Вступ

Вивчення хімічних властивостей окремих елементів є невід'ємною складовою курсу хімії в сучасній школі, що дозволяє на основі індуктивного підходу зробити припущення про особливості хімічної взаємодіїелементів з урахуванням їх фізико-хімічних характеристик. Однак можливості шкільної хімічної лабораторії не завжди повною мірою дозволяють продемонструвати залежність хімічних властивостей елемента від його положення у періодичній системі хімічних елементів, особливостей будови простих речовин

Хімічні властивості сірки використовуються і на початку вивчення курсу хімії для демонстрації відмінності хімічних явищ від фізичних, а також при вивченні особливостей окремих хімічних елементів. Найчастіше в методичні вказівкирекомендується демонстрація взаємодії сірки із залізом, як приклад хімічних явищ та приклад окисних властивостей сірки. Але здебільшого дана реакція або не протікає зовсім, або результати її перебігу неможливо оцінити неозброєним поглядом. Різні варіанти проведення даного експерименту найчастіше характеризуються низькою відтворюваністю результатів, що дозволяє систематично використовувати їх за характеристиці зазначених вище процесів. Тому актуальним є пошук варіантів, здатних скласти альтернативу демонстрації процесу взаємодії заліза із сіркою, адекватних особливостям шкільної хімічної лабораторії.

Ціль:Дослідити можливість проведення реакцій щодо взаємодії сірки з металами в умовах шкільної лабораторії.

Завдання:

Визначити основні фізико-хімічні характеристики сірки;

Проаналізувати умови проведення та перебігу реакцій взаємодії сірки з металами;

Вивчити відомі методики здійснення взаємодії сірки з металами;

Відібрати системи щодо реакцій;

Оцінити адекватність відібраних реакцій умов шкільної хімічної лабораторії.

Об'єкт дослідження:реакції взаємодії сірки з металами

Предмет дослідження:здійсненність реакцій взаємодії сірки з металами за умов шкільної лабораторії.

Гіпотеза:альтернативою взаємодії заліза з сіркою в умовах шкільної хімічної лабораторії буде хімічна реакція, що відповідає вимогам наочності, відтворюваності, відносної безпеки та доступності речовин, що реагують.

Свою роботу ми хочемо розпочати з короткої характеристики сірки:

Положення в періодичній системі: сірка знаходиться у 3 періоді, VI групі, головній (А) підгрупі, відноситься до s-елементів.

Атомний номерсірки 16, отже, заряд атома сірки дорівнює + 16, число електронів 16. Три електронних рівня на зовнішньому рівні 6 електронів

Схема розташування електронів за рівнями:

16 S )))
2 8 6

Ядро атома сірки 32 S містить 16 протонів (до заряду ядра) і 16 нейтронів ( атомна масамінус число протонів: 32 - 16 = 16).

Електронна формула: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Таблиця 1

Значення потенціалів іонізації атома сірки

Потенціал іонізації

Енергія (еВ)

На холоді сірка досить інертна (енергійно з'єднується тільки з фтором), але при нагріванні стає дуже хімічно активною – реагує з галоїдами(крім йоду), киснем, воднем та майже з усіма металами. В результатіреакцій останнього типу утворюються відповідні сірчисті сполуки.

Реакційна здатність сірки як будь-якого іншого елемента при взаємодії з металами залежить від:

активності речовин, що вступають у реакцію. Так, наприклад, найбільш активно сірка буде взаємодіяти з лужними металами.

від температури проведення реакції Що пояснюється термодинамічні особливості процесу.

Термодинамічна можливість мимовільного перебігу хімічних реакцій у стандартних умовах визначається стандартною енергією Гіббса реакції:

ΔG 0 Т< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 Т > 0 – пряма реакція неможлива

від ступеня подрібнення реагуючих речовин, так як сірка, і метали реагують в основному в твердому стані.

Термодинамічні характеристики деяких реакцій взаємодії сірки з металами наведено у слайді 4

З таблиці видно, що теромодинамічно можливе перебіг взаємодії сірки як з металами початку низки напруг, так і малоактивними металами.

