Propriétés de l'acide hydrogène sulfurique. Acide sulfuré d'hydrogène. Propriétés, production, application et prix de l'acide sulfurique d'hydrogène. Hydrolyse irréversible des sulfures

Qu'est-ce que l'hydrogène sulfuré ?

L'HYDROGÈNE SOUFRE, H 2 S, (sulfure d'hydrogène, sulfure d'hydrogène) est un gaz combustible incolore avec une odeur piquante, point d'ébullition 60,35 ° C. La solution aqueuse est l'acide hydrosulfurique. On trouve souvent du sulfure d'hydrogène dans les gisements de pétrole et de gaz.

Le sulfure d'hydrogène H 2 S est toxique: une intoxication humaine aiguë se produit déjà à des concentrations de 0,2 à 0,3 mg / m 3, des concentrations supérieures à 1 mg / m 3 sont mortelles. L'hydrogène sulfuré H 2 S est un gaz agressif qui provoque une corrosion acide, appelée dans ce cas corrosion d'hydrogène sulfuré. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il forme un acide faible qui peut provoquer des piqûres en présence d'oxygène ou de dioxyde de carbone.

A cet égard, sans stations modernes de traitement des gaz et modules de désulfuration, le sulfure d'hydrogène est capable de causer de graves dommages aux personnes. La concentration maximale admissible de sulfure d'hydrogène dans l'air de la zone de travail est de 10 mg / m 3 et dans un mélange avec des hydrocarbures С 1 –С 3, elle est égale à 3 mg / m 3.

Sans stations de purification d'hydrogène sulfuré, une grande variété d'équipements dans les industries du pétrole, de l'énergie, des transports et du traitement du gaz souffre et tombe en panne.

Qu'arrive-t-il aux métaux si le sulfure d'hydrogène n'est pas éliminé?

Sulfure d'hydrogène - H 2 S - corrosion totale du métal

L'hydrogène sulfuré réagit avec presque tous les métaux en formant des sulfures qui, par rapport au fer, jouent le rôle de cathode et forment avec lui une paire galvanique. La différence de potentiel de cette paire atteint 0,2-0,48 V. La capacité des sulfures à former des paires microgalvaniques avec l'acier entraîne une destruction rapide des équipements de traitement et des pipelines.

La lutte contre la corrosion par le sulfure d'hydrogène est extrêmement difficile : malgré l'ajout d'inhibiteurs de corrosion acides, les tuyaux en acier inoxydable de qualité spéciale tombent rapidement en panne. Et même le soufre obtenu à partir du sulfure d'hydrogène peut être transporté dans des réservoirs métalliques pendant une période de temps limitée, car les réservoirs sont détruits prématurément en raison du sulfure d'hydrogène dissous dans le soufre. Dans ce cas, il se produit la formation de polysulfanes HS n H. Les polysulfanes sont des éléments plus corrosifs que l'hydrogène sulfuré.

Le sulfure d'hydrogène, joignant des composés insaturés, forme des mercaptans, qui constituent une partie agressive et toxique des composés soufrés - des poisons chimiques. Ce sont eux qui aggravent considérablement les propriétés des catalyseurs: leur stabilité thermique, intensifient les processus de formation de gomme, de précipitation et de dépôt de scories, de boues, de sédiments, ce qui provoque la passivation de la surface du catalyseur, et augmentent également l'activité corrosive du matériau de dispositifs technologiques.

H 2 S améliore considérablement le processus de pénétration de l'hydrogène dans l'acier. Si, lors de la corrosion en milieu acide, la proportion maximale d'hydrogène diffusant dans l'acier est de 4 % de la quantité totale d'hydrogène réduit, alors dans les solutions contenant de l'hydrogène sulfuré cette valeur atteint 40 %.

La présence d'oxygène dans le gaz accélère considérablement les processus de corrosion. Il a été constaté expérimentalement que le gaz le plus corrosif est celui dans lequel le rapport de l'oxygène au sulfure d'hydrogène est de 114:1. Cette attitude est dite critique.

La présence d'humidité dans le gaz conduit à la corrosion des métaux, tandis que la présence simultanée de H 2 S, O 2 et H 2 O est la plus défavorable du point de vue de la corrosion.

