Характеристика окислительно-восстановительных свойств серной кислоты

 

 

 

Реакции получения тиосульфата натрия

 

Задача 866. 
Написать уравнение реакции получения тиосульфата натрия. Какова степень окисленности серы в этом соединении? Окислительные или восстановительные свойства проявляет тиосульфат-ион? Привести примеры реакций.
Решение:
Уравнения реакций получения тиосульфата натрия:
а) Водный раствор сульфита натрия кипятят в присутствии серы, а затем охлаждают, выделяется кристаллогидрат тиосульфата натрия:

 Na₂SO₃ + S + 5H₂O ↔
↔  Na₂S₂O₃ ^. 5H₂O.

Водный раствор сульфита натрия кипятят в присутствии серы, а затем охлаждают, выделяется кристаллогидрат тиосульфата натрия. 

б) Окисление полисульфидов кислородом воздуха:

2Na₂S₅ + 3O₂  ↔
↔ 2Na₂S₂O₃ +6S.

в) Получение тиосульфата натрия путём взаимодействия серы со щёлочью. Реакция протекает с одновременным окислением и восстановлением серы:

4S + 6NaOH ↔
↔ Na₂S₂O₃ + 2Na₂S +3H₂O.

г) Непосредственное взаимодействие сернистого ангидрида с сероводородом в щелочной среде. Для этого смесь обеих газов пропускают при сильном размешивании в раствор едкого натра до его нейтрализации, то образуется тиосульфат натрия:

4SO₂ + 2H₂S + 6NaOH   ↔
↔  3Na₂S₂O₃ + 5H₂↑.

Атомы серы, входящие в состав тиосульфатов имеют различную степень окисленности; у одного атома степень окисленности равна +4, у другого 0.Тиосульфат-ион S₂O₃^2- проявляет свойства восстановителя. Хлор, бром и другие сильные окислители окисляют его до сульфат-иона SO₄^2-, например:
Взаимодействие тиосульфата натрия с хлором (при его избытке):

Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ + 5H₂O  ↔
↔  2H₂SO₄ + 2NaCl + 6HCl.

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

S2O₃^2- + 4Cl₂⁰ + 5H₂O  ↔
↔  2SO₄^2- + 8Cl^- + 10H⁺.

Молекулярная форма:

Na₂S₂O₃ + 4Cl₂ + 5H₂O  ↔
↔  2H₂SO₄ + 2NaCl + 6HCl.

В данной реакции тиосульфат натрия выступает в роли восстановителя, увеличивая степень окисления одного атома серы от 0 до +4, другого – от +4 до +6.
Под действием слабого окислителя тиосульфат натрия окисляется до соли тетратионовой кислоты H₂S₄O₆. 
Взаимодействие тиосульфата натрия с йодом:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ ↔ Na₂S₄O₆ + 2NaI.

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

2S₂O₃^2- + I₂⁰  ↔ S₄O₆^2- + 2I^-. 

Молекулярная форма:

2Na₂S₂O₃ + I₂ ↔ Na₂S₄O₆ + 2NaI.

В данной реакции тиосульфат натрия выступает в роли восстановителя, увеличивая степень окисления одного атома серы от 0 до +4.  При нагревании свыше 200 0С тиосульфат натрия распадается по схеме:

4Na₂S₂O    3Na₂SO₄ + Na₂S + 4S↓.

При этом протекает реакция самоокисления-восстановления. 

---

Реакции серной кислоты

 

 

Задача 867. 
Составить уравнения реакций: а) концентрированной Н₂SO₄ с магнием и с серебром; б) разбавленной Н₂SO₄ с железом.
Решение:
а) 4Mg + 5Н₂SO₄(конц.) →
→ 4MgSO₄ + H₂S↑) + 4H₂O;

б) 2Ag + 2Н₂SO (конц.) →
→ Ag₂SO₄ + SO₂↑ + 2H₂O;

в) Fe + Н₂SO₄(разб.) → FeSO₄ + H₂↑.

---

Задача 868. 
Сколько граммов серной кислоты необходимо для растворения 50 г ртути? Сколько из них пойдет на окисление ртути? Можно ли для растворения ртути взять разбавленную серную кислоту?
Решение:
Уравнение реакции:

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Hg + SO₄^2- + 4H⁺ ↔
↔ Hg²⁺ + SO₂ +  2H₂O.

Из уравнений окисления-восстановления следует, что на окисление 1 моль Hg затрачивается 1 моль H₂SO₄, следовательно,

200,5 : 98 = 50 :  х;  
х = (98 ^. 50)/200,5 = 24,44 г.

Находим массу H₂SO₄ из пропорции:

200,5 : (2 ^. 98) = 50 : х;  
х = (2 ^. 98 ^. 50)/200,5 = 48,88 г.

Ответ: 48,88 г; 24,44 г. Ртуть стоит в ряду напряжений после водорода – поэтому разбавленная серная кислота не действует на ртуть. Следовательно, для растворения ртути нужно взять концентрированную серную кислоту.

---

Задача 869. 
Одинаковое ли количество серной кислоты потребуется для растворения 40 г никеля, если в одном случае взять концентрированную кислоту, а в другом разбавленную? Какая масса серной кислоты пойдет на окисление никеля в каждом случае?
Решение:
Уравнения реакций:

а) Ni + 2H₂SO₄(конц.) →
→ NiSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O;

б) Ni + H₂SO₄(разб.) → NiSO₄ + Н₂↑.

Рассчитаем массу концентрированной серной кислоты идущую на окисление 40 г никеля из пропорции:

58,7 : (2 ^. 98) = 40 : х;  
х = (2 ^. 98 ^. 40)/58,7 = 133,56, г.

Теперь рассчитаем массу разбавленной серной кислоты идущую на окисление 40 г никеля из пропорции:

58,7 : 98 = 40 : х;  
х = (98 ^. 40)/58,7 = 66,78 г.

Ответ: 133,56 г; 66,78 г. На окисление никеля расходуется одинаковое количество серной кислоты.

---