Таким чином, сірка є досить активним при нагріванні неметал, здатним вступати в реакції з металами як високої активності (лужними) так і малоактивними (срібло, мідь).

Дослідження взаємодії сірки з металами

Підбір систем для дослідження

Для дослідження взаємодії сірки з металами відбиралися системи, що включають метали, що знаходяться в різних місцях ряду Бекетова, що мають різну активність.

Як умови відбору були визначені такі критерії: швидкість проведення, наочність, повнота перебігу реакції, відносна безпека, відтворюваність результату, речовини повинні помітно відрізнятися фізичним властивостям, наявність речовин у шкільній лабораторії, існують вдалі спроби проведення взаємодій сірки з конкретними металами

Для оцінки відтворюваності реакцій кожен експеримент проводився тричі.

На підставі зазначених критеріїв для проведення експерименту було відібрано такі реакційні системи:

СІРА І ВІДЬ Cu + S = CuS + 79 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо 4 г сірки у порошковому стані та насипаємо у пробірку. Нагріємо сірку у пробірці до кипіння. Потім візьмемо мідний дріт і розжаримо його над полум'ям. Коли сірка розплавиться і закипить, помістимо до неї мідний дріт

Очікуваний результат:Пробірка заповнюється бурими парами, дріт розжарюється і згоряє з утворенням тендітного сульфіду.

2. Взаємодія сірки із міддю.

Реакція вийшла не дуже наочною, мимовільного розігріву міді також не відбувалося. При додаванні соляної кислоти особливого виділення газу немає.

СІРА І ЗАЛІЗО Fe + S = FeS + 100,4 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо 4 г порошкової сірки та 7 г порошкового заліза і перемішаємо. Отриману суміш пересипаємо в пробірку. Підігріємо речовини у пробірці

Очікуваний результат:Відбувається сильне мимовільне розігрівання суміші. Отриманий сульфід заліза спікається. Речовина не поділяється водою і не реагує на магніт.

1. Взаємодія сірки із залізом.

Здійснити реакцію з отримання сульфіду заліза без залишку в лабораторних умовах практично неможливо, дуже складно визначити, коли речовини повністю прореагували, мимовільного розігріву реакційної суміші не спостерігається. Перевірили отриману речовину на те, чи є вона сульфідом заліза. Для цього ми використовували HCl. Коли ми капнули соляну кислоту на речовину, вона почала пінитися, виділявся сірководень.

СІРА І НАТРІЙ 2Na + S = Na 2 S + 370,3 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо 4 г порошкової сірки і насипаємо у ступку, добре розітрімо

Відріжемо шматочок натрію масою приблизно 2 г. Обріжемо оксидну плівку, розітріть їх разом.

Очікуваний результат:Реакція протікає бурхливо, можливе самозаймання реагентів.

3. Взаємодія сірки із натрієм.

Взаємодія сірки з натрієм - це сам небезпечний експеримент. За кілька секунд розтирання полетіли перші іскри, у ступці спалахнув і почав горіти натрій із сіркою. При взаємодії продукту із соляною кислотою активно виділяється сірководень.

СІРА І ЦИНК Zn + S = ZnS + 209 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо порошкову сірку та цинк по 4 г кожен, перемішаємо речовини. Готову суміш пересипаємо на азбестову сітку. До речовин підносимо гарячу лучину

Очікуваний результат:Реакція протікає не відразу, але бурхливо, утворюється зеленувато-блакитне полум'я.

4. Взаємодія сірки із цинком.

Реакцію запустити дуже складно, її ініціювання потрібно використання сильних окислювачів чи високої температури. Речовини спалахують зеленувато-блакитним полум'ям. Коли полум'я тухне, на цьому місці залишається залишок, при взаємодії із соляною кислотою сірководень виділяється незначно.

СІРА І АЛЮМІНІЙ 2Al + 3S = Al 2 S 3 + 509,0 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо порошкову сірку масою 4 г та алюміній масою 2,5 г і перемішаємо. Розмістимо отриману суміш на азбестовій сітці. Підпалюємо суміш палаючим магнієм

Очікуваний результат:При реакції відбувається спалах.

