Химия · 9 классурок · 2026-09-27~7 мин чтения

Сера и её соединения: оксиды и серная кислота

От жёлтого порошка до аккумулятора под капотом: аллотропия серы, сероводород, оксиды и два характера серной кислоты — разбавленной и концентрированной.

Открыть тренажёр Сразу к проверке

Под капотом машины стоит аккумулятор, внутри которого плещется раствор серной кислоты; в спичечной коробке прячется сера в головках спичек; в пачке сушёных яблок — след сернистого газа, которым плоды обрабатывали перед сушкой. Один химический элемент — три разные роли в твоей неделе. При этом сера — рекордсмен по аллотропии среди школьных неметаллов, а её кислота ведёт себя по-разному в зависимости от того, много в растворе воды или мало. Разберёмся, где какой характер.

Аллотропия серы: три лица одного элемента

Сера — жёлтый хрупкий порошок или кристаллы, которые не смачиваются водой: «серный цвет» всплывает и отказывается намокать. Аллотропных модификаций три. Ромбическая — лимонно-жёлтые кристаллы, устойчива при обычных условиях. Моноклинная — игольчатые кристаллы, устойчивы выше 96 °C. Пластическая — тёмная резиноподобная масса: её получают, резко выливая расплавленную серу в холодную воду, и постепенно превращается обратно в ромбическую. На воздухе сера горит голубоватым пламенем с резким запахом:

S + O_{2} \to S O_{2}

Горение серы: продукт — оксид серы(IV), он же сернистый газ

Сероводород, оксиды и серная кислота

Сероводород $H_{2} S$ — бесцветный газ с запахом гнилых яиц, токсичный, чуть тяжелее воздуха; его раствор — слабая сероводородная кислота. Качественная реакция: пропусти сероводород через раствор соли свинца — выпадет чёрный осадок $P b S$ . Оксид серы(IV) $S O_{2}$ — сернистый газ с резким запахом, ядовит; раствор — непрочная сернистая кислота $H_{2} S O_{3}$ . Именно $S O_{2}$ обрабатывают сухофрукты и вино: он подавляет микробы и сохраняет цвет. Оксид серы(VI) $S O_{3}$ с водой соединяется бурно, отдавая серную кислоту: $S O_{3} + H_{2} O \to H_{2} S O_{4}$ . Разбавленная серная кислота — типичная сильная кислота: растворяет металлы до водорода ( $F e + H_{2} S O_{4} \to F e S O_{4} + H_{2} ↑$ ), реагирует с основными оксидами, основаниями и солями. Её соли — сульфаты; на сульфат-ион есть качественная реакция: соль бария даёт белый осадок $B a S O_{4}$ , который не растворяется даже в кислотах.

Сероводород в природе и кислотные дожди

Сероводород — не только запах несвежих яиц. Его выделяют гниющие остатки белка, он копится в иле болот и на больших глубинах Чёрного моря. Токсичность у газа серьёзная: в высокой концентрации он притупляет обоняние — кажется, что запах ушёл, а опасность осталась. С солями свинца сероводород даёт чёрный осадок: старые картины темнеют не от возраста, а от следов сероводорода в воздухе, превращающих свинцовые белила в чёрный сульфид свинца.

Оксид серы(IV) выбрасывают в атмосферу электростанции на угле и металлургические печи: в топливе и рудах всегда есть примеси серы. В облаках газ окисляется и соединяется с влагой — на землю падают кислотные дожди, подкисляющие озёра и вредящие лесам. Отсюда жёсткие современные требования к очистке дымовых газов и топливу с малым содержанием серы. Для химика тут же появляется выгода: отходящие газы медеплавильных заводов улавливают и перерабатывают в ту же серную кислоту.

Неожиданная деталь рынка: сегодня значительную часть серы добывают не из руд и не в кратерах, а попутно — при очистке нефти и природного газа. В сырье растворён сероводород, его отделяют и перерабатывают в чистую серу. Поэтому в мире серы цены двигаются вслед за нефтехимией: больше газа и нефти с сероводородом — больше серы на заводах.

Схема круговорота серы: терракотовая панель «Вулканы и глубины» с выбросами SO₂ и H₂S (≈ 10 млн т серы в год; после Пинатубо 1991 аэрозоль сульфатов на год-два охлаждала климат), охра-стрелка окисления SO₂ + H₂O → H₂SO₄, сине-фиолетовая панель кислотных дождей (pH чистого дождя ≈ 5,6, с серной кислотой — до 4: страдают леса, озёра, мрамор и металл), стрелка вымывания сульфатов SO₄²⁻ в почву, реки и океан, зелёная панель «Почва и живые организмы» с растением — корни всасывают сульфаты, сера попадает в белки через аминокислоты цистеин и метионин; справа бирюзовая панель океана (сульфаты ≈ 2,7 г на кг воды, диметилсульфид фитопланктона — «запах моря»), серая панель осадочных пород — гипс CaSO₄·2H₂O и пирит FeS₂, оранжевая панель «Человек — SO₂ из труб» в разы больше вулканов, легенда «Как читать схему» и плашка-ловушка: кислотные дожди дают и оксиды азота. — Ключ схемы — два круга: быстрый (воздух → дожди → почва → белки → океан, дни и годы) и медленный (породы → вулканы, миллионы лет). Проследи охряные стрелки: сернистый газ из вулканов и труб окисляется до серной кислоты и падает с дождём, корни всасывают сульфаты — так сера попадает в белки всего живого. Ловушка: кислотные дожди — не «только сера» (вклад дают и оксиды азота), но у промышленных городов главный вклад — SO₂ из угля.

