Schwefel
Experimentalvortrag Rainer Bangert
3.7.2003
Gliederung
I. Schwefel: Vorkommen und Zustandsformen
II. Historisches
Versuche 1 und 2
III. Alltagschemie Versuch 3
IV. SO2: Eigenschaften und Umweltproblematik
Versuche 4 und 5
Vorkommen in der Natur
Anorganisch gebunden:
Sulfide (Pyrit FeS 2 ), Sulfate
(Gips)
Elementarer Schwefel:
z.B. Sizilien;
Golf von Mexiko S
S
S
S S S S
S
Cyclooctaschwefel ( S8 )
Polymorphie und Allotropie
fest
flüssig
gasförmig
S
aS
b119,6°C Smp.
S
lS
pS
m444,6°C Sdp.
S
8S
7S
6S
5S
4S
3S
2S
95,6°C
Versuch 1: „acidum sulphuris“
(Basilius Valentinus, John Mayow)
Wird quantitativ SO3 gebildet?
1/8 S
8(l)+ O
2(g)SO
2(g)D H = - 297 kJ/mol 2 KNO
3(l)D 2 KNO
2(l)+ O
2(g)2 SO
2(g)+ O
2(g)2 SO
3(g)D H = - 99 kJ/mol
+5 +3 0
+4 0 +6 -2
0 0 +4 -2
Versuch 1: Verpuffungsprodukt ist oxidabel
MnO
4-+ 5 e
-+ 8 H
3O
+Mn
2++ 12 H
2O SO
2+ 6 H
2O SO
4+ 4 H
3O
++ 2 e
-2 MnO
4-+ 5 SO
2+ 6 H
2O 2 Mn
2++ 5 SO
4+ 4 H
3O
+violett farblos
+7 +2
+4 +6
(aq) (aq) (aq) (aq) (aq)
2- 2-
Auswertung des Versuchs 1
Prüfung auf Sulfat mittels BaCl2 - Lösung Ba
(aq)+ SO BaSO4(s)
weiß
4 (aq)
2+ 2-
Permanganatlösung wird entfärbt
merkliche Bildung von SO2 bei Verbrennung
Wird quantitativ SO3 gebildet?
Vitriolsäure
(J.C. Bernhardt 1755)
SO
3 (s)+ H
2O
(l)H
2SO
4 (l)( Vitriolsäure )
+6 +6
6 FeSO
47H
2O
(s)+ O
2 (g)2 FeO
(s)+ 2 Fe
2(SO
4)
3 (s)+ 42 H
2O
(g)Fe
2(SO
4)
3 (s)Fe
2O
3 (s)+ 3 SO
3 (g)D D
+2 0 +2 +3
+3 +6 +3 +6
.
Abbildung Fundamenta
Fundamenta
sulphur
ignis (Feuer)
acetum (Säure)
Versuch 2: Schwefelleber
Schritt 1: Bildung von Sulfit
Sulfit
Schritt 2: Disproportionierung des Alkalisulfits
2
-
S
8 (l)+ 8 O
2 (g)8 SO
2(g)2 K
2CO
3 (l)CO
2 (g)+ 2 K
++ O
2- SO
2(g)+ O
2- SO
3(solv) (solv)
(solv) (solv)
4 K 2
+4SO 3(l) 8 K D + + 3 SO
+64 + S
-22-
(solv)
(solv)
2-
(solv)Schritt 3: Angriff von Sulfit
S
O
O
-O
-S S S
S
S S
S S
+
S S S
S
-S S
S S O S
O
O
-Octasulfansulfonat S
N2
+
S S
S S
-S S S S
S O O
O
-S
2- S
2O
3+ S
28-
S
N2
2
-
Octasulfid
Schritt 4: Angriff von Sulfid
Ansäuern der Polysulfid-Lösung
Nachweis des H2S mit Bleiacetatpapier:
Pb
(aq)2++ S
2-(aq)PbS
(s)braun-schwarz
2
-
(aq) (aq)
Schwefelmilch
S
n+ 2 H
3O
+H
2S
(g)+
(n-1)/
8S
8 (s)+ 2 H
2O
Versuch 3: Angelaufenes Silberbesteck
Prinzip:
Reduktion der Silberionen mit
Aluminium in wäßriger Sodalösung
3 Ag
2S
(s)+ 2 Al
(s)6 Ag
(s)+ 3 S
(aq)2-+ 2 Al
(aq)3++1 -2 0 0 -2 +3
Al(H
2O)
6 3++ 4 OH
(aq)-Al(OH)
4-
+ 6 H
2O
(aq) (aq)
Versuch 4: SO2 – Springbrunnen
Springbrunnenversuch:
- gute Wasserlöslichkeit von SO2 bei Raumtemperatur - saure Reaktion der SO2 - Lösung
SO2 – Entwickler:
HSO
3-(aq)+ H
2SO
4 (aq/l)SO
2 (g)+ H
2O + HSO
4-(aq)hygroskopisch
SO2 in wäßriger Lösung
„schweflige Säure“
SO
2 (g)+ H
2O H
2SO
3 (aq)K << 10
-10mol
-1l
Deutung des Farbumschlags:
SO
2(g)+ n H
2O SO
2n H
2O Gashydrat
SO
2n H
2O HSO
3-(aq)+ H
3O
++ (n-2)H
2O K
S110
-2mol l
-1HSO
3-(aq)+ H
2O SO
3(aq)+ H
3O
+(aq)K
S210
-7mol l
-1(aq) .
.
2-
Säurewirkung von SO2
Säurewirkung des Gashydrats: Auf Lewis SB-Reaktion folgt SB-Reaktion nach Brönsted:
S O O
LS
O H H
LB
+ H
+S
O O
-OH
Versuch 5: Kalksteinverfahren
Prinzip des Versuchs:
- Absorption von Rauchgas (SO 2 ) in Kalksuspension - durch Einblasen von Luft (O2) Gipsausfall
zur Rauchgasentschwefelung
Steinzerfall: Das Phänomen
Portalfigur (Schloß Herten); um 1690
Zustand 1908
Zustand 1969
Steinzerfall: SO2 – Emissionen
von 1850 bis 1989 (Alte Bundesländer)
Steinzerfall: Schema des Angriffs
SO
2(g)SO
H
2O
2aq H 1/2 O
2 2SO
4(aq)Katalyse
.
H
2SO
4(aq)+ CaCO
3(s)Ca
2+(aq)+ SO
(aq)2-+ H
2O + CO
2(g)Rauchgas in Atmosphäre:
Angriff als saurer Regen:
Sprengwirkung durch Auskristallisieren!
Gips – Suspension (Sulfat) Kontaktflächenzone
Luft (O2) Rauchgas(SO2)
Kalkwaschturm
Schritt 1
CaCO
3+ SO
2+ H
2O CaSO
31/2 H
. 2O + CO
2+ 1/2 H
2O
CaSO
31/2 H
2O + SO
2+ H
2O Ca(HSO
3)
2+ 1/2H
2O
Schritt 2
.
Ca(HSO
3)
2+ 1/2 O
2+ H
2O CaSO
42H
2O + 1/2 H
2O
Oxidationszone
.
