Сероводородная кислота вода. Сероводород и сероводородная кислота. Соли сероводородной кислоты (сульфиды), их растворимость в воде и взаимодействие с минеральными кислотами. Актуальность проблемы очистки газа от сероводорода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сероводородная кислота (сероводород, моносульфан) в обычных условиях представляет собой бесцветный газ.

Термически неустойчив. Плохо растворим в холодной воде. Насыщенный раствор (0,1М) называют «сероводородной водой», который мутнеет при стоянии на воздухе. Проявляет слабые кислотные свойства. В ОВР является сильным восстановителем.

Химическая формула сероводородной кислоты

Химическая формула сероводородной кислоты H 2 S. Она показывает, что в состав данной молекулы входят два атома водорода (Ar = 1 а.е.м.) и один атом серы (Ar = 32 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу сероводородной кислоты:

Mr(H 2 S) = 2×Ar(H) + Ar(S);

Mr(H 2 S) = 2×1 + 32 = 2 +32 = 34.

Графическая (структурная) формула сероводородной кислоты

Структурная (графическая) формула сероводородной кислоты является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1).

Рис. 1. Строение молекулы сероводорода с указанием валентного угла между связями и длины химических связей.

Ионная формула

Сероводородная кислота является электролитом, т.е. в водном растворе она способна диссоциировать на ионы согласно следующему уравнению:

H 2 S ↔ 2H + + S 2- .

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Что такое сероводород?

СЕРОВОДОРОД, H 2 S, (сернистый водород, сульфид водорода) - бесцветный горючий газ с резким запахом, t кипения 60,35 °C. Водный раствор - сероводородная кислота. Сероводород часто встречается в месторождениях нефти и газа.

Сероводород H 2 S токсичен: острое отравление человека наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/м 3 , концентрация выше 1 мг/м 3 - смертельна. Сероводород H 2 S является агрессивным газом, провоцирующим кислотную коррозию, которую в этом случае называют сероводородной коррозией. Растворяясь в воде, он образует слабую кислоту, которая может вызвать точечную коррозию в присутствии кислорода или диоксида углерода.

В этой связи, без современных станций подготовки газа и модулей сероочистки , сероводород способен наносить сильнейший ущерб людям. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м 3 , а в смеси с углеводородами С 1 –С 3 равна 3 мг/м 3 .

Без станций очистки от сероводорода серьезно страдает и выходит из строя самое различное оборудование в нефтяной, энергетической, транспортной и газоперерабатывающей отраслях.

Что происходит с металлами, если сероводород не удален?

Сероводород - H 2 S - тотальная коррозия металла

Сероводород реагирует почти со всеми металлами, образуя сульфиды, которые по отношению к железу играют роль катода и образуют с ним гальваническую пару. Разность потенциалов этой пары достигает 0,2–0,48 В. Способность сульфидов к образованию микрогальванических пар со сталью приводит к быстрому разрушению технологического оборудования и трубопроводов.

Бороться с сероводородной коррозией чрезвычайно трудно: несмотря на добавки ингибиторов кислотной коррозии, трубы из специальных марок нержавеющей стали быстро выходят из строя. И даже полученную из сероводорода серу перевозить в металлических цистернах можно в течение ограниченного срока, поскольку цистерны преждевременно разрушаются из-за растворенного в сере сероводорода. При этом происходит образование полисульфанов HS n H. Полисульфаны более коррозионно-активные элементы, чем сероводород.

Сероводород, присоединяясь к непредельным соединениям, образует меркаптаны, которые являются агрессивной и токсичной частью сернистых соединений - химическими ядами. Именно они значительно ухудшают свойства катализаторов: их термическую стабильность, интенсифицируют процессы смолообразования, выпадения и отложения шлаков, шлама, осадков, что вызывает пассивацию поверхности катализаторов, а также усиливают коррозийную активность материала технологических аппаратов.

