Сера способ электролитического получения

Сера способ электролитического получения

Сера — элемент VIa группы 3 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к группе халькогенов — элементов VIa группы.

Сера — S — простое вещество имеет светло-желтый цвет. Использовалась еще до нашей эры в составе священных курений при религиозных обрядах.

Основное и возбужденное состояние атома серы

Электроны s- и p-подуровня способны распариваться и переходить на d-подуровень. Как и всегда, количество валентных электронов отражает количество возможных связей у атома.

В разных электронных конфигурациях сера способна принимать валентности: II, IV и VI.

Природные соединения

• FeS₂ — пирит, колчедан
• ZnS — цинковая обманка
• PbS — свинцовый блеск (галенит), Sb₂S₃ — сурьмяный блеск, Bi₂S₃ — висмутовый блеск
• HgS — киноварь
• CuFeS₂ — халькопирит
• Cu₂S — халькозин
• CuS — ковеллин
• BaSO₄ — барит, тяжелый шпат
• CaSO₄ — гипс

В местах вулканической активности встречаются залежи самородной серы.

В промышленности серу получают из природного газа, который содержит газообразные соединения серы: H₂S, SO₂.

Серу можно получить разложением пирита

В лабораторных условиях серу можно получить слив растворы двух кислот: серной и сероводородной.

Реакции с неметаллами

На воздухе сера окисляется, образуя сернистый газ — SO₂. Реагирует со многими неметаллами, без нагревания — только со фтором.

При нагревании сера бурно взаимодействует со многими металлами с образованием сульфидов.

Реакции с кислотами

При взаимодействии с концентрированными кислотами (при длительном нагревании) сера окисляется до сернистого газа или серной кислоты.

Реакции с щелочами

Сера вступает в реакции диспропорционирования с щелочами.

Реакции с солями

Сера вступает в реакции с солями. Например, в кипящем водном растворе сера может реагировать с сульфитами с образованием тиосульфатов.

Сероводород — H₂S

Бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. Огнеопасен. Используется в химической промышленности и в лечебных целях (сероводородные ванны).

Сероводород получают в результате реакции сульфида алюминия с водой, а также взаимодействия разбавленных кислот с сульфидами.

Сероводород плохо диссоциирует в воде, является слабой кислотой. Реагирует с основными оксидами, основаниями с образованием средних и кислых солей (зависит от соотношения основания и кислоты).

KOH + H₂S = KHS + H₂O (гидросульфид калия, избыток кислоты)

Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Сероводород — сильный восстановитель (сера в минимальной степени окисления S 2- ). Горит в кислороде синим пламенем, реагирует с кислотами.

Качественной реакцией на сероводород является реакция с солями свинца, при котором образуется сульфид свинца.

Оксид серы — SO₂

Сернистый газ — SO₂ — при нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички).

В промышленных условиях сернистый газ получают обжигом пирита.

В лаборатории SO₂ получают реакцией сильных кислот на сульфиты. В ходе подобных реакций образуется сернистая кислота, распадающаяся на сернистый газ и воду.

Сернистый газ получается также в ходе реакций малоактивных металлов с серной кислотой.

С основными оксидами, основаниями образует соли сернистой кислоты — сульфиты.

Химически сернистый газ очень активен. Его восстановительные свойства продемонстрированы в реакциях ниже.

В присутствии сильных восстановителей SO₂ способен проявлять окислительные свойства (понижать степень окисления).

Сернистая кислота

Слабая, нестойкая двухосновная кислота. Существует лишь в разбавленных растворах.

Диссоциирует в водном растворе ступенчато.

В реакциях с основными оксидами, основаниями образует соли — сульфиты и гидросульфиты.

H₂SO₃ + KOH = H₂O + KHSO₃ (соотношение кислота — основание, 1:1)

С сильными восстановителями сернистая кислота принимает роль окислителя.

Как и сернистый газ, сернистая кислота и ее соли обладают выраженными восстановительными свойствами.

Оксид серы VI — SO₃

Является высшим оксидом серы. Бесцветная летучая жидкость с удушающим запахом. Ядовит.

В промышленности данный оксид получают, окисляя SO₂ кислородом при нагревании и присутствии катализатора (оксид ванадия — Pr, V₂O₅).

