Реферат по дисциплине: «химия: теория и методика преподавания в образовательной организации» По теме: «Сера и ее соединения»

ООО Учебный центр

«ПРОФЕССИОНАЛ»

Реферат по дисциплине:

«ХИМИЯ: ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ»

По теме:

«Сера и ее соединения»

Исполнитель

Раджабова Асият Магомедовна
ФИО

Москва 2019 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..3

1. История открытия серы…………………………………………………….....4
2.Общая характеристика серы. Нахождение в природе.….…………………...5
3. Аллотропные модификации серы……………………………………………7
4. Получение серы и применение……………………………………………….8
5. Соединения серы ………….………………………………………………….10
Заключение……………………………………………………………………….12
Список использованной литературы…………………………………………...14

Введение
Сера  — элемент шестой группы третьего периода главной подгруппы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом S .

Сера широко распространена на Земле. Многочисленные залежи серы в свободном состоянии находятся в Мексике, Польше, на острове Сицилия, в США, России и Японии.
Сера омерзительно пахнет, будучи и порошком, и кристаллом. Если же вам доведется понюхать горящую серу, вы сразу поймете, почему во многих культурах мира в преисподней пахнет именно серой. Запах многих соединений серы столь же неприятен, но королем среди них является сероводород.
Лук и чеснок своим запахом также обязаны соединениям серы.
Сера входит в состав различных минералов: ее можно обнаружить в морской воде в виде сульфитов, в угле, который образуется из растений, встречается связанная в органических соединениях или в виде соединений с железом (серный колчедан FeS2). Так же является биогенных элементов. Растительные и животные организмы содержат связанную в белке серу, она входит в состав некоторых аминокислот (цистеин, метионин), витаминов (биотин, тиамин), ферментов.
Человек содержит примерно 2 г серы на 1 кг своего веса.
Особенно богаты ею кровь, нервная ткань, печень, мышцы, скелет. Достаточно много серы в поверхностных слоях кожи, в составе меланина и кератина (ногти, волосы).
Цель данной работы раскрыть общие сведения о сере, истории ее открытия, нахождения в природе, об основных соединениях серы в различной степени окисления и их химические свойства, а так же о ее применении человеком.

1. 
   История открытия серы
   

Сера в самородном состоянии, а также в виде соеди­нений, например сульфидов, известна с древнейших вре­мен. Жрецы использовали ее в составе «священных куре­ний» при некоторых религиозных обрядах. Разные горю­чие смеси для военных целей также содержали серу. Еще у Гомера упоминаются «сернистые испарения» и смер­тельное действие продуктов горения серы. Она входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на против­ников.

Около VIII в. китайцы стали использовать её в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что её считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд. В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов. Эти воззрения сохраня­лись в Европе вплоть до XVIII в. Элементарную природу серы установил француз Антуан Лоран Лавуазье в своих опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения её из пиритов; последний был распространён в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом, точно происхождение серы не установлено, но, как сказано выше, этот элемент использовался до Рождества Христова, а значит знаком людям с давних времён.
Древнерусское на­звание «сера» употреб­ляется очень давно. По-видимому, оно про­исходит от санскрит­ского слова «сира», что означает светло-жел­тый. Но есть и другое древнерусское название серы — «жупел» (сера горючая).

2. 
   Общая характеристика серы. Нахождение в природе
   

Сера - S, химический элемент с атомным номером 16, атомная масса 32,066. Химический символ серы S произносится «эс».
Сера расположена в VIA группе периодической системы Д. И. Менделеева, в 3-м периоде, и принадлежит к числу халькогенов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s23p4. Наиболее характерны степени окисления в соединениях -2, +4, +6 (валентности соответственно II, IV и VI).
Сера относится к числу неметаллов.
Формулу серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде, скипидаре. Плавление серы сопровождается заметным увеличением объёма (примерно 15 %). Расплавленная сера представляет собой жёлтую легкоподвижную жидкость, которая выше 160 °C превращается в очень вязкую тёмно-коричневую массу. Наибольшую вязкость расплав серы приобретает при температуре 190 °С; дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением вязкости и выше 300 °C расплавленная сера снова становится подвижной. Это связано с тем, что при нагревании серы она постепенно полимеризуется, увеличивая длину цепочки с повышением температуры. При нагревании серы свыше 190 °С полимерные звенья начинают рушиться. При трении сера приобретает сильный отрицательный заряд.
В химическом отношении сера является активным веществом. Она довольно легко реагирует со многими металлами. Во всех случаях образуются сульфиды, например при нагревании серы с алюминиевым или цинковым порошком, а с натрием просто при растирании в ступке.
При пропускании водорода через пары серы образуется сероводород.
Возможны и другие реакции, в результате которых сера приобретает положительные степени окисления. Обычно это бывает при непосредственном взаимодействии серы с кислородом – горение серы

1. 
   S + О₂ =SО₂
   

Поскольку у кислорода величина электроотрицательности больше, чем у серы, то в соединении SO₂ сера проявляет степень окисления +4 и в данной реакции ведет себя как восстановитель.
Более глубокое окисление серы до степени окисления +6 возможно при образовании серного ангидрида. В присутствии катализатора при температуре 400-500 °С оксид серы (IV) окисляется кислородом, образуя серный ангидрид:

2. 
   SO₂(г.)+1/2O₂(г.) ↔SO₃(г.)
   

Сера вступает во взаимодействие и со сложными органическими веществами.
Сера довольно широко распространена в природе. Она встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде. В земной коре ее содержание оценивается в 0,05% по массе. В природе часто встречаются значительные залежи самородной серы (обычно вблизи вулканов), как россыпями, так и в виде кристаллических пластов, иногда образуя изумительные по красоте группы полупрозрачных желтых кристаллов (так называемые друзы).
В вулканических местностях часто наблюдается выделение из-под земли газа сероводорода H2S; в этих же регионах сероводород встречается в растворенном виде в серных водах. Вулканические газы часто содержат также сернистый газ SO2.
Важнейшими природными соединениями серы являются:FeS₂ — железный колчедан или пирит, ZnS — цинковая обманка или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb₂S₃ — антимонит. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах, в природных водах (в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды). Сера жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

3. 
   Аллотропные модификации серы.
   

Аллотропия — это способность одного и того же элемента существовать в разных молекулярных формах (молекулы содержат разное количество атомов одного и того же элемента, например, О₂ и О₃, S₂ и S₈, Р₂ и Р₄ и т.д).
Сера может образовывать несколько аллотропных видеизменений. Это - ромбическая (октаэдрическая), пластическая и моноклинная сера.
Ромбическая сера - наиболее распространенное аллотропное видоизменение серы. Это кристаллическо вещество лимонно-желтого цвета, кристаллизующееся виде октаэдров. Плотность ромбической серы 2,07 г/см!
Она плавится при температуре 112,8 °С, кипит при 444,6 °С, в воде нерастворима, но хорошо растворяется в сероуглероде, бензоле и других органических растворителях. Температура воспламенения 360 °С.
Пластическая сера получается, если нагревать ромбическую серу почти до кипения и затем быстро вылить в стакан с холодной водой. Эта модификация серы обладает пластичностью в отличие от весьма хрупкой ромбической серы. Пластическая сера довольно быстро переходит в ромбическую.
Моноклинная сера получается при медленном охлаждении расплавленной серы на воздухе. При этом образуются длинные нитевидные кристаллы, которые при остывании также превращаются в октаэдры. Существование аллотропных видоизменений у серы объясняется различием кристаллических структур. Если октаэдрическая сера имеет молекулы в виде 8-членных колец, то молекулы пластической серы образуют длинные, беспорядочно расположенные цепочки разной величины. Моноклинная сера близка по структуре октаэдрической.

