Условие задачи
Определите степени окисления серы в соединениях: SO2, Na2S, Н2SO4. Какими окислительно-восстановительными свойствами обладает каждое из веществ за счет атома серы?
Решение
Нам дана задача по неорганической химии, а именно по определению степеней окисления атома серы в соединениях и анализу его окислительно‑восстановительных свойств. Ниже приведём подробное решение с использованием символов Unicode вместо LaTeX.
1. Определим степени окисления серы в заданных соединениях.
а) SO₂
Пусть степень окисления серы равна x. Каждый атом кислорода имеет степень окисления –2. Так как молекула нейтральная, получаем уравнение:
x + 2 · (–2) = 0
x – 4 = 0
откуда x = +4.
Ответ: в SO₂ сера имеет степень окисления +4.
б) Na₂S
Натрий обычно имеет степень окисления +1, с учётом двух атомов: 2 · (+1) = +2.
Пусть степень окисления серы равна x. Для нейтрального соединения:
2 · (+1) + x = 0
x = –2.
Ответ: в Na₂S сера имеет степень окисления –2.
в) H₂SO₄
В H₂SO₄ водород имеет степень окисления +1, кислород –2. Пусть степень окисления серы равна x. Составим уравнение:
2 · (+1) + x + 4 · (–2) = 0
2 + x – 8 = 0
x – 6 = 0
откуда x = +6.
Ответ: в H₂SO₄ сера имеет степень окисления +6.
2. Окислительно‑восстановительные свойства по атому серы.
а) SO₂ (сера +4)
Атом серы в степени окисления +4 находится в промежуточном состоянии. Такое состояние позволяет либо окисляться до S(+6) (например, превращаясь в сульфат), либо при определённых условиях восстанавливаться до более низких степеней (например, до элементарной серы S⁰ или даже S(–2) в диспропорционировании). На практике SO₂ чаще действует как восстановитель, так как при взаимодействии с сильными окислителями он переходит в сульфат (S +6).
Таким образом, SO₂ обладает восстановительными свойствами за счёт возможности легкого перехода атома серы из степени +4 в более высокую +6.
б) Na₂S (сера –2)
В данном соединении сера имеет минимальное значение степени окисления –2, что делает её высокотёлерантной к окислению. Иными словами, S²⁻ может легко отдавать электроны, переходя в более высокие степени окисления (например, в элементарную серу S⁰, сульфиты или сульфаты). Поэтому Na₂S является сильным восстановителем, а окислительно‑восстановительные реакции проходят за счёт лёгкого окисления S²⁻.
в) H₂SO₄ (сера +6)
При степени окисления +6 атом серы находится в наивысшем стабильном состоянии, и дальнейшее окисление невозможно. Однако при наличии сильных восстановителей H₂SO₄ (особенно в концентрированной форме) может функционировать как окислитель, принимая электроны и снижая степень окисления серы до +4 (например, с образованием SO₂) или даже ниже. Таким образом, H₂SO₄ обладает выраженными окислительными свойствами за счёт атома серы в степени +6.
Итого:
• В SO₂ сера имеет степень окисления +4 и, как правило, действует как восстановитель, окисляясь до сульфата (S +6).
• В Na₂S сера имеет степень окисления –2 и является сильным восстановителем, легко отдавая электроны при переходе в более высокие степени окисления.
• В H₂SO₄ сера имеет степень окисления +6, что позволяет веществу выступать как окислитель, способный принимать электроны и снижать степень окисления серы (например, до +4 в SO₂).
Это и есть подробное решение задачи по определению степеней окисления серы и анализа её редокс‑свойств в указанных соединениях.