Кислородосодержащие соединения серы

 

431. Как получают и где используют оксид серы (IV)? Какое строение имеет молекула этого вещества и как возникает в ней химическая связь между атомами? Покажите уравнениями реакций основно-кислотные и окислительно-восстановительные свойства этого соединения.

 

432. В промышленности оксид серы (VI) получают каталитическим окислением оксида серы (IV). Вычислите термодинамические параметры этой реакции и температурный интервал, в котором она возможна.

 

433. Какие катализаторы используются в контактном и в нитрозном методах получения серной кислоты? Какая масса серы содержится в одной тонне товарной серной кислоты (w = 96 %), какой объем газообразного оксида серы (VI) затрачивается на получение одной тонны такой кислоты?

 

434. Вычислите, какая масса пирита потребуется для получения одной тонны 92 %-ной серной кислоты, если: 1) содержание FeS₂ в пирите 90 %; 2) степень обжига пирита составляет 95 %; 3) степень окисления SO₂ до SO₃ равна 98 %;
4) степень превращения SO₃ в Н₂SO₄ равна 100 %.

 

435. Из 100 т пирита с содержанием серы 50 % получили 150 т 96 %-й серной кислоты. Определите выход кислоты.

 

436. Какая масса пирита, содержащего 45 % серы, требуется для получения одной тонны безводной H₂SO₄, если потери серы в производстве составляют 5 %?

 

437. Завод ежесуточно потребляет 100 т серы, содержащей 4 % примесей. Какую массу олеума с содержанием 20 % SO₃ он выпускает ежесуточно, если выход готового продукта составляет 95 % от теоретического?

 

438. Вычислите тепловой эффект реакции: SO₃ + H₂O = H₂SO₄. Почему выделение тепла в этой реакции осложняет получение серной кислоты в промышленности? Чем поглощают SO₃, как называют образующийся продукт, как из него получают серную кислоту?

 

439. Какова причина осушающего и водоотнимающего действия концентрированной серной кислоты и большого тепловыделения при её растворении в воде? Какие из указанных газов можно, а какие нельзя осушать концентрированной серной кислотой: H₂, O₂, N₂, NH₃, H₂S, HCl, HBr, CH₄, Cl₂?

440. Почему ёмкости с концентрированной серной кислотой нельзя оставлять открытыми? В колбе содержится 920 г 96 %-й H₂SO₄ (r = 1,84). При хранении в открытом виде на воздухе её масса через некоторое время увеличилась до 1000 г. Почему увеличилась масса кислоты? Чему равна массовая доля H₂SO₄ в новом растворе?

 

441. Сколько граммов растворённого вещества содержат: 1) 100 мл 60%-й серной кислоты (r = 1,50); 2) 400 мл 0,7 н. серной кислоты; 3) 250 мл 2 М серной кислоты?

 

442. Вычислите эквивалентную концентрацию: 1) 12%-й серной кислоты
(плотность r = 1,08); 2) 0,4 М серной кислоты.

 

443. Определите эквивалентную концентрацию и массовую долю серной кислоты в 6 М растворе, плотность которого 1340 кг/м³

 

444. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, моляльность и титр: 1) 4,0%-й серной кислоты (r = 1,025); 2) 96%-й серной кислоты (r = 1,84).

 

445. В 1018 мл воды растворили 80 г серного ангидрида. Вычислите все известные виды концентраций полученной серной кислоты.

 

446. Какой объём 50%-й серной кислоты (r = 1,40) потребуется для приготовления 500 мл 1 М и 1 н. растворов?

 

447. Какой объём 0,5 н. серной кислоты можно приготовить из 100 мл 75%-й серной кислоты (r = 1,675)?

 

448. Какой объём 30%-й серной кислоты (r = 1220 кг/м³) необходимо для приготовления: 1) 200 мл 2 М раствора; 2) 100 мл 1 н. раствора?

 

449. В одном литре воды растворили 56 л SO₃ (н.у.). Чему равны моляльность и массовая доля полученного раствора?

 

450. Какую массу оксида серы (VI) необходимо растворить в 100 г 96%-ной серной кислоты для получения 100%-й H₂SO₄?

