Окси́д се́ры (VI) (се́рный ангидри́д, трео́кись се́ры, се́рный га́з) SO3 — высший оксид серы, тип химической связи: ковалентная полярная химическая связь. В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO3.
Находящиеся в газовой фазе молекулы SO3 имеют плоское тригональное строение с симметрией D3h (угол OSO = 120°, d(S-O) = 141 пм.) При переходе в жидкое и кристаллическое состояния образуются циклический тример и зигзагообразные цепи.
Твёрдый SO3 существует в α-, β-, γ- и δ-формах, с температурами плавления соответственно 16,8, 32,5, 62,3 и 95 °C и различающихся по форме кристаллов и степени полимеризации SO3. α-форма SO3 состоит преимущественно из молекул триме́ра. Другие кристаллические формы серного ангидрида состоят из зигзагообразных цепей: изолированных у β-SO3, соединенных в плоские сетки у γ-SO3 или в пространственные структуры у δ-SO3. При охлаждении из пара сначала образуется бесцветная, похожая на лёд, неустойчивая α-форма, которая постепенно переходит в присутствии влаги в устойчивую β-форму — белые «шёлковистые» кристаллы, похожие на асбест. Обратный переход β-формы в α-форму возможен только через газообразное состояние SO3. Обе модификации на воздухе «дымят» (образуются капельки H2SO4) вследствие высокой гигроскопичности SO3. Взаимный переход в другие модификации протекает очень медленно. Разнообразие форм триоксида серы связано со способностью молекул SO3 полимеризоваться благодаря образованию донорно-акцепторных связей. Полимерные структуры SO3 легко переходят друг в друга, и твердый SO3 обычно состоит из смеси различных форм, относительное содержание которых зависит от условий получения серного ангидрида.
Содержание
Получение
Можно получить термическим разложением сульфатов:
или взаимодействием SO2 с озоном:
Для окисления SO2 используют также NO2:
Эта реакция лежит в основе исторически первого, нитрозного способа получения серной кислоты.
Химические свойства
1. Кислотно-основные: SO3 — типичный кислотный оксид, ангидрид серной кислоты. Его химическая активность достаточно велика. При взаимодействии с водой образует серную кислоту:
Однако в данной реакции серная кислота образуется в виде аэрозоли, и поэтому в промышленности оксид серы(VI) растворяют в серной кислоте с образованием олеума, который далее растворяют в воде до образования серной кислоты нужной концентрации.
SO3 растворяется в 100%-й серной кислоте, образуя олеум:
2. Окислительно-восстановительные: SO3 характеризуется сильными окислительными свойствами, восстанавливается, обычно, до сернистого ангидрида:
3. При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорсульфоновая кислота:
Также взаимодействует с двухлористой серой и хлором, образуя тионилхлорид:
Применение
Серный ангидрид используют в основном в производстве серной кислоты.
Окси́д се́ры(VI) (се́рный ангидри́д, трео́кись се́ры, се́рный га́з) SO3 — высший оксид серы, тип химической связи: ковалентная полярная химическая связь. В обычных условиях легколетучая бесцветная жидкость с удушающим запахом. При температурах ниже 16,9 °C застывает с образованием смеси различных кристаллических модификаций твёрдого SO3.
Находящиеся в газовой фазе молекулы SO3 имеют плоское тригональное строение с симметрией D3h (угол OSO = 120°, d(S-O) = 141 пм.) При переходе в жидкое и кристаллическое состояния образуются циклический тример и зигзагообразные цепи.
Твёрдый SO3 существует в α-, β-, γ- и δ-формах, с температурами плавления соответственно 16,8, 32,5, 62,3 и 95 °С и различающихся по форме кристаллов и степени полимеризации SO3. α-форма SO3 состоит преимущественно из молекул тримера. Другие кристаллические формы серного ангидрида состоят из зигзагообразных цепей: изолированных у β-SO3, соединенных в плоские сетки у γ-SO3 или в пространственные структуры у δ-SO3. При охлаждении из пара сначала образуется бесцветная, похожая на лёд, неустойчивая α-форма, которая постепенно переходит в присутствии влаги в устойчивую β-форму — белые «шёлковистые» кристаллы, похожие на асбест. Обратный переход β-формы в α-форму возможен только через газообразное состояние SO3. Обе модификации на воздухе «дымят» (образуются капельки H2SO4) вследствие высокой гигроскопичности SO3. Взаимный переход в другие модификации протекает очень медленно. Разнообразие форм триоксида серы связано со способностью молекул SO3 полимеризоваться благодаря образованию донорно-акцепторных связей. Полимерные структуры SO3 легко переходят друг в друга, и твердый SO3 обычно состоит из смеси различных форм, относительное содержание которых зависит от условий получения серного ангидрида.
Автор текста Анисимова Е.С. Из курса лекций по химии
Оксиды серы: SO2 и SO3
Атомы, элементы 1. В природе есть атомы, а в атомах есть протоны. 2. О. – Атомы с восемью протонами называются атомами кислорода (атомами химического элемента кислород). 3. Не путать атом кислорода с веществом «кислород», которым люди дышат: дышат люди молекулами кислорода, которые состоят из двух атомов кислорода каждая. 4. Атом кислорода обозначается буквой О, а молекула из двух атомов О – это О2. 5. S. – Атомы с 16-тью протонами называются атомами серы (атомами химического элемента сера) и обозначаются буквой S. 6. Атомы с одинаковым числом протонов считаются атомами одного химического элемента. 7. Сера – это химический элемент. Оксиды 8. Атомы кислорода могут соединяться с атомами другого химического элемента. 9. Соединения атомов кислорода с атомами серы называются оксидами серы. 10. Соединение из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О) называется: молекулой оксида водорода или молекулой ВОДЫ. S и 2О = SО2 11. Атом серы (S) может соединиться с двумя атомами кислорода (О). 12. Объединение одного атома серы S и двух атомов О даёт соединение состава SО2. 13. SО2 – это молекула. Формула молекулы. 14. SО2 является газом. В обычных условиях. 15. Вещество, молекулы которого имеют состав (и формулу) SО2, называется сернистым газом или оксидом серы IV. 16. SО2 – это формула молекулы сернистого газа. SО2 и воздух 17. SО2 в атмосфере почти нет в норме. (Очень мало) 18. SО2 выделяется вулканами, заводами и автомобилями. 19. SО2 образуется при сжигании бензина, угля и т.д. Потому что примеси серы есть в угле и бензине. 20. В современной атмосфере SО2 больше, чем сто или тысячу лет назад. 21. Почему сейчас SО2 больше, чем сто лет назад? См. выше. 22. Поступление SО2 в атмосферу приводит к кислотным дождям. 23. Кислотные дожди портят здания, автомобили, памятники – всё созданное людьми. В том числе древние памятники искусства, шедевры архитектуры. 24. Из-за кислотных дождей во многих озёрах не стало рыбки. 25. Из-за кислотных дождей во многих лесах не стало листьев: листва опадает, деревья погибают. 26. Из-за кислотных дождей на многих полях не стало нормальной почвы: почва становится слишком кислой. 27. Из-за кислотных дождей на многих полях снизились урожаи. 28. Снижение урожаев грозит голодом. 29. Кислотные дожди портят леса, поля и озёра и создают угрозу голода. 30. Избавиться от кислотных дождей нужно за счёт снижения выбросов SO2 в атмосферу. 31. SO2 может быть источником серы для промышленности и с/х. 32. В атмосфере SO2 превращается в серную кислоту. (через…) 33. Много SO2 есть в атмосфере Венеры, вокруг неё целые облака из серной кислоты. 34. S и 3О = SО3 35. Атом серы (S) может соединиться с тремя атомами кислорода (О). 36. Объединение одного атома серы S и трёх атомов О даёт соединение состава SО3. 37. SО3 – это молекула. Формула молекулы. 38. SО3 является жидкостью. В обычных условиях. 39. SO3 – это единственный жидкий оксид, кроме воды. 40. Вещество, молекулы которого имеют состав (и формулу) SО3, называется оксидом серы-VI. 41. SО3 – это формула молекулы оксиды серы VI. 42. Контакт молекул SO3 с молекулами воды даёт серную кислоту.
Сернистый газ – это бесцветный газ с резким запахом, ядовит. Тяжелее воздуха более чем в два раза. Хорошо растворяется в воде. При комнатной температуре в одном объёме воды растворяется около 40 объёмов сернистого газа, при этом образуется сернистая кислота H2SO3.
Химические свойства
Сернистый газ – типичный кислотный оксид. Он взаимодействует:
а) с основаниями, образуя два типа солей: кислые (гидросульфиты) и средние (сульфиты):
б) с основными оксидами:
Сернистая кислота существуют только в растворе, относится к двухосновным кислотам. Сернистая кислота обладает всеми общими свойствами кислот.
Окислительно – восстановительные свойства
В окислительно-восстановительных процессах сернистый газ может быть как окислителем, так и восстановителем, потому что атом серы в этом соединении имеет промежуточную степень окисления +4.
Как окислитель SO2 реагирует с более сильными восстановителями, например с сероводородом:
Как восстановитель SO2 реагирует с более сильными окислителями, например с кислородом в присутствии катализатора, с хлором и т.д.:
Получение
1) Сернистый газ образуется при горении серы:
2) В промышленности его получают при обжиге пирита:
3) В лаборатории сернистый газ можно получить:
а) при действии кислот на сульфиты:
б) при взаимодействии концентрированной серной кислоты с тяжелыми металлами:
Применение
Сернистый газ находит широкое применение в текстильной промышленности для отбеливания различных изделий. Кроме того, его используют в сельском хозяйстве для уничтожения вредных микроорганизмов в теплицах и погребах. В больших количествах SO2 идет на получение серной кислоты.
