Какую роль сероводород играет в окислительно-восстановительных реакциях?

Только окислитель

И окислитель, и восстановитель

Не участвует в ОВР

С какими веществами реагирует сероводородная кислота?

Гидроксид натрия

Какой признак у качественной реакции на сульфид-ион с солью свинца(II)?

Выделение бесцветного газа без запаха

Синее окрашивание раствора

Сероводород и сульфиды — 9 класс, химия: объяснение, примеры, задачи

Что нужно знать до

Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.

Халькогены — элементы VIA-группы. Сера

Коротко о главном

В сероводороде $\mathrm{H_2S}$ и сульфидах сера имеет низшую степень окисления −2, поэтому эти вещества бывают только восстановителями. Раствор сероводорода — слабая кислота, её соли — сульфиды; сульфид-ион обнаруживают по чёрному осадку $\mathrm{PbS}$ .

\mathrm{Pb^{2+} + S^{2-} \rightarrow PbS\downarrow}

Подробное объяснение

Запах тухлых яиц знаком всем. Его даёт сероводород — газ, который образуется при гниении белков. Тот же газ выходит из вулканов, содержится в природном и попутном нефтяном газе, в некоторых минеральных источниках. Сероводород очень ядовит: даже небольшая его доля в воздухе вызывает головную боль и тошноту. Пострадавшего нужно сразу вывести на свежий воздух.

Почему сероводород — только восстановитель

У серы на внешнем уровне 6 электронов. До завершённого восьмиэлектронного слоя ей не хватает двух. В $\mathrm{H_2S}$ и сульфидах она эти два электрона уже «добрала» — степень окисления −2, ниже не бывает. Принимать электроны больше некуда, остаётся только отдавать. Поэтому сера −2 в реакциях окисляется, а вещество выступает восстановителем.

До какой степени окислится сера, зависит от силы окислителя.

Схема. От H₂S (сера −2) три стрелки. С бромом, хлором, SO₂ или недостатком кислорода получается сера (0), с избытком кислорода и концентрированной серной кислотой — SO₂ (+4), с концентрированной азотной кислотой — H₂SO₄ (+6). — Чем сильнее окислитель, тем выше степень окисления серы в продукте; сам сероводород всегда восстановитель.

Слабые окислители (бром, хлор, оксид серы(IV), кислород при недостатке) — до серы: $\mathrm{2H_2S + SO_2 \rightarrow 3S\downarrow + 2H_2O}$ . Так очищают промышленные газы от сероводорода.
Кислород в избытке и концентрированная серная кислота — до оксида серы(IV): $\mathrm{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O}$ .
Концентрированная азотная кислота — до серной кислоты, то есть до +6.

Сероводородная кислота

Сероводород плохо растворяется в воде, его раствор называют сероводородной кислотой. Она слабая и двухосновная. В ионных уравнениях её записывают молекулой $\mathrm{H_2S}$ , а не ионами.

Со щёлочью она даёт соли. При избытке щёлочи — средние, сульфиды ( $\mathrm{Na_2S}$ ), при недостатке — кислые, гидросульфиды ( $\mathrm{NaHS}$ ).

С солями тяжёлых металлов (свинца, меди) получаются нерастворимые сульфиды: $\mathrm{H_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS\downarrow + H_2SO_4}$ .

В лаборатории сероводород получают обменом: на сульфид железа(II) действуют разбавленной серной или соляной кислотой, $\mathrm{FeS + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2S\uparrow}$ . Опыты с ним проводят только в вытяжном шкафу.

Сульфиды

Сульфиды — бинарные соединения серы с металлами. Их получают прямо из простых веществ: смесь порошков серы и алюминия или железа при поджигании реагирует бурно, с выделением тепла, $\mathrm{3S + 2Al \xrightarrow{t} Al_2S_3}$ .

Растворимы в воде только сульфиды щелочных и щелочноземельных металлов (сульфид кальция — малорастворим). Остальные, например $\mathrm{FeS}$ , $\mathrm{ZnS}$ , $\mathrm{CuS}$ , $\mathrm{PbS}$ , нерастворимы — в ионных уравнениях их пишут формулой.

Сульфиды тоже восстановители. При обжиге на воздухе сера в них окисляется до $\mathrm{SO_2}$ : $\mathrm{2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2}$ . С этого начинают получение многих металлов из сульфидных руд.

Сульфиды применяют как полупроводники и пигменты красок. Сульфиды цинка, кадмия, кальция — люминофоры: после освещения они светятся в темноте.

Качественная реакция

Чтобы узнать, есть ли в растворе сульфид-ион, добавляют соль свинца(II). Выпадает чёрный осадок $\mathrm{PbS}$ . Так же чернеют серебряные ложки и свинцовые белила от следов сероводорода в воздухе.