L'action corrosive sur le métal de ces impuretés augmente fortement avec l'augmentation de la pression.

Le taux de corrosion des gazoducs est directement proportionnel à la pression du gaz traversant ce gazoduc. À des pressions jusqu'à 20 atm. et gaz humide, même des traces de sulfure d'hydrogène 0,002-0,0002% vol. sont suffisantes pour causer des dommages de corrosion importants au métal du tuyau, limiter la durée de vie du gazoduc à 5-6 ans.

En raison de l'action corrosive du sulfure d'hydrogène présent dans les gaz, la durée de vie des équipements de production d'électricité (GPES - GTU) et des équipements lors de la production, du transport, du traitement et de l'utilisation du gaz est considérablement réduite.

Sur le terrain, les tuyaux, les vannes, les chambres de combustion et les pistons des centrales électriques, les compteurs de gaz, les compresseurs et les réfrigérateurs sont exposés à des effets corrosifs particulièrement importants.

Une partie importante du sulfure d'hydrogène réagit avec le métal et peut se déposer sous forme de produits de corrosion sur les vannes des centrales électriques, les compresseurs, sur les parois internes des équipements, des communications et du gazoduc principal.

Pertinence du problème de la purification du gaz à partir du sulfure d'hydrogène

L'urgence du problème de la purification du gaz à partir du sulfure d'hydrogène est renforcée par les exigences visant à garantir la sécurité environnementale dans le développement des dépôts de soufre, réduisant les émissions nocives dans l'atmosphère.

Dans le même temps, une attention particulière est accordée à l'amélioration des technologies existantes et au développement de nouvelles technologies de désulfuration qui excluent le rejet de sulfure d'hydrogène toxique et de ses produits de combustion dans l'environnement.

Malgré tous les inconvénients énumérés, le sulfure d'hydrogène est une matière première chimique précieuse, car une énorme quantité de composés inorganiques et organiques peut en être obtenue.

Propriétés physiques

Gaz, incolore, à odeur d'œufs pourris, toxique, soluble dans l'eau (dans 1 V H 2 O dissout 3 V H 2 S à NU) ; t° pl. = -86°C ; balle t° = -60°C

L'effet du sulfure d'hydrogène sur le corps:

Le sulfure d'hydrogène ne sent pas seulement mauvais, il est également extrêmement toxique. Lorsque ce gaz est inhalé en grande quantité, une paralysie des nerfs respiratoires s'installe rapidement, puis la personne cesse de sentir - c'est le danger mortel du sulfure d'hydrogène.

Il existe de nombreux cas d'empoisonnement avec des gaz nocifs, lorsque des travailleurs ont été blessés lors de la réparation de pipelines. Ce gaz est plus lourd, il s'accumule donc dans des fosses, des puits, d'où il n'est pas si facile de sortir rapidement.

Réception

1) H 2 + S → H 2 S (à t)

2) FeS + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 S

Propriétés chimiques

1) Résolution H 2 S dans l'eau - un acide dibasique faible.

La dissociation se fait en deux étapes :

H 2 S → H + + HS - (la première étape, un ion hydrosulfure est formé)

HS - → 2 H + + S 2- (Deuxième étape)

L'acide sulfurique d'hydrogène forme deux séries de sels - moyens (sulfures) et acides (hydrosulfures):

N / A 2 S- sulfure de sodium ;

CaS- sulfure de calcium ;

NaHS- l'hydrosulfure de sodium ;

Californie( hs) 2 - hydrosulfure de calcium.

2) Interagit avec les bases :

H 2 S + 2 NaOH (excès) → Na 2 S + 2 H 2 O

H 2 S (excès) + NaOH → Na H S + H 2 O

3) H 2 S présente de très fortes propriétés régénératrices :

H 2 S -2 + Br 2 → S 0 + 2HBr

H 2 S -2 + 2FeCl 3 → 2FeCl 2 + S 0 + 2HCl

H 2 S -2 + 4Cl 2 + 4H 2 O → H 2 S +6 O 4 + 8HCl

3H 2 S -2 + 8HNO 3 (conc) → 3H 2 S +6 O 4 + 8NO + 4H 2 O

H 2 S -2 + H 2 S +6 O 4 (conc) → S 0 + S +4 O 2 + 2H 2 O

(lorsqu'il est chauffé, la réaction se déroule différemment :

