Условие
Дана цепочка превращений: S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → BaSO₄. Запишите уравнения каждой стадии, укажите условия их проведения (температура, катализатор) и отметьте, какие стадии являются окислительно-восстановительными. Объясните, почему оксид серы(IV) не даёт серную кислоту сразу при растворении в воде.
Что известно и что ищем
- Известна цепочка из четырёх стадий.
- Ищем уравнения с условиями, отметку об ОВР и объяснение химического смысла «пропущенной» стадии.
- Ключ: каждая стадия отличается и по типу реакции, и по степени окисления серы.
Ход решения
- Шаг 1. Первая стадия: горение серы. S + O₂ → SO₂. Сера окисляется с нуля до плюс четырёх, кислород восстанавливается — это окислительно-восстановительная реакция, идёт при поджигании.
- Шаг 2. Вторая стадия: окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI). 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃. Это тоже ОВР, сера повышает степень окисления до плюс шести. Реакция обратимая, экзотермическая и идёт только с катализатором при умеренном нагреве — без катализатора она практически не идёт.
- Шаг 3. Третья стадия: получение кислоты. SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Здесь степени окисления не меняются — это не ОВР, а реакция соединения. На практике кислоту получают, поглощая оксид серы(VI) концентрированной серной кислотой, но по смыслу стадии вода всё равно участвует.
- Шаг 4. Четвёртая стадия: получение соли. H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl. Это реакция ионного обмена, и признак у неё — белый осадок, нерастворимый в кислотах.
- Шаг 5. Отвечаем на вопрос про воду и оксид серы(IV). При растворении SO₂ в воде образуется сернистая кислота — сера остаётся в степени плюс четыре. Чтобы получить серную кислоту, серу обязательно нужно сначала окислить до плюс шесть, то есть пройти стадию с катализатором. Пропустить её нельзя: вода не окисляет серу.
- Шаг 6. Делаем вывод о смысле цепочки: она показывает, что «генетическая связь» между веществами — это не просто список, а последовательность превращений с разными типами реакций и разными условиями.
Проверь себя
- Ответ: S + O₂ → SO₂; 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ (катализатор); SO₃ + H₂O → H₂SO₄; H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl. Окислительно-восстановительные — первые две стадии.
- Проверка вывода: на каждой стадии проверены степени окисления серы: ноль, плюс четыре, плюс шесть, плюс шесть, плюс шесть.
- Ловушка: получить серную кислоту напрямую из оксида серы(IV) и воды. Тогда в продукте была бы сернистая кислота, а степень окисления серы осталась бы плюс четыре.
Как объяснить ребёнку
«Цепочка — это маршрут с пересадками: сера едет из точки "ноль" в точку "плюс шесть", и на одну пересадку (окисление до оксида серы(VI)) нужен особый транспорт — катализатор. Если пропустить пересадку, приедешь не туда: получится сернистая кислота вместо серной».
Тема для отчёта родителю
«Цепочка превращений серы: где нужен катализатор и какие стадии окислительно-восстановительные».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.