Девиз урока:

“Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”.

Цели урока:

Образовательные:

• расширить представления учащихся о скорости химических реакций;
• уяснить сущность закона действующих масс (ЗДМ);
• познакомить учащихся с новыми понятиями (гомогенные и гетерогенные реакции);
• экспериментально исследовать зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Развивающие:

• продолжить формирование экспериментальных навыков учащихся;
• развивать умение работать в группах и индивидуально;
• продолжить формирование химического мышления, развития речи, памяти, познавательного интереса к предмету, самостоятельности, умения делать выводы.

Воспитательные:

• воспитывать умение работать в паре, коммуникативные умения.

Оборудование:

• Для учителя
: фарфоровая чаша, фарфоровый пестик, компьютер, видеопроектор.
• На рабочем столе ученика
: четыре пробирки, подставка для пробирок, часы с секундной стрелкой, черная бумага.

Реактивы: Тиосульфат натрия, серная кислота, вода, алюминий, йод.

Ход урока

1. Вводная часть: сообщение темы урока, настрой учащихся на урок.

Учитель. Кинетика – раздел химии, включающий изучение таких тем, как обратимость химических реакций, тепловой эффект реакций, скорость химических реакций, химическое равновесие. Мы начинаем с темы, название которой вам нужно угадать (тема на доске закрыта; показываю опыт, демонстрирующий зависимость скорости реакции взаимодействия алюминия и кристаллического йода от катализатора).

Вопрос классу. Почему мы начинаем изучение химической кинетики с этой темы?

Тема скорости химических реакций актуальна, так как вокруг нас постоянно происходят разные процессы и скорость их различна. Эти процессы важны и происходят во всех уголках природы, жизнедеятельности людей. (Рисунок 1). Обсуждение среди ребят - сравнение скоростей предложенных реакций. Класс приходит к выводу : все процессы идут с различной скоростью.

Вопросы классу:

1. Что такое скорость реакции? Какая из приведенных формул соответствует скорости химической реакции?

2. В каких единицах измеряют скорость химических реакций?

Важно не только знать скорость химической реакции, но и научиться ею управлять. Зачем? Чтобы ускорить нужную реакцию и замедлить нежелательную. Как сказал Гете: “Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”. Посмотрим на экран: на рисунке показана зависимость скорости реакций от определенных внешних факторов (Рисунок 2).

3. Какие факторы влияют на скорость химических реакций?

Ребята называют температуру, катализатор, природу веществ, площадь соприкосновения реагирующих веществ, приводят примеры, в которых наблюдается влияние перечисленных факторов.

2. Основная часть.

Учитель . А какого фактора здесь нет, но влияющего на скорость химических реакций?

Это концентрация реагирующих веществ, она увеличивает скорость реакций в жидкой и газообразной среде. Поэтому на этом уроке экспериментально исследуем влияние концентрации веществ на скорость химических процессов. В 9 классе это был опыт взаимодействия цинка с разбавленной и концентрированной соляной кислотой, а в 10-м классе мы используем реакцию взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.

Немного о тиосульфате натрия: химическая формула – Na 2 S 2 O 3 , широко используется в медицине. В фотоделе он известен под названием фиксажной соли. С его помощью с пластинок, бумаги или пленки удаляют неразложившийся бромид серебра. Этот процесс основан на способности тиосульфата натрия образовывать с бромидом серебра соединение, растворимое в воде. Обработанные им пленки и тщательно промытые водой, становятся нечувствительными к дальнейшему действию света.

Смысл химической реакции, лежащей в основе эксперимента: при взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой наблюдается помутнение - появление чистой серы (признак химической реакции). Эта реакция идет в две стадии.

I стадия: Na 2 S 2 O 3 + Н 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3 (тиосерная кислота)

II стадия: H 2 S 2 O 3 = H 2 SO 3 + S v

Сера – нерастворимое в воде вещество, вот почему выпадает осадок. Прежде, чем приступить к эксперименту, посмотрим на таблицу, которая лежит у вас на столах – инструкция проведения эксперимента (Рисунок 3). В ней указана концентрация тиосульфата натрия в каплях (условная концентрация). Изменять ее будем при помощи воды. Концентрация серной кислоты остается без изменений – 1 капля. В соседней графе карандашом запишите время проведения реакции. Что считать временем начала реакции? Момент сливания растворов тиосульфата натрия, воды и серной кислоты считаем нулевым, далее вы отсчитываете время до появления помутнения. Чтобы лучше увидеть образование серы в реакции, используйте черную бумагу.

