Химические уравнения с разбавленной серной кислотой

Серная кислота

Серная кислота

Строение молекулы и физические свойства

Серная кислота H₂SO₄ – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.

Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Способы получения

1. Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS₂.

Основные стадии получения серной кислоты :

• Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
• Очистка полученного газа от примесей.
• Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
• Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

Общие научные принципы химического производства:

1. Непрерывность.
2. Противоток
3. Катализ
4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
5. Теплообмен
6. Рациональное использование сырья

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота .

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO₄ – ⇄ H + + SO₄ 2–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например , серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Или с силикатом натрия:

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например , хлорида натрия:

4. Т акже серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем . При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO₂. С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н₂S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

Видеоопыт взаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например , концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

Серная кислота

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.

Замечу, что существует олеум — раствор SO₃ в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.

Получение

Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении образовавшегося SO₂ до SO₃ и последующим взаимодействием с водой.

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:

В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:

Химические свойства

• Кислотные свойства

В водном растворе диссоциирует ступенчато.

Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли — сульфаты.

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 — кислая соль)

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O (сульфат калия, соотношение 2:1 — средняя соль)

С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие другие кислоты, способна растворять осадки.

Серная кислота окисляет неметаллы — серу и углерод — соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.

Реакции с металлами

Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl. Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после — не реагируют с ней.

Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления. Они окисляются до +2.

Cu + H₂SO_4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)

Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами выделяется H₂S, с металлами средней активности — S, с малоактивными металлами — SO₂.

Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании данных металлов реакция идет.

Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3. В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.

Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц — речь идет об H₂S, если же написано, что выделилось простое вещество — речь о сере (S).

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

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

H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, водный раствор изменяет окраску индикаторов (лакмус и универсальный индикатор краснеют)

1) Диссоциация протекает ступенчато:

(первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO 4 — → H + + SO 4 2-

(вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H 2 SO 4 образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

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

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO 2 . С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н 2 S.

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

Следует быть осторожнее с сульфатами железа (II) и хрома (II) , эти металлы при наличии окислителя склонны окисляться до степени окисления +3, а тут как раз выделяется кислород:

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