硫黄(16族)とその化合物(硫化水素、二酸化硫黄、硫酸)

sulfur
硫黄の同素体 斜方硫黄} 黄色塊状結晶) {単斜硫黄} {黄色針状結晶) ゴム状硫黄} (輪ゴム) S8,\ 環状分子} {S}_x,\ 鎖状分子 CS2\ に溶けるCS2\ に溶けない} 空気中で硫黄に点火すると,\ {青い炎}を出して燃焼し,\ 二酸化硫黄が発生する.  {S + O₂ SO₂} }]$  硫化水素{H₂S} ({S}の酸化数 $-2$)   実験的製法} 硫化鉄(II)に希硫酸を加える.           { ${FeS + H₂SO₄ FeSO₄}+{H₂S ^$}(弱酸の遊離})  二酸化硫黄{SO₂} ({S}の酸化数 $+4$)   実験室製法} ${亜}硫酸水素ナトリウムに{希硫酸を加える.$           $NaHSO₃ + H₂SO₄ -NaHSO₄ + H₂O}+{SO₂ ^}(弱酸の遊離})}$         ${銅に{濃硫酸を加えて{加熱する.$           $Cu + 2H₂SO₄ -][加熱}] CuSO₄ + 2H₂O}+{SO₂ ^}(酸化還元反応})}$   工業的製法} 硫黄や黄鉄鉱}(主成分{FeS2})}を燃焼させる.           $S + O₂ } {SO₂   {4FeS2 + 11O₂ 2Fe2O3 + 8}{SO₂}$ H₂S}と{SO₂}の共通性質  水に溶け, 弱酸性.  還元性あり.  有毒気体.  {H₂S}と{SO₂}の相違性質   {H₂S腐卵臭 水溶液中の金属イオンを硫化物として沈殿. \ {Cu²+ + S²- CuS v} SO₂刺激臭 {還元性が,\ 絹・羊毛などの{漂白に利用される. {H₂S}と{SO₂}の反応 {SO₂}が酸化剤, {H₂S}が還元剤として酸化還元反応する.              { ${SO₂ + 2H₂S 3}{S+{2H₂O}$} 酸化還元反応}) {H₂S}の製法 {FeS}に強酸を加えて弱酸{H₂S}を遊離させるわけだが,\ {希硝酸は不適}である. H₂S}の製法} \ 酸化力をもつ硝酸により,\ {H₂S}が酸化されて{S}を遊離してしまう. {H₂S}も{SO₂}も弱酸性であるから,\ 強酸による弱酸の遊離反応によって容易に得ることができる. 亜硫酸{H₂SO₃}は,\ 直ちに分解されることに注意する.  {H₂SO₃ H₂O + SO₂} (酸化剤) {H₂SO₄ + 2H+ + 2e- SO₂ + 2H₂O}   (還元剤) {Cu Cu²+ + 2e-} 2式を足すと {Cu + H₂SO₄ + 2H+ Cu²+ + SO₂ + 2H₂O} {H+}の由来は{H₂SO₄}と考えられるから,\ 両辺に{SO₄²-}を1個加えて完成する. 黄鉄鉱の反応は,\ {4Fe + 3O₂ 2Fe2O3}\ と\ {S + O₂ SO₂}\ が合体したと考えると作成できる. この方法では不純物が含まれるので,\ 現在は使われていない. {SO₂}は,\ 塩素の酸化力による漂白では傷んでしまう絹・羊毛などの漂白に用いられる. (酸化剤) {SO₂ + 4H+ + 4e- -S + 2H₂O}   (還元剤) {H₂S 2H+ + S + 2e-} 後は,\ 還元剤の半反応式を2倍してから2式を足せば,\ 酸化還元反応式が得られる. {S}の酸化数は,\ {SO₂}(+4)\ →\ {S}(0),{H₂S}(-2)\ →\ {S}(0)\ となっている. 硫酸 {H₂SO₄} ({S}の酸化数 $+6$)   工業的製法(接触法})}     {S + O₂ SO₂ 2SO₂ + O₂V2O5]} {2SO₃}$}  {SO₂}を酸化バナジウム(V)(触媒)で{SO₃}とする.     { ${SO₃ + H₂O }{H₂SO₄$}  \ 水を作用させる.   {SO₃}に直接水を加えると,\ 激しい発熱が生じて危険である.   