H 2 S значительно усиливает процесс проникновения водорода в сталь. Если при коррозии в кислых средах максимальная доля диффундирующего в сталь водорода составляет 4% от общего количества восстановленного водорода, то в сероводородсодержащих растворах эта величина достигает 40%.

Присутствие в газе кислорода значительно ускоряет процессы коррозии. Опытным путем было найдено, что наиболее коррозионным является такой газ, в котором отношение кислорода к сероводороду составляет 114:1. Это отношение называется критическим.

Наличие влаги в газе влечет коррозию металла, одновременное же присутствие H 2 S, O 2 и H 2 O является наиболее неблагоприятным с точки зрения коррозии.

Коррозионные действия на металл указанных примесей резко возрастают при увеличении давления.

Скорость коррозии газопроводов прямо пропорциональна давлению газа, проходящего через этот газопровод. При давлении до 20 атм. и влажном газе достаточно даже следов сероводорода 0,002–0,0002% об., чтобы вызвать значительные коррозионные поражения металла труб, ограничивая срок службы газопровода 5–6 годами .

Вследствие коррозионных действий сероводорода, присутствующего в газах, значительно сокращается срок службы силового генерационного оборудования (ГПЭС - ГТУ) и аппаратуры при добыче, транспорте, переработке и использовании газа.

В промысловых условиях особенно большому коррозионному воздействию подвергаются трубы, задвижки, камеры сгорания и поршни силовых установок электростанций, счетчики газа, компрессоры, холодильники.

Значительная часть сероводорода реагирует с металлом и может отложиться в виде продуктов коррозии на клапанах силовых установок, компрессоров, на внутренних стенках аппаратуры, коммуникаций и магистрального газопровода.

Актуальность проблемы очистки газа от сероводорода

Актуальность проблемы очистки газа от сероводорода усиливается требованиями обеспечения экологической безопасности при разработке сернистых месторождений, сокращением вредных выбросов в атмосферу.

При этом особое внимание уделяется совершенствованию действующих и разработке новых технологий сероочистки , исключающих выбросы токсичного сероводорода и продуктов его горения в окружающую среду.

Несмотря на все перечисленные минусы, сероводород является ценным химическим сырьем, поскольку из него можно получить огромное количество неорганических и органических соединений.

- (сернистый водород) H2S, бесцветный газ с запахом тухлых яиц; tпл?85,54 .С, tкип?60,35 .С; при 0 .С сжижается под давлением 1 МПа. Восстановитель. Побочный продукт при очистке нефтепродуктов, коксовании угля и др.; образуется при разложении… … Большой Энциклопедический словарь

- (H2S), бесцветный, ядовитый газ с запахом тухлых яиц. Образуется в процессах гниения, содержится в сырой нефти. Получают действием серной кислоты на сульфиды металлов. Используется в традиционном КАЧЕСТВЕННОМ АНАЛИЗЕ. Свойства: температура… … Научно-технический энциклопедический словарь

СЕРОВОДОРОД, сероводорода, мн. нет, муж. (хим.). Газ, образующийся при гниении белковых веществ, издающий запах тухлых яиц. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

СЕРОВОДОРОД, а, муж. Бесцветный газ с резким неприятным запахом, образующийся при разложении белковых веществ. | прил. сероводородный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Сущ., кол во синонимов: 1 газ (55) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Бесцветный ядовитый газ H2S с неприятным специфическим запахом. Обладает слабокислотными свойствами. 1 л С. при t 0 °C и давлении 760 мм составляет 1,539 г. Встречается в нефтях, в природных водах, в газах биохимического происхождения, как… … Геологическая энциклопедия

СЕРОВОДОРОД - СЕРОВОДОРОД, H2S (молекулярный вес 34,07), бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Литр газа при нормальных условиях (0°, 760 мм) весит 1,5392 г. Темп, кипения 62°, плавления 83°; С. входит в состав газообразных выделений… … Большая медицинская энциклопедия

