Источник
Окисление серосодержащих компонентов топлива
Исследуем вместе
Оксид определяет семейство соли
Выбирай превращение и двигай ползунок. Сопоставляй формулу продукта с появлением газа, осадка или растворением; пояснение раскрывает причину.
Это доля показанного перехода, не измерение времени или скорости.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
01
Один элемент — два кислотных оксида
В SO₂ сера имеет степень окисления +4, в SO₃ — +6. Оба оксида кислотные, но соответствуют разным кислотам и солям. SO₂ связан с сернистой кислотой и сульфитами, SO₃ — с серной кислотой и сульфатами.
| Оксид | Степень окисления S | Соответствующая соль |
|---|---|---|
| SO₂ | +4 | Сульфит Na₂SO₃ |
| SO₃ | +6 | Сульфат Na₂SO₄ |
Формулы отличаются одним атомом O, однако это разные вещества с разными свойствами. При обычных условиях SO₂ — газ. Свойства SO₃ зависят также от температуры и формы вещества; его взаимодействие с водой очень энергично.
В SO₂ сера имеет степень окисления +4, в SO₃ — +6. Оба оксида кислотные, но соответствуют разным кислотам и солям.
02
Вода и щёлочь связывают SO₂
Школьная запись SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃ обозначает образование кислой водной системы; в ней присутствуют растворённый SO₂ и равновесные ионные формы. Не следует представлять её как чистую устойчивую сернистую кислоту, выделенную из воды.
- Избыток щёлочи
- SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O
- Соотношение 1 : 1
- SO₂ + NaOH → NaHSO₃
- Основной оксид
- SO₂ + Na₂O → Na₂SO₃
Как это понимать
При достаточном количестве NaOH образуется сульфит: SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Если щёлочи вдвое меньше по отношению к SO₂, общая схема даёт NaHSO₃. Количество основания определяет среднюю или кислую соль.
Школьная запись SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃ обозначает образование кислой водной системы; в ней присутствуют растворённый SO₂ и равновесные ионные формы. Не следует представлять её как чистую устойчивую сернистую кислоту, выделенную из воды.
Кристалл серы
Сера — пример твёрдого простого вещества неметалла.
Aram Dulyan · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Шкала универсального индикатора
Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.
A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
03
Добавление кислорода меняет степень серы
В реакции 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ сера окисляется от +4 до +6, кислород восстанавливается от 0 до −2. Для промышленного процесса используют катализатор и подобранные условия. Катализатор ускоряет установление равновесия, но не меняет само положение равновесия.
Сера проходит через два оксида
ОКИСЛЕНИЕ И СВЯЗЫВАНИЕ
При переходе SO₂ → SO₃ меняется степень окисления. При связывании SO₃ водой сера сохраняет +6.
SO₃ даёт серную кислоту при соединении с водой: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. В производстве поглощение организуют так, чтобы избежать трудноулавливаемого кислотного тумана. Химическая схема и реальная технологическая стадия не полностью совпадают.
Подробности: понятия и примеры
- SO₂
S +4
- Окисление кислородом
Катализатор и условия
- SO₃
S +6
- Связывание водой
H₂SO₄
В реакции 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ сера окисляется от +4 до +6, кислород восстанавливается от 0 до −2. Для промышленного процесса используют катализатор и подобранные условия.
04
Кислотные оксиды в окружающей среде
При сжигании топлива, содержащего серу, часть серы переходит в газообразные оксиды. В атмосфере они участвуют в превращениях, которые увеличивают кислотность осадков. При этом дождь становится раствором продуктов нескольких процессов, а не одного чистого вещества.
Снижение выбросов включает уменьшение серы в топливе и улавливание оксидов до выхода газов в атмосферу. Для этого полезны кислотно-основные реакции: подходящее основное вещество связывает кислотный оксид в менее летучий продукт. При поглощении SO₂ щёлочью продукт зависит от соотношения: SO₂ + NaOH → NaHSO₃, а SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Сера остаётся +4, поэтому это не ОВР. В превращении 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ сера повышает степень до +6: это ОВР и обратимая экзотермическая реакция. Катализатор ускоряет достижение равновесия, но сам по себе не повышает равновесный выход SO₃.
Превращение
Образование кислых растворов в атмосфере
Предотвращение
Очистка сырья и связывание оксидов
При сжигании топлива, содержащего серу, часть серы переходит в газообразные оксиды. В атмосфере они участвуют в превращениях, которые увеличивают кислотность осадков.
Соберём главное
Шесть выводов
01В SO₂ сера имеет степень окисления +4, в SO₃ — +6. Оба оксида кислотные, но соответствуют разным кислотам и солям.
02Школьная запись SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃ обозначает образование кислой водной системы; в ней присутствуют растворённый SO₂ и равновесные ионные формы. Не следует представлять её как чистую устойчивую сернистую кислоту, выделенную из воды.
03В реакции 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ сера окисляется от +4 до +6, кислород восстанавливается от 0 до −2. Для промышленного процесса используют катализатор и подобранные условия.
04При сжигании топлива, содержащего серу, часть серы переходит в газообразные оксиды. В атмосфере они участвуют в превращениях, которые увеличивают кислотность осадков.
05При достаточном количестве NaOH образуется сульфит: SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Если щёлочи вдвое меньше по отношению к SO₂, общая схема даёт NaHSO₃.
06Снижение выбросов включает уменьшение серы в топливе и улавливание оксидов до выхода газов в атмосферу. Для этого полезны кислотно-основные реакции: подходящее основное вещество связывает кислотный оксид в менее летучий продукт.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 34. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 34. Кислородные соединения серы.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e