Сера +4 — промежуточная степень окисления. Чаще \(\ce{SO2}\) — восстановитель:
scienceSO2-восстановитель
- \(\ce{SO2 + Br2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HBr}\) — бромная вода обесцвечивается (качественная реакция).
- \(\ce{5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4}\) — перманганат обесцвечивается.
- \(\ce{SO2 + I2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HI}\) — основа титрования по Фишеру.
- \(\ce{2SO2 + O2 <=>[V2O5] 2SO3}\) — контактный способ.
- \(\ce{SO2 + NO2 -> SO3 + NO}\) — «нитрозный» (камерный) способ получения серной кислоты.
С сильными восстановителями — окислитель: \(\ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O}\) (процесс Клауса); \(\ce{SO2 + 2CO ->[кат.] S + 2CO2}\); \(\ce{SO2 + 2Mg ->[t] 2MgO + S}\) — магний горит в сернистом газе.
auto_awesomeТитрование по Карлу Фишеру
В 1935 году Карл Фишер предложил определять следы воды реакцией \(\ce{I2 + SO2 + 2H2O -> 2HI + H2SO4}\) в метаноле с основанием. Метод до сих пор — эталон определения влаги в лекарствах, маслах, пластиках: он чувствует миллионные доли воды.
boltОтличить SO2 от CO2
Оба газа мутят известковую воду. Но только \(\ce{SO2}\) обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата и пахнет горящей спичкой.
Сульфиты и их превращения
scienceСульфиты в реакциях
- \(\ce{2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4}\) — на воздухе растворы сульфитов постепенно окисляются (поэтому их используют как антиоксиданты и поглотители кислорода в котельной воде).
- \(\ce{4Na2SO3 ->[600 °C] 3Na2SO4 + Na2S}\) — при нагревании без воздуха сульфит диспропорционирует.
- \(\ce{Na2SO3 + S ->[t] Na2S2O3}\) — синтез тиосульфата (урок 121).
- \(\ce{Na2SO3 + H2O2 -> Na2SO4 + H2O}\).
- \(\ce{NaHSO3 + RCHO -> RCH(OH)SO3Na}\) — гидросульфитные производные альдегидов (очистка и выделение альдегидов).
infoОтбеливание сернистым газом
\(\ce{SO2}\) отбеливает шерсть, шёлк, солому не окисляя, а связывая красители в бесцветные соединения. Поэтому «отбелённое» сернистым газом со временем желтеет снова — связь обратима. Хлор же разрушает краситель окислением необратимо.
boltСульфит, сульфат или тиосульфат?
Сульфит и сульфат дают с \(\ce{BaCl2}\) белые осадки, но \(\ce{BaSO3}\) растворяется в соляной кислоте (с выделением \(\ce{SO2}\)), а \(\ce{BaSO4}\) — нет. Тиосульфат с кислотой даёт муть серы и \(\ce{SO2}\). Этого достаточно, чтобы различить анионы.
push_pinГлавное
\(\ce{SO2}\) — угловая молекула (119°), бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде (около 40 объёмов); «сернистая кислота» — в основном гидратированный \(\ce{SO2}\) (\(pK_{a1} = 1{,}8\), \(pK_{a2} = 7{,}2\)): в растворе \(\ce{SO2*H2O}\), \(\ce{HSO3-}\), \(\ce{SO3^2-}\); при концентрировании гидросульфиты дают дисульфиты \(\ce{S2O5^2-}\). Сера +4 — промежуточная степень окисления: чаще восстановитель (\(\ce{Br2}\), \(\ce{I2}\), \(\ce{KMnO4}\), \(\ce{O2}\)), с сильными восстановителями — окислитель (\(\ce{H2S}\), CO на катализаторе). Сульфиты при нагревании диспропорционируют: \(\ce{4Na2SO3 -> 3Na2SO4 + Na2S}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.