Sprawozdanie chemia nieorganiczna - zajęcia 8 Pierwiastki XV grupy układu okresowego - siarka i jej związki
|
|
|
Zaliczenie :
|
Wstęp teoretyczny :
Charakterystyka pierwiastków 16 grupy układu okresowego
Charakter pierwiastków zmienia się w dół grupy od niemetalicznego (tlen, siarka) do metalicznego (polon). W dół grupy rośnie promień atomu, a maleje elektroujemność. Tlen jest gazem, pozostałe pierwiastki są ciałami stałymi. Tlenowce są pierwiastkami bardziej aktywnymi od azotowców przy czym aktywność chemiczna maleje od tlenu do polonu. Tlenowce reagują z metalami alkalicznymi (czyli metalami I grupy), a także z takimi metalami, jak miedź, srebro i rtęć. Siarka, selen, tellur i polon łączą się bezpośrednio z tlenem.
|
Siarka (S) |
Konfiguracja powłoki walencyjnej |
3s23p4 |
Wygląd i stan skupienia w temperaturze pokojowej |
Niemetaliczne ciało stałe o barwie żółtej |
Siarka - jest to pierwiastek chemiczny, niemetal bloku „p” w układzie okresowym. W zwykłej temperaturze siarka jest mało aktywna. Siarka występuje w stanie wolnym, w stanie związanym zaś występuje głownie w postaci siarczków i siarczanów (VI). Gaz ziemny zawiera duże ilości siarkowodoru. Siarka tworzy dwie różne sieci krystaliczne siarkę rombową i siarkę jednoskośną. Szybkie ochłodzenie stopionej siarki powoduje powstawanie ciągliwej siarki plastycznej. Tworzą ją długie chaotycznie poukładane łańcuchy siarkowe o różnej długości. Po kilku dniach siarka plastyczna ulega krystalizacji, przetwarzając się w siarkę jednoskośną, która powoli przekształca się w trwalszą odmianę rombową. Zarówno siarka jednoskośna jak i rombowa zawierają ośmioatomowe pierścienie S8. Jest niezbędna do życia. Ważniejsze związki siarki to kwas siarkowy (VI), kwas siarkowy (IV) oraz kwas siarkowodorowy.
Związki siarki :
siarkowodór H2S - jest gazem o nieprzyjemnym zapachu, słabo rozpuszcza się w wodzie. Powstaje podczas bezpośredniej syntezy pierwiastków. Częściej jednak wydziela się z siarczków. Wodny roztwór tego kwasu to kwas siarkowodorowy (H2S). Dysocjuje on w wodzie dwustopniowo i jest kwasem bardzo słabym, z tego powodu rozpuszczalne siarczki ulegają w roztworze wodnym hydrolizie.
kwas siarkowy (IV) - H2SO3 jest bardzo nietrwały, szybko ulega rozkładowi. Dysocjuje dwustopniowo i jest kwasem słabym. Zarówno kwas, jak i jego sole są reduktorami.
kwas siarkowy (VI) - H2SO4 - jest bezbarwną cieczą o dużej gęstości. To kwas trwały, można go zatem długo przechowywać. Jest kwasem silniej higroskopijnym, miesza się z wodą wydzielając przy tym ogromne ilości ciepła. Stężony kwas siarkowy(VI) jest kwasem utleniającym , to znaczy zdolnym do reakcji zarówno z wieloma niemetalami jak i metalami. Jest mocnym kwasem, dysocjuje dwustopniowo. Można jednak przyjąć, że w roztworach rozcieńczonych także długi stopień dysocjacji zachodzi w dużym stopniu.
Kwasowe właściwości tlenków maleją w dół grupy. SO2 jest tlenkiem kwasowym. Podobnie zmieniają się właściwości kwasowe wyższych tlenków. SO3 jest tlenkiem o silnych właściwościach kwasowych.
tlenek siarki (VI) - SO3 powstaje podczas katalicznego spalania SO2 w powietrzu :
2 SO2 + O2 2 SO3
Jest ciałem stałym, dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Jest bezwodnikiem kwasu siarkowego (VI). Reakcja tlenku z wodą jest silnie egzotermiczna.
SO3 + H2O H2SO4
Podobnie jak tlenek siarki (IV), reaguje z zasadami i tlenkami zasadowymi.
Tlenek siarki(IV) - SO2 powstaje podczas spalania siarki w powietrzu :
S + O2 SO2
Ten bezbarwny gaz o drażniącej woni jest bezwodnikiem kwasu siarkowego (VI). Reaguje z zasadami i tlenkami o charakterze zasadowym.