よって, 実際には,\ {SO₃}を濃硫酸に吸収させて発煙硫酸}としたのち,\ 希硫酸で薄める.}  希硫酸の性質 $\ 強い酸性のみ.\ これに起因し,\ 次のような反応が起こる.   {Zn + H₂SO₄ ZnSO₄ + H₂ ^}  {H}よりイオン化傾向の大きい金属を溶かす.\ イオン化傾向に起因する酸化還元反応})   {FeS + H₂SO₄ FeSO₄ + H₂S ^} (強酸による弱酸の遊離反応})$  濃硫酸の性質 (濃度90\%以上の硫酸)  不揮発性酸      {NaCl + 濃 H₂SO₄ -NaHSO₄ + HCl ^} (揮発性酸を遊離させる})   加熱}で酸化作用      {Cu + 濃 2H₂SO₄ CuSO₄ + 2H₂O + SO₂ ^} (酸化還元反応を起こす}) {脱水性  {C₂H₅OH [{濃 H₂SO₄}] C2H4 + H₂O} (有機物からH₂Oを引き抜く}) 吸湿性 空気中の水分を吸収する})   溶解熱が大きい.   \maru6粘性が高く, 密度が大きい.} 濃硫酸の希釈  水に濃硫酸}を少しずつ加えて希釈する. 希硫酸と濃硫酸は別物である.\ 希硫酸は単なる強酸だが,\ 濃硫酸になると様々な性質を示す. 理由の1つは,\ {濃硫酸は分子同士が水素結合している}ことである. {(HO)2SO₂}{(HO)2SO₂} 粘性が高くなり,\ また蒸発しにくくなるため,\ 不揮発性となる. また,\ H₂O分子とも水素結合できるため,\ 吸湿性を示す. 熱濃硫酸は,\ {H}よりイオン化傾向が小さい{Cu}や{Ag}でも無理矢理電子を奪い取って酸化できる. 濃硫酸に水を加えると,\ 濃硫酸よりも密度の小さい水が濃硫酸の表面に浮く. さらに,\ 多量の溶解熱で浮いた水が沸騰し,\ 硫酸とともに飛び散る危険がある. 硫黄3.2kgを接触法で完全に硫酸にしたとすると,\ 98\%硫酸は何kg得られるか.   ${S}は,\ {3200\ [g]{32\ [g/mol]=100$ [mol]\ ある.   よって,\ 得られる{H₂SO₄}は100 [mol] である.\ その質量は,$98100=9800$\ [g] $ 得られる98\%硫酸は 9800{100}{98=10000[g]}={10 原子量を\ {H}=1,\ {S}=32,\ {O}=16\ とすると,\ {H₂SO₄}=98 本問のポイントは2つある.\ 1つは,\ 1mol}の{S}から1mol}の{H₂SO₄}が得られることである. {S + O₂ SO₂}\ より,\ 1mol}の{S}から1mol}の{SO₂}が得られる. {2SO₂ + O₂ – 2SO₃}\ より,\ 1mol}の{SO₂}から1mol}の{SO₃}が得られる.\ ({SO₂}:{SO₃}=2:2=1:1) {SO₃ + H₂O H₂SO₄}\ より,\ 1mol}の{SO₃}から1mol}の{H₂SO₄}が得られる. 結局,\ 1mol}の{S}からは,\ 最大1mol}の{H₂SO₄}が得られるわけである. 本問の最大のポイントは,\ そもそも{硫酸が{H₂SO₄}\ 分子とH₂O分子の混合物である}ところにある. 故に,\ 題意は{「{H₂SO₄}とH₂Oの混合物({H₂SO₄}が98\%,\ H₂Oが2\%)が何kg}得られるか」}である. {S}の物質量(mol})から{H₂SO₄}の質量9800g}が求まる. これは,\ H₂SO₄}分子(98\%分)だけで9800g}ある}ことを意味している. 硫酸の質量は,\ これに残り2\%を占めるH₂O分子の質量を加えて100\%にしたものである. 98\%が9800g}なのであり,\ {決して9800g}の98\%を求めるわけではない}ことに注意して欲しい. 結局,\ 98[\%]:9800[g}]=100[\%]:x[g}]\ を求めることになる.
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