Как реагирует серная кислота
Серная кислота — химические свойства и промышленное производство
Физические свойства серной кислоты:
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);
плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).
Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.
Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):
1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).
В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).
В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3
Химические свойства серной кислоты:
H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.
2) Взаимодействие серной кислоты с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn 0 + H2 +1 SO4(разб) → Zn +2 SO4 + H2
3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
5) Обменные реакции с солями:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).
Особые свойства концентрированной H2SO4 :
Активный металл
8 Al + 15 H2SO4(конц.)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление
Металл средней активности
2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ — окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление
Металл малоактивный
2Bi + 6H2SO4(конц.)→ Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ — восстановление
2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O2:
3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О
2 КI + 2Н2SО4 = К2SO4 + SO2 + I2 + 2Н2О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl
Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.
Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.
Урок №14. Серный ангидрид и серная кислота
Повторите темы уроков 9 класса:
Оксид серы (VI)
Оксид серы (VI) – это кислотный оксид. При обычных условиях – бесцветная ядовитая жидкость, «дымит» на воздухе, поглощая пары воды.
Способы получения
Оксид серы (VI) получают в реакциях окисления:
SO 2 + NO 2 = SO 3 + NO
Разложением сульфата железа (III):
Химические свойства оксида серы (VI)
1. Оксид серы (VI) активно поглощает влагу и реагирует с водой с образованием серной кислоты:
2. Серный ангидрид – типичным кислотный оксид, взаимодействует с щелочами и основными оксидами.
SO 3 + 2NaOH ( избыток) = Na 2 SO 4 + H 2 O
SO 3 + NaOH ( избыток) = NaHSO 4
SO 3 + MgO = t = MgSO 4
3. Серный ангидрид – очень сильный окислитель:
SO 3 + 2KI = I 2 + K 2 SO 3
3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O
5SO 3 + 2P = P 2 O 5 + 5SO 2
4. Растворяется в концентрированной серной кислоте, образуя олеум – раствор SO 3 в H 2 SO 4
РЕАКЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Химические свойства разбавленной серной кислоты
1) Диссоциация протекает ступенчато:
(первая ступень, образуется гидросульфат – ион)
(вторая ступень, образуется сульфат – ион)
2) Взаимодействие с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (разб) → Zn +2 SO 4 + H 2 0 ↑
Zn 0 + 2H + → Zn 2+ + H 2 0 ↑
3) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
CuO + 2H + → Cu 2+ + H 2 O
4) Взаимодействие с основаниями:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:
H 2 SO 4 + NaOH → NaНSO 4 + H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O
2H + + Cu(OH) 2 → Cu 2+ + 2H 2 O
5) Обменные реакции с солями:
Серная кислота – сильная нелетучая кислота, вытесняет из солей другие менее сильные кислоты:
MgCO 3 + H 2 SO 4 → MgSO 4 + H 2 O + CO 2 ↑
MgCO 3 + 2H + → Mg 2+ + H 2 O + CO 2 ↑
Н 2 SO 4 + 2NaHCO 3 = Na 2 SO 4 + CO 2 ↑ + H 2 O
H 2 SO 4 + Na 2 SiO 3 = Na 2 SO 4 + H 2 SiO 3 ↓
Качественная реакция на сульфат-ион
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 ↓
Образование белого осадка BaSO 4 (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.
6) Реагирует с аммиаком
Химические свойства концентрированной серной кислоты
1. С водой образуются гидраты:
H 2 SO 4 + nH 2 O = H 2 SO 4 ·nH 2 O + Q
Органические вещества обугливаются!
