Решебник по химии 9 класс Габриелян §13

Общая характеристика элементов VIA-группы – халькогенов. Сера

Стр. 73

Вопрос

Стр. 76

Проверьте свои знания

1. Дайте сравнительную характеристику элементов VIA-группы на основании их положения в Периодической системе Д. И. Менделеева.

Элементы VIA-группы (кислород, сера, селен, теллур, полоний и искусственный элемент ливерморий) занимают одно и то же положение в Периодической системе — это шестая группа главной подгруппы. Все они называются халькогенами, что означает «рождающие руду». У них на внешнем энергетическом уровне находится шесть электронов, что определяет их химические свойства. В группе наблюдается постепенное увеличение атомной массы, радиуса атома и уменьшение неметаллических свойств сверху вниз. Так, кислород и сера — типичные неметаллы, селен и теллур — уже менее активны, а полоний обладает металлическими чертами и считается металлом. Элементы образуют летучие водородные соединения, имеют отрицательные степени окисления −2 и положительные от +2 до +6. Химическая активность уменьшается сверху вниз, как и электроотрицательность. Окислительные свойства наиболее выражены у кислорода и серы, а восстановительные — у теллура и полония.

2. Дайте характеристику элемента серы, исходя из положения в Периодической системе и строения атома.

Сера — это элемент VIA-группы, неметалл, расположенный в третьем периоде. Атомный номер серы — 16, следовательно, в ядре серы 16 протонов и 16 электронов. Электронная конфигурация атома: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. На внешнем энергетическом уровне 6 электронов, до завершения восьмиэлектронной оболочки не хватает двух. Поэтому сера способна принимать два электрона и проявлять окислительные свойства, чаще всего в соединениях степень окисления −2. Также возможны степени окисления +2, +4 и +6 (максимальная), если сера отдаёт электроны. В химических свойствах серы это означает, что она может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Атом серы меньше по размеру, чем у элементов ниже по группе, но больше, чем у кислорода. Электроотрицательность серы ниже, чем у кислорода, но выше, чем у теллура.

3. Расскажите о нахождении серы в природе. Как добывают самородную серу? Назовите важнейшие соединения серы и области их применения.

Сера в природе встречается в свободном виде (самородная сера) и в составе соединений — сульфидов и сульфатов. Самородную серу находят в кратерах вулканов, в пустынных районах, в отложениях вблизи нефти и газа. Для её добычи используется метод плавления: в месторождение подают перегретую воду и воздух, и расплавленная сера выталкивается на поверхность. Среди сульфидов важнейшие минералы — сульфиды металлов: ZnS (сфалерит), PbS (галенит), HgS (киноварь), FeS₂ (пирит). Сульфаты представлены такими соединениями, как CaSO₄·2H₂O (гипс), Na₂SO₄·10H₂O (мирабилит). Соединения серы широко применяются: H₂SO₄ — в химической промышленности; сульфиды — в металлургии и при производстве красок; сульфаты — в медицине, строительстве, сельском хозяйстве. Серу используют также в производстве резины (вулканизация), в пестицидах, лекарствах и удобрениях.

4. Охарактеризуйте аллотропные модификации, физические и химические свойства кристаллической серы. Опишите наиболее типичные химические реакции.

Сера существует в нескольких аллотропных модификациях: кристаллическая (ромбическая и моноклинная), пластическая и аморфная. Кристаллическая сера состоит из восьмиатомных колец, молекула обозначается как S₈. Ромбическая сера — наиболее устойчивая форма при обычных условиях, жёлтого цвета, кристаллы лимонно-жёлтые. При нагревании она переходит в моноклинную, а затем — в пластическую серу. Пластическая сера тянется в нити, бурого цвета, нестойкая.

К химическим свойствам серы относят: — Окислительные свойства: (Fe + S → FeS), (2Al + 3S → Al₂S₃), (Hg + S → HgS). — Реакция с водородом: (H₂ + S ⇄ H₂S) — сера проявляет степень окисления −2. — Восстановительные свойства: сера реагирует с сильными окислителями, например: (3S + 6HNO₃ → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O), (S + 2H₂SO₄(конц.) → 3SO₂ + 2H₂O). — Горение серы: (S + O₂ → SO₂), — Реакция с хлором: (S + Cl₂ → SCl₂).

Таким образом, сера — химически активный элемент, способный проявлять разнообразные степени окисления и участвовать в широком спектре реакций.

Стр. 77

Примените свои знания

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) H₂O₂ → O₂ → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → MgSO₄

б) KMnO₄ → O₂ → Li₂O → Li₂S → SO₂

в) S → ZnS → H₂S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → FeSO₄ → BaSO₄

Укажите тип каждой реакции по числу и составу реагентов и образующихся веществ. Для реакций ионного обмена запишите также ионные уравнения реакций. Для окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

а) (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂) — реакция разложения (О.В.Р., H₂O₂ – и восстановитель, и окислитель)

(S + O₂ → SO₂) — соединение (О.В.Р., S — восстановитель, O₂ — окислитель)

(2SO₂ + O₂ → 2SO₃) — соединение (О.В.Р., SO₂ — восстановитель, O₂ — окислитель)

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄) — реакция соединения (не О.В.Р.)

(H₂SO₄ + MgO → MgSO₄ + H₂O) — реакция обмена (не О.В.Р.), ионное уравнение:

(H⁺ + HSO₄⁻ + Mg²⁺ + O²⁻ → Mg²⁺ + SO₄²⁻ + H₂O)

б) (2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂) — разложение (О.В.Р., Mn⁷⁺ → Mn⁴⁺ и Mn⁶⁺)

(4Li + O₂ → 2Li₂O) — соединение (О.В.Р., Li — восстановитель, O₂ — окислитель)

(Li₂O + H₂S → Li₂S + H₂O) — обмен (О.В.Р., H₂S — восстановитель, O — окислитель)

(2Li₂S + 3O₂ → 2Li₂SO₃) — соединение (О.В.Р., S²⁻ → +4 в SO₃²⁻)

в) (S + Zn → ZnS) — соединение (О.В.Р., Zn — восстановитель, S — окислитель)

(ZnS + 2HCl → ZnCl₂ + H₂S) — обмен (О.В.Р., S²⁻ → H₂S, не меняется степень окисления)

(2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O) — О.В.Р., S в H₂S −2 → +4

(2SO₂ + O₂ → 2SO₃) — соединение (О.В.Р.)

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄) — соединение

(H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂) — замещения (О.В.Р., Fe — восстановитель)

(FeSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + FeCl₂) — обмен (не О.В.Р.), ионное уравнение:

(Fe²⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ → BaSO₄↓ + Fe²⁺ + 2Cl⁻)

6. При взаимодействии 3,08 г металла с избытком серы получили 4,2 г сульфида этого металла в степени окисления +2. Какой металл был взят в реакцию?

Пусть масса металла — 3,08 г, масса сульфида — 4,2 г.

Масса серы: (4,2 − 3,08 = 1,12 г).

Найдём количество вещества серы: (n(S) = 1,12 г / 32 г/моль = 0,035 моль)

Значит, столько же моль металла M вступило в реакцию, т.к. M + S → MS (если степень окисления +2, то формула — MS)

Молярная масса металла: (3,08 г / 0,035 моль ≈ 88 г/моль)

Ближайший подходящий элемент — стронций (Sr), Mr = 87,6 г/моль

Ответ: металл — стронций, Sr.

7. Продукт взаимодействия 0,46 г натрия и 0,85 г серы обработали 35 мл воды, полученную смесь профильтровали. Какое вещество оказалось в растворе и какова его массовая доля?

Реакция: (2Na + S → Na₂S)

Найдём количество веществ:

n(Na) = 0,46 г / 23 г/моль = 0,02 моль

n(S) = 0,85 г / 32 г/моль ≈ 0,0266 моль

По уравнению: 2 моль Na реагирует с 1 моль S

0,02 моль Na требует 0,01 моль S → Na в избытке нет, избыток — S

Следовательно, Na — полностью прореагировал, получилось 0,01 моль Na₂S

m(Na₂S) = 0,01 моль × 78 г/моль = 0,78 г

Раствор после фильтрации содержит Na₂S.

Масса раствора ≈ масса воды (35 мл ≈ 35 г) + 0,78 г = 35,78 г

Массовая доля: (w = 0,78 / 35,78 ≈ 0,0218, или 2,18%)

Ответ: в растворе — сульфид натрия (Na₂S), массовая доля ≈ 2,18%.

Стр. 77

Используйте дополнительную информацию

8. Используя дополнительные источники информации, расскажите о происхождении названий и истории открытия халькогенов.

Халькогены — это элементы VIA-группы: кислород (O), сера (S), селен (Se), теллур (Te), полоний (Po) и ливерморий (Lv). Само название «халькогены» происходит от греческого слова chalkos — «руда» и genes — «рождающий», т.е. «рождающие руду». Это название связано с тем, что сера, селен и теллур входят в состав многих руд металлов.

Кислород был открыт в 1774 году английским учёным Джозефом Пристли и независимо от него шведским химиком Карлом Шееле. Название «кислород» происходит от греческих слов oxys — кислый и genes — рождающий, так как сначала считалось, что кислород входит во все кислоты.

Сера известна с древности. Её упоминали ещё древние греки и римляне — использовали для дезинфекции, в медицине и в магических обрядах. Название «сера» имеет латинское происхождение — sulphur.

Селен был открыт в 1817 году шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом, который назвал его в честь Луны — от греческого selene — Луна. Это было сделано по аналогии с теллуром.

Теллур был открыт в 1782 году австрийским минералогом Францем Иозефом Мюллером. Название происходит от латинского слова tellus — Земля.

Полоний открыт Марией Склодовской-Кюри в 1898 году. Название он получил в честь родины учёной — Польши (Polonia).

Ливерморий — искусственный элемент, впервые получен в 2000 году в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне. Назван в честь лаборатории Лоуренса в Ливерморе (США).

9. «Химической энциклопедией» можно назвать роман Жюля Верна «Таинственный остров». Найдите в романе отрывок, в котором упоминается производство одного из соединений серы.

В романе Жюля Верна «Таинственный остров» действительно есть множество научных описаний, и среди них — изготовление серной кислоты (H₂SO₄). Персонажи романа добывают сульфаты и производят серную кислоту, необходимую для создания пороха и стекла. Один из таких отрывков:

«— Из серы можно сделать серную кислоту, — сказал Сайрес Смит. — Это нам необходимо. Мы найдём серу, обожжём её до сернистого ангидрида (SO₂), затем окислим его в триоксид (SO₃), а потом растворим в воде — и получим серную кислоту.»

Этот фрагмент представляет собой последовательность реальных химических превращений:

(S + O₂ → SO₂),

(2SO₂ + O₂ → 2SO₃),

(SO₃ + H₂O → H₂SO₄).

Жюль Верн описал процесс очень точно, благодаря чему роман действительно можно назвать «химической энциклопедией».