Степень окисления серы	Оксид	Кислота	Соли
−2	—	$H_{2} S$ — сероводородная	сульфиды
+4	$S O_{2}$ — сернистый газ	$H_{2} S O_{3}$ — сернистая	сульфиты
+6	$S O_{3}$	$H_{2} S O_{4}$ — серная	сульфаты

C u + 2 H_{2} S O_{4} \to C u S O_{4} + S O_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Концентрированная серная кислота окисляет медь — водорода нет

Ловушка

Концентрированная $H_{2} S O_{4}$ — не «та же кислота, только крепче», а окислитель с другим характером: она гигроскопична (жадно поглощает воду, поэтому осушает газы), отнимает воду у органики — сахар в ней обугливается в чёрную массу, а металлы окисляет без выделения водорода, с выходом $S O_{2}$ . Железо и алюминий она на холоде пассивирует — покрывает защитной плёнкой, поэтому её возят в стальных цистернах. И главное правило: кислоту вливают в воду тонкой струйкой, а не наоборот — при смешивании выделяется много тепла, и капля воды на поверхности кислоты вскипает с брызгами.

Сколько серы в серной кислоте

Считаем относительную молекулярную массу: два водорода, одна сера, четыре кислорода.
$M_{r} (H_{2} S O_{4}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$
Доля серы — её атомная масса, делённая на массу всей молекулы.
$w (S) = \frac{32}{98} \approx 0, 33$
Переводим в проценты: примерно треть массы серной кислоты — сера.
$0, 33 \cdot 100% = 33%$

Контактный способ: как варят серную кислоту

Серу добывают в самородном виде в вулканических районах и выплавляют из сульфидных руд, прежде всего из пирита FeS2. Дальше работает трёхступенчатый конвейер, который называют контактным способом: газ пропускают через слой катализатора, «контакт». Сначала пирит обжигают и получают сернистый газ, затем SO2 доокисляют до SO3 при нагревании на катализаторе, наконец оксид серы(VI) соединяют с водой — и в цистернах уже серная кислота.

обжиг: сера и пирит горят в кислороде, продукт — оксид серы(IV);
окисление: сернистый газ доокисляют до серного ангидрида SO3 на катализаторе;
поглощение: SO3 соединяется с водой и даёт серную кислоту.

Хлеб химической промышленности: где кислота работает

Серную кислоту не зря зовут «хлебом химической промышленности»: почти ни одно производство не обходится без неё или её производных. Мировое производство измеряется сотнями миллионов тонн в год, а на тонну фосфорных удобрений уходит несколько сотен килограммов кислоты.

удобрения: суперфосфат и сульфат аммония делают на её основе;
аккумуляторы: под капотом автомобиля — раствор кислоты плотностью около 1,3 г/мл;
металлургия: травление стали перед покрытием, очистка руд;
химия: красители, волокна, лекарства, взрывчатые вещества;
осушка: гигроскопичность позволяет сушить ею газы, которые с кислотой не реагируют.

Аккумулятор — самый близкий к тебе пример. Плотность электролита показывает заряд батареи: разряженная кислота слабеет, и такой раствор замерзает уже при небольшом морозе. Вот почему перед зимой автосервисы проверяют электролит ареометром — и по одному числу судят о здоровье батареи.

Вулканизация: сера делает резину

Натуральный каучук капризен: в жару он липнет к рукам, в мороз трескается. В 1839 году американец Чарльз Гудьир случайно нагрел каучук с серой — и получил упругий, прочный и нерастворимый материал: резину. Смысл открытия в том, что атомы серы «сшивают» длинные каучуковые цепи в единую сетку: цепи больше не могут разъехаться в жару или порваться на холоде.

Дозу серы можно варьировать: чуть-чуть — мягкие шины и подошвы, много — твёрдый эбонит, из которого делают электротехнические детали: он не проводит ток. Вулканизация до сих пор одна из главных статей расхода серы в мире — рядом с производством серной кислоты.