сероводород - — Тематики биотехнологии EN hydrogen sulfide … Справочник технического переводчика

сероводород - СЕРОВОДОРОД, а, м Бесцветный газ с резким неприятным запахом, образующийся при разложении белковых веществ и представляющий собой соединение серы с водородом. Сероводород содержится в некоторых минеральных водах и лечебных грязях и используется… … Толковый словарь русских существительных

Книги

• Как бросить курить! (DVD) , Пелинский Игорь. "Нет ничего легче, чем бросить курить, - я уже тридцать раз бросал" (Марк Твен). Почему люди начинают курить? Чтобы расслабиться, отвлечься, собраться с мыслями, избавиться от стресса или…
• Вестиментиферы – бескишечные беспозвоночные морских глубин , В. В. Малахов. Монография посвящена новой группе гигантских (до 2,5 м) глубоководных животных, обитающих в районах глубоководной гидротермальной активности и холодных углеводородных просачиваний. Наиболее… электронная книга
• Размышления практикующего врача о здоровье работников газовой промышленности , И. В. Фомичев. Светлана Владимировна Фомичева – канд. мед. наук, с.н.с. Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УРО РАН. Фомичев Илья Владимирович – врач-гастроэнтеролог, руководитель Медицинского…

Сероводород (H₂S) представляет собой бесцветный газ c запахом тухлых яиц. По плотности он тяжелее водорода. Сероводород смертельно ядовит для человека и животных. Даже незначительное его содержание в воздухе вызывает головокружение и тошноту, но самым страшным является то, что при длительном его вдыхании этот запах уже не ощущается. Однако при отравлении сероводородом существует простое противоядие: следует завернуть в платок кусок хлорной извести, затем смочить, и какое-то время нюхать этот сверток. Сероводород получают путем взаимодействия серы с водородом при температуре 350 °С:

H₂ + S → H₂S

Это окислительно-восстановительная реакция: в ходе нее изменяются степени окисления участвующих в ней элементов.

В лабораторных условиях сероводород получают воздействием на сульфид железа серной или соляной кислоты:

FeS + 2HCl → Fe­Cl₂ + H₂S

Это реакция обмена: в ней взаимодействующие вещества обмениваются своими ионами. Данный процесс обычно проводят с помощью аппарата Киппа.

Свойства сероводорода

При горении сероводорода образуется оксид серы 4 и водяной пар:

2H₂S + 3О₂ → 2Н₂О + 2SO₂

H₂S горит голубоватым пламенем, а если над ним подержать перевернутый химический стакан, то на его стенках появится прозрачный конденсат (вода).

Однако при незначительном понижении температуры данная реакция проходит несколько иначе: на стенках предварительно охлажденного стакана появится уже желтоватый налет свободной серы:

2H₂S + О₂ → 2Н₂О + 2S

На этой реакции основан промышленный способ получения серы.

При поджигании предварительно подготовленной газообразной смеси сероводорода и кислорода происходит взрыв.

Реакция сероводорода и оксида серы(IV) также позволяет получить свободную серу:

2H₂S + SО₂ → 2Н₂О + 3S

Сероводород растворим в воде, причем три объема этого газа могут раствориться в одном объеме воды, образуя слабую и нестойкую сероводородную кислоту (Н₂S). Эту кислоту также называют сероводородной водой. Как видите, формулы газа-сероводорода и сероводородной кислоты записываются одинаково.

Если к сероводородной кислоте прилить раствор соли свинца, выпадет черный осадок сульфида свинца:

H₂S + Pb(NO₃)₂ → PbS + 2H­NO₃

Это качественная реакция для обнаружения сероводорода. Она же демонстрирует способность сероводородной кислоты вступать в реакции обмена с растворами солей. Таким образом, любая растворимая соль свинца является реактивом на сероводород. Некоторые другие сульфиды металлов также имеют характерную окраску, например: сульфид цинка ZnS - белую, сульфид кадмия CdS - желтую, сульфид меди CuS - черную, сульфид сурьмы Sb₂S₃ - красную.

