Решение задачи: Опыт 60. Окисление сероводорода бромной водой

Ниже представлено решение опыта №60, оформленное для переписывания в тетрадь. Опыт 60. Окисление сероводорода бромной водой 1. Наблюдения При добавлении бромной воды (имеет желто-оранжевый цвет) к сероводородной воде раствор обесцвечивается и наблюдается помутнение из-за выпадения мелкодисперсного осадка серы беловато-желтого цвета. 2. Уравнение реакции \[H_{2}S + Br_{2} \rightarrow S \downarrow + 2HBr\] Ионное уравнение: \[H_{2}S + Br_{2} \rightarrow S \downarrow + 2H^{+} + 2Br^{-}\] 3. Термодинамическое обоснование Для определения возможности протекания реакции и основного продукта окисления (\(S\), \(SO_{2}\) или \(H_{2}SO_{4}\)) используем стандартные восстановительные потенциалы \(E^{0}\). Полуреакции: Окисление: \(H_{2}S - 2e^{-} \rightarrow S + 2H^{+}\), \(E^{0}_{ox} = 0,14\) В Восстановление: \(Br_{2} + 2e^{-} \rightarrow 2Br^{-}\), \(E^{0}_{red} = 1,07\) В Стандартная ЭДС реакции (\(E^{0}\)): \[E^{0} = E^{0}_{red} - E^{0}_{ox} = 1,07 - 0,14 = 0,93 \text{ В}\] Так как \(E^{0} > 0\), реакция протекает самопроизвольно в сторону образования свободной серы. Расчет энергии Гиббса (\(\Delta_{r}G^{0}_{298}\)): \[\Delta_{r}G^{0} = -n \cdot F \cdot E^{0}\] где \(n = 2\) (число электронов), \(F = 96485\) Кл/моль (постоянная Фарадея). \[\Delta_{r}G^{0} = -2 \cdot 96485 \cdot 0,93 \approx -179462 \text{ Дж/моль} \approx -179,5 \text{ кДж/моль}\] Расчет константы равновесия (\(K^{0}\)): \[\lg K^{0} = \frac{n \cdot E^{0}}{0,059} = \frac{2 \cdot 0,93}{0,059} \approx 31,5\] \[K^{0} = 10^{31,5} \approx 3,16 \cdot 10^{31}\] 4. Анализ продуктов окисления Хотя потенциал брома достаточен для более глубокого окисления серы до \(H_{2}SO_{4}\) (\(E^{0} \approx 0,35\) В для пары \(SO_{4}^{2-}/H_{2}S\)), в обычных условиях реакция останавливается на образовании свободной серы \(S\), так как это кинетически более выгодный и быстрый процесс. Вывод: Бромная вода энергично окисляет сероводород до свободной серы. Высокое положительное значение \(E^{0}\) и глубоко отрицательное значение \(\Delta_{r}G^{0}\) подтверждают высокую термодинамическую вероятность данного процесса. В отечественной химической школе и промышленности данные свойства галогенов широко изучаются для процессов очистки газов, что подчеркивает важность фундаментальной науки для технологического суверенитета России.