 

451. Необходимо нейтрализовать 50 мл 0,1 н. раствора КOH. Какой объём для этого потребуется: 1) 0,1 н. H₂SO₄; 2) 0,1 М H₂SO₄?

 

452. Какой объём 0,4 н. серной кислоты будет израсходован на нейтрализацию 800 мл 0,25 н. раствора NaOH?

 

453. Смешали 800 мл воды и 200 мл 85%-й серной кислоты (r = 1,78). Чему равна массовая доля H₂SO₄ в полученном растворе? Какое правило и почему необходимо соблюдать при смешивании серной кислоты с водой?

 

454. Один литр воды смешали с 500 мл 70%-й H₂SO₄ (r = 1,67). Чему равна массовая доля и молярная концентрация полученного раствора? Какое правило и почему необходимо соблюдать при смешивании серной кислоты с водой?

 

455. С каким объёмом воды надо смешать 200 мл 20%-й серной кислоты
(r = 1,14), чтобы получить 15%-й раствор? Какое правило и почему необходимо соблюдать при смешивании серной кислоты с водой?

 

456. С каким объёмом воды необходимо смешать 0,5 л 80%-й серной кислоты (r = 1730 кг/м³), чтобы получить 15%-й раствор? Какое правило и почему необходимо соблюдать при смешивании серной кислоты с водой?

 

457. Определите массовую долю и молярную концентрацию раствора, который образуется при смешивании 100 мл 30%-й H₂SO₄ (r = 1,22) и 150 мл 15%-й H₂SO₄ (r = 1,10).

 

458. Смешали 200 мл 1,2 М раствора и 150 мл 0,1 М раствора серной кислоты. Определите молярную концентрацию полученного раствора.

 

459. Из 5 л 26%-й серной кислоты (r = 1,19) необходимо приготовить 20%-й раствор. Какой объём воды потребуется для этой цели?

 

460. Какое количество H₂SO₄ содержится в одном килограмме 98%-й серной кислоты? Сколько литров одномолярной H₂SO₄ можно приготовить из 1 кг 98%-й серной кислоты? Какое правило и почему необходимо соблюдать при смешивании серной кислоты с водой?

 

461. Опишите взаимодействие разбавленной и концентрированной серной кислоты с металлами. Концентрированную серную кислоту и олеум перевозят в стальных цистернах и хранят в ёмкостях из обычной стали. Почему при этом не происходит взаимодейстие с железом? Почему для этих целей нельзя использовать медные и свинцовые ёмкости? Что произойдёт, если в стальную ёмкость с олеумом попадёт вода?

 

462. Как можно аргументировать утверждение о том, что концентрированная серная кислота является окислителем за счет атома серы (+6), а разбавленная – за счет атома водорода (+1). Напишите уравнения реакций:

 

1) Mg + H2SO4(разб) =	3) Pb + H2SO4(конц) =
2) Mg + H2SO4(конц) =	4) Ag + H2SO4(конц) =

 

463. Опишите строение SO₄^2–-ионов и молекул H₂SO₄ и объясните различие окислительных свойств сульфатов, разбавленной серной кислоты и концентрированной H₂SO₄. Напишите уравнения реакций:

 

1) Zn + H₂SO₄(разб) = 2) Zn + H₂SO₄(конц) = 3) Zn + FeSO₄(раствор) =

 

464. В окислительно-восстановительных реакциях серная кислота может восстанавливаться по полуреакциям:

 

SO₄^2- + 4H⁺ + 2e = SO₂ + 2H₂O; jº = 0,17 В

 

SO₄^2- + 8H⁺ + 6e = S + 4H₂O; jº = 0,36 В

 

SO₄^2- + 10H⁺ + 8e = H₂S + 4H₂O; jº = 0,30 В

 

Почему при взаимодействии концентрированной H₂SO₄ с металлами образуются не более вероятные продукты (сера или сероводород), а наименее вероятный – SO₂? Какой объём этого газа образуется при взаимодействии 10 г меди с избытком концентрированной серной кислоты?