2H 2 SO 4 + C = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
2. Серная кислота окисляет неметаллы
неМе + H 2 SO 4 (конц.) = H 2 O + SO 2 + Кислотный гидроксид
, где степень окисления неметалла – высшая
C + 2H 2 SO 4 = 2H 2 O + CO 2 + 2SO 2
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O
2P + 5H 2 SO 4 = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
3. Взаимодействие серной кислоты с металлами
H 2 SO 4 (конц.) + Me = t = соль + H 2 O + Х
Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании образуется газа SO 2 :
6H 2 SO 4 (конц.) + 2Fe = t = Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
6H 2 SO 4(конц.) + 2Al = t = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:
2H 2 SO 4 (конц.) + Cu = CuSO 4 + SO 2 ↑ + 2H 2 O
2H 2 SO 4 (конц.) + Hg = HgSO 4 + SO 2 ↑ + 2H 2 O
2H 2 SO 4 (конц.) + 2Ag = Ag 2 SO 4 + SO 2 ↑ + 2H 2 O
При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:
3Mg + 4H 2 SO 4 = 3MgSO 4 + S + 4H 2 O
При взаимодействии со щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:
5H 2 SO 4 (конц.) + 4Zn = 4ZnSO 4 + H 2 S↑ + 4H 2 O
4. Взаимодействие с восстановителями
Концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород при комнатной температуре:
3H 2 SO 4 (конц.) + 2KBr = Br 2 ↓ + SO 2 ↑ + 2KHSO 4 + 2H 2 O
5H 2 SO 4 (конц.) + 8KI = 4I 2 ↓ + H 2 S↑ + K 2 SO 4 + 4H 2 O
H 2 SO 4 (конц.) + 3H 2 S = 4S↓ + 4H 2 O
СОЛИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
1) Разложение сульфатов
Термически устойчивые сульфаты – сульфаты щелочных металлов (в том числе лития), они плавятся не разлагаясь
Остальные сульфаты при нагревании разлагаются на оксид серы(IV), оксид металла и кислород:
2CuSO 4 = t = 2CuO + SO 2 + O 2 (SO 3 )
2Al 2 (SO 4 ) 3 = t = 2Al 2 O 3 + 6SO 2 + 3O 2
2ZnSO 4 = t = 2ZnO + SO 2 + O 2
2Cr 2 (SO 4 ) 3 = t = 2Cr 2 O 3 + 6SO 2 + 3O 2
4FeSO 4 = t = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2
Так как оксиды тяжёлых и благородных металлов разлагаются сами, разложение их сульфатов следует записывать до металла:
Ag 2 SO 4 = t = 2Ag + SO 2 + O 2
HgSO 4 = t = Hg + SO 2 + O 2
2) Сульфаты проявляют окислительные свойства и могут взаимодействовать с восстановителями, восстанавливаясь до сульфидов.
CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO
3) Многие средние сульфаты образуют устойчивые кристаллогидраты
Na 2 SO 4 ∙ 10H 2 O − глауберова соль
CaSO 4 ∙ 2H 2 O − гипс
CuSO 4 ∙ 5H 2 O − медный купорос
FeSO 4 ∙ 7H 2 O − железный купорос
ZnSO 4 ∙ 7H 2 O − цинковый купорос
Na 2 CO 3 ∙ 10H 2 O − кристаллическая сода
Серная кислота. Свойства серной кислоты.
Серная кислота H2SO4 – нелетучая тяжелая жидкость, хорошо растворима в воде (при нагревании). tпл. = 10,3°C, tкип. = 296°С,
Отлично впитывает влагу, поэтому часто выступает в качестве осушителя.
Производство серной кислоты представляет собой контактный процесс. Его можно разделить на 3 этапа:
1. Получение SO2 путем сжигания серы или обжигом сульфидов.
3. Поглощение SO3 серной кислотой, в результате чего образуется 100% серная кислота (олеум):
Воду использовать нельзя из-за образования тумана.
Химические свойства серной кислоты.
Серная кислота H2SO4 – двухосновная кислота, которая обладает большой силой. В воде она диссоциирует ступенчато:
Разбавленная серная кислота реагирует только с металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода:
В реакциях с щелочами или основными оксидами образует сульфаты или гидрофильфаты:
Необходимо отметить, что сульфат бария является нерастворимым сульфатом, поэтому его используют в качестве индикатора на присутствие сульфат-ионов.
Концентрированная H2SO4 окисляет медь, серебро, углерод и фосфор:
Концентрированная H2SO4 при обычных условиях не взаимодействует с Al, Cr, Fe, но при нагревании вступает в реакцию.
Концентрированная H2SO4 быстро вступает в реакцию с водой, выделяя пр этом огромное количество тепла.