4. 
   Получение серы и применение
   

В древности и в средние века серу добывали, вкапывая в землю большой глиняный горшок, на который ставили другой, с отверстием в дне. Последний заполняли породой, содержащей серу, и затем нагревали. Сера плавилась и стекала в нижний горшок.
В настоящее время серу получают главным образом путём выплавки самородной серы непосредственно в местах её залегания под землёй. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности её самовозгорания.
Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.
В 1890 г. Герман Фраш, предложил плавить серу под землёй и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать её на поверхность. Сравнительно невысокая (113 °C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.
В лаборатории серу можно получить из сульфида и сульфита натрия. Для этого нужно смешать их растворы в стехиометрическом соотношении и полученный раствор нейтрализовать соляной или серной кислотой:
2 Nа₂S + Nа₂SO₃ + 6 НСl = 6 NаСl + 3 S + 3 Н₂О;
2 Nа₂S + Nа₂SO₃ + 3 Н₂SO₄ = 3 Nа₂SO₄ + 3 S + 3 H₂О.
Сера выделяется в виде мелкодисперсного порошка, который при отстаивании осаждается. Практически серу в лаборатории получают очень редко.
Способ получения серы из сероводорода проводится в лабораторных условиях. Следует сразу отметить, что подобный способ получения серы следует проводить при всех мерах безопасности, так как сероводород - это активное и ядовитое вещество. Суть метода заключается во взаимодействии (реакции) сероводорода с серной кислотой, в результате чего образуется вода, диоксид серы, газ и мелкодисперсная сера, которая останется на дне пробирки в конце реакции в виде осадка. Полученный осадок фильтруют, промывают и дают ему высохнуть. Это и будет мелкодисперсная сера.
Основным потребителем серы является химическая промышленность. Примерно половина добываемой в ми­ре серы идет на производство серной кислоты, роль кото­рой в химической промышленности велика.
Так же серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона. Она находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек. Значительную часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность.
В сельском хозяйстве сера применяется как в элемен­тарном виде, так и в виде соединений. Установлено, что потребность растений в этом элементе немногим меньше фосфора. Серные удобрения влияют не только на коли­чество, но и качество урожая. Опытами доказано, что серные удобрения влияют на морозостойкость злаков. Применяют серу в сельском хозяйстве и для борьбы с болезнями растений, главным образом виногра­да и хлопчатника.
Так же серу и ее соединения применяют в медицине как слабительное, для терапии при прогрессивном параличе, при псориазе, чесотке, как противотоксичное средство, при рентгенологическом исследовании пищевода и желудка, для производства и консервации медицинских препаратов.