Проделаем предварительный опыт взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой и отметим время прохождения реакции (секундная стрелка).

После эксперимента строим график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия (Рисунок 4) . График строим на полстраницы. Концентрацию откладываем в каплях, время – в секундах. На работу отводится 10 минут. Приступайте.

Посмотрим на результаты эксперимента. На доске ученик заносит свои данные в заранее подготовленную таблицу. Сравниваю с моими данными (опыт провожу накануне). Отмечаю, кто более точно из пар провел эксперимент. Затем ученик рисует график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия. Класс делает вывод :

скорость химической реакции зависит от концентрации. Чем она больше, тем выше скорость реакции.

Вопросы классу:

1.Почему скорость химической реакции увеличивается, ведь с увеличением концентрации время прохождения реакции уменьшается? (ответ – обратнопропорциональная зависимость скорости и времени - смотри формулу).

2. Как выглядит график зависимости скорости реакции от времени? Ребята строят график (Рисунок 5). Почему?

Зависимость скорости химической реакции от концентрации веществ выражается законом действующих масс (ЗДМ), открытом в XIX веке. Например, для условной реакции

скорость химической реакции равна произведению константы скорости химической реакции k на молярные концентрации реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов, если необходимо: ? = k С А С В 2

где С А и С В – молярная концентрация веществ А и В, моль/л.

Физический смыл k : при С А = С В = 1моль/л, то k = v .

Но здесь важно учитывать, в какой среде протекает реакция: в гомогенной или гетерогенной. По ЗДМ в выражение для скорости реакции записывают концентрации веществ в растворенном и газообразном состоянии. Если вещество в твердом состоянии, то его концентрацией пренебрегают (два ученика выходят к доске записать выражение для скорости реакции в гомогенной и гетерогенной среде):

2SO 2 + O 2 = 2SO 3	C + O 2 = CO 2
v = k С O2 С 2 SO2	v = k С O2

То есть, ЗДМ справедлив для гомогенных реакций. А как выглядит выражение для скорости химической реакции для гомогенной и гетерогенной реакции?

Для гомогенной реакции:

Для гетерогенной реакции:

Контроль. Для закрепления темы учащиеся отвечают на вопросы теста (Рисунок 6).

Затем все ответы учащиеся сверяют с экраном, где спроецированы ответы для проверки (Рисунок 7).

Итог урока: углубили знания по теме скорость химических реакций, экспериментально исследовали влияние концентрации веществ на скорость реакции. Я думаю, что вы приобрели новые знания, умения, которые пригодятся вам в будущем. И, наконец, маленькое пожелание на химическом языке.

IV. Рефлексия.

Желаю вам не громкими словами,
Чтоб не взрывались, словно водород, при неудачах
Что за вами следом,
И не были инертны, как неон, в пути,
Что вам пока еще невидан.

Вы будьте терпеливы, как судьба,
Не окисляйтесь, словно группа щелочных металлов,
Трудолюбивыми всегда
На долгие и долгие года.

Пусть будет меньше ингибиторов,
Как бремя, тормозящих путь подчас.
Пусть будет больше индивидуумов,
Талантливых и творческих из вас.

Активны будьте в жизни нашей бешеной,
Словно свободный радикал.
Катализаторами вам в пути обещаны
Любовь, терпение и доброта.

Берем тиосульфат натрия и три кислоты (серную, соляную и ортофосфорную):

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S + H2O

Na2S2O3 + 2 HCl = 2 NaCl + SO2 + S + H2O

3 Na2S2O3 +2 H3РO4 = 2 Na3РO4 + 3 SO2 + 3 S + 3 H2O

Наливаем в три пробирки по 8 мл раствора тиосульфата натрия. В первую пробирку с раствором тиосульфата натрия наливаем 8 мл серной кислоты, быстро перемешиваем и засекаем время в секундах от начала реакции до помутнения раствора. Чтобы лучшее заметить окончание реакции, с противоположной стороны стенки пробирки приклеиваем полоску черной бумаги. Отчет времени заканчиваем в момент, когда эта полоска не будет просматриваться сквозь помутневший раствор.

Аналогично проводим опыты с другими кислотами. Результаты заносим в таблицу (приложение 1, таблица 1). Скорость реакции определяем как величину, обратно пропорциональную времени: υ = 1/ t. На основании таблицы строим график зависимости скорости реакции от природы реагирующих веществ (приложение 2, график 1).