 

465. Почему, несмотря на небольшое значение окислительно-восстано-вительного потенциала полурекции

 

SO₄^2- + 4H⁺ + 2e = SO₂ + 2H₂O; jº = 0,17 В,

 

концентрированная серная кислота окисляет все металлы, кроме благородных?
В 100 мл 60%-й H₂SO₄ (r = 1610 кг/м³) внесли один грамм серебра. Вычислите:
1) массу образовавшегося сульфата серебра; 2) объём выделившегося SO₂ (н.у.); 3) массовую долю H₂SO₄ в растворе после реакции.

 

466. Какая масса железа потребуется для его взаимодействия с разбавленной серной кислотой, чтобы выделившимся водородом провести восстановление до металла 23,15 г Fe₃O₄? Иметь в виду, что выход реакции восстановления равен 50 %.

 

467. Напишите уравнения реакций концентрированной серной кислоты с неметаллами – углеродом, фосфором, серой. Какой объём SO₂ образуется при сжигании 32 г серы и при взаимодействии такой же массы серы с концентрированной серной кислотой?

 

468. Какая масса оксида фосфора (III) взаимодействовала с избытком концентрированной серной кислоты, если при этом выделилась 112 л SO₂?

 

469. При взаимодействии твердого иодида калия с концентрированной серной кислотой образуются различные продукты окисления иода(–1) и восстановления серы(+6). Укажите возможно бóльшее число таких продуктов и условия их преимущественного образования. Напишите уравнения реакций; какая из них термодинамически наиболее вероятна?

 

470. Самыми крупными потребителями серной кислоты являются производства минеральных удобрений. Какие удобрения получают с использованием серной кислоты? Какая масса H₂SO₄ (в чистом виде) расходуется на получение одной тонны суперфосфата и сульфата аммония?

 

471. Автомобильные аккумуляторы «заправляют» серной кислотой с плотностью 1,28. Чему равна массовая доля H₂SO₄ в такой кислоте? В каком соотношении смешиваются 96%-я H₂SO₄ (r = 1,84) и вода при приготовлении аккумуляторной серной кислоты? Какой объём 96%-й H₂SO₄ требуется для приготовления
300 л аккумуляторной серной кислоты?

472. Почему серная кислота образует два ряда солей (сульфаты и гидросульфаты)? Какая соль образуется при взаимодействии: 1) 98 г H₂SO₄ c 80 г NaOH;
2) 49 г H₂SO₄ с 28 г KOH; 3) 223,1 мл 36%-й H₂SO₄ (r = 1,22) с 425,5 мл 16%-го раствора NaOH (r = 1,175)?

 

473. Почему большинство солей – сульфатов выделяется из растворов в виде кристаллогидратов? При нагревании одного из таких кристаллогидратов, образованного двухвалентным металлом, его масса уменьшилась с 5,5 г до 3,0 г. Безводный остаток (3,0 г) был растворен в воде и действием щелочи из него образовалось 1,8 г малорастворимого гидроксида. Определите формулу кристаллогидрата.

 

474. Растворимость сульфата натрия при 0 ºС составляет 4,5 г/100 г H₂O, а при 40 ºС – 48,4 г/100 г H₂O. Какой объём воды потребуется для растворения 800 г Na₂SO₄ при 40 ºС и какая масса соли выпадает в осадок при охлаждении этого раствора до 0 ºС?

 

475. Произведение растворимости сульфата лантана равно 2,5∙10^–5. Образуется ли эта соль при смешивании одинаковых объёмов: 1) 0,2 М раствора La(NO₃)₃ c 0,2 М раствором K₂SO₄; 2) 0,2 М раствора La(NO₃)₃ с 2 М раствором K₂SO₄?

 

476. Расположите в ряд по уменьшению растворимости сульфаты: BaSO₄, K₂SO₄, Ag₂SO₄, CaSO₄, Na₂SO₄. Приведите данные о растворимости солей при 20 ºС, вычислив концентрацию их насыщенных растворов в массовых процентах.