Разбор типовой задачи

Сколько кислоты выйдет из серного ангидрида

Оксид серы(VI) соединяется с водой в соотношении один к одному.
$S O_{3} + H_{2} O \to H_{2} S O_{4}$
На завод привезли 96 кг оксида серы(VI). Считаем молярную массу: сера 32 плюс три кислорода по 16.
$M_{r} (S O_{3}) = 32 + 3 \cdot 16 = 80$
Переводим массу в количество вещества: 96 кг — это 96 000 г.
$n (S O_{3}) = \frac{96000}{80} = 1200$
По уравнению кислоты выходит столько же — 1200 моль. Молярная масса серной кислоты 98 г/моль.
$n (H_{2} S O_{4}) = 1200$
Умножаем количество на массу одного моля и переводим обратно в килограммы.
$m (H_{2} S O_{4}) = 1200 \cdot 98 = 117600$
Ответ: из 96 кг SO3 получится 117,6 кг серной кислоты. Масса выросла, потому что ангидрид «прихватил» ровно столько воды, сколько требует уравнение.

Разложено: 0 из 6

Нажми на элемент, затем на категорию. Нажми на разложенный элемент — вернётся в пул.

Два характера серной кислоты

Распредели свойства между разбавленной и концентрированной.

Выучено: 0 из 5 · В колоде: 5

Карточки: сера и её соединения

Переверни карточку и проверь себя.

Словарь урока

Аллотропия#: существование одного элемента в виде нескольких простых веществ: у серы их три
Контактный способ#: производство серной кислоты: обжиг, окисление сернистого газа на катализаторе, поглощение ангидрида водой
Гигроскопичность#: способность концентрированной кислоты жадно поглощать воду из воздуха
Обугливание#: концентрированная кислота отнимает воду у сахара, бумаги и дерева, оставляя чёрный уголь
Пассивация#: покрытие железа и алюминия защитной плёнкой в холодной концентрированной кислоте
Сульфат-ион#: узнаётся по белому осадку BaSO4, который не растворяется даже в кислотах

Как это спрашивают на контрольной и ОГЭ

цепочки превращений: сера → оксид серы(IV) → оксид серы(VI) → серная кислота — уравнение на каждую стрелку;
качественные реакции: сульфат-ион — соль бария, сероводород — соль свинца;
как доказать, что кислота концентрированная: нагреть с медью — выделится бурый газ SO2, а водорода не будет;
почему её возят в стальных цистернах: пассивация железа на холоде;
задачи на массовую долю серы в кислоте или в её солях.

В цепочках после каждой стрелки проверяй, откуда берётся недостающий кислород: сера на воздухе всегда добирает его до нужной степени окисления. Если в задаче мелькают слова «обугливание» или «осушка» — перед тобой концентрированная кислота, и привычные реакции с металлами до водорода к ней не применяются.

Попыток: 0 · Найдено: 0 из 5

Термины

Определения

Собери пары: сера и её соединения

Кликни карточку, затем её пару.

Проверь себя

Клавиши 1–9 выбирают вариант, Enter — «Проверить»

При обычных условиях устойчива ромбическая сера.

Какой газ имеет запах гнилых яиц?

Сколько атомов кислорода в молекуле серной кислоты? Запиши число.

Что произойдёт, если в концентрированную серную кислоту плеснуть воды?

С чем реагирует разбавленная серная кислота?

Сопоставь вещество и его примету.

Нажми на элемент слева, затем на его пару справа. Повторное нажатие отменяет связь.

Разложи свойства по кислотам.

Разложи элементы по категориям: нажми на элемент, потом на категорию.

Вставь пропуски.

Выбери подходящее слово в каждом пропуске.

Концентрированная серная кислота при нагревании окисляет медь, но при этом не выделяет; воду она из воздуха , поэтому используется как осушитель.

Было понятно? Скажи — так мы видим, какие темы переписать.

Частые вопросы

Почему нельзя наливать воду в концентрированную серную кислоту?

Смешивание идёт с сильным разогревом: вода легче кислоты, вскипает на её поверхности и выбрасывает брызги кислоты. Кислоту приливают в воду тонкой струйкой — тепло успевает рассеяться по всему объёму.

Чем разбавленная серная кислота отличается от концентрированной?

Разбавленная ведёт себя как обычная сильная кислота: реагирует с металлами до водорода, оксидами, основаниями. Концентрированная — окислитель: обугливает органику, окисляет медь до SO2, а железо и алюминий на холоде пассивирует.

Как распознать серную кислоту среди двух прозрачных растворов?

Добавь растворимую соль бария, например BaCl2: белый осадок BaSO4, нерастворимый в кислотах, укажет на сульфат-ион — значит, кислота серная. Тот же осадок с барием дают и соли серной кислоты — сульфаты, поэтому реакция опознаёт и их.

Где сернистый газ встречается в жизни?

Он образуется при сжигании угля на электростанциях, им обрабатывают сухофрукты и вино как консервант E220, а в атмосфере он превращается в кислоты — причина кислотных дождей. Из-за кислотных дождей выбросы SO2 на производствах сейчас жёстко ограничивают.