Физические свойства кристаллической серы. Потребность организма в сере. Получение ромбической серы

а) В пробирку, укрепленную в держателе, насыпать до поло­вины ее объема кусочков черенковой серы и очень осторожно нагревать, все время встряхивая. Сера начнет плавиться, образуя желтую подвижную жидкость. Выше 160° жид­кость темнеет, а при 200° становится темнокоричневой и настоль­ко вязкой, что не выливается из пробирки. Выше 250° вязкость снова Уменьшается и при 400° сера превращается в легкопод­вижную жидкость темнокоричневого цвета, которая при 444,5°закипает, образуя оранжево-желтые пары. Объяснить изменения, происходящие при нагревании расплавленной серы.

б) Вылить кипящую серу тонкой струей в стакан с холодной водой. Если сера вспыхнет, следует после выливания прикрыть отверстие пробирки крышкой от тигля или куском асбеста. До­стать из воды полученную массу и убедиться в ее пластичности. Сохранить образовавшуюся пластическую серу, чтобы просле­дить переход аморфной формы в кристаллическую.

Получение ромбической серы

Поместить в пробирку 2-3 кусочка черенковой серы величи­ной с горошину, прибавить 2 мл сероуглерода и, встряхивая, рас­творить серу. Сероуглерод - легкогорючая жидкость, и все ра­боты с ним нужно проводить вдали от огня. Несколько капель полученного раствора вылить на часовое стекло. Дать испарить­ся сероуглероду и наблюдать выделение ромбических кристаллов серы.

3)Возгонка красного фосфора

В пробирку положить немного красного фосфора, закрыть ее ватой и, закрепив горизонтально в штативе, слегка нагре­вать пламенем горелки. Красный фосфор испаряется, и на хо­лодных частях пробирки осаждается налет белого. Опыт про­изводить осторожно, все время следить за тем, чтобы пары фосфора при выходе из пробирки не загорались.

4) Горение фосфора под водой

а) Кусочек белого фосфора положить в стакан с водой и нагреть воду до 60-70°. Затем пропустить из газометра сла­бый ток кислорода, держа отводную трубку так, чтобы она касалась фосфора. Последний загорается. Написать уравнение реакция.

б) Проделать то же самое, заменив белый фосфор красным. Красный фосфор не горит под водой.

1. Фосфорный ангидрид и его свойства

(Работа производится под тягой)

В фарфоровую чашку (или на крышку тигля), поставленную на асбестированную сетку, положить 0,4-0,5 г красного фос­фора. Над чашкой на небольшом расстоянии (около 0,5 см) от сетки укрепить сухую воронку. Зажечь фосфор накаленной стеклянной палочкой. На стенках воронки осаждается фосфор­ный ангидрид, образующийся при горении фосфора, в виде белой, похожей на сиег кристаллической массы.

Когда весь фосфор сгорит, вложить воронку в кольцо шта­тива и оставить на некоторое время. Фосфорный ангидрид очень быстро расплывается. На какое свойство Р 2 О 5 указывает это явление?

2. Получение фосфорных кислот

а) Фосфорный ангидрид, полученный в предыдущем опыте, смыть дестиллированной водой со стенок воронки в пробирку. Когда раствор сделается прозрачным, отлить его немного в другую пробирку и добавить в последнюю избыток раствора AgN0 3 . Образуется белый осадок AgP0 3 . Написать уравнения реакций.

б) Оставшуюся часть раствора Н 3 РО 4 вылить в стакан, до­бавить 10-15 мл воды и 1-2 мл концентрированной HNO 3

3. Действие щелочных металлов на воду

(Работа производится за стеклом вытяжного шкафа!)

Взять три фарфоровые чашки с водой. Отрезать ножом по маленькому кусочку лития, натрия и калия, обсушив их фильтровальной бумагой, бросить в воду: в одну чашку -ли­тий, в другую - натрий, в третью - калий. Наблюдать за хо­дом реакции через стекло вытяжного шкафа. Защита стеклом необходима ввиду разбрызгивания, имеющего место при конце реакций. Отметить, что наиболее энергично с водой реагирует калий, а наименее энергично - литий. Испытать лакмусом или фенолфталеином полученные растворы. Написать уравнений реакций.

Получение калийной селитры

В стаканчик, содержащий 20 мл воды, внести 7,5 г КС1 и растворить при нагревании; затем добавить 8,5 г измельчен­ного NaN03. Содержимое стаканчика кипятить в течение не­скольких минут, после чего быстро отфильтровать жидкость от образовавшегося осадка NaCl, пользуясь укороченной стек­лянной воронкой (с отрезанной трубкой). Дать раствору охла­диться и наблюдать выделение кристаллов KN0 3 . Отделитькристаллы путем декантации маточного раствора и высушить их между листами фильтровальной бумаги.Объяснить явления, наблюдаемые при опыте, исходя из растворимости солей, которые могут образоваться в растворе

5. Реакция открытия ионов Na - и К"

а) Налить в пробирку нейтральный раствор какой-нибудь соли натрия и добавить нахолоду крепкий (лучше свежепри­готовленный) раствор кислого пиросурьмянокислого калия K 2 H 2 Sb 2 0 7 . Наблюдать выпадение белого кристаллического осадка Na 2 H 2 Sb 2 0 7 . В случае надобности выпадение осадка можно ускорить трением стеклянной палочки о стенки пробир­ки. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

б) К нейтральному раствору какой-нибудь калиевой соли прилить раствор кислого виннокислого натрия NaHC4H 4 0 6 и взболтать. Наблюдать выпадение белого кристаллического осадка КНС4Н4О6. Написать уравнение реакции в молекуляр­ной и ионной формах.

Вопросы

1. Что общего в процессах горения натрия в хлоре, взаимодействия натрия с водой и взаимодействия натрия с серной кислотой?

2. Какие из нижеследующих солей калия будут подвергаться замет­ному гидролизу: КС1, KNO3, K 2 S, К 2 СОз, СН 3 СООК?

3. Почему пластическая сера полностью не растворяется в серо­углероде?

4. Как можно удалить сероводород из смеси газов?

5. Можно ли применять азотную кислоту для получения сероводорода из его солей?

6. Почему сероводород является восстановителем и не проявляет окислительных свойств?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Пластическая сера - это одна из аллотропных модификаций химического элемента серы, а именно ее существование в виде простого вещества в аморфном состоянии.

Пластическая сера представляет собой замкнутые или открытые цепи соединяющейся между собой серы. Это вещество коричневого цвета (рис. 1), получаемое при резком охлаждении расплава серы. Через несколько часов после получения пластическая сера становится хрупкой и приобретает желтый цвет постепенно превращаясь в ромбическую модификацию.

Рис. 1. Пластическая сера. Внешний вид.

Химическая формула пластической серы

Химическая формула пластической серы может иметь вид S 4 или S 6 . Она показывает, что в составе молекулы этого вещества находится четыре или шесть атомов серы (Ar = 32 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу пластической серы:

Mr(S 4) = 4×Ar(S) = 4×32 = 128;

Mr(S 6) = 6×Ar(S) = 6×32 = 192.

Структурная (графическая) формула пластической серы

Более наглядной является структурная (графическая) формула пластической серы. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы. Структурная формула белого фосфора имеет вид:

Электронная формула

Электронная формула пластической серы показывает распределение электронов в атоме по энергетическим подуровням:

16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .

Она также показывает, что сера относится к элементам р-семейства, а также число валентных электронов — на внешнем энергетическом уровне находится 6 электронов (3s 2 3p 4).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 10 массовых частей кальция, 7 массовых частей азота и 24 массовых части кислорода.
Решение	Найдем молярные массы кальция азота и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Ca)= 40 г/моль, М(N) = 14 г/моль, а М(О) = 16 г/моль. n (Ca) = m (Ca) / M (Ca); n (Ca) = 10 / 40 = 0,25 моль. n (N) = m (N) / M (N); n (N) = 7 / 14 = 0,5 моль. n (O) = m (O) / M (O); n (O) = 24 / 16 = 1,5 моль. Найдем мольное отношение: n(Ca) :n(N): n (O) = 0,25: 0,5: 1,5= 1: 2: 6, т.е. формула соединения кальция азота и кислорода имеет вид CaN 2 O 6 или Ca(NO 3) 2 .Это нитрат кальция.
Ответ	Ca(NO 3) 2

ПРИМЕР 2

Задание	В фосфиде кальция массой 3,62 г содержится 2,4 г кальция.Определите формулу этого соединения.
Решение	Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу: Найдем молярные массы кальция и фосфора (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Ca)= 40 г/моль, а М(P) = 31 г/моль. Определим массу фосфора в составе фосфида кальция: m(P) = m (Ca x P y) - m(Ca); m(P) = 3,62 - 2,4 = 1,22 г. Тогда, количество вещества этих элементов равно: n (Ca) = m (Ca) / M (Ca); n (Ca) = 2,4 / 40 = 0,06 моль. n (P) = m (P) / M (P); n (P) = 1,22 / 31 = 0,04 моль. Найдем мольное отношение: n(Ca) :n(P)= 0,06: 0,04 = 1,5: 1 = 3: 2, т.е. формула фосфида кальция имеет вид Ca 3 P 2 .
Ответ	Ca 3 P 2

Cера в природе

Самородная сера

Украина, Поволжье, Центральная Азия и др

Сульфиды

PbS - свинцовый блеск

Cu 2 S – медный блеск

ZnS – цинковая обманка

FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото

H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе)

Белки

Волосы, кожные покровы, ногти…

Сульфаты

CaSO 4 x 2 H 2 O - гипс

MgSO 4 x 7 H 2 O – горькая соль (английская)

Na 2 SO 4 x 10 H 2 O – глауберова соль (мирабилит)

Физические свойства

Твердое кристаллическое вещество желтого цвета , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t ° кип = 445°С

Аллотропия

Для серы характерны несколько аллотропных модификаций:

Ромбическая (a - сера) - S 8 t ° пл. = 113° C ; ρ = 2,07 г/см 3 . Наиболее устойчивая модификация.	Моноклинная (b - сера) - S 8 темно-желтые иглы, t ° пл. = 119° C ; ρ = 1,96 г/см3. Устойчивая при температуре более96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.	Пластическая S n коричневая резиноподобная (аморфная) масса.Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую.
		c остальными металлами (кроме Au , Pt ) - при повышенной t ° : 2Al + 3S – t ° -> Al 2 S 3 Zn + S – t °-> ZnS ОПЫТ Cu + S – t °-> CuS ОПЫТ 2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения: H 2 + S -> H 2 S 2P + 3S -> P 2 S 3 C + 2S -> CS 2	1) c кислородом: S + O 2 – t ° -> S +4 O 2 2S + 3O 2 – t ° ; pt -> 2S +6 O 3 2) c галогенами (кроме йода): S + Cl 2 -> S +2 Cl 2 3) c кислотами - окислителями: S + 2H 2 SO 4 (конц) -> 3S +4 O 2 + 2H 2 O S + 6HNO 3 (конц) -> H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O Применение Вулканизация каучука, получение эбонита, производство спичек, пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний), для получения серной кислоты и т.д. Применение серы и её соединений ЗАДАНИЯ №1. Закончите уравнения реакций: S + O 2 S + Na S + H 2 Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель. №2. Осуществите превращения по схеме: H 2 S → S → Al 2 S 3 → Al(OH) 3 №3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя): Al + S =(при нагревании) S + H 2 = (150-200) S + O 2 = (при нагревании) S + F 2 = (при обычных условиях) S + H 2 SO 4 (к) = S + KOH = S + HNO 3 = Это интересно... Содержание серы в организме человека массой 70 кг - 140 г. В сутки человеку необходимо 1 г серы. Серой богаты горох, фасоль, овсяные хлопья, пшеница, мясо, рыба, плоды и сок манго. Сера входит в состав гормонов, витаминов, белков, она есть в хрящевой ткани, в волосах, ногтях. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос. Следите за своим здоровьем! Знаете ли вы... ·Соединения серы могут служить лекарственными препаратами ·Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 используется для борьбы с нею ·Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO 4 ×7H 2 O и CuSO 4 ×5H 2 O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства ·Железный купорос FeSO 4 ×7H 2 O используют при анемии ·BaSO 4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника ·Алюмокалиевые квасцы KAI(SO 4) 2 ×12H 2 O - кровоостанавливающее средство при порезах ·Минерал Na 2 SO 4 ×10H 2 O носит название «глауберова соль» в честь открывшего его в VIII веке немецкого химика Глаубера И.Р. Глаубер во время своего путешествия внезапно заболел. Он ничего не мог есть, желудок отказывался принимать пищу. Один из местных жителей направил его к источнику. Как только он выпил горькую соленую воду, сразу стал есть. Глаубер исследовал эту воду, из нее выкристаллизовалась соль Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчато- бумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла ·Тысячелистник обладает повышенной способностью извлекать из почвы серу и стимулировать поглощение этого элемента с соседними растениями ·Чеснок выделяет вещество – альбуцид, едкое соединение серы. Это вещество предотвращает раковые заболевания, замедляет старение, предупреждает сердечные заболевания.