 

477. Сульфаты подразделяются на две группы: разлагающиеся при температуре выше 1000 ºС и ниже этой температуры. Разделите данные соли на эти группы: CuSO₄, BaSO₄, K₂SO₄, Al₂(SO₄)₃, FeSO₄ и Ag₂SO₄. Разделение объясните. Для одного из сульфатов вычислите температуру, при которой термодинамически возможно его разложение на оксид металла и оксид серы (VI).

 

478. Вычислите температуру, при которой равновесие данных реакций смещено в сторону образования продуктов:

 

1) H2SO4 D H2O + SO3	3) MgSO4 D MgO + SO3
2) ZnSO4 D ZnO + SO3	4) Na2SO4 D Na2O + SO3

 

и объясните результаты вычислений.

 

479. Как проще всего можно получить сульфат натрия, пентагидрат сульфата меди (II) и сульфат аммония? Какой объём NH₃ (н.у.) необходимо пропустить через один литр 20%-й серной кислоты (r = 1,14) для её полного превращения в сульфат аммония? Чему будут равны: 1) масса полученного раствора; 2) масса сульфата аммония в растворе; 3) массовая доля сульфата аммония в растворе?

 

480. Напишите молекулярные и ионные уравнения гидролиза сульфатов аммония, цинка и алюминия. Для сульфата аммония вычислите: 1) константу гидролиза; 2) степень гидролиза в одномолярном растворе; 3) водородный показатель одномолярного раствора.

481. Опишите состав, строение и свойства тиосерной кислоты и тиосульфата натрия. Как и с какой целью получают тиосульфат натрия, чем обусловлены его восстановительные свойства? Напишите уравнения реакций Na₂S₂O₃ с перманганатом калия, галогенами (Cl₂, Br₂, I₂) и его разложения при нагревании.

 

482. При взаимодействии раствора тиосульфата натрия с серной кислотой при 20 ºС реакция продолжалась 90 с, а при 50 ºС – 15 с. Напишите уравнение реакции и вычислите её энергию активации.

 

483. Четыре соли – Na₂SO₄, Na₂SO₃, Na₂S и Na₂S₂O₃ можно идентифицировать с помощью одного реактива. Какой это реактив и почему с его помощью идентифицируются данные соли? Напишите уравнения реакций.

 

484. В каком количественном и массовом соотношениях необходимо смешивать безводную серную кислоту и SO₃, чтобы получаемый продукт можно было бы рассматривать как новое вещество? Приведите формулу и название этого вещества, изобразите геометрическое строение молекулы. Напишите название продукта, который образуется при смешивании безводной серной кислоты с любым количеством SO₃.

 

485. Выразите в общем виде состав всех политионовых кислот и укажите способы их получения. Напишите обычные и структурные формулы дитионовой, тритионовой и тетратионовой кислот, приведите примеры их солей. Напишите уравнения реакций разложения дитионата бария и тетратионата натрия при нагревании.

 

486. Опишите состав, получение и применение пероксомоносерной и пероксодисерной кислот. Вычислите массу безводной пероксодисерной кислоты, расходуемой на получение 100 кг пергидроля.

 

487. Приведены полуреакции, характеризующие окислительные свойства пероксодисерной кислоты, её солей (персульфатов) и озона:

 

S₂O₈^2- + 2H⁺ + 2e = 2HSO₄^–; jº = 2,12 В

 

S₂O₈^2- + 2e = 2SO₄^2-; jº = 2,05 В

 

O₃ + 2H⁺ + 2e = O₂ + H₂O; jº = 2,07 В

 

Можно ли окислить серную кислоту до перосодисерной действием озона? Напишите уравнения реакций:

 

1) H₂S₂O₈ + MnSO₄ + H₂O = HMnO₄ +...

 

2) Na₂S₂O₈ + K₂SO₃ + H₂O =

 

3) K₂S₂O₈ + KI =

 

488. Опишите состав и строение пероксодисерной кислоты и её солей. Чему равны валентность и степень окисления атомов серы в этой кислоте? Чем обусловлены сильные окислительные свойства этих соединений? Напишите уравнения реакций:

 

1) H₂S₂O₈ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂O = H₂Cr₂O₇ +...