H 2 S -2 + 3H 2 S +6 O 4 (conc) → 4S +4 O 2 + 4H 2 O

4) Le sulfure d'hydrogène est oxydé :

avec un manque O 2

2 H 2 S -2 + O 2 → 2 S 0 + 2 H 2 O

avec un excès de O 2

2H 2 S -2 + 3O 2 → 2S +4 O 2 + 2H 2 O

5) L'argent devient noir au contact du sulfure d'hydrogène :

4 Ag + 2 H 2 S + O 2 → 2 Ag 2 S + 2 H 2 O

Les objets assombris peuvent retrouver leur éclat. Pour ce faire, ils sont bouillis dans un bol en émail avec une solution de soude et de papier d'aluminium. L'aluminium réduit l'argent en métal, tandis que la solution de soude retient les ions soufre.

6) Réaction qualitative pour l'hydrogène sulfuré et les sulfures solubles - formation d'un précipité brun foncé (presque noir) PbS:

H 2 S + Pb (NO 3) 2 → PbS + 2 HNO 3

Na 2 S + Pb (NO 3) 2 → PbS + 2NaNO 3

Pb 2+ + S 2- → PbS ↓

La pollution de l'air provoque le noircissement de la surface des peintures peintes avec des peintures à l'huile, qui contiennent de la céruse. L'une des principales raisons de l'obscurcissement des peintures d'art des maîtres anciens était l'utilisation du blanc de plomb qui, pendant plusieurs siècles, interagissait avec des traces de sulfure d'hydrogène dans l'air (formé en petites quantités lors de la décomposition des protéines ; dans l'atmosphère de régions industrielles, etc.) se transforment en PbS. Le blanc de plomb est un pigment qui est le carbonate de plomb ( II). Il réagit avec le sulfure d'hydrogène dans l'atmosphère polluée pour former du sulfure de plomb ( II), connexion noire :

PbCO 3 + H 2 S = PbS↓ + CO 2 + H 2 O

Lors du traitement du sulfure de plomb ( II) avec le peroxyde d'hydrogène, la réaction se produit :

PbS + 4 H 2 O 2 = PbSO 4 + 4 H 2 O,

dans ce cas, il se forme du sulfate de plomb ( II), le composé est blanc.

De cette façon, les peintures à l'huile noircies sont restaurées.

7) Restauration:

PbS + 4 H 2 O 2 → PbSO 4 (blanc) + 4 H 2 O

Sulfures

Production de sulfure

1) De nombreux sulfures sont obtenus en chauffant le métal avec du soufre :

Hg + S → HgS

2) Les sulfures solubles sont obtenus par action de l'hydrogène sulfuré sur les alcalis :

H 2 S + 2 KOH → K 2 S + 2 H 2 O

3) Les sulfures insolubles sont obtenus par réactions d'échange :

CdCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + CdS ↓

Pb (NO 3) 2 + Na 2 S → 2NaNO 3 + PbS ↓

ZnSO 4 + Na 2 S → Na 2 SO 4 + ZnS ↓

MnSO 4 + Na 2 S → Na 2 SO 4 + MnS ↓

2SbCl 3 + 3Na 2 S → 6NaCl + Sb 2 S 3 ↓

SnCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + SnS ↓

Propriétés chimiques des sulfures

1) Les sulfures solubles sont fortement hydrolysés, ce qui entraîne une réaction alcaline de leurs solutions aqueuses :

K 2 S + H 2 O → KHS + KOH

S 2- + H 2 O → HS - + OH -

2) Les sulfures de métaux situés dans la série de tensions à gauche du fer (inclus) sont solubles dans les acides forts :

ZnS + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 S

3) Les sulfures insolubles peuvent être convertis en un état soluble par l'action de concentrés HNO 3 :

FeS 2 + 8HNO 3 → Fe (NO 3) 3 + 2H 2 SO 4 + 5NO + 2H 2 O

TÂCHES D'ANCRAGE

DÉFINITION

Acide sulfuré d'hydrogène(hydrogène sulfuré, monosulfan) dans des conditions normales est un gaz incolore.

