Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 9. ПОДГРУППА КИСЛОРОДА

§ 9.5. Оксид серы(ИV). Сульфитная кислота

Оксид серы(ИV). Оксид серы(ИV), или сернистый газ, при обычных условиях - бесцветный газ с резким, удушливым запахом. Во время охлаждения до - 10°С сжижается в бесцветную жидкость. В жидком состоянии его хранят в стальных баллонах.

В лабораторных условиях оксид серы(ИV) получают взаимодействием гидросульфита натрия с серной кислотой:

2Na₂HSO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2SO₂ ↑ + 2Н₂O,

а также нагреванием меди с концентрированной серной кислотой:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSВ₄ + SO₂ ↑ + 2Н₂О.

Оксид серы(IV) образуется также во время сжигания серы.

В промышленных условиях SO₂ добывают во время выжигания пирита FeS₂ или сернистых руд цветных металлов (цинковой обманки ZnS, свинцового блеска PbS и т.д.). Оксид серы(ИV) SO2, образуется при этих условиях используют в основном для извлечения оксида серы(VИ) SO₃ и сульфатной кислоты H₂SO₄ (см. § 9.6). Структурная формула молекулы SO₂:

Как видим, в образовании связей в молекуле SO₂ берут участие четыре электроны серы и четыре электрона от двух атомов кислорода. Взаимное отталкивание связывающих электронных пар и неподеленной электронной пары атома серы придает молекуле угловой формы.

При наличии катализатора во время нагрева SO₂ присоединяет кислород воздуха и образуется SO₃:

+4 +6

2SO₂ + O₂ ⇆ 2SO₃.

В этой реакции сульфур меняет степень окисления от +4 до +6, следовательно, для SO2 характерны восстановительные свойства.

Оксид серы(ИV) проявляет все свойства кислотных оксидов.

Сульфитная кислота. Оксид серы(ИV) хорошо растворим в воде (в 1 объеме воды при 20°С растворяется 40 объемов SO₂). При этом образуется сульфитная кислота, которая существует только в водном растворе:

SO₂ + Н₂O ⇆ H2SO₃.

span style='font-family:"Verdana","sans-serif"'>Реакция сочетание SO₂ с водой обратима. В водном растворе оксид серы (IV) и сульфитная кислота находятся в состоянии химического равновесия, которую можно смещать. При связывании H₂SO₃ щелочью (нейтрализация кислоты) реакция идет в сторону образования сульфитной кислоты; при удалении SO₂ (продувания через раствор азота или нагрева) - в сторону образования исходных веществ. В растворе сульфитной кислоты всегда содержится оксид серы(ИV), который предоставляет ему резкого запаха.

Сульфитная кислота имеет все свойства кислот. В растворе H₂SO₃ диссоциирует ступенчато:

H₂SO₃ ⇆ Н⁺ + HSO₃ ;

HSO^-₃ ⇆Н⁺ + SO^2-₃.

Как двохосновна кислота, она образует два ряда солей - сульфиты и гідросульфіти. Сульфиты образуются при полной нейтрализации кислоты щелочью:

H₂SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₃ + 2Н₂О.

Гідросульфіти образуются при недостаточном количестве щелочи (по сравнению с количеством, необходимым для полного нейтрализации кислоты):

H₂SO₃ + NaOH = NaHSO₃ + Н₂О.

Как и оксид серы(ИV), сульфитная кислота и ее соли сильными восстановителями. При этом степень окисления серы возрастает. Так, H₂SO₃ легко окисляется к серной кислоты даже кислородом воздух:

2H₂SO₃ + O₂ = 2H₂SO₄.

Поэтому растворы сульфитной кислоты, долго хранились, всегда содержат сульфатную кислоту.

Еще легче происходит окисления сульфитной кислоты бромом и перманганатом калия:

+4 0 +6 -1

H₂SO₃ + Вr₂ + Н₂O = H₂SO₄ + 2НВк;

5H₂SO₃ + 2КМnO₄ = 2H₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 2Н₂O;

Оксид серы(ИV) и сульфитная кислота обесцвечивают много красителей, образуя с ними бесцветные соединения. Последние могут вновь разлагаться при нагревании или при освещении, вследствие чего окраска восстанавливается. Итак, отбеливающее действие SO₂ и H₂SO₃ отличается от отбеливающей действия хлора. Конечно оксидом серы(ИV) отбеливают шерсть, шелк и солому (хлорной водой эти материалы разрушаются).

Оксид серы(ИV) убивает многие микроорганизмы. Поэтому для уничтожения плесневых грибов им окуривают сырые подвалы, погреба, винные бочки и т.д. Используют его также во время транспортировки и хранения фруктов и ягод. Много оксида серы(ИV) нужно для добывания серной кислоты.

Широко применяется раствор гидросульфита кальция Ca(HSO₃)₂ (сульфитный митель), которым обрабатывают волокна древесины и бумажную массу.