 

2) Na₂S₂O₈ + FeSO₄ =

 

3) K₂S₂O₈ + AgNO₃ + KOH = AgO¯ +...

 

489. Опишите состав, получение и свойства фторсульфоновой и хлорсульфоновой кислот. Какая масса хлорсульфоновой кислоты взаимодействовала с водой, если для нейтрализации продуктов израсходовано 100 мл 0,5 н. раствора NaOH?

 

490. Опишите состав, строение молекул, получение и свойства хлористого тионила и хлористого сульфурила. Каковы современные (по международной номенклатуре) названия этих соединений? Обладают ли эти соединения свойствами галогеноангидридов?

 

СЕЛЕН, ТЕЛЛУР, ПОЛОНИЙ

 

491. Опишите строение атомов селена, теллура и полония в сравнении с серой. Какие валентности, степени окисления и координационные числа для них характерны? Каковы формулы их оксидов и гидроксидов?

 

492. Природный селен состоит из шести изотопов с массовыми числами
74 (0,87%), 76 (9,02 %), 77 (7,58 %), 78 (23,52 %), 80 (49,82 %) и 82 (9,19 %). Вычислите среднюю атомную массу селена. Почему результат не совпадает со справочным значением атомной массы селена?

 

493. Селен с водой и разбавленными HCl и H₂SO₄ не взаимодействует, с концентрированной HNO₃ и царской водкой взаимодействует, со щелочами взаимодействует в присутствии окислителей, горит в кислороде, взаимодействует с фтором при комнатной температуре, с хлором и бромом при небольшом нагревании. Напишите уравнения этих реакций.

 

494. Теллур горит в кислороде; взаимодействует с галогенами на холоду; с водой взаимодействует в порошкообразном состоянии при 100–160 ⁰C; медленно взаимодействует с HCl; легко взаимодействует с HNO₃ и царской водкой; медленно взаимодействует со щелочами, но этот процесс ускоряется в присутствии окислителей. Напишите уравнения реакций.

 

495. Наиболее долгоживущий изотоп полония Po-210 содержится в урановых рудах. При получении его переводят в раствор в виде PoCl₂ и восстанавливают сероводородом или активным металлом. Его получают также искусственно, облучая висмут-209 нейтронами. Напишите уравнения химической и ядерной реакции получения Po-210.

 

496. Химические реакции полония осложнены его радиоактивностью. Например, полоний взаимодействует с HCl с образованием Po(+2), который окисляется до Po(+4). Предполагают, что окисление происходит пероксидом водорода, который образуется в воде под действием a-излучения полония. Напишите уравнения реакций полония с HCl и окисления продукта реакции пероксидом водорода.

497. Определите коэффициенты перед веществами в реакциях:

 

S + HNO₃(конц) = H₂SO₄ + NO

 

Se + HNO₃(конц) + H₂O = H₂SeO₃ + NO

 

Te + HNO₃(конц) = TeO₂ + NO + H₂O

 

Po + HNO₃(конц) = Po(NO₃)₄ + NO + H₂O

 

Какие выводы о свойствах серы, селена, теллура и полония следуют из сравнения продуктов их взаимодействия с азотной кислотой?

 

498. Массовая доля водорода в его соединении с р-элементом шестой группы составляет 2,47 %. Определите этот элемент, напишите формулу и название его соединения с водородом.

 

499. Для H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te энергия Гиббса образования равна –288,8;
–33,0; +71,1; +138,5 кДж/моль, соответственно. Сделайте вывод об устойчивости этих соединений и возможности их получения из простых веществ. Исходя из общих закономерностей Периодической системы, предскажите возможность существования подобного соединения для полония.