Thermiquement instable. Peu soluble dans l'eau froide. Une solution saturée (0,1 M) est appelée « eau sulfurée d'hydrogène », qui devient trouble lorsqu'elle est exposée à l'air. Présente des propriétés légèrement acides. Dans l'OVR, c'est un agent réducteur puissant.

Formule chimique de l'acide sulfurique d'hydrogène

La formule chimique du sulfure d'hydrogène acide H 2 S. Elle montre que cette molécule contient deux atomes d'hydrogène (Ar = 1 amu) et un atome de soufre (Ar = 32 amu). La formule chimique peut être utilisée pour calculer le poids moléculaire de l'acide sulfurique d'hydrogène :

Mr (H 2 S) = 2 × Ar (H) + Ar (S) ;

Mr (H 2 S) = 2 × 1 + 32 = 2 +32 = 34.

Formule graphique (structurelle) de l'acide sulfurique d'hydrogène

La formule structurelle (graphique) de l'acide sulfurique d'hydrogène est plus visuelle. Il montre comment les atomes sont connectés les uns aux autres à l'intérieur d'une molécule (Fig. 1).

Riz. 1. La structure d'une molécule de sulfure d'hydrogène avec indication de l'angle de liaison et de la longueur des liaisons chimiques.

Formule ionique

L'acide sulfurique d'hydrogène est un électrolyte, c'est-à-dire en solution aqueuse, il est capable de se dissocier en ions selon l'équation suivante :

H 2 S 2H + + S 2-.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2

Le soufre est l'une des substances connues de l'humanité depuis des temps immémoriaux. Même les anciens Grecs et Romains lui ont trouvé diverses utilisations. Des morceaux de soufre natif ont été utilisés pour effectuer le rite d'exorcisme. Ainsi, selon la légende, Ulysse, rentrant chez lui après de longues errances, ordonna d'abord de la fumiger avec du soufre. Il y a beaucoup de références à cette substance dans la Bible.

Au Moyen Âge, le soufre occupait une place importante dans l'arsenal des alchimistes. Comme ils le croyaient, tous les métaux sont composés de mercure et de soufre : moins il y a de soufre, plus il est noble. L'intérêt pratique de cette substance en Europe s'est accru aux XIIIe-XIVe siècles, après l'apparition de la poudre à canon et des armes à feu. L'Italie était le principal fournisseur de soufre.

Aujourd'hui, le soufre est utilisé comme matière première pour la production d'acide sulfurique, de poudre à canon, de vulcanisation du caoutchouc, en synthèse organique, ainsi que pour le contrôle des parasites agricoles. La poudre de soufre est utilisée en médecine comme désinfectant externe.

Interaction du soufre avec des substances simples

Le soufre réagit comme agent d'oxydation :

2Na + S = Na 2 S

comment agent réducteur :

Interaction du soufre avec des substances complexes

a) le soufre ne se dissout pas dans l'eau et n'est même pas mouillé par l'eau ;

b) en tant qu'agent réducteur, le soufre interagit avec (,) lorsqu'il est chauffé :

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

S + 2HNO 3 = H 2 SO 4 + 2NO

S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

c) présentant les propriétés à la fois d'un agent oxydant et d'un agent réducteur, le soufre entre dans des réactions de dismutation (auto-oxydation-auto-cicatrisation) avec les solutions lorsqu'il est chauffé :

3S + 6NaOH = 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O

Sulfure d'hydrogène et acide de sulfure d'hydrogène

a) H 2 S + CaO = CaS + H 2 O

b) H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O

c) CuSO 4 + H 2 S = CuS + H 2 SO 4

d) Ca + H 2 S = CaS + H 2

Une réaction qualitative à l'acide hydrosulfurique et à ses sels solubles (c'est-à-dire à l'ion sulfure S 2-) est leur interaction avec les sels solubles. Cela précipite le sulfure de plomb noir (II) PbS :

Na 2 S + Pb (NO 3) 2 = PbS + 2NaNO 3

Propriétés oxydantes - réductrices

Dans les réactions redox, le sulfure d'hydrogène gazeux et le sulfure d'hydrogène acide présentent de fortes propriétés réductrices, car l'atome de soufre dans H 2 S a l'état d'oxydation le plus bas - 2, et ne peut donc être oxydé. Il s'oxyde facilement :