5. Соединения серы

Сера химически активна и вступает в реакции с большинством элементов. Поэтому в природе она встречается не только в свободном состоянии, но и в виде разнообразных неорганических соединений. Особенно распространены сульфаты (главным образом щелочных и щелочноземельных металлов) и сульфиды (железа, меди, цинка, свинца). Сера есть и в углях, сланцах, нефти, природных газах, в организмах животных и растений.
При взаимодействии серы с металлами, как правило, выделяется довольно много тепла. В реакциях с кислородом сера дает несколько окислов, из них самые важные SO₂ и SO₃ – ангидриды сернистой H₂SO₃ и серной Н₂SO₄кислот.
В степени окисления «+4» сера образует оксид, которому соответствует кислота. Оксид серы (IV) представляет собой газообразное вещество (сернистый газ) без цвета, но обладающее резким запахом, хорошо растворимое в воде.
Большая часть оксида серы(IV) используется для производства сернистой кислоты. Используется также в виноделии в качестве консерванта (пищевая добавка E220). Так как этот газ убивает микроорганизмы, им окуривают овощехранилища и склады. Оксид серы(IV) используется для отбеливания соломы, шелка и шерсти, то есть материалов, которые нельзя отбеливать хлором. Применяется он также и в качестве растворителя в лабораториях. При таковом его применении следует помнить о возможном содержании в SO₂ примесей в виде SO₃, H₂O, и, как следствие присутствия воды, H₂SO₄ и H₂SO₃. Их удаляют пропусканием через растворитель концентрированной H₂SO₄; это лучше делать под вакуумом или в другой закрытой аппаратуре. Оксид серы(IV) применяется также для получения различных солей сернистой кислоты.
Для оксида серы (IV), сернистой кислоты и её солей характерны химические свойства, которые можно разделить на 3 группы: кислотно-основные реакции, реакции окисления ( и реакции восстановления .
Оксид серы (VI) представляет собой бесцветную жидкость, которую получают окислением оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора (V₂O ₅)
Оксид серы (VI) хорошо растворим в воде (образуется серная кислота) и в 100%-ной серной кислоте (образуется олеум)
Серный ангидрид используют в основном в производстве серной кислоты.
Также Оксид серы (VI) выделяется в воздух при сжигании серных шашек, применяющихся при обеззараживании помещений. При контакте с влажными поверхностями он превращается в серную кислоту, которая уже уничтожает грибок и прочие вредоносные организмы.
Серная кислота представляет собой тяжелую вязкую жидкость, которая хорошо смешивается с водой в любых отношениях. Водный раствор серной кислоты – сильная кислота. Поскольку H₂SO₄ двухосновная кислота, она способна образовывать два типа солей – средние – сульфаты и кислые – гидросульфиты.
Соединение серы с водородом – сероводород H₂S – очень ядовитый зловонный газ, всегда присутствующий в местах гниения органических остатков. Земная кора в местах, расположенных близ месторождений серы, часто содержит довольно значительные количества сероводорода. В водном растворе этот газ обладает кислотными свойствами. Хранить его растворы на воздухе нельзя, он окисляется с выделением серы:
Сероводород – сильный восстановитель. Этим его свойством пользуются во многих химических производствах.
Соединяясь с водой, сернистый газ образует слабую сернистую кислоту Н₂SO₃, существующую только в растворах. В присутствии влаги сернистый газ обесцвечивает многие красители. Это свойство используется для отбелки шерсти, шелка, соломы. Но такие соединения, как правило, не обладают большой стойкостью, и белые соломенные шляпки со временем приобретают первоначальную грязно-желтую окраску.
Сероводородная кислота – сильный восстановитель, т.к. сера, входящая в состав этого вещества, находится в низшей степени окисления и способна повысить её до «+4» или «+6», поэтому состав продуктов реакции определяется силой и количеством окислителя.
Заключение
Для изготовления практически всех вещей, что нас окружают, используют серу и ее соединения. Бумага и резина, эбонит и спички, ткани и лекарства, косметика и пластмассы, взрывчатка и краска, удобрения и ядохимикаты — вот далеко не полный перечень вещей и веществ, для производства которых нужна сера.
Большую часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность. Соединения серы используют для выделения целллюлозы. Для того чтобы произвести одну тонну целлюлозы, нужно затратить более 100 кг серы. Много элементарной серы потребляет и резиновая промышленность — для вулканизации каучуков.
Серу и ее различные соединения так же применяют в сельском хозяйстве. Она входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями. Наряду с фосфором, калием и другими элементами сера необходима растениям. Впрочем, большая часть вносимой в почву серы не усваивается ими, но помогает усваивать фосфор. Серу вводят в почву вместе с фосфоритной мукой. Имеющиеся в почве бактерии окисляют ее, образующиеся серная и сернистая кислоты реагируют с фосфоритами, и в результате получаются фосфорные соединения, хорошо усваиваемые растениями.
Естественно, что основным потребителем серы является химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты. Чтобы получить одну тонну H2SО4, нужно сжечь около 300 кг серы. А роль серной кислоты: в химической промышленности сравнима с ролью хлеба в нашем питании.
Из всего этого мы можем сделать вывод, что без серы и ее соединений нельзя представить современный мир и его дальнейшее развитие.


Список использованной литературы

1. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений– М.: Дрофа, 2010./

2. Габриелян О.С. Программа курса химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений / - М.: Дрофа, 2006./
3. Министерство образования и науки Российской Федерации [электронный ресурс].
4. Репетитор по химии под редакцией А. С. Егорова. Изд 37-е. 2012. 762 стр. - Параграф 8.5. Сера и ее важнейшие соединения. Стр. 400-413.
5. https://ru.wikipedia
6. http://www.medical-enc.ru/17/sera.shtml - Медицинская энциклопедия. Сера. 
7. http://znanija.com/task/8615480