Вывод: таким образом, природа кислот оказывает влияние на скорость химической реакции. А, так как сила кислот определяется концентрацией ионов водорода, то скорость реакции зависит и от концентрации реагирующих веществ.

Б. Рассмотрим реакцию взаимодействия различных металллов с соляной кислотой. Скорость реакции будем определять по объему выделившегося водорода, который собираем методом вытеснения воды (приложение 3, рисунок 1).

В четыре пробирки поместим по 0, 05 г. металлов: магния, цинка, железа и меди. Поочередно в каждую пробирку (а) наливаем одинаковые объемы соляной кислоты (1:2). Водород, который будет быстро веделяться, поступит в пробирку (б). Отмечаем время, за которое пробирка заполняется водородом. На основании результатов (приложение 4, таблица 2) строим график зависимости от природы реагирующих веществ (приложение 4, график 2).

Вывод: не все металлы могут взаимодействовать с кислотами путем выведения водорода. Металлы, вытесняющие водород из растворов кислот, расположены в ряду Н.Н. Бекетова до водорода, а металлы, которые водород не вытесняют – после водорода (в нашем случае это медь). Но и первая группа металлов различаются по степени активности: магний-цинк-железо, поэтому и интенсивность выделения водорода различна.

Таким образом, скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ.

2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации взаимодействующих веществ.

Цель. Установить графическую зависимость влияния концентрации на скорость реакции.

Для проведения опыта используем те же растворы тиосульфата натрия и серной кислоты, которыми пользовались в первом опыте (А).

В пронумерованные пробирки наливаем указанные количества миллилитров раствора тиосульфата натрия и воды. Вливаем в первую пробирку 8 мл раствора серной кислоты, быстро перемешиваем и замечаем время от начала реакции до помутнения раствора (смотри опыт 1 А). Проводим аналогичные опыты с остальными пробирками. Результаты заносим в таблицу (приложение 6, таблица 3), на основании которых строим график зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ (приложение 7, график 3). Аналогичный результат мы получили, оставляя постоянной концентрацию тиосульфата натрия, но меняя концентрацию серной кислоты.

Вывод: таким образом, скорость химической реакции зависимт от концентрации реакнгирующих веществ: чем выше концентрация, тем скорость реакции больше.

3. Зависимость скорости химической реакции от температуры.

Цель: проверить, зависит ли скорость химической реакции от температуры.

Опыт проводим с растворами тиосульфата натрия и серной кислоты (смотри опыт 1), дополнительно готовим химический стакан, термометр.

В четыре пробирки наливаем 8 мл раствора тиосульфата натрия, в 4 другие – 8 мл раствора серной кислоты. Все пробирки помещаем в стакан с водой и измеряем температуру воды. Через 5 минут вынимаем две пробирки с растворами тиосульфата натрия и серной кислоты, сливаем их, перемешиваем и замечаем время до помутнения раствора. Стакан с водой и пробирками нагреваем на 10оС и повторяем опыт со следующими двумя пробирками. Проводим такие же опыты с остальными пробирками, повышая каждый раз температуру воды на 10оС. Полученные результаты записываем в таблицу (приложение 8, таблица 4) и строим график зависимости скорости реакции от температуры (приложение 9, график 4).

Вывод: данный эксперимент позволил сделать вывод, что скорость химической реакции увеличивается с повышением температуры на каждые 10оС в 2–4 раза, т.е. доказал справедливость закона Вант-Гоффа.

4. Влияние катализатора на скорость химической реакции.

Цель: проверить, зависит ли скорость химической реакции от катализатора, и обладают ли катализаторы специфичностью.

А. Для проверки специфичности катализатора мы использовали реакцию разложения перекиси водорода: 2Н2О2 = 2Н2О + Н2. Брали 3% раствор, разложение перекиси водорода идет очень слабо, даже опущенная в пробирку тлеющая лучинка не разгорается. В качестве катализаторов мы брали диоксид кремния SiO2, диоксид марганца MnO2, перманганат калия KМnO4, хлорид натрия NaCl. Только при добавлении порошка оксида марганца (IV) произошло бурное выделение кислорода, тлеющая лучинка, опущенная в пробирку, ярко разгорелась.

Таким образом, катализаторы – это вещества, которые ускоряют химическую реакцию, и, чаще всего, для конкретной реакции необходим «свой» катализатор.

5. Кинетика каталитического разложения перекиси водорода.

Цель: выяснить зависимость скорости реакции от концентрации веществ, температуры и катализатора.