Кстати, сероводород является нестойким газом и при нагревании практически полностью разлагается на водород и свободную серу:

H₂S → Н₂ + S

Сероводород интенсивно взаимодействует с водными растворами галогенов:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O→ H₂­SO₄ + 8HCl

Сероводород в природе и жизнедеятельности человека

Сероводород входит в состав вулканических газов, природного газа и газов, сопутствующих месторождениям нефти. Много его и в природных минеральных водах, например, в Черном море он залегает на глубине от 150 метров и ниже.

Сероводород применяют :

• в медицине (лечение сероводородными ваннами и минеральными водами);
• в промышленности (получение серы, серной кислоты и сульфидов);
• в аналитической химии (для осаждения сульфидов тяжелых металлов, которые обычно нерастворимы);
• в органическом синтезе (для получения сернистых аналогов органических спиртов (меркаптанов) и тиофена (серосодержащего ароматического углеводорода). Еще одно из недавно появившихся направлений в науке - сероводородная энергетика. Всерьез изучается получение энергии из залежей сероводорода со дна Черного моря.

Природа окислительно-восстановительных реакций серы и водорода

Реакция образования сероводорода является окислительно-восстановительной:

Н₂⁰ + S⁰→ H₂⁺S²⁻

Процесс взаимодействия серы с водородом легко объясняется строением их атомов. Водород занимает первое место в периодической системе, следовательно, заряд его атомного ядра равен (+1), а вокруг ядра атома кружится 1 электрон. Водород с легкостью отдает свой электрон атомам других элементов, превращаясь в положительно заряженный ион водорода - протон:

Н⁰ -1е⁻= Н⁺

Сера находится на шестнадцатой позиции в таблице Менделеева. Значит, заряд ядра ее атома равен (+16), и количество электронов в каждом атоме также 16е⁻. Расположение серы в третьем периоде говорит о том, что ее шестнадцать электронов кружатся вокруг атомного ядра, образуя 3 слоя, на последнем из которых находится 6 валентных электронов. Количество валентных электронов серы соответствует номеру группы VI, в которой она находится в периодической системе.

Итак, сера может отдать все шесть валентных электронов, как в случае образования оксида серы(VI):

2S⁰ + 3O2⁰ → 2S⁺⁶O₃⁻²

Кроме того, в результате окисления серы, 4е⁻могут быть отданы ее атомом другому элементу с образованием оксида серы(IV):

S⁰ + О2⁰ → S⁺4 O2⁻²

Сера может отдать также два электрона c образованием хлорида серы(II) :

S⁰ + Cl2⁰ → S⁺² Cl2⁻

Во всех трех вышеуказанных реакциях сера отдает электроны. Следовательно, она окисляется, но при этом выступает в роли восстановителя для атомов кислорода О и хлора Cl. Однако в случае образования H2S окисление - удел атомов водорода, поскольку именно они теряют электроны, восстанавливая внешний энергетический уровень серы с шести электронов до восьми. В результате этого каждый атом водорода в его молекуле становится протоном:

Н2⁰-2е⁻ → 2Н⁺,

а молекула серы, наоборот, восстанавливаясь, превращается в отрицательно заряженный анион (S⁻²): S⁰ + 2е⁻ → S⁻²

Таким образом, в химической реакции образования сероводорода окислителем выступает именно сера.

С точки зрения проявления серой различных степеней окисления, интересно и еще одно взаимодействие оксида серы(IV) и сероводорода - реакция получения свободной серы:

2H₂⁺S-²+ S⁺⁴О₂-²→ 2H₂⁺O-²+ 3S⁰

Как видно из уравнения реакции, и окислителем, и восстановителем в ней являются ионы серы. Два аниона серы (2-) отдают по два своих электрона атому серы в молекуле оксида серы(II), в результате чего все три атома серы восстанавливаются до свободной серы.