Как решать задачи

Найдите степень окисления серы: −2 — значит, вещество будет восстановителем.
Определите тип реакции: обмен (со щёлочью, солью) или ОВР (с окислителем).
Для ОВР составьте электронный баланс и расставьте коэффициенты.
В ионных уравнениях $\mathrm{H_2S}$ , осадки сульфидов, газы и воду пишите молекулами.
В расчётной задаче найдите $$n = m/M$$ или $$n = V/V_m$$ , перейдите по коэффициентам к искомому веществу и посчитайте массу или объём.

Разобранные примеры

База

Окисление сероводорода бромной водой

Условие

Сероводород пропустили через бромную воду, окраска исчезла и выпал жёлтый осадок. Запишите уравнение, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Жёлтый осадок — сера, бром восстанавливается до бромоводорода.

$\mathrm{\overset{-2}{S} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{S}}$ — множитель 1, окисление;

$\mathrm{\overset{0}{Br}_2 + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Br}}$ — множитель 1, восстановление.

\mathrm{H_2S + Br_2 \rightarrow S\downarrow + 2HBr}

Ответ: H₂S + Br₂ → S↓ + 2HBr; восстановитель H₂S, окислитель Br₂

Средний

Объём сероводорода из сульфида железа

Условие

На 44 г сульфида железа(II) подействовали избытком разбавленной серной кислоты. Какой объём сероводорода (н. у.) выделился?

Дано

$m(\mathrm{FeS}) = 44$ г

Найти

$V(\mathrm{H_2S})$

Решение

\mathrm{FeS + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2S\uparrow}

$M(\mathrm{FeS}) = 56 + 32 = 88$ г/моль, $n(\mathrm{FeS}) = \dfrac{44}{88} = 0{,}5$ моль.

По уравнению $n(\mathrm{H_2S}) = n(\mathrm{FeS}) = 0{,}5$ моль, $V = 0{,}5 \cdot 22{,}4 = 11{,}2$ л.

Ответ: 11,2 л

Сложный

Осадок сульфида меди из раствора

Условие

К 200 г раствора сульфида натрия с массовой долей 7,8 % добавили избыток раствора сульфата меди(II). Найдите массу осадка.

Дано

$m(\text{р-ра}) = 200$ г
$w(\mathrm{Na_2S}) = 7{,}8\,\%$

Найти

$m(\mathrm{CuS})$

Решение

\mathrm{Na_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS\downarrow + Na_2SO_4}

Масса соли: $m(\mathrm{Na_2S}) = 200 \cdot 0{,}078 = 15{,}6$ г. $M(\mathrm{Na_2S}) = 2 \cdot 23 + 32 = 78$ г/моль, $n = \dfrac{15{,}6}{78} = 0{,}2$ моль.

$n(\mathrm{CuS}) = 0{,}2$ моль, $M(\mathrm{CuS}) = 64 + 32 = 96$ г/моль, $m = 0{,}2 \cdot 96 = 19{,}2$ г.

Ответ: 19,2 г

Типичные ошибки

Записывают сероводородную кислоту ионами

Почему неверно

$\mathrm{H_2S}$ — слабая кислота, в растворе почти не распадается на ионы. Запись $\mathrm{2H^+ + S^{2-}}$ в левой части уравнения не отражает того, что реально есть в растворе.

Как правильно

Пишите молекулой: $\mathrm{H_2S + 2OH^- \rightarrow S^{2-} + 2H_2O}$ , $\mathrm{H_2S + Pb^{2+} \rightarrow PbS\downarrow + 2H^+}$ .

Считают, что сероводород может быть окислителем

Почему неверно

В реакции $\mathrm{2H_2S + SO_2 \rightarrow 3S + 2H_2O}$ оба вещества содержат серу, и её легко перепутать. Но сера −2 не может принять электроны — ниже −2 она не опускается.

Как правильно

Окислитель — то вещество, где сера в высокой степени окисления ( $\mathrm{SO_2}$ , сера +4 → 0). $\mathrm{H_2S}$ всегда восстановитель.

Пишут нерастворимые сульфиды ионами

Почему неверно

$\mathrm{FeS}$ , $\mathrm{ZnS}$ , $\mathrm{CuS}$ в воде не растворяются, ионов $\mathrm{S^{2-}}$ из них в растворе нет.

Как правильно

Проверяйте таблицу растворимости. Нерастворимый сульфид — молекулой: $\mathrm{FeS + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2S\uparrow}$ .

Проверь себя

Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.

Проверь себя по всему разделу

Задачи для тренировки

От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.

База Задача 1

Запишите молекулярное и сокращённое ионное уравнения реакции сероводородной кислоты с избытком гидроксида калия.

Подсказка

Сероводородная кислота слабая — в ионном уравнении её пишут молекулой.

Решение

При избытке щёлочи образуется средняя соль — сульфид калия:

\mathrm{H_2S + 2KOH \rightarrow K_2S + 2H_2O}

Ионы

\mathrm{K^+}

сокращаются, кислота остаётся молекулой:

\mathrm{H_2S + 2OH^- \rightarrow S^{2-} + 2H_2O}

Ответ

H₂S + 2KOH → K₂S + 2H₂O; H₂S + 2OH⁻ → S²⁻ + 2H₂O

База Задача 2

В пробирке — бесцветный раствор, в котором может быть сульфид натрия. Каким реактивом это проверить и что вы увидите?

Подсказка

Вспомните качественную реакцию на сульфид-ион.

Решение

Добавить раствор соли свинца(II), например $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ . Если в растворе есть ионы $\mathrm{S^{2-}}$ , выпадет чёрный осадок сульфида свинца:

\mathrm{Pb^{2+} + S^{2-} \rightarrow PbS\downarrow}

Ответ

Раствором соли свинца(II) — выпадает чёрный осадок PbS

Средний Задача 3

Сульфид железа(II) массой 17,6 г обработали избытком соляной кислоты. Какой объём сероводорода (н. у.) выделился?

Подсказка

По уравнению из 1 моль FeS получается 1 моль H₂S.

Решение

Дано

$m(\mathrm{FeS}) = 17{,}6$ г

Найти

$V(\mathrm{H_2S})$ . $\mathrm{FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S\uparrow}$ $M(\mathrm{FeS}) = 56 + 32 = 88$ г/моль
$n(\mathrm{FeS}) = \dfrac{17{,}6}{88} = 0{,}2$ моль. $n(\mathrm{H_2S}) = n(\mathrm{FeS}) = 0{,}2$ моль
$V = 0{,}2 \cdot 22{,}4 = 4{,}48$ л

Ответ

4,48 л

Средний Задача 4

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в схеме горения сероводорода в избытке кислорода $\mathrm{H_2S + O_2 \rightarrow SO_2 + H_2O}$ . Укажите окислитель и восстановитель.

Подсказка

Сера меняет степень окисления с −2 на +4, кислород — с 0 на −2.

Решение

$\mathrm{\overset{-2}{S} - 6e^- \rightarrow \overset{+4}{S}}$ — множитель 2; $\mathrm{\overset{0}{O}_2 + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}}$ — множитель 3.

\mathrm{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O}

Проверка по кислороду: слева 6, справа

\(4 + 2 = 6\)

. Восстановитель —

\mathrm{H_2S}

, окислитель —

\mathrm{O_2}

.

Ответ

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O; восстановитель H₂S, окислитель O₂

Сложный Задача 5

Через раствор, содержащий 33,1 г нитрата свинца(II), пропустили избыток сероводорода. Какова масса осадка?

Подсказка

Осадок — сульфид свинца(II); найдите количество вещества соли.

Решение

Дано

$m(\mathrm{Pb(NO_3)_2}) = 33{,}1$ г

Найти

$m(\mathrm{PbS})$ . $\mathrm{Pb(NO_3)_2 + H_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2HNO_3}$ $M(\mathrm{Pb(NO_3)_2}) = 207 + 2 \cdot (14 + 48) = 331$ г/моль
$n = \dfrac{33{,}1}{331} = 0{,}1$ моль. $n(\mathrm{PbS}) = 0{,}1$ моль
$M(\mathrm{PbS}) = 207 + 32 = 239$ г/моль
$m = 0{,}1 \cdot 239 = 23{,}9$ г

Ответ

23,9 г

Сложный Задача 6

Какой объём кислорода (н. у.) нужен для полного обжига 9,7 г сульфида цинка до оксида цинка и оксида серы(IV)?

Подсказка

Сначала уравняйте реакцию обжига; на 2 моль ZnS идёт 3 моль O₂.

Решение

Дано

$m(\mathrm{ZnS}) = 9{,}7$ г

Найти

$V(\mathrm{O_2})$ . $\mathrm{2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO + 2SO_2}$ $M(\mathrm{ZnS}) = 65 + 32 = 97$ г/моль
$n(\mathrm{ZnS}) = \dfrac{9{,}7}{97} = 0{,}1$ моль. $n(\mathrm{O_2}) = \dfrac{3}{2} \cdot 0{,}1 = 0{,}15$ моль
$V = 0{,}15 \cdot 22{,}4 = 3{,}36$ л

Ответ

3,36 л

Для родителя

Как объяснить за 5 минут. Вспомните запах тухлого яйца и потемневшее серебро — это сероводород и сульфид серебра. Объясните: сера «набрала» два электрона до полного комплекта и теперь может их только отдавать, поэтому сероводород всегда восстановитель. Чем сильнее «забирающий» соперник, тем больше электронов он отнимет: до серы, до $\mathrm{SO_2}$ , до серной кислоты.

Вопросы для проверки понимания: 1) Почему $\mathrm{H_2S}$ не бывает окислителем? 2) Как в пробирке узнать, что в растворе есть сульфид-ион? 3) Что получится при горении сероводорода, если кислорода мало?

На что обратить внимание. В ионных уравнениях $\mathrm{H_2S}$ и нерастворимые сульфиды пишутся молекулами. Опыты с сероводородом дома не проводить — газ ядовит.

Где в учебниках

Учебник	Параграф	Упражнения
Химия. 9 класс (Габриелян, Остроумов, Сладков)	§ 14	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9