Разложение очень слабого раствора пероксида водорода начинается под влиянием катализатора. С течением реакции концентрация перекиси водорода уменьшается, о чем можно судить по количеству выделяющегося кислорода в единицу времени. Опыт проводим в приборе (приложение 10, рисунок 2): в пробирку помещаем 0,1 г порошка двуокиси марганца, присоединяем ее к резиновой трубке, в колбу наливаем 40 мл 3-процентного раствора перекиси водорода, соединяем с помощью резиновой трубки с пробиркой. Заполняем цилиндр (бюретку) водой, опускаем в кристаллизатор, закрепляем в зажиме штатива вертикально, подводим под него газоотводную трубку от колбы Вюрца. Без катализатора выделение кислорода не наблюдаем. После добавления двуокиси марганца каждую минуту в течение 10 минут отмечаем и записываем в таблицу объем выделившегося кислорода (приложение 11, таблица 5). На основании данных строим график зависимости объемов выделившегося кислорода от времени (приложение 12, график 5)

6. Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель. Выяснить, влияет ли поверхность соприкосновения реагирующих веществ на скорость гетерогенной химической реакции.

На весах взвесили одинаковое количество (0,5 г) мела (СаСО3) в виде кусочка и порошка, поместили навески в две пробирки, в которые налили одинаковое количество соляной кислоты (1:2). Наблюдаем выделение углекислого газа, при чем в первой пробирке (мел в виде кусочка) реакция идет менее энергично, чем во второй (мел в виде порошка) (приложение 13, фотографии 1,2): СаСО3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

Тиосульфат натрия – синтетическое соединение, известное в химии как серноватистокислый натрий, а в пищевой промышленности – как добавка Е539, разрешенная к использованию при производстве продуктов питания.

Тиосульфат натрия выполняет функции регулятора кислотности (антиокислителя), антислеживающего агента или консерванта. Применение тиосульфата как пищевой добавки позволяет увеличить сроки хранения и качество продукции, предупредить гниение, закисание, брожение. В чистом виде это вещество участвует в технологических процессах изготовления пищевой йодированной соли как стабилизатор йода и используется для обработки хлебопекарской муки, склонной к слеживанию и комкованию.

Применение пищевой добавки Е539 ограничивается исключительно промышленной сферой, вещество не поступает в розничную продажу. В медицинских целях тиосульфат натрия используется как противоядие при тяжелых отравлениях и противовоспалительное средство наружного применения.

общие сведения

Тиосульфат (гипосульфит) – это неорганическое соединение, которое является натриевой солью тиосерной кислоты. Вещество представляет собой бесцветный порошок без запаха, который при ближайшем рассмотрении оказывается прозрачными моноклинными кристаллами.

Гипосульфит является неустойчивым соединением, которое не встречается в природе. Вещество образует кристаллогидрат, который при нагревании выше 40 °С плавится в собственной кристаллической воде и растворяется. Расплавленный тиосульфат натрия склонен к переохлаждению, а при температуре около 220 °С соединение полностью разрушается.

Тиосульфат натрия: синтез

Серноватистокислый натрий был впервые получен искусственным путем в лабораторных условиях методом Леблана. Это соединение является побочным продуктом производства соды, которое образуется в результате окисления сульфида кальция. Взаимодействуя с кислородом, сульфид кальция частично окисляется до тиосульфата, из которого с помощью сульфата натрия получают Na 2 S 2 O 3 .

Современная химия предлагает несколько способов синтеза серноватистокислого натрия:

• окисление сульфидов натрия;
• кипячение серы с сульфитом натрия;
• взаимодействие сероводорода и оксида серы с гидроксидом натрия;
• кипячение серы с гидроксидом натрия.

Вышеуказанные методы позволяют получить тиосульфат натрия как побочный продукт реакции или в виде водного раствора, из которого нужно выпарить жидкость. Получить щелочной раствор серноватистокислого натрия можно, растворив его сульфид в насыщенной кислородом воде.

Чистое безводное соединение тиосульфата является результатом взаимодействия соли натрия и азотистой кислоты с серой в веществе, известном как формамид. Реакция синтеза протекает при температуре 80 °С и длится около получаса, ее продукты – тиосульфат и его оксид.

Во всех химических реакциях гипосульфит проявляет себя как сильный восстановитель. В реакциях взаимодействия с сильными окислителями Na 2 S 2 O 3 окисляется до сульфата или серной кислоты, со слабыми – до тетратионовой соли. Реакция окисления тиосульфата является основой йодометрического метода определения веществ.

