Неизвестное соединение серы
Качественные признаки
Чтобы определить соль серы, сначала выясняют, как она реагирует с разбавленной кислотой. Некоторые соли выделяют газ, некоторые одновременно образуют муть серы. Затем результат проверяют другими реакциями. Такие наблюдения называют качественными признаками.
| Анион | С разбавленной кислотой | Другие признаки |
|---|---|---|
| \(\ce{S^2-}\) | Выделяется \(\ce{H2S}\), который имеет характерный запах. | При взаимодействии с ацетатом свинца образуется чёрный \(\ce{PbS}\). |
| \(\ce{S_n^2-}\) | Выделяется \(\ce{H2S}\) и появляется муть серы. | Раствор имеет жёлтый цвет. |
| \(\ce{SO3^2-}\) | Выделяется \(\ce{SO2}\) без образования мути. | Обесцвечивает иод и \(\ce{KMnO4}\). |
| \(\ce{S2O3^2-}\) | Выделяется \(\ce{SO2}\) и появляется муть серы. | Обесцвечивает иод; с \(\ce{AgNO3}\) сначала образуется белый осадок, который затем чернеет. |
| \(\ce{SO4^2-}\) | Видимых изменений нет. | Образуется \(\ce{BaSO4}\), который не растворяется в \(\ce{HCl}\). |
| \(\ce{S2O8^2-}\) | Видимых изменений нет. | Окисляет \(\ce{KI}\) до иода, а \(\ce{Mn^2+}\) в присутствии \(\ce{Ag+}\) — до \(\ce{MnO4-}\). |
Проверка окислительно-восстановительных свойств помогает различить соли с похожими признаками. Окислитель принимает электроны, а восстановитель отдаёт их. Для проверки окислителя используют иодид с крахмалом, а для восстановителя — иод с крахмалом.
boltТри вопроса к неизвестной соли
- Выделяется ли при добавлении кислоты газ? О его природе судят по запаху, обесцвечиванию перманганата и почернению свинцовой бумажки.
- Появляется ли муть серы?
- Является ли соль окислителем или восстановителем? Это проверяют с помощью иодида и крахмала либо иода и крахмала.
scienceУзнаваемые реакции
- \(\ce{Pb(CH3COO)2 + H2S -> PbS v + 2CH3COOH}\) — при взаимодействии сероводорода с ацетатом свинца образуется чёрный осадок, поэтому свинцовая бумажка темнеет.
- \(\ce{Na2SO3 + I2 + H2O -> Na2SO4 + 2HI}\) — при реакции с иодом сульфит окисляется до сульфата.
- \(\ce{K2S2O8 + 2KI -> 2K2SO4 + I2}\) — при взаимодействии пероксодисульфата калия с иодидом калия выделяется иод.
Количественные данные
Качественные реакции показывают свойства соли, но для выбора формулы полезно знать и содержание серы. Гравиметрией называют определение количества вещества по массе полученного осадка. Всю серу в образце окисляют бромной водой, пероксидом водорода или сплавлением с пероксидом натрия до сульфата, после чего осаждают \(\ce{BaSO4}\) (\(M = 233{,}4\)). Масса осадка позволяет найти массовую долю серы.
edit_noteКакая соль?
После окисления 1,00 г натриевой соли получено 2,95 г \(\ce{BaSO4}\). Отсюда \(n(\ce{S}) = 0{,}01264\) моль и \(w(\ce{S}) = 40{,}5\) %. Сравним результат с массовыми долями серы в возможных солях: \(\ce{Na2SO3}\) — 25,4 %, \(\ce{Na2S2O3}\) — 40,6 %, \(\ce{Na2S2O4}\) — 36,8 %, \(\ce{Na2S4O6}\) — 47,4 %, \(\ce{Na2S}\) — 41,1 %. Ближе всего к результату значение для тиосульфата. Значение для сульфида также близко, поэтому различие полезно подтвердить реакцией с кислотой: тиосульфат образует муть серы и выделяет \(\ce{SO2}\), а сульфид выделяет \(\ce{H2S}\) с характерным запахом.
boltПодтверждение формулы
Близкие массовые доли серы у разных солей возможны, поэтому формулу проверяют независимым признаком: реакцией с кислотой, иодометрическим титрованием или массой прокалённого остатка. При иодометрическом титровании вещество определяют по количеству иода, участвующего в реакции; для восстановителя при этом учитывают, сколько электронов отдаёт одна формульная единица соли.