В лабораторных условиях разложением солей серной кислоты — сульфатов.

Является кислотным оксидом, соответствует серной кислоте. При реакции с основными оксидами и основаниями образует ее соли — сульфаты и гидросульфаты. Реагирует с водой с образованием серной кислоты.

SO₃ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O (основание в избытке — средняя соль)

SO₃ + KOH = KHSO₄ + H₂O (кислотный оксид в избытке — кислая соль)

SO₃ — сильный окислитель. Чаще всего восстанавливается до SO₂.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Урок №22. Свойства и применение серы

СЕРА – S

Cера в природе

Украина, Поволжье, Центральная Азия и др

PbS — свинцовый блеск (галенит)

Cu 2 S – медный блеск (халькозин)

ZnS – цинковая обманка (сфалерит)

FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото

H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе)

Волосы, кожные покровы, ногти…

CaSO 4 x 2H 2 O — гипс

MgSO 4 x 7H 2 O – горькая соль (английская)

Na 2 SO 4 x 10H 2 O – глауберова соль (мирабилит)

Физические свойства

Твердое кристаллическое вещество желтого цвета , нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t° кип = 445°С

Получение серы

1. Промышленный метод — выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O

3. Реакция Вакенродера

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

1) Сера реагирует со щелочными металлами без нагревания:

c остальными металлами (кроме Au, Pt) — при повышенной t°:

2Al + 3S = t° = Al 2 S 3

2) С некоторыми неметаллами сера образует бинарные соединения:

H 2 + S = t° = H 2 S

2P + 3S = t° = P 2 S 3

S + O 2 = t° = S +4 O 2

2) c галогенами (кроме йода):

S + Cl 2 = S +2 Cl 2

3) c кислотами — окислителями:

S + 2H 2 SO 4 (конц) = 3S +4 O 2 + 2H 2 O

S + 6HNO 3 (конц) = H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

Сера – восстановитель и окислитель в реакциях диспропорционирования:

3S 0 + 6KOH = K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O

Применение

Вулканизация каучука, получение эбонита, производство спичек, пороха, в борьбе с вредителями сельского хозяйства, для медицинских целей (серные мази для лечения кожных заболеваний), для получения серной кислоты и т.д.

ЗАДАНИЯ

№1. Закончите уравнения реакций:

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель.

№2. Осуществите превращения по схеме:

H 2 S → S → Al 2 S 3 → Al(OH) 3

№3. Закончите уравнения реакций, укажите, какие свойства проявляет сера (окислителя или восстановителя):

Это интересно.

Содержание серы в организме человека массой 70 кг — 140 г.

В сутки человеку необходимо 1 г серы.

Серой богаты горох, фасоль, овсяные хлопья, пшеница, мясо, рыба, плоды и сок манго.

Сера входит в состав гормонов, витаминов, белков, она есть в хрящевой ткани, в волосах, ногтях. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость ногтей и костей, выпадение волос.

Знаете ли вы.

Соединения серы могут служить лекарственными препаратами

Сера – основа мази для лечения грибковых заболеваний кожи, для борьбы с чесоткой. Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 используется для борьбы с нею

Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду: ZnSO 4 ×7H 2 O и CuSO 4 ×5H 2 O. Их применяют как антисептические средства для опрыскивания растений и протравливания зерна в борьбе с вредителями сельского хозяйства

Железный купорос FeSO 4 ×7H 2 O используют при анемии

BaSO 4 применяют при рентгенографическом исследовании желудка и кишечника

Алюмокалиевые квасцы KAI(SO 4 ) 2 ×12H 2 O — кровоостанавливающее средство при порезах

Минерал Na 2 SO 4 ×10H 2 O носит название «глауберова соль» в честь открывшего его в VIII веке немецкого химика Глаубера И.Р. Глаубер во время своего путешествия внезапно заболел. Он ничего не мог есть, желудок отказывался принимать пищу. Один из местных жителей направил его к источнику. Как только он выпил горькую соленую воду, сразу стал есть. Глаубер исследовал эту воду, из нее выкристаллизовалась соль Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Сейчас ее применяют как слабительное в медицине, при окраске хлопчатобумажных тканей. Соль также находит применение в производстве стекла

Тысячелистник обладает повышенной способностью извлекать из почвы серу и стимулировать поглощение этого элемента с соседними растениями

Чеснок выделяет вещество – альбуцид, едкое соединение серы. Это вещество предотвращает раковые заболевания, замедляет старение, предупреждает сердечные заболевания.