Отдельного внимания заслуживает взаимодействие тиосульфата натрия со свободным хлором, который является сильным окислителем и ядовитым веществом. Гипосульфит легко окисляется хлором и переводит его в безвредные водорастворимые соединения. Таким образом, это соединение препятствует разрушительному и токсическому воздействию хлора.

В промышленных условиях тиосульфат добывают из отходов газового производства. Самым распространенным сырьем является светильный газ, который выделяется в процессе коксования угля и содержит примеси сероводорода. Из него синтезируют сульфид кальция, который подвергают гидролизу и окислению, после чего соединяют с сульфатом натрия для получения тиосульфата. Несмотря на многостадийность, этот способ считается наиболее экономически выгодным и экологически чистым методом добычи гипосульфита.

Что нужно знать о тиосульфате натрия

Систематическое наименование	Тиосульфат натрия (Sodium thiosulfate)
Традиционные наименования	Серноватистокислый натрий, гипосульфит (натрия) соды, антихлор
Международная маркировка	Е539
Химическая формула	Na 2 S 2 O 3
Группа	Неорганические тиосульфаты (соли)
Агрегатное состояние	Бесцветные моноклинные кристаллы (порошок)
Растворимость	Растворим в , нерастворим в
Температура плавления	50 °С
Критическая температура	220 °С
Свойства	Восстановительные (антиокислительные), комплексообразующие
Категория пищевой добавки	Регуляторы кислотности, вещества против слеживания (антислеживатели)
Происхождение	Синтетическое
Токсичность	Не исследована, вещество условно безопасно
Области применения	Пищевая, текстильная, кожевенная промышленность, фотодело, фармацевтика, аналитическая химия

Тиосульфат натрия: применение

Серноватистокислый натрий использовали в различных целях задолго до включения этого соединения в состав пищевых добавок и медикаментов. Антихлором пропитывали марлевые повязки и фильтры противогазов для защиты органов дыхания от ядовитого хлора во времена Первой мировой войны.

Современные направления применения гипосульфита в промышленности:

• обработка фотопленки и фиксирование изображений на фотобумаге;
• дехлорирование и бактериологический анализ питьевой воды;
• удаление пятен хлора при отбеливании тканей;
• выщелачивание золотой руды;
• изготовление сплавов меди и патины;
• дубление кожи.

Серноватистокислый натрий используют в качестве реактива в аналитической и органической химии, им нейтрализуют сильные кислоты, обезвреживают тяжелые металлы и их токсические соединения. Реакции взаимодействия тиосульфата с различными веществами являются основой йодометрии и бромометрии.

Пищевая добавка Е539

Тиосульфат натрия не является широко распространенной пищевой добавкой и не находится в свободном доступе из-за неустойчивости соединения и токсичности продуктов его распада. Гипосульфит участвует в технологических процессах производства пищевой йодированной соли и хлебобулочных изделий в качестве регулятора кислотности и антислеживателя (антикомкователя).

Добавка Е539 выполняет функции антиокислителя и консерванта при изготовлении овощных и рыбных консерв, десертов и алкогольных напитков. Это вещество также входит в состав химикатов, которыми обрабатывают поверхность свежих, сушеных и замороженных овощей и фруктов.

Консервант и антиоксидант Е539 используют для улучшения качества и увеличения срока годности таких продуктов:

• свежие и замороженные овощи, фрукты, морские ;
• , орехи, семечки;
• овощи, грибы и водоросли, консервированные в или масле;
• джемы, желе, засахаренные фрукты, фруктовые пюре и начинки;
• свежая, мороженая, копченая и сушеная рыба, морепродукты, консервы;
• мука, крахмалы, соусы, приправы, уксус, ;
• белый и тростниковый , сахарозаменители (декстроза и ), сахарные сиропы;
• фруктовые и овощные соки, сладкая вода, слабоалкогольные напитки, виноградные .

При изготовлении поваренной йодированной соли пищевую добавку Е539 применяют для стабилизации йода, что позволяет существенно продлить сроки хранения продукта и сохранить его пищевую ценность. Предельно допустимая концентрация Е539 в поваренной соли составляет 250 мг на 1 кг.

В хлебопекарном деле активно используют тиосульфат натрия в составе различных добавок для улучшения качества продукции. Хлебопекарные улучшители бывают окислительными и восстановительными. Антислеживатель Е539 относится к улучшителям восстанавливающего действия, которые позволяют изменить свойства .