Полная схема превращений
В олимпиадной задаче о неизвестном веществе часто описана последовательность опытов. После установления веществ нужно составить уравнение реакции для каждого перехода и проверить, согласуются ли наблюдения и количества веществ.
edit_noteРазбор
Жёлтое вещество X горит голубым пламенем с образованием газа A. При взаимодействии A с сероводородом вновь образуется X. Для получения соли B, которая при кипячении с X превращается в соль C, газ A пропускают через раствор NaOH при соотношении 1 : 2. При действии кислоты на C выделяется A и выпадает X. Вещество X — сера, а газ A — \(\ce{SO2}\) (\(\ce{S + O2 -> SO2}\), \(\ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O}\)). Соль B — \(\ce{Na2SO3}\), соль C — \(\ce{Na2S2O3}\) (\(\ce{Na2SO3 + S -> Na2S2O3}\); \(\ce{Na2S2O3 + 2HCl -> 2NaCl + S + SO2 + H2O}\)). Если взять A и NaOH в соотношении 1 : 1, вместо B образуется \(\ce{NaHSO3}\); подставлять эту соль в приведённое уравнение реакции получения C нельзя.
scienceСхемы реакций серы
- \(\ce{S -> SO2 -> SO3 -> H2SO4}\) — сера и затем диоксид серы окисляются, после чего триоксид серы превращается в серную кислоту.
- \(\ce{H2SO4 (конц) + Cu -> SO2}\), \(\ce{SO2 + H2S -> S}\) — при реакции меди с концентрированной серной кислотой образуется диоксид серы, из которого при взаимодействии с сероводородом вновь получают серу.
- \(\ce{S + H2 -> H2S}\), \(\ce{H2S + O2 -> S}\) — сера реагирует с водородом с образованием сероводорода, а сероводород при неполном окислении образует серу; степень окисления серы изменяется между −2 и 0.
- \(\ce{Na2SO3 + S -> Na2S2O3}\), \(\ce{Na2S2O3 + I2 -> Na2S4O6}\) — при реакции сульфита с серой образуется тиосульфат, а при реакции тиосульфата с иодом — тетратионат.
Приведённые записи показывают направления превращений. Там, где они сокращены, для полного решения задачи необходимо составить уравнения реакций.
boltПроверка схемы
Определите степени окисления серы во всех веществах. Если в реакции степень окисления одного атома меняется, проверьте, какой другой атом принимает или отдаёт электроны. Если степень окисления какого-то элемента повышается, а окислителя в реакции нет, уравнение составлено неверно. В реакциях без изменения степеней окисления искать окислитель и восстановитель не нужно.
push_pinГлавное
Качественные реакции позволяют различить соединения серы: \(\ce{S^2-}\) при действии кислоты выделяет \(\ce{H2S}\), а с ионами \(\ce{Pb^2+}\) и \(\ce{Cu^2+}\) образует чёрные осадки; \(\ce{SO3^2-}\) выделяет \(\ce{SO2}\) без мути и обесцвечивает иод; \(\ce{S2O3^2-}\) выделяет \(\ce{SO2}\) с образованием мути серы; \(\ce{SO4^2-}\) образует \(\ce{BaSO4}\), нерастворимый в кислотах; полисульфиды дают жёлтый раствор, а с кислотой — \(\ce{H2S}\) и серу. Количество серы определяют гравиметрически по массе \(\ce{BaSO4}\) после её полного окисления; для проверки формулы используют также иодометрию. Установленная формула должна согласовываться со всеми наблюдениями и уравнениями реакций.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.