Источник

Электрохимический способ получения элементной серы из сероводорода в органических растворителях

Владельцы патента RU 2516480:

Изобретение относится к области органической химии, в частности, к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности. Способ получения элементной серы из сероводорода включает проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе в присутствии фонового электролита при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. Предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин. Технический результат — усовершенствование процесса получения элементной серы, позволяющее значительно снизить значение анодного перенапряжения при проведении электросинтеза серы на основе сероводорода. Конверсия сероводорода в элементную серу — 95-98%. 1 прим.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Известен способ получения элементной серы из сернистого газа, содержащего диоксид серы, который включает восстановление сернистого компонента углеводородами при повышенной температуре и дальнейшую переработку в присутствии катализатора с образованием элементной серы по способу Клауса. При этом перед первой каталитической ступенью переработки восстановленный сернистый газ сначала пропускают через дополнительную каталитическую ступень при температуре 350-600°С, после чего охлаждают до температуры 230-250°С и подвергают каталитической Клаус-переработке. Способ позволяет снизить удельный расход восстановителя, например природного газа, и повысить выход целевого продукта — элементной серы [Патент РФ №2275325, 2006 г.].

Недостатками данного способа являются: высокая температура и многоэтапность проведения процесса, дорогостоящее оборудование, наличие в сернистом газе углеводородов, выполняющих функцию их восстановителя, применение катализаторов высокой стоимости, что негативно сказывается на эффективности процесса, материальных и энергозатратах на его проведение.

Имеется способ получения элементной серы, который включает газофазное окисление сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах, селективное отделение серы из продуктов реакции в серосборнике путем барботирования сквозь слой жидкой серы нагретого воздуха до достижения температуры 127-158°С, последующего отвода серы из зоны «под барботажным слоем». В серосборник заливают до заданного уровня барботажного слоя этиленгликоль — буферную жидкость, а затем — продукты реакции до оседания жидкой серы. Способ позволяет снизить энергозатраты и повысить безопасность процесса [Патент РФ №2316469, 2008 г.].

Недостатками данного способа являются: многостадийность проведения процесса, повышенная температура, повышенное давление для проведения процесса в газофазных условиях и для реализации стадии барботирования жидкой серы, использование буферной жидкости, применение дорогостоящих катализаторов, что значительно усложняет технологический процесс и увеличивает материальные затраты на его проведение.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ получения элементной серы из сероводорода, включающий одноэлектронное окисление сероводорода до катион-радикала на платиновом аноде в условиях электролиза в органическом растворителе в присутствии фонового электролита при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) [Берберова Н.Т. и др. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, Иваново: ИГХТУ. — 2003. — Т. 46. — Вып.6. — С.74-78].

Недостатками данного способа являются: высокое значение анодного потенциала (1,6 В), необходимого для окисления сероводорода в условиях электролиза, что приводит к высоким энергозатратам, снижающим эффективность процесса и повышающим стоимость получаемой элементной серы.

Техническая задача — создание энергоемкого способа, позволяющего получать элементную серу из сероводорода в органических растворителях с относительно высоким выходом.

Технический результат — усовершенствование процесса получения элементной серы на основе сероводорода, позволяющего значительно снизить значение анодного перенапряжения при проведении электросинтеза серы на основе сероводорода.

Он достигается тем, что в данном способе, включающем взаимодействие триэтиламина с сероводородом с образованием тиолат-аниона и последующее его одноэлектронное окисление на платиновом аноде в условиях электролиза в органических средах, в присутствии фонового электролита, при температуре 20-25°С и атмосферном давлении получают элементную серу (выход на пропущенный сероводород — 92%) с последующим декантированием исследуемого раствора с целью выделения целевого продукта. Конверсия сероводорода в элементную серу — 95-98%.

Данный способ основывается на способности сероводорода к взаимодействию при температуре 20-25°С с сильным органическим основанием — триэтиламином ((C₂H₅)₃N), приводящему к образованию тиолата триэтиламмония ([(C₂H₅)₃NH]SH), с последующим одноэлектронным окислением тиолат-аниона на платиновом аноде в органических средах на фоне перхлората н.-тетрабутиламмония до тиильного радикала при потенциале Е_па=0,3 В (в CH₃CN). Тиильные радикалы в условиях электролиза при потенциале окисления тиолат-аниона димеризуются с образованием дисульфана (H₂S₂) с последующим наращиванием сульфидной цепи до три- (H₂S₃), полисульфанов (HS_nH) и элементной серы.

На основании экспериментальных данных, полученных в ходе проведения процесса получения элементной серы из сероводорода в условиях электрохимического окисления в органических средах, можно записать схему вышеуказанного процесса:

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Получение элементной серы из сероводорода, содержащегося в нестабильном газоконденсате, в среде органического растворителя (CH₃CN).

Способ получения элементной серы из сероводорода включает предварительную осушку сероводорода, выделяемого из сероводородсодержащего газа или газоконденсатной смеси, ввод органического растворителя и фонового электролита в электролизер, погружение электродов, подачу сероводорода с определенной скоростью, установление значения анодного потенциала (0,3 В), введение триэтиламина и проведение электролиза.

Способ реализуется с помощью электролизера и потенциостата (IPC Pro 2000), обработка данных проводится при использовании IBM и специализированного пакета программ. Аналоговая компенсация омических потерь с помощью потенциостата предусмотрена в связи с проведением электрохимических измерений в неводных средах.

В бездиафрагменный электролизер, предназначенный для трехэлектродной системы, с платиновыми рабочим и вспомогательным электродами, площадью поверхности S=700 мм 2 , заливали 90 мл очищенного и хорошо осушенного CH₃CN, добавляли навеску фонового электролита (3,5 г высушенного перхлората н.-тетрабутиламмония) и вводили 10 мл триэтиламина. Электролизер снабжен барботером для ввода сероводорода.

Сероводород, выделенный из газоконденсата в результате стабилизации (удаления сероводорода и ШФЛУ), подавали непрерывно в течение 2,5 ч со скоростью 3 л/ч при интенсивном перемешивании. Растворимость сероводорода в ацетонитриле (0,01 г/мл) оценивали весовым методом по реакции с ацетатом свинца и методом потенциометрического титрования.

Раствор сероводорода в CH₃CN выдерживали в течение 1 ч при температуре 20-25°С. Электролиз вели при заданном потенциале 0,3 В относительно электрода сравнения (хлорсеребряный в нас. растворе KCl с водонепроницаемой диафрагмой, необходимой для проведения электролиза в органических растворителях). Потенциал электролиза соответствует значению, превышаемому потенциал окисления тиолат-аниона до тиильного радикала в CH₃CN, на 0,2 В. В ходе электролиза контролировали силу тока на цифровом табло потенциостата. После уменьшения тока до 0,2 мА снимали напряжение, сливали раствор и отфильтровали.

Получаемый продукт — элементную серу с выходом 92% (0,86 г) на пропущенный сероводород сушили в вакуум-эксикаторе при комнатной температуре в течение 3 часов. Идентификацию элементной серы проводили методом рентгено-флуоресцентного анализа на атомно-энергодисперсионном спектрометре АСЭ-1 и электрохимическим методом циклической вольтамперометрии на потенциостате IPC-Pro MF.

Для проведения процесса получения элементной серы из сероводорода в присутствии триэтиламина возможно использовать любой органический апротонный растворитель (например, хлористый метилен или диметилформамид) с рабочим анодным диапазоном потенциалов до 1,0 В.

Положительный эффект предлагаемого электрохимического способа заключается в снижении энергозатрат при получении элементной серы по сравнению с прототипом за счет снижения потенциала электролиза на 1,3 В и сокращении времени проведения процесса в 3 раза в связи с предварительной стадией депротонирования сероводорода до тиолат-аниона в присутствии триэтиламина, необходимой для последующего осуществления электросинтеза элементной серы.

Способ получения элементной серы из сероводорода, включающий проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе, в присутствии фонового электролита, при температуре 20-25°С и атмосферном давлении, отличающийся тем, что предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин.

Источник