Тесто из плотной муки с короткорвущейся клейковиной плохо поддается обработке, слеживается, не достигает необходимого объема и трескается в процессе выпечки. Антислеживающий агент Е539 разрушает дисульфидные связи и структурирует белки клейковины, в результате чего тесто хорошо поднимается, мякиш становится рыхлым и эластичным, а корочка не трескается при выпекании.

На предприятиях антислеживатель добавляют в муку вместе с дрожжами непосредственно перед замешиванием теста. Содержание тиосульфата в муке составляет 0,001-0,002 % ее массы в зависимости от технологии изготовления хлебобулочного изделия. Санитарно-гигиенические нормы для добавки Е539 составляют 50 мг на 1 кг пшеничной муки.

Антислеживатель Е539 используют в технологических процессах в строгой дозировке, поэтому риск отравления тиосульфатом при употреблении мучных изделий отсутствует. Мука, предназначенная для розничной реализации, перед продажей не обрабатывается. В пределах нормы добавка безопасна и не оказывает токсического действия на организм.

Использование в медицине и его влияние на организм

Гипосульфит соды входит в перечень основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения как один из наиболее эффективных и безопасных лекарственных препаратов. Его вводят под кожу, внутримышечно и внутривенно как раствор для инъекций или применяют в качестве наружного средства.

В начале ХХ века тиосульфат натрия был впервые использован как противоядие при отравлении синильной кислотой. В сочетании с нитритом натрия, тиосульфат рекомендуют для особо тяжелых случаев отравления цианидами и вводят внутривенно для превращения цианидов в нетоксичные тиоцианаты, которые впоследствии можно безопасно вывести из организма.

Медицинское применение серноватисто-кислого натрия:

Влияние гипосульфита на организм человека при пероральном употреблении не изучено, поэтому нельзя судить о пользе и вреде вещества в чистом виде или в составе продуктов питания. Случаев отравления добавкой Е539 зарегистрировано не было, поэтому ее принято считать нетоксичной.

Тиосульфат натрия и законодательство

Тиосульфат натрия входит в перечень пищевых добавок, разрешенных для применения при изготовлении продуктов питания в России и Украине. Антислеживающий агент и регулятор кислотности Е539 используют согласно установленным санитарно-гигиеническим нормам исключительно в промышленных целях.

Ввиду того, что действие химического вещества на организм человека при пероральном применении до сих пор не изучено, добавка Е539 не разрешена к применению в странах ЕС и США.

Задача 866.
Написать уравнение реакции получения тиосульфата натрия. Какова степень окисленности серы в этом соединении? Окислительные или восстановительные свойства проявляет тиосульфат-ион? Привести примеры реакций.
Решение:
Уравнения реакций получения тиосульфата натрия:
а) Водный раствор сульфита натрия кипятят в присутствии серы, а затем охлаждают, выделяется кристаллогидрат тиосульфата натрия :

Na 2 SO 3 + S + 5H 2 O ↔ Na 2 S 2 O 3 . 5H 2 O.

Водный раствор сульфита натрия кипятят в присутствии серы, а затем охлаждают, выделяется кристаллогидрат тиосульфата натрия.

б) Окисление полисульфидов кислородом воздуха:

2Na 2 S 5 + 3O 2 ↔ 2Na 2 S 2 O 3 +6S.

в) Получение тиосульфата натрия путём взаимодействия серы со щёлочью. Реакция протекает с одновременным окислением и восстановлением серы:

4S + 6NaOH ↔ Na 2 S 2 O 3 + 2Na 2 S +3H 2 O.

г) Непосредственное взаимодействие сернистого ангидрида с сероводородом в щелочной среде. Для этого смесь обеих газов пропускают при сильном размешивании в раствор едкого натра до его нейтрализации, то образуется тиосульфат натрия:

4SO 2 + 2H 2 S + 6NaOH ↔ 3Na 2 S 2 O 3 + 5H 2

Атомы серы, входящие в состав тиосульфатов имеют различную степень окисленности; у одного атома степень окисленности равна +4, у другого 0.Тиосульфат-ион S 2 O 3 2- проявляет свойства восстановителя. Хлор, бром и другие сильные окислители окисляют его до сульфат-иона SO 4 2- , например:
Взаимодействие тиосульфата натрия с хлором (при его избытке):

Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ↔ 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl

Ионно-молекулярное уравнение:

S2O 3 2- + 4Cl 2 0 + 5H 2 O ↔ 2SO 4 2- + 8Cl - + 10H +

Молекулярная форма:

Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ↔ 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl l

В данной реакции тиосульфат натрия выступает в роли восстановителя, увеличивая степень окисления одного атома серы от 0 до +4, другого – от +4 до +6.
Под действием слабого окислителя тиосульфат натрия окисляется до соли тетратионовой кислоты H 2 S 4 O 6 .
Взаимодействие тиосульфата натрия с йодом:

2 Na 2 S 2 O 3 + I 2 ↔ Na 2 S 4 O 6 + 2NaI

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

2S 2 O 3 2- + I 2 0 ↔ S 4 O 6 2- + 2I -

Молекулярная форма:

2Na 2 S 2 O 3 + I 2 ↔ Na 2 S 4 O 6 + 2NaI

В данной реакции тиосульфат натрия выступает в роли восстановителя, увеличивая степень окисления одного атома серы от 0 до +4. При нагревании свыше 200 0С тиосульфат натрия распадается по схеме:

4Na 2 S 2 O 3Na 2 SO 4 + Na 2 S + 4S↓

При этом протекает реакция самоокисления-восстановления.

Реакции серной кислоты

Задача 867.
Составить уравнения реакций: а) концентрированной Н 2 SO 4 с магнием и с серебром; б) разбавленной Н 2 SO 4 с железом.
Решение:
а) 4Mg + 5Н 2 SO 4 (конц.) → 4MgSO 4 + H 2 S) + 4H 2 O;
б) 2Ag + 2Н 2 SO (конц.) → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
в) Fe + Н 2 SO 4 (разб.) → FeSO 4 + H 2 .

Задача 868.
Сколько граммов серной кислоты необходимо для растворения 50 г ртути? Сколько из них пойдет на окисление ртути? Можно ли для растворения ртути взять разбавленную серную кислоту?
Решение:
Уравнение реакции:

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Hg + SO 4 2- + 4H + ↔ Hg 2+ + SO 2 + 2H 2 O

Из уравнений окисления-восстановления следует, что на окисление 1 моль Hg затрачивается 1 моль H2SO4, следовательно,

200,5: 98 = 50: х ; х = (98 . 50)/200,5 = 24,44 г.

Находим массу H2SO4 из пропорции:

200,5: (2 . 98) = 50: х ; х = (2 . 98 . 50)/200,5 = 48,88 г.

Ответ: 48,88 г; 24,44 г. Ртуть стоит в ряду напряжений после водорода – поэтому разбавленная серная кислота не действует на ртуть. Следовательно, для растворения ртути нужно взять концентрированную серную кислоту.

Задача 869.
Одинаковое ли количество серной кислоты потребуется для растворения 40 г никеля, если в одном случае взять концентрированную кислоту, а в другом разбавленную? Какая масса серной кислоты пойдет на окисление никеля в каждом случае?
Решение:
Уравнения реакций:

а) Ni + 2H 2 SO 4 (конц.) → NiSO4 + SO2 + 2H2O;
б) Ni + H 2 SO 4 (разб.) → NiSO4 + Н2.

Рассчитаем массу концентрированной серной кислоты идущую на окисление 40 г никеля из пропорции:

58,7: (2 . 98) = 40: х ; х = (2 . 98 . 40)/58,7 = 133,56, г.

Теперь рассчитаем массу разбавленной серной кислоты идущую на окисление 40 г никеля из пропорции:

58,7: 98 = 40: х ; х = (98 . 40)/58,7 = 66,78 г.

Ответ : 133,56 г; 66,78 г. На окисление никеля расходуется одинаковое количество серной кислоты.

атрия тиосульфат Natrii thiosulfas

Na 2 S 2 0 3 -5H 2 0 M. м. 248,17

Натрия тиосульфат не является природным продуктом, его получают синтетически.

В промышленности натрия тиосульфат получают из отходов газового производства. Этот метод несмотря на многостадий-ность экономически выгоден, так как сырьем являются отходы газового производства и, в частности, светильный газ, образу-ющийся при коксовании угля.

Светильный газ всегда содержит примесь сероводорода, ко-торый улавливается поглотителями, например гидроксидом кальция. При этом получается сульфид кальция.

Но сульфид кальция в процессе получения подвергается гидролизу, поэтому реакция идет несколько иначе -с обра-зованием гидросульфида кальция.

Гидросульфид кальция при окислении кислородом воздуха образует тиосульфат кальция.