Reakcje redoks - jest to proces, w wyniku którego między dwiema substancjami następuje wymiana elektronów. Wiąże się to jednoznacznie ze zmianami stopni utlenienia pierwiastków wchodzących w skład tych substancji. Proces pobierania elektów to proces redukcji zaś proces oddawania elektronów to proces utleniania.
Doświadczenia :
Badanie właściwości siarki
a)
Odczynniki chemiczne : siarka, etanol, aceton, benzen, siarczan(IV) stały, kwas siarkowy(VI) stężony, KMnO4, K2Cr2O7, KI, roztwór skrobi, H2O2, woda bromowa, chloroform, kolorowy kwiat.
Sprzęt laboratoryjny : statyw na próbówki, próbówki, zlewka 25cm3, szczypce, łyżeczka do spalania, cylinder do spalania, tlen, papierki uniwersalne, małe świeczki na drucie.
Wykonanie : Do próbówki nasypano ok. 2-3 cm3 siarki i ogrzano do stopienia. Następnie wlano do wody i po upływie ok. 10 minut wyciągnięto siarkę ze zlewki (25cm3) za pomocą szczypiec.
Obserwacje : Siarka, która uległa stopieniu ma ciemnoczerwoną barwę. Szybkie ochłodzenie siarki powoduje powstawanie ciągliwej siarki plastycznej. Siarkę plastyczną tworzą długie, chaotycznie poukładane łańcuchy siarkowe o różnej długości. Po kilku minutach siarka, która była plastyczna uległa krystalizacji, przetwarzając się w siarkę jednoskośną, która po niedługim czasie przekształca się w trwalszą odmianę alotropową.
Wnioski : Siarka tworzy dwie różne sieci krystaliczne. Siarkę rombową i jednoskośną.
b)
Wykonanie : Na łyżeczkę do spalania nasypano piasku i umieszczono na nim niewielką ilość siarki. Łyżeczkę ogrzano w płomieniu palnika, aż do jej zapalenia. Po zapaleniu siarki łyżeczkę wprowadzono do cylindra z tlenem. Następnie do cylindra nalano ok. 10 cm3 wody destylowanej i zbadano pH za pomocą papierka uniwersalnego.
Obserwacje : Siarka po wprowadzeniu do płomienia palnika spala się jasnym płomieniem, a w tlenie obserwujemy niebieskie błyski.
Wnioski : W wyniku spalania powstał tlenek siarki(IV). Papierek uniwersalny zabarwił się na czerwono.
Reakcja :
S + O2 SO2
SO2 + H2O H2SO3
SO2 + 3 H2O 2 H3O+ + SO32-
c)
Wykonanie : do stałego siarczanu(VI) sodu do otrzymywania SO2 wkroplono powoli z wkraplacza kilka cm3 stężonego H2SO4. Wydzielający się SO2 zebrano do cylindrów i przykryto przykrywką.
Obserwacje : Wydziela się gaz.
Wnioski : Siarczan(VI) sodu jest solą nietrwałą, w wyniku działania stężonym H2SO4, wydziela się gaz, którym jest tlenek siarki(IV).
Reakcja :
Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2 + H2O
d)
Wykonanie : Do cylindra wypełnionego SO2 wprowadzono zapaloną świeczkę umieszczoną na drucie.
Obserwacje : Zapalona świeczkę umieszczono w cylindrze z SO2 gaśnie.
e)
Wykonanie : Do cylindra wypełnionego SO2 wlano 10 cm3 rozcieńczonego KMnO4 i zamknięto cylinder, następnie zawartość cylindra wstrząśnięto.
Obserwacje : W wyniku reakcji roztwór KMnO4 odbarwił się.
Wnioski : Tlenek siarki(IV) nie podtrzymuje spalania.
Reakcja :
2KMnO4 + 5 SO2 + 2H2O → 2MnSO4 + 2H2SO4 + K2SO4
5SO2 + 2K+ + 2 MnO4- + 2H2O → 2 Mn2+ + 2SO42- + 2K+ + SO42- + 2H3O+ + SO42-
Gips - własności i zastosowanie
Odczynniki chemiczne : palony gips ( tlenek wapnia CaO), woda.
Wykonanie : Do zlewki na 25 cm3 nasypano palonego gipsu na wysokość 2-3 cm3. Nalano kilka cm3 wody i zrobiono z tego formę gipsową, którą można było formować. Zrobiono pewną formę. Po kilku minutach sprawdzono konsystencję papki.
Obserwacje : Na początku forma była miękka jednak po kilku minutach stała się twarda.
Wnioski : Gips posiada własności plastyczne, dzięki którym ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym (budownictwo, przemysł chemiczny). Energicznie reaguje z woda, przy czym wydziela się znaczna ilość ciepła (tzw. proces gaszenia wapna).