 

500. Сравните потенциалы полуреакций:

 

2H₂O – 4e = O₂ + 4H⁺; φº = 1,23 В

 

H₂S – 2e = S + 2H⁺; φº = 0,14 В

 

H₂Se – 2e = Se + 2H⁺; φº = -0,40 B

 

H₂Te – 2e = Te + 2H⁺; φº = -0,74 B

 

Как и почему изменяются окислительно-восстановительные свойства соединений в ряду H₂O – H₂S – H₂Se – H₂Te? Приведите примеры реакций, в которых селеноводород и теллуроводород являются восстановителями. Какая из трех данных реакций в принципе невозможна:

 

1) H₂Se + S = 2) H₂Se + Te = 3) H₂Te + Se =?

 

501. Вычислите степень диссоциации H₂S, H₂Se и H₂Te в 0,1 М водных растворах; вычислите pH этих растворов. Как и почему изменяются основно-кислотные свойства этих соединений?

 

502. Высший оксид элемента (из числа оксидов селена, теллура, полония) содержит 37,8 % кислорода. Определите этот элемент, напишите формулу оксида, опишите его свойства.

 

503. Опишите окислительно-восстановительные свойства, устойчивость и кислотные свойства H₂SeO₃ и H₂TeO₃ в сравнении с сернистой кислотой. Как называются соли этих кислот, какова их растворимость, и как они гидролизуются в растворе? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

 

504. Напишите уравнения основно-кислотных и окислительно-восстановительных реакций с участием соединений Se(+4) и Te(+4):

 

1) SeO₂ + H₂O = 2) SeO₂ + SO₂

 

3) KHSeO₃ + KOH = 4) H₂SeO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ =

 

5) TeO₂ + HI = 6) H₂TeO₃ + SnCl₂ + HCl =

 

505. Селеновую кислоту получают в результате следующих превращений:

 

Se ® SeO₂ ® H₂SeO₃ ® H₂SeO₄.

 

Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия их проведения. Вычислите массу селена, которая затрачивается на получение 1 кг безводной селеновой кислоты.

 

506. Сравните потенциалы полуреакций:

 

H₂SO₃ + 4H⁺ + 4e = S + 3H₂O; φº = 0,45 В

 

H₂SeO₃ + 4H⁺ + 4e = Se + 3H₂O; φº = 0,74 В

 

H₂TeO₃ + 4H⁺ + 4e = Te + 3H₂O; φº = 0,59 В

 

SO₄^2- + 4H⁺ + 2e = H₂SO₃ + H₂O; φº = 0,17 В

 

SeO₄^2- + 4H⁺ + 2e = H₂SeO₃ + H₂O; φº = 1,15 В

 

TeO₄^2- + 4H⁺ + 2e = H₂TeO₃ + H₂O; φº = 0,89 В.

 

Можно ли: 1) сернистую кислоту окислить в серную действием H₂SeO₃?
2) селенистую кислоту окислить в селеновую действием H₂TeO₃? 3) получить селен из H₂SeO₃ действием H₂TeO₃? Напишите уравнения возможных реакций.

 

507. Как можно объяснить тот факт, что селеновая кислота является более сильным окислителем, чем серная и теллуровая? Напишите уравнения реакций и укажите условия их осуществления:

 

1) H2SeO4 + HCl =	3) H2SeO4 + Zn =
2) H2SeO4 + SO2 =	4) H2SeO4 + Au =

 

508. Объясните, почему из всех р-элементов шестой группы только теллур образует ортокислоту (H₆TeO₆)? Охарактеризуйте силу, устойчивость к нагреванию и окислительные свойства этой кислоты. Напишите уравнения реакций:

 

1) H₆TeO₆ = 2) H₆TeO₆ + H₂S =

 

509. Напишите названия соединений: K₂Se, KHSe, Al₂Te₃, K₂TeF₈, K₂TeI₆, PoO(OH)₂, SeO₂, SeO₃, Na₂SeO₃, Na₂SeO₄, NaHSeO₄, H₆TeO₆, K₄H₂TeO₆.
К каким классам (группам) веществ относятся четвёртое, пятое и последнее соединения?

 

510. Селен и теллур используются в качестве полупроводников. Объясните существование трех классов веществ: металлов, полупроводников и изоляторов. Исходя из закономерностей Периодической системы, предсказать, у какого полупроводника – селена или теллура – величина запрещенной зоны должна быть меньше.

Глава четвертая.