При сплавлении полученного тиосульфата кальция с сульфа-том натрия или карбонатом натрия получается тиосульфат нат-рия Na 2 S 2 0 3 .

После упаривания раствора выкристаллизовывается тио-сульфат натрия, который и является фармакопейным препара-том.

По внешнему виду тиосульфат натрия (II) представляет со-бой бесцветные прозрачные кристаллы солоновато-горького вкуса. Очень легко растворим в воде. При температуре 50 °С плавится в своей кристаллизационной воде. По структуре яв-ляется солью тиосерной кислоты (I).

Как видно из формулы этих соединений, степень окисления атомов серы в их молекулах различна. Один атом серы имеет степень окисления +6, другой -2. Присутствие атомов серы в различных степенях окисления обусловливает их свойства.

Так, имея в молекуле S 2- , натрия тиосульфат проявляет вос-становительную способность.

Как и сама тиосерная кислота, соли ее не являются проч-ными соединениями и легко разлагаются под влиянием кислот и даже таких слабых, как угольная.

Это свойство натрия тиосульфата разлагаться кислотами с выделением серы используется для идентификации препарата. При добавлении к раствору натрия тиосульфата хлороводород-ной кислоты наблюдается помутнение раствора вследствие вы-деления серы.

Весьма характерной для натрия тиосульфата является реак-ция его с раствором нитрата серебра. При этом выделяется осадок белого цвета (тиосульфат серебра), который быстро желтеет. При стоянии под влиянием влаги воздуха осадок чер-неет вследствие выделения сульфида серебра.

Если при действии на натрия тиосульфат нитратом серебра сразу образуется черный осадок, это указывает на загрязнение препарата сульфидами, которые при взаимодействии с нитра-том серебра сразу выделяют осадок сульфида серебра.

Чистый препарат при действии раствора нитрата серебра темнеет не сразу.

В качестве реакции подлинности может быть использована также реакция взаимодействия натрия тиосульфата с раство-ром хлорида железа (III). При этом образуется тиосульфат окисного железа, окрашенный в фиолетовый цвет. Окраска бы-стро исчезает вследствие восстановления этой соли до бесцвет-ных солей закисного железа (FeS 2 0 3 и FeS 4 0 6).

При взаимодействии с йодом натрия тиосульфат действует как восстановитель. Принимая электроны от S 2- , йод восста-навливается до I - , а натрия тиосульфат окисляется йодом до тетратиоиата натрия.

Аналогично восстанавливается хлор в хлороводород.

При избытке хлора выделяющаяся сера окисляется до сер-ной кислоты.

На этой реакции было основано применение натрия тиосуль-фата для поглощения хлора в первых противогазах.

В препарате не допускается наличие примесей мышьяка, се-лена, карбонатов, сульфатов, сульфидов, сульфитов, солей каль-ция.

ГФ X допускает наличие примесей хлоридов, солей тяжелых металлов в пределах эталона.

Количественное определение натрия тиосульфата проводят йодометрическим методом, в основу которого положена реак-ция его взаимодействия с йодом. ГФ требует содержания тио-сульфата натрия в препарате не менее 99% и не более 102% (за счет допустимого предела выветривания препарата).

Применение натрия тиосульфата основано на его свойстве выделять серу. Препарат применяется в качестве противоядия при отравлениях галогенами, цианом и циановодородной кис-лотой.

Образующийся роданид калия гораздо менее ядовит, чем цианид калия. Поэтому при отравлении циановодородной кис-лотой или ее солями в качестве первой помощи следует при-менить натрия тиосульфат. Препарат может применяться также при отравлении соединениями мышьяка, ртути, свинца; при этом образуются неядовитые сульфиды.

Натрия тиосульфат применяется также при аллергических заболеваниях, артритах, невралгии - внутривенно в виде 30% водного раствора. В связи с этим ГФ X приводит 30% раствор натрия тиосульфата для инъекций (Solutio Natrii thiosulfatis 30% pro injectionibus).

Выпускается в порошках и в ампулах по 5, 10, 50 мл 30% раствора.

Натрия тиосульфат содержит кристаллизационную воду, ко-торая легко выветривается, поэтому хранить ее следует в про-хладном месте, в хорошо закупоренных склянках из темного стекла, так как свет способствует его разложению. Растворы при стоянии мутнеют от выделяющейся серы. Этот процесс ускоряется в присутствии диоксида углерода. Поэтому склянки или бутыли с растворами натрия тиосульфата снабжаются хлоркальциевой трубкой, наполненной натронной известью, ко-торая ее поглощает.