2S-² - 4е⁻→ 2S⁰ - восстановитель, окисляется;

S⁺⁴ + 4е⁻→ S⁰ - окислитель, восстанавливается.

Водный раствор H 2 S (формула сероводордной кислоты) называется иначе сероводородной водой или сероводородной кислотой. Это одна из самых слабых минеральных кислот (индикаторы в ней не изменяют свою окраску), диссоциирует в 2 стадии:

H 2 S -- H + + HS - K 1 дисс. ≈ 6 ∙ 10 -8

HS - -- H + + S 2- K 2 дисс. ≈ 1 ∙ 10 -14

Растворы сероводородной кислоты являются разбавленными, их максимальная молярная концентрация при 20 о С и атмосферном давлении не превышает 0,12 моль/л, а степень диссоциации по первой ступени при этом составляет ~ 0,011%.

Сероводородная кислота может реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений до H 2 , проявляя окислительные свойства за счет ионов H + . Но такие реакции при обычных условиях протекают очень медленно из-за малой концентрации ионов H + в растворе и, главным образом, на поверхности металла, т.к. большинство солей сероводородной кислоты нерастворимы в H 2 O. Аналогично H 2 S реагирует и с оксидами металлов, нерастворимыми гидроксидами.

Нерастворимые средние соли сероводородной кислоты (сульфиды) получают взаимодействием серы с металлами или в реакциях обмена между растворами солей:

Na 2 S + CuSO 4 = CuS↓ + Na 2 SO 4

K 2 S + FeCl 2 = FeS↓ + 2KCl

Растворимые сульфиды образованы щелочными и щелочноземельными металлами. Их можно получить взаимодействием растворов кислоты с металлами или щелочами. При этом в зависимости от молярного соотношения между исходными веществами могут образовываться как кислые (гидросульфиды), так и средние соли.

H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (при недостатке щелочи)

H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (в избытке щелочи)

В водных растворах средние соли сильно гидролизуются:

Na 2 S + HOH -- NaHS + NaOH

S 2- + HOH -- HS - + OH -

поэтому их растворы имеют щелочную реакцию.

Сульфиды щелочноземельных металлов в водном растворе по первой стадии гидролизуются почти на 100% и существуют в виде растворимых кислых солей:

2CaS + 2HOH = Ca(HS) 2 + Ca(OH) 2

Сульфиды некоторых металлов (Al 2 S 3 , Fe 2 S 3 , Cr 2 S 3) в H 2 O гидролизуются полностью:

Al 2 S 3 + 6 H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3 H 2 S

Большинство сульфидов тяжелых металлов очень плохо растворимы в H 2 O.

Некоторые сульфиды (CuS, HgS, Ag 2 S, PbS) не разлагаются растворами сильных кислот. Поэтому сероводородная кислота может вытеснить сильные кислоты из водных растворов их солей, образованных данными металлами:

CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SO 4

HgCl 2 + H 2 S = HgS↓ +2HCl

Сероводородная кислота на воздухе медленно окисляется кислородом с выделением серы:

2H 2 S + О 2 = 2S↓ + 2H 2 O

Поэтому со временем растворы H 2 S при хранении мутнеют.

Благодаря этой реакции, сероводород не накапливается в верхних слоях воды Черного моря, которые содержат много растворенного кислорода.

Сероводородная кислота, как и сероводород, является сильным восстановителем и окисляется теми же окислителями, что и H 2 S, с образованием аналогичных продуктов.

Сульфиды тяжелых металлов имеют различную яркую окраску и применяются для получения минеральных красок, используемых в живописи.

Важным свойством сульфидов является их окисление кислородом при обжиге. Эта реакция используется в металлургии для получения цветных металлов из сульфидных руд:

2CuS + 3O 2 -- 2CuO + 2SO 2

При обжиге сульфидов активных металлов образующиеся SO 2 и оксид металла могут реагировать между собой с образованием солей сернистой кислоты.