СЕРА , S (sulfur ), неметаллический химический элемент, член семейства халькогенов (O, S, Se, Te и Po ) - IVA подгруппы периодической системы элементов. C ера, как и многие ее применения, известны с далекой древности. А.Лавуазье утверждал, что сера - это элемент. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти. Применение . Около половины ежегодного потребления серы идет на производство таких промышленных химических продуктов, как серная кислота, диоксид серы и дисульфид углерода (сероуглерод). Кроме того, сера широко используется в производстве инсектицидов, спичек, удобрений, взрывчатых веществ, бумаги, полимеров, красок и красителей, при вулканизации каучука. Ведущее место в добыче серы занимают США, страны СНГ и Канада. Распространенность в природе . Сера встречается в свободном состоянии (самородная сера). Кроме того, имеются огромные запасы серы в виде сульфидных руд, прежде всего руд свинца (свинцовый блеск), цинка (цинковая обманка), меди (медный блеск) и железа (пирит). При извлечении металлов из этих руд освобождаются от серы обычно обжигом в присутствии кислорода, при этом образуется диоксид серы(IV), который часто выбрасывается в атмосферу без использования. Кроме сульфидных руд достаточно много серы встречается в виде сульфатов, например, сульфата кальция (гипс), сульфата бария (барит). В морской воде и многих минеральных водах присутствуют растворимые в воде сульфаты магния и натрия. В некоторых минеральных водах встречается сульфид водорода (сероводород). В промышленности серу можно получать как побочный продукт процессов в плавильных, коксовых печах, при нефтепереработке, из топочных или природных газов. Из природных подземных отложений серу добывают, расплавляя ее перегретой водой и доставляя на поверхность сжатым воздухом и насосами. Во фраш-процессе извлечения серы из сероносных отложений на установке в виде концентрических труб, запатентованной Г.Фрашем в 1891, сера получается чистотой до 99,5%. Свойства . Сера имеет вид желтого порошка или хрупкой кристаллической массы без запаха и вкуса и нерастворима в воде. Для серы характерны несколько аллотропных модификаций. Наиболее известны следующие: кристаллическая сера - ромбическая (самородная сера, a -S) и моноклинная (призматическая сера, b -S); аморфная - коллоидная (серное молоко) и пластическая; промежуточная аморфно-кристаллическая - сублимированная (серный цвет).

СВОЙСТВА СЕРЫ Серная кислота - один из важнейших продуктов химической промышленности (производящей щелочи, кислоты, соли, минеральные удобрения, хлор). Ее получают главным образом контактным или башенным способом по принципиальной схеме: Б льшая часть получаемой кислоты идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония). Серная кислота служит исходным сырьем для получения солей и других кислот, для синтеза органических веществ, искусственных волокон, для очистки керосина, нефтяных масел, бензола, толоуола, при изготовлении красок, травлении черных металлов, в гидрометаллургии урана и некоторых цветных металлов, для получения моющих и лекарственных средств, как электролит в свинцовых аккумуляторах и как осушитель. Тиосерная кислота H 2 S 2 O 3 структурно аналогична серной кислоте за исключением замены одного кислорода на атом серы. Наиболее важным производным кислоты является тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 - бесцветные кристаллы, образующиеся при кипячении сульфита натрия Na 2 SO 3 с серным цветом. Тиосульфат (или гипосульфит ) натрия используется в фотографии как закрепитель (фиксаж). Сульфонал (CH 3 ) 2 C(SO 2 C 2 H 5 ) 2 - белое кристаллическое вещество, без запаха, слабо растворимое в воде, является наркотиком и используется как седативное и снотворное средство. Сульфид водорода H 2 S (сероводород ) - бесцветный газ с резким неприятным запахом тухлых яиц. Он несколько тяжелее воздуха (плотность 1,189 г/дм 3 ), легко сжижается в бесцветную жидкость и хорошо растворим в воде. Раствор в воде является слабой кислотой с рН ~ 4. Жидкий сероводород используют как растворитель. Раствор и газ широко применяют в качественном анализе для отделения и определения многих металлов. Вдыхание незначительного количества сероводорода вызывает головную боль и тошноту, большие количества или непрерывное вдыхание сероводорода вызывают паралич нервной системы, сердца и легких. Паралич наступает неожиданно, в результате нарушения жизненных функций организма. Монохлорид серы S 2 Cl 2 - дымящая масляная жидкость янтарного цвета с едким запахом, слезоточивая и затрудняющая дыхание. Она дымит во влажном воздухе и разлагается водой, но растворима в сероуглероде. Монохлорид серы - хороший растворитель для серы, иода, галогенидов металлов и органических соединений. Монохлорид используется для вулканизации каучука, в производстве типографской краски и инсектицидов. При реакции с этиленом образуется летучая жидкость, известная как горчичный газ (ClC 2 H 4 ) 2 S - токсичное соединение, используемое как боевое химическое отравляющее вещество раздражающего действия. Дисульфид углерода CS 2 (сероуглерод ) - бледножелтая жидкость, ядовитая и легко воспламеняющаяся. CS 2 получают синтезом из элементов в электрической печи. Вещество нерастворимо в воде, имеет высокий коэффициент светопреломления, высокое давление паров, низкую температуру кипения (46 ° C). Сероуглерод - эффективный растворитель жиров, масел, каучука и резин - широко используют для экстракции масел, в производстве искусственного шелка, лаков, резиновых клеев и спичек, уничтожения амбарных долгоносиков и одежной моли, для дезинфекции почв. См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ . ЛИТЕРАТУРА Справочник сернокислотчика . М., 1971 Бусев А.И., Симонова Л.Н. Аналитическая химия серы . М., 1975