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Une solution aqueuse de H 2 S (la formule de l'acide sulfurique d'hydrogène) est autrement appelée eau de sulfure d'hydrogène ou acide de sulfure d'hydrogène. C'est l'un des acides minéraux les plus faibles (les indicateurs qu'il contient ne changent pas de couleur), se dissocie en 2 étapes :

H 2 S - H + + HS - K 1 diss. 6 ∙ 10 -8

HS - - H + + S 2- K 2 diss. 1 ∙ 10 -14

Les solutions acides d'hydrogène sulfuré sont diluées, leur concentration molaire maximale à 20 °C et à pression atmosphérique ne dépasse pas 0,12 mol/l, et le degré de dissociation à la première étape est d'environ 0,011%.

L'acide sulfurique d'hydrogène peut réagir avec les métaux dans la gamme de contraintes jusqu'à H 2, présentant des propriétés oxydantes dues aux ions H +. Mais de telles réactions dans des conditions normales se déroulent très lentement en raison de la faible concentration d'ions H + dans la solution et, principalement, sur la surface du métal, car la plupart des sels de l'acide hydrosulfurique sont insolubles dans H 2 O. De même, H 2 S réagit avec les oxydes métalliques, les hydroxydes insolubles.

Milieu insoluble sels d'acide hydrosulfurique(sulfures) sont obtenus par l'interaction du soufre avec des métaux ou dans des réactions d'échange entre des solutions salines :

Na 2 S + CuSO 4 = CuS + Na 2 SO 4

K 2 S + FeCl 2 = FeS + 2KCl

Soluble sulfures formé de métaux alcalins et alcalino-terreux. Ils peuvent être obtenus par interaction de solutions acides avec des métaux ou des alcalis. Dans ce cas, en fonction du rapport molaire entre les matières de départ, des sels acides (hydrosulfures) et moyens peuvent être formés.

H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (avec un manque d'alcali)

H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (en excès d'alcali)

Dans les solutions aqueuses, les sels moyens sont fortement hydrolysés :

Na 2 S + HOH - NaHS + NaOH

S 2- + HOH - HS - + OH -

par conséquent, leurs solutions sont alcalines.

Les sulfures de métaux alcalino-terreux en solution aqueuse dans la première étape sont hydrolysés à près de 100 % et existent sous forme de sels acides solubles :

2CaS + 2HOH = Ca (HS) 2 + Ca (OH) 2

Les sulfures de certains métaux (Al 2 S 3, Fe 2 S 3, Cr 2 S 3) dans H 2 O sont complètement hydrolysés :

Al 2 S 3 + 6 H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3 H 2 S

La plupart des sulfures de métaux lourds sont très peu solubles dans H 2 O.

Certains sulfures (CuS, HgS, Ag 2 S, PbS) ne sont pas décomposés par les solutions acides fortes. Par conséquent, l'acide sulfurique d'hydrogène peut déplacer les acides forts des solutions aqueuses de leurs sels formés par ces métaux :

CuSO 4 + H 2 S = CuS + H 2 SO 4

HgCl 2 + H 2 S = HgS + 2HCl

Le sulfure d'hydrogène acide dans l'air est lentement oxydé par l'oxygène avec libération de soufre :

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

Par conséquent, au fil du temps, les solutions H 2 S deviennent troubles pendant le stockage.

Grâce à cette réaction, le sulfure d'hydrogène ne s'accumule pas dans les couches supérieures de l'eau de la mer Noire, qui contiennent beaucoup d'oxygène dissous.

Le sulfure d'hydrogène acide, comme le sulfure d'hydrogène, est un agent réducteur puissant et est oxydé par les mêmes agents oxydants que le H 2 S, avec formation de produits similaires.

Les sulfures de métaux lourds ont diverses couleurs vives et sont utilisés pour obtenir des peintures minérales utilisées en peinture.

Une propriété importante des sulfures est leur oxydation avec l'oxygène pendant la torréfaction. Cette réaction est utilisée en métallurgie pour obtenir des métaux non ferreux à partir de minerais sulfurés :

2CuS + 3O 2 - 2CuO + 2SO 2

Pendant le grillage des sulfures de métaux actifs, le SO 2 et l'oxyde métallique résultants peuvent réagir les uns avec les autres pour former des sels d'acide sulfureux.