Оксид серы (VI) –SO3(серный ангидрид)
Серный ангидрид SO3 – это бесцветная жидкость, которая при температуре ниже 17 о С превращается в белую кристаллическую массу. Очень хорошо поглощает влагу (гигроскопичен).
Химические свойства
Как типичный кислотный оксид серный ангидрид взаимодействует:
а) с основаниями, образуя два типа солей – кислые (гидросульфиты) и средние (сульфаты):
Особым свойством SO3 является его способность хорошо растворяться в серной кислоте. Раствор SO3 в серной кислоте имеет название олеум.
Оксид серы (VI) характеризуется сильными окислительными свойствами (обычно восстанавливается до SO2):
Получение и применение
Серный ангидрид образуется при окислении сернистого газа:
В чистом виде серный ангидрид практического значения не имеет. Он получается как промежуточный продукт при производстве серной кислоты.
Серная кислотаH2SO4
Упоминания о серной кислоте впервые встречаются у арабских и европейских алхимиков. Ее получали, прокаливая на воздухе железный купорос (FeSO4∙7H2O): 2FeSO4 = Fe2O3 + SO3↑ + SO2↑ либо смесь серы с селитрой: 6KNO3 + 5S = 3K2SO4 + 2SO3↑ + 3N2↑, а выделяющиеся пары серного ангидрида конденсировали. Поглощая влагу, они превращались в олеум. В зависимости от способа приготовления H2SO4 называли купоросным маслом или серным маслом. В 1595 г. алхимик Андреас Либавий установил тождественность обоих веществ.
Долгое время купоросное масло не находило широкого применения. Интерес к нему сильно возрос после того, как в XVIII в. был открыт процесс получения из индиго индигокармина – устойчивого синего красителя. Первую фабрику по производству серной кислоты основали недалеко от Лондона в 1736 г. Процесс осуществляли в свинцовых камерах, на дно которых наливали воду. В верхней части камеры сжигали расплавленную смесь селитры с серой, затем туда запускали воздух. Процедуру повторяли до тех пор, пока на дне ёмкости не образовывалась кислота требуемой концентрации.
В XIX в. способ усовершенствовали: вместо селитры стали использовать азотную кислоту (она при разложении в камере даёт NO2). Чтобы возвращать в систему нитрозные газы были сконструированы специальные башни, которые и дали название всему процессу – башенный процесс. Заводы, работающие по башенному методу, существуют и в наше время.
Серная кислота
Серная кислота – это тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична; хорошо растворяется в воде. При растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла, поэтому ее надо осторожно приливать в воду (а не наоборот!) и перемешивать раствор.
Раствор серной кислоты в воде с содержанием H2SO4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, а раствор более 70% — концентрированной серной кислотой.
Химические свойства
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. Она реагирует:
Процесс взаимодействия ионов Ва 2+ с сульфат-ионами SO4 2+ приводит к образованию белого нерастворимого осадка BaSO4. Это качественная реакция на сульфат-ион.
Окислительно – восстановительные свойства
В разбавленной серной кислоте растворяются металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся до водорода. При этом образуются сульфаты металлов и выделяется водород:
Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода, не реагируют с разбавленной серной кислотой:
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она окисляет многие металлы, неметаллы и некоторые органические вещества.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода (Cu, Ag, Hg), образуются сульфаты металлов, а также продукт восстановления серной кислоты – SO2.
Реакция серной кислоты с цинком
Более активными металлами (Zn, Al, Mg) концентрированная серная кислота может восстанавливаться до свободной серы или сероводорода. Например, при взаимодействии серной кислоты с цинком, магнием, алюминием в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут образовываться различные продукты восстановления серной кислоты – SO2, S, H2S:
На холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы, например алюминий и железо, поэтому ее перевозят в железных цистернах:
Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы (серу, углерод и др.), восстанавливаясь до оксида серы (IV) SO2:
Получение и применение
Реакция серной кислоты с сахаром
В промышленности серную кислоту получают контактным способом. Процесс получения происходит в три стадии:
Полученный олеум перевозят в железных цистернах. Из олеума получают серную кислоту нужной концентрации, приливая его в воду. Это можно выразить схемой:
Серная кислота находит разнообразное применение в самых различных областях народного хозяйства. Ее используют для осушки газов, в производстве других кислот, для получения удобрений, различных красителей и лекарственных средств.
Соли серной кислоты
Железный купорос
Большинство сульфатов хорошо растворимы в воде (малорастворим CaSO4, еще менее PbSO4 и практически нерастворим BaSO4). Некоторые сульфаты, содержащие кристаллизационную воду, называются купоросами:
CuSO4 ∙ 5H2O медный купорос
FeSO4 ∙ 7H2O железный купорос
Соли серной кислоты имеют все общие свойства солей. Особенным является их отношение к нагреванию.
Сульфаты активных металлов (Na, K, Ba) не разлагаются даже при 1000 о С, а других (Cu, Al, Fe) – распадаются при небольшом нагревании на оксид металла и SO3:
Серная кислота
Реакция серной кислоты с цинком
Реакция серной кислоты с сахаром
Железный купорос