Серная кислота и ее соли.
СЕРНАЯ КИСЛОТА - H2SO4
Физические свойства серной кислоты
Тяжелая маслянистая жидкость ("купоросное масло"); r = 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).
Техника безопасности при обращении с концентрированной серной кислотой
Помните! Кислоту вливать малыми порциями в воду, а не наоборот!
Видео "Разбавление серной кислоты водой"
Производство серной кислоты
1-я стадия. Печь для обжига колчедана
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
Процесс гетерогенный:
1) измельчение железного колчедана (пирита)
2) метод "кипящего слоя"
3) 800°С; отвод лишнего тепла
4) увеличение концентрации кислорода в воздухе
2-я стадия. Контактный аппарат
После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450°С – 500°С; катализатор V2O5):
2SO2 + O2 → 2SO3
3-я стадия. Поглотительная башня
nSO3 + H2SO4(конц) → (H2SO4 • nSO3) (олеум)
Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока.
Видео "Получение оксида серы(VI) и серной кислоты"
Химические свойства разбавленной серной кислоты
H2SO4 - сильная двухосновная кислота, водный раствор изменяет окраску индикаторов (лакмус и универсальный индикатор краснеют)
1) Диссоциация:
H2SO4→ H+ + HSO4- (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)
HSO4- → H+ + SO42- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)
H2SO4 образует два ряда солей - средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)
2) Взаимодействие с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода:
Zn0 + H2+1SO4(разб) → Zn+2SO4 + H20↑
Zn0 + 2H+ → Zn2+ + H20↑
3) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
CuO + 2H+ → Cu2+ + H2O
4) Взаимодействие с основаниями:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O (реакция нейтрализации)
H+ + OH- → H2O
Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:
H2SO4 + NaOH → NaНSO4 + H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
2H+ + Cu(OH)2 → Cu2+ + 2H2O
5) Взаимодействие с солями, если в результате реакции образуется осадок или выделяется газообразная летучая кислота:
образование осадка
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
Качественная реакция на сульфат-ион:
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для определения серной кислоты и растворимых сульфатов.
Видео "Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы"
образование газа - как сильная нелетучая кислота серная вытесняет из солей другие менее сильные кислоты, например, угольную
MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + H2O + CO2↑
MgCO3 + 2H+ → Mg2+ + H2O + CO2↑
Особые свойства концентрированной серной кислоты
1. Очень гигроскопична, поглощает воду из окружающей среды; органические вещества обугливаются! Опыт "Гигроскопичность серной кислоты"
Опыт " Обугливание сахарозы"
H2SO4 + nH2O = H2SO4 · nH2O + Q
H2SO4(конц.)
C12H22O11 (сахароза) → 12С (уголь) + 11 Н2О
2. Концентрированная H2SO4 – сильный окислитель за счет атома S+6; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться доS+4O2, S0 или H2S-2 (Fe, Al, Cr - пассивируются)
Взаимодействие серной кислоты с металлами разной активности с образованием соли, воды и продукта восстановления серы (S, H2S, SO2): ОПЫТ
H2SO4 (конц.) + Cu = CuSO4 + H2O + SO2
2Ag0 + 2H2+6SO4 → Ag2+1SO4 + S+4O2 + 2H2O
8Na0 + 5H2+6SO4 → 4Na2+1SO4 + H2S-2 + 4H2O
3. Серная кислота окисляет неметаллы:
С0 + 2H2S+6O4(конц) → C+4O2 + 2S+4O2 + 2H2O
S0 + 2H2S+6O4(конц) → 3S+4O2 + 2H2O
2P0 + 5H2S+6O4(конц) → 5S+4O2 + 2H3P+5O4 + 2H2O
Тренажёр №1 - Свойства концентрированной серной кислоты
Тренажёр №2 - Свойства концентрированной серной кислоты - взаимодействие с металлами
Тренажёр №3 - Обобщающий тест "Элементы подгруппы кислорода и их соединения"
Применение серной кислоты
в производстве минеральных удобрений;
как электролит в свинцовых аккумуляторах;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
в промышленном органическом синтезе в реакциях:
дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
гидратации (получение этанола);
сульфирования (получение моющих средств и промежуточные продукты в производстве красителей).
Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.
Применение солей серной кислоты
Железный купорос FеSО4•7Н2O применяли раньше для лечения чесотки, гельминтоза и опухолей желез, в настоящее время используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.
Медный купорос CuSO4•5Н2O широко используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений.
«Глауберова соль» (мирабилит) Nа2SO4•10Н2O была получена немецким химиком И. Р. Глаубером при действии серной кислоты на хлорид натрия, в медицине ее используют как слабительное средство.
«Бариевая каша» BaSO4 обладает способностью задерживать рентгеновские лучи в значительно большей степени, чем ткани организма. Это позволяет рентгенологам при заполнении «бариевой кашей» полых органов определить в них наличие анатомических изменений.
Гипс СаSO4•2Н2O находит широкое применение в строительном деле, в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок, для изготовления гипсовых скульптур.
Тренажёр №1 - Сероводород. Оксиды серы
Тренажёр №2 - Свойства разбавленной серной кислоты
Дополнительные задания
№1. Осуществите превращения по схеме:
1) Zn → ZnSO4 → Zn(OH)2→ ZnSO4 → BaSO4
2) S→ SO2 → SO3 → H2SO4 → K2SO4
№2. Закончите уравнения практически осуществимых реакций в полном и кратком ионном виде:
Na2CO3 + H2SO4 →
Cu + H2SO4 (раствор)→
Al(OH)3 + H2SO4 →
MgCl2 + H2SO4→
№3. Запишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием, гидроксидом железа (III), оксидом алюминия, нитратом бария и сульфитом калия в молекулярном, полном и кратком ионном виде.