ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 15 Вопрос 4 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

H₂ + S = H₂S↑

2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂↑

2SO₂ + O₂ = 2SO₃↑

Шаг 1: Получение сероводорода (H₂S) из водорода (H₂)

Превращение: H₂ → H₂S

Уравнение реакции:
H₂ + S = H₂S↑

Подробное объяснение:

1. Тип реакции:

• Реакция соединения (синтеза): Из двух простых веществ (водород и сера) образуется одно сложное вещество (сероводород).
• Окислительно-восстановительная реакция (ОВР): Водород (степень окисления 0) окисляется до +1 в H₂S, а сера (степень окисления 0) восстанавливается до -2 в H₂S.

2. Реагенты:

• Водород (H₂): Бесцветный газ без запаха, самый легкий элемент.
• Сера (S): Желтое кристаллическое вещество, неметалл. Обычно используется ромбическая сера.

3. Условия протекания:

Реакция протекает при нагревании. При комнатной температуре водород и сера практически не взаимодействуют. Температура обычно составляет несколько сотен градусов Цельсия (например, 250-400 °C).

Это прямая реакция синтеза, не требующая катализатора, но требующая активации энергией (теплотой).

4. Продукт:

Сероводород (H₂S): Бесцветный газ с характерным резким запахом тухлых яиц. Он очень токсичен даже в низких концентрациях. Стрелка вверх (↑) указывает на то, что это газообразный продукт.

5. Значение:

Эта реакция является классическим лабораторным методом получения сероводорода. В промышленности сероводород чаще получают как побочный продукт при очистке природного газа, нефти или при переработке сульфидных руд.

Шаг 2: Получение диоксида серы (SO₂) из сероводорода (H₂S)

Превращение: H₂S → SO₂

Уравнение реакции:
2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂↑

Подробное объяснение:

1. Тип реакции:

• Реакция горения (окисления): Сероводород сгорает в присутствии кислорода.
• Окислительно-восстановительная реакция (ОВР): Сера в H₂S (степень окисления -2) окисляется до +4 в SO₂, а кислород (степень окисления 0) восстанавливается до -2 в H₂O и SO₂.

2. Реагенты:

• Сероводород (H₂S): Горючий газ.
• Кислород (O₂): Газ, поддерживающий горение.

3. Условия протекания:

Реакция протекает при поджигании смеси сероводорода с кислородом (или воздухом).
Важный аспект: Для образования диоксида серы (SO₂) и воды (H₂O) необходимо достаточное количество кислорода (избыток). Если кислорода недостаточно (неполное горение), сероводород может окислиться лишь частично, образуя элементарную серу (S) и воду: 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O.

4. Продукты:

• Вода (H₂O): Образуется в виде пара (газа) при высоких температурах горения.
• Диоксид серы (SO₂): Бесцветный газ с резким, удушливым запахом (запах горящей спички). Является одним из основных компонентов «кислотных дождей». Стрелка вверх (↑) указывает на то, что это газообразный продукт.

5. Значение:

Эта реакция используется в промышленности для утилизации сероводорода, который является токсичным и коррозионным газом. Например, в процессе Клауса (Claus process) сероводород, извлеченный из природного газа или нефтепродуктов, частично сжигается для получения SO₂, который затем реагирует с оставшимся H₂S для получения элементарной серы.

Шаг 3: Получение триоксида серы (SO₃) из диоксида серы (SO₂)

Превращение: SO₂ → SO₃

Уравнение реакции:
2SO₂(г) + O₂(г) \(\rightleftharpoons\) 2SO₃(г)

Подробное объяснение:

1. Тип реакции:

• Реакция окисления: Диоксид серы окисляется кислородом.
• Окислительно-восстановительная реакция (ОВР): Сера в SO₂ (степень окисления +4) окисляется до +6 в SO₃, а кислород (степень окисления 0) восстанавливается до -2 в SO₃.
• Обратимая реакция: Обозначается двойной стрелкой (\(\rightleftharpoons\)), что означает, что реакция может идти как в прямом, так и в обратном направлении (SO₃ может разлагаться на SO₂ и O₂).
• Экзотермическая реакция: Выделяет тепло (\(\Delta H < 0\)).

2. Реагенты:

• Диоксид серы (SO₂): Газ.
• Кислород (O₂): Газ.

3. Условия протекания:

Эта реакция является ключевым этапом в промышленном производстве серной кислоты (контактный способ), поэтому условия оптимизированы для максимального выхода SO₃:

• Катализатор: Обязательно используется катализатор. Наиболее распространенным является оксид ванадия(V) (V₂O₅). Ранее использовалась платина (Pt), но V₂O₅ дешевле и менее чувствителен к «отравлению». Катализатор ускоряет достижение равновесия, но не влияет на его положение.
• Температура: Оптимальная температура составляет 400-500 °C. Хотя реакция экзотермическая (и по принципу Ле Шателье, низкая температура способствует образованию продукта), при слишком низкой температуре скорость реакции будет слишком мала. Поэтому выбирается компромиссная температура, обеспечивающая достаточную скорость и хороший выход.
• Давление: Повышенное давление (например, 1-10 атмосфер) способствует образованию SO₃, так как в ходе реакции уменьшается количество молей газа (3 моля реагентов превращаются в 2 моля продукта). Однако на практике часто используют атмосферное давление из-за высокой стоимости оборудования для работы под высоким давлением.

4. Продукт:

Триоксид серы (SO₃): При температуре реакции (400-500 °C) находится в газообразном состоянии (↑). При охлаждении SO₃ конденсируется в бесцветную жидкость, которая при дальнейшем охлаждении застывает в кристаллическую массу. SO₃ является очень реакционноспособным веществом, активно реагирует с водой, образуя серную кислоту.

5. Значение:

Эта реакция является центральным этапом в контактном способе производства серной кислоты (H₂SO₄), одной из важнейших промышленных химикатов в мире. Полученный SO₃ затем поглощается концентрированной серной кислотой (образуя олеум), а не водой напрямую (чтобы избежать образования тумана серной кислоты), а затем олеум разбавляется водой до получения серной кислоты нужной концентрации.

Таким образом, каждая из этих реакций играет свою уникальную роль в цепочке превращений, демонстрируя различные аспекты химических процессов, от простого синтеза до каталитического окисления в промышленных масштабах.