5. Взаємодія сірки із алюмінієм.

Для реакції необхідне додавання сильного окислювачаяк ініціатор. Після підпалювання магнієм, що горить, сталася потужний спалахжовтувато-білого кольору, сірководень виділяється досить активно.

СІРА І МАГНІЙ Mg + S = MgS + 346,0 кДж/моль

Методика та очікуваний ефект

Візьмемо магнієву стружку 2,5 г та порошкову сірку 4 г і перемішаємо

Отриману суміш розмістимо на азбестовій сітці. Підносимо скіпку до отриманої суміші.

Очікуваний результат:При реакції відбувається потужний спалах.

4. Взаємодія сірки із магнієм.

Для реакції необхідно додавання чистого магнію як ініціатор. Відбувається сильний спалах білуватого кольору, сірководень виділяється активно.

Висновок

Реакція з отримання сульфіду заліза була закінчена, оскільки залишився залишок як суміші пластичної сірки і заліза.

Найбільш активне виділення сірководню виявилося у сульфіду натрію та у сульфідів магнію та алюмінію.

Менш активне виділення сірководню було у сульфіду міді.

Проведення дослідів щодо отримання сульфіду натрію небезпечне та не рекомендується в умовах шкільної лабораторії.

Для проведення в умови школи найбільш підходять реакції з отримання сульфідів алюмінію, магнію та цинку.

Очікуваний та фактичний результат збіглися при взаємодії сірки з натрієм, магнієм та алюмінієм.

Висновок

Незважаючи на існуючі рекомендації проведення демонстрації взаємодії заліза з сіркою як приклад, що ілюструє хімічні явищаі окисні властивостісірки в курсі хімії загальноосвітньої школи, реальне здійснення такого експерименту часто не супроводжується видимим ефектом

При визначенні альтернативи даної демонстрації вибиралися системи, які відповідають вимогам наочності, безпеки, доступності речовин, що реагують у шкільній лабораторії. Як можливі варіанти були обрані реакційні системи сірки з міддю, залізом, цинком, магнієм, алюмінієм, натрієм, що дозволяють оцінити ефективність використання реакції взаємодії сірки з різними металами як демонстраційні експерименти на уроках хімії.

За результатами експериментів було визначено, що найбільш оптимально для зазначених цілей використовувати реакційні системи сірки з середньо-високою активністю металів (магній, алюміній).

На основі проведених експериментів створено відеоролик, що демонструє окислювальні властивості сірки на прикладі її взаємодії з металами, що дозволяє описати ці властивості без проведення натурного експерименту. Як додатковий посібник створено сайт ( ), на якому представлені в тому числі і результати проведеного дослідження у наочній формі.

Результати дослідження можуть стати основою більш глибокого вивчення особливостей хімічних властивостей неметалів, хімічної кінетики і термодинаміки.

ВИЗНАЧЕННЯ

Залізо- Елемент восьмої групи четвертого періоду Періодичної системихімічних елементів Д. І. Менделєєва.

А важкий номер - 26. Символ - Fe (лат. "ferrum"). Один з найпоширеніших у земної кориметалів (друге місце після алюмінію).

Фізичні властивості заліза

Залізо – метал сірого кольору. У чистому вигляді воно досить м'яке, ковке та тягуче. Електронна конфігурація зовнішнього енергетичного рівня – 3d 6 4s 2 . У своїх сполуках залізо виявляє ступеня окиснення «+2» та «+3». Температура плавлення заліза - 1539С. Залізо утворює дві кристалічні модифікації: α- та γ-залізо. Перша з них має кубічні об'ємноцентровані грати, друга – кубічні гранецентровані. α-Залізо термодинамічно стійке у двох інтервалах температур: нижче 912 і від 1394С до температури плавлення. Між 912 і 1394С стійке γ-залізо.

Механічні властивості заліза залежать від його чистоти - вмісту в ньому навіть дуже малої кількості інших елементів. Тверде залізо має здатність розчиняти у собі багато елементів.