Trioksotiosiarczan(VI) sodu (tiosiarczan sodu) - własności, zastosowanie
Odczynniki chemiczne : Pb(NO3)2, CuCl2, Mn(NO3)2, Ba(NO3)2, Na2SO3, siarka, AgNO3, NaBr, I2 w KI, roztwór skrobi.
Sprzęt laboratoryjny : próbówki, statyw na próbówki, zlewka 25cm3 oraz zlewka 50 cm3.
a)
Wykonanie : Do 4 próbówek wlano po ok. 1cm3 roztworu Pb(NO3)2, CuCl2, Mn(NO3)2, Ba(NO3)2 oraz CaCl2 do każdej z próbówek nalano Na2SO3, następnie każdą próbówkę wstrząśnięto.
Obserwacje : W próbówce nr I z Ba(NO3)2 powstał biały osad, który opadł na dno. W próbówce nr 2 z Pb(NO3)2 - biały osad opadający na dno, nr 3 CuCl2 - powstał żółto-zielony osad, nr 4 Mn(NO3)2 - powstał biały osad, nr 5 z CaCl2 - powstał biały osad opadający na dno.
Wnioski : W wyniku reakcji powstały sole siarczanowe(IV).
Reakcje :
Pb(NO3)2 + Na2SO3 2 NaNO3 + PbSO3
Pb2+ + SO32- Pb(SO3)2
CuCl2 + Na2SO3 CuSO3 + 2 NaCl
Cu2+ + SO32- CuSO3
Mn(NO3)2 + Na2SO3 2 NaNO3 + MnSO3
Mn2+ + SO32- MnSO3
CaCl2 + Na2SO3 2 NaCl
Ca2+ + SO32- CaSO3
Ba(NO3)2 + Na2SO3 2NaNO3 + BaSO3
Ba2+ + SO32- BaSO3
b)
Wykonanie : Do 4 próbówek wlano po ok. 1cm3 r-r Pb(NO3)2, CuCl2, Mn(NO3)2, Ba(NO3)2 oraz CaCl2 do każdej z próbówek nalano Na2SO4, następnie każdą próbówkę wstrząśnięto.
Obserwacje : W próbówce nr I z Ba(NO3)2 powstał biały osad, który opadł na dno. W próbówce nr 2 z Pb(NO3)2 - biały osad który opada na dno , nr 3 CuCl2 - powstał błękitny osad, nr 4 Mn(NO3)2 - bezbarwny osad brak osadu, nr 5 z CaCl2 - na dnie pojawiły się białe kryształy, które przykleiły się do dna.
Wnioski : W przeprowadzonym doświadczeniu powstały sole siarczanowe (VI).
Reakcje :
Pb(NO3)2 + Na2SO4 2 NaNO3 + PbSO4
Pb2+ + SO42- Pb(SO4)2
CuCl2 + Na2SO4 CuSO4 + 2 NaCl
Cu2+ + SO42- CuSO4
Mn(NO3)2 + Na2SO3 2 NaNO3 + MnSO4
CaCl2 + Na2SO4 2 NaCl + CaSO4
Ca2+ + SO42- CaSO4
Ba(NO3)2 + Na2SO4 2NaNO3 + BaSO4
Ba2+ + SO42- BaSO4
c)
Wykonanie : Do próbówki wlano ok. 1cm3 wody chlorowej, a następnie dodano 2 cm3 r-r Na2S2O3. Zawartość próbówki zatkano palcem, wstrząśnięto i sprawdzono zapach.
Obserwacje : Wydzielił się ostry i drażniący zapach chloru.
Wnioski : czuć zapach chloru
HClO + Na2S2O3→ Cl2 + NaCl + H2SO4
d)
Wykonanie : Do próbówki wlano ok. 1cm3 r-r AgNO3 i dodano ok. 1cm3 NaBr. Otrzymany osad zadano Na2S2O3.
Obserwacje : Powstał żółto - kremowy osad. Po dodaniu dużej ilości Na2S2O osad uległ rozpuszczeniu.
Wnioski :
AgNO3 + NaBr → NaNO3 + AgBr
AgBr+ Na2S2O3 → Na2Br + AgSO3
e)
Wykonanie : Do próbówki wlano 1 cm3 I2 w KI , a następnie dodano roztworu Na2S2O3.
Obserwacje : Po dodaniu Na2S2O r-r brunatny I2 w KI odbarwił się.
Wnioski : Odbarwienie jodu w jodku potasu powoduje r-r Na2S2O3.
Reakcja :
2 Na2S2O3 + I2 2 NaI + Na2S4O6