Сероводород и сульфиды
Сероводород
Сероводород образуется при гниении белков, в вулканических газах, сероводородных источниках, на дне Чёрного моря (ниже 150–200 м вода насыщена \(\ce{H2S}\) — жизнь там только бактериальная).
errorКоварный запах
Запах тухлых яиц отчётливо ощущается уже при миллионных долях процента. Но при концентрациях около 0,01–0,02 % обоняние быстро «отключается» — человек перестаёт чувствовать газ, который при 0,1 % убивает за минуты. По токсичности сероводород сравним с синильной кислотой.
Кислотные свойства. Слабая двухосновная кислота: \(\ce{H2S <=> H+ + HS-}\) (\(pK_{a1} = 7{,}0\)). Сероводородная вода слабокислая.
Восстановитель (S \(-2\) — низшая степень окисления):
scienceСероводород окисляется
- \(\ce{2H2S + 3O2 -> 2SO2 + 2H2O}\) — горение в избытке кислорода (голубое пламя).
- \(\ce{2H2S + O2 -> 2S + 2H2O}\) — при недостатке кислорода; на холодном предмете оседает сера.
- \(\ce{H2S + I2 -> S v + 2HI}\) — иодная вода обесцвечивается и мутнеет.
- \(\ce{H2S + 2FeCl3 -> S v + 2FeCl2 + 2HCl}\).
- \(\ce{H2S + 4Cl2 + 4H2O -> H2SO4 + 8HCl}\) — избыток хлорной воды окисляет до сульфата.
- \(\ce{5H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 -> 5S + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O}\).
infoСлабая кислота вытесняет сильную?
\(\ce{CuSO4 + H2S -> CuS v + H2SO4}\) — слабая сероводородная кислота «вытесняет» серную. Никакого противоречия: \(K_s(\ce{CuS})\) настолько мала (\(6\cdot10^{-36}\)), что осадок образуется даже в кислой среде (урок 74).
Сульфиды
Сульфиды металлов делятся на группы по отношению к воде и кислотам — на этом строился классический анализ (урок 74).
| Группа | Примеры | Свойства |
|---|---|---|
| растворимые | \(\ce{Na2S}\), \(\ce{K2S}\), \(\ce{(NH4)2S}\) | растворы сильно щелочные (гидролиз) |
| разлагаемые водой | \(\ce{Al2S3}\), \(\ce{Cr2S3}\) | совместный гидролиз, \(\ce{H2S}\) |
| растворимые в разб. кислотах | \(\ce{FeS}\), \(\ce{ZnS}\), \(\ce{MnS}\) | \(\ce{MS + 2H+ -> M^2+ + H2S}\) |
| нерастворимые в разб. кислотах | \(\ce{CuS}\), \(\ce{PbS}\), \(\ce{HgS}\), \(\ce{Ag2S}\), \(\ce{CdS}\) | только окисляющие кислоты |
Окраска — важный аналитический признак: \(\ce{ZnS}\) — белый, \(\ce{CdS}\) — ярко-жёлтый, \(\ce{MnS}\) — телесно-розовый, \(\ce{Sb2S3}\) — оранжевый, \(\ce{As2S3}\) — лимонно-жёлтый, \(\ce{SnS2}\) — золотисто-жёлтый («сусальное золото»), \(\ce{SnS}\) — бурый; большинство остальных — чёрные.
auto_awesomeКраски из сульфидов
Киноварь \(\ce{HgS}\) — красная краска древности (и ядовитая); кадмиевая жёлтая \(\ce{CdS}\) — любимая краска импрессионистов; «сусальное золото» \(\ce{SnS2}\) имитировало позолоту. Сульфид цинка с примесью меди светится после облучения — фосфор на циферблатах и экранах старых телевизоров.
scienceСульфиды в реакциях
- \(\ce{Na2S + 2HCl -> 2NaCl + H2S ^}\).
- \(\ce{ZnS + 2HCl -> ZnCl2 + H2S ^}\).
- \(\ce{CuS + 8HNO3 (конц) ->[t] CuSO4 + 8NO2 + 4H2O}\) — горячая концентрированная кислота окисляет серу до сульфата.
- \(\ce{Na2S + H2O <=> NaHS + NaOH}\) — раствор сульфида натрия пахнет сероводородом и мылок.
Обжиг сульфидных руд
Большинство цветных металлов (медь, цинк, свинец, никель, молибден) добывают из сульфидных руд. Первая стадия — обжиг: сульфид окисляют кислородом воздуха.
scienceОбжиг
- \(\ce{2ZnS + 3O2 ->[t] 2ZnO + 2SO2}\) — цинковая обманка.
- \(\ce{2PbS + 3O2 ->[t] 2PbO + 2SO2}\) — галенит.
- \(\ce{4FeS2 + 11O2 ->[t] 2Fe2O3 + 8SO2}\) — пирит (урок 77).
- \(\ce{2MoS2 + 7O2 ->[t] 2MoO3 + 4SO2}\) — молибденит.
- \(\ce{Cu2S + O2 ->[t] 2Cu + SO2}\) — «конвертирование»: медь восстанавливается прямо из сульфида.
Сернистый газ обжига — ценное сырьё: его перерабатывают в серную кислоту (урок 120). Раньше он выбрасывался — вокруг медеплавильных заводов (Норильск, Садбери в Канаде) на десятки километров погибала растительность.
boltКислород на обжиг
Считайте кислород на металл (в оксид) и на серу (в \(\ce{SO2}\)) отдельно. Для \(\ce{MS}\) → \(\ce{MO + SO2}\): 0,5 + 1 = 1,5 моль \(\ce{O2}\) на моль сульфида.
push_pinГлавное
\(\ce{H2S}\) — ядовитый газ с запахом тухлых яиц (при высокой концентрации обоняние отключается), слабая двухосновная кислота (\(pK_{a1} = 7{,}0\)) и сильный восстановитель: окисляется до S (\(\ce{I2}\), \(\ce{Fe^3+}\), \(\ce{SO2}\), недостаток \(\ce{O2}\)) или до \(\ce{SO2}\), \(\ce{H2SO4}\) (избыток кислорода, хлор в воде). Сульфиды: растворимые (щелочные металлы, аммоний), разлагаемые водой (\(\ce{Al2S3}\)), растворимые в разбавленных кислотах (\(\ce{FeS}\), \(\ce{ZnS}\), \(\ce{MnS}\)) и нерастворимые в них (\(\ce{CuS}\), \(\ce{PbS}\), \(\ce{HgS}\), \(\ce{Ag2S}\)). Цвета: \(\ce{ZnS}\) белый, \(\ce{CdS}\) жёлтый, \(\ce{MnS}\) розовый, \(\ce{Sb2S3}\) оранжевый, большинство — чёрные. Обжиг: \(\ce{2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.