Хімічні властивості заліза

У вологому повітрі залізо швидко іржавіє, тобто. покривається бурим нальотом оксиду заліза гідратованого, який внаслідок своєї рихлості не захищає залізо від подальшого окислення. У воді залізо інтенсивно корродує; при рясному доступі кисню утворюються гідратні форми оксиду заліза (III):

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 ×H 2 O.

При нестачі кисню або утрудненому доступі утворюється змішаний оксид (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2 .

Залізо розчиняється в соляній кислоті будь-якої концентрації:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .

Аналогічно відбувається розчинення у розведеній сірчаній кислоті:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 .

У концентрованих розчинах сірчаної кислоти залізо окислюється до заліза (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Однак у сірчаній кислоті, концентрація якої близька до 100%, залізо стає пасивним і взаємодії практично не відбувається. У розведених та помірно концентрованих розчинах азотної кислотизалізо розчиняється:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO +2H 2 O.

При високих концентраціях азотної кислоти розчинення сповільнюється та залізо стає пасивним.

Як і інші метали, залізо вступає в реакції з простими речовинами. Реакції взаємодії заліза з галогенами (незалежно від типу галогену) протікають під час нагрівання. Взаємодія заліза з бромом протікає при підвищеному тиску останньої пари:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8 .

Взаємодія заліза із сіркою (порошок), азотом та фосфором також відбувається при нагріванні:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Залізо здатне реагувати з такими неметалами, як вуглець та кремній:

3Fe + C = Fe 3 C;

Серед реакцій взаємодії заліза зі складними речовинами особливу роль відіграють наступні реакції - залізо здатне відновлювати метали, що стоять у ряду активності правіше за нього, з розчинів солей (1), відновлювати сполуки заліза (III) (2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Залізо, при підвищеному тиску, реагує з несолетворним оксидом – СО з утворенням речовин складного складу – карбонілів – Fe(CO) 5 , Fe 2 (CO) 9 та Fe 3 (CO) 12 .

Залізо за відсутності домішок стійке у воді та у розведених розчинах лугів.

Отримання заліза

Основний спосіб отримання заліза – із залізняку (гематит, магнетит) чи електроліз розчинів його солей (у разі отримують «чисте» залізо, тобто. залізо без домішок).

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Хімічні властивості залізарозглянемо з прикладу його взаємодії з типовими неметалами — сірою і кислородом.

Змішаємо в чашці Петрі подрібнені до порошкоподібного стану залізо та сірку. Розжаримо в полум'ї сталеву спицю і торкнемося нею суміші реагентів. Бурхлива реакція між залізом та сіркою супроводжується виділенням тепло-вої та світлової енергії. Твердий продукт взаємодії цих речовин – сульфід заліза (II) – чорного кольору. На відміну від заліза він не притягується магнітом.

Залізо реагує із сіркою з утворенням сульфіду заліза (II). Складемо рівняння реакції:

Для реакції заліза з киснем також потрібно попереднє нагрівання. Насипаємо в товстостінний посуд кварцового піску. Розігріємо в полум'ї пальника пучок дуже тонкого залізного дроту - так звану залізну вовну. Розжарений дріт внесемо в посудину з киснем. Залізо згоряє сліпучим полум'ям, розкидаючи іскри - розпечені частинки залізної окалини Fe 3 O 4 .

Ця ж реакція відбувається і на повітрі, коли сталь при механічній обробці сильно нагрівається від тертя.

При згорянні заліза в кисні або на повітрі утворюється залізна окалина:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 , Матеріал із сайту

або 3Fe + 2O 2 = FeO. Fe 2 O 3 .

Залізна окалина - з'єднання, в якому залізо має різні значеннявалентності.

Проходження обох реакцій з'єднання супроводжується виділенням теплової та світлової енергії.

На цій сторінці матеріал за темами:

• Сульфід заліза з киснем реакція до якого типу відноситься

• Скласти рівняння між залізом та сіркою

• Рівняння реакцій заліза із киснем

• Приклад хімічної реакції сполуки заліза із сіркою

• Рівняння взаємодія кисню із залізом

Питання щодо цього матеріалу: