Условие задачи

Что такое аллотропия? Какой тип химической связи реализуется в молекулах состава: а) S8; б) H2S? Какие физические свойства имеет наиболее устойчивая модификация серы – ромбическая сера? Запишите уравнения реакций серы со следующими веществами: а) натрием; б) кальцием; в) алюминием; г) кислородом; д) водородом; е) фтором F2. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления.

Решение

Ниже представлено подробное решение задачи по химии, отвечающее на все её вопросы с учётом правил дисциплины и использованием символов Unicode вместо LaTeX.

─────────────────────────────
1. Определение аллотропии

Аллотропия – это явление, при котором один и тот же химический элемент существует в виде двух или более химически и структурно различных модификаций (аллотропных форм). Такие формы могут существенно различаться по физическим и химическим свойствам, несмотря на одинаковый состав по элементу.

─────────────────────────────
2. Тип химической связи в молекулах

а) Молекула S₈
– Сера в виде S₈ представляет собой молекулярное соединение, где атомы связаны ковалентными связями. Каждый атом серы делится электронами с соседними атомами, образуя замкнутый кольцевой многочлен (октаэдрическую форму кольца).

б) Молекула H₂S
– В молекуле H₂S атомы водорода соединяются с атомом серы посредством ковалентных связей (диполярных, поскольку существует разница по электроотрицательности между H и S). Таким образом, связь H–S является полярной ковалентной.

─────────────────────────────
3. Физические свойства ромбической серы (α-Сера)

– Ромбическая сера (альфа-сера) является наиболее стабильной форма при нормальных условиях (комнатная температура, атмосферное давление).
– Представляет собой ярко-жёллые кристаллы с ромбической (сетчатой) структурой, где доминируют молекулы S₈, слабо взаимодействующие между собой ван-дер-ваальсовыми силами.
– Имеет сравнительно низкую твердость и хрупкость, слабую тепло- и электрическую проводимость.
– При нагревании плавится (температура плавления около 115 °С) с переходом в моноклинную форму, а при дальнейшем нагревании может подвергаться вулканизации или переходить в жидкую фазу.

─────────────────────────────
4. Уравнения реакций серы с различными веществами и рассмотрение с позиций ОВ-процессов

Общей особенностью всех реакций является изменение степени окисления: при реакциях с металлами сера восстанавливается (переходит из степени окисления 0 в –2), а при реакциях с неметаллами – наоборот, окисляется.

а) Реакция с натрием
Реакция идет с образованием сульфида натрия.

Уравнение:
S₈ + 16 Na → 8 Na₂S

Окислительно-восстановительный анализ:
– Натрий (Na) переходит из состояния 0 в +1 (окисление).
– Сера (S) переходит из 0 в –2 (восстановление).

б) Реакция с кальцием
Получается сульфид кальция.

Уравнение:
S₈ + 8 Ca → 8 CaS

ОВ-анализ:
– Кальций (Ca) переходит из 0 в +2 (окисление).
– Сера (S) переходит из 0 в –2 (восстановление).

в) Реакция с алюминием
Образуется сульфид алюминия, имеющий формулу Al₂S₃.

Чтобы записать уравнение с S₈, подберём коэффициенты, обеспечивающие баланс элементов:

Уравнение:
16 Al + 3 S₈ → 8 Al₂S₃

ОВ-анализ:
– Алюминий (Al) переходит из 0 в +3 (окисление).
– Сера (S) переходит из 0 в –2 (восстановление).

г) Реакция с кислородом
Окисление серы кислородом приводит к образованию диоксида серы (SO₂).

Уравнение:
S₈ + 12 O₂ → 8 SO₂

ОВ-анализ:
– Сера (S) переходит из 0 в +4 (окисление).
– Кислород (O) переходит из 0 в –2 (восстановление).

д) Реакция с водородом
Реакция даёт сероводород (H₂S).

Уравнение:
S₈ + 8 H₂ → 8 H₂S

ОВ-анализ:
– Водород (H) переходит из 0 в +1 (окисление).
– Сера (S) переходит из 0 в –2 (восстановление).

е) Реакция с фтором (F₂)
При взаимодействии с фтором образуется гексафторид серы (SF₆).

Уравнение:
S₈ + 24 F₂ → 8 SF₆

ОВ-анализ:
– Сера (S) переходит из 0 в +6 (окисление).
– Фтор (F) переходит из 0 в –1 (восстановление).

─────────────────────────────
Вывод

В данной задаче рассмотрена аллотропия, типы ковалентных связей в молекулах серы и H₂S, а также физические свойства ромбической серы. Последовательно записаны уравнения реакций серы с различными реагентами с детальным анализом изменений степеней окисления, что позволяет проследить, какие элементы подвергаются окислению, а какие – восстановлению.