Процесс представленный уравнением реакции h2so4
Тема 27. Серная кислота.
Часть I
1. Серная кислота H2SO4 (классификационная характеристика):
1) по кислороду – кислородсодержащая
2) по водороду – двухосновная
3) по степени диссоциации – сильная
4) по прочности – прочная
5) по растворимости – растворимая
6) по летучести – летучая
2. Физические свойства: тяжёлая маслянистая жидкость
Свойство поглощать воду – гигроскопичность.
Прибор для осушения газов – сепаратор.
3. Правило разбавления (выбрать верное)
Правильно- в первом случае.
Объясните свой выбор. Реакция экзотермическая, возможно закипание воды и её выброс.
4. Химические свойства – типичные свойства кислот проявляет разбавленная H2SO4. Запишите уравнения реакций в молекулярной , полной и сокращённой ионной формах:
1) с металлами:
2) с основными и амфотерными оксидами:
3) с основаниями:
4) с солями с образованием ↑ или ↓:
5. Концентрированная H2SO4:
1) обугливает органические вещества;
2) взаимодействует с металлами, расположенными до и после H2 в ряду напряжений металлов, образуя соль, воду и один из продуктов восстановления.
Запишите уравнение реакции и рассмотрите с позиций окисления-восстановления.
6. Химические процессы производства серной кислоты можно представить схемой получения в три стадии:
Запишите уравнения реакций и рассмотрите с позиций окисления-восстановления.
Часть II
1. Запишите сокращённое ионное уравнение качественной реакции на сульфат-ион и составьте три соответствующих молекулярных уравнения.
2. Заполните схему «Применение H2SO4».
3. Допишите уравнения реакций и рассмотрите с позиций окисления-восстановления.
4. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения по схеме:
5. Концентрированную серную кислоту перевозят в стальных и алюминиевых цистернах, потому что она не взаимодействует с Fe и Al при обычных условиях.
6. Запишите определение.
Олеум – это раствор SO3 в серной кислоте.
7. Подготовьте презентацию о производстве серной кислоты или использовании в народном хозяйстве. Составьте и запишите план презентации в особой тетради.
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):
Аппарат | Назначение и уравнения реакций |
Печь для обжига | 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащенный кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 о С |
Циклон | Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз. |
Электрофильтр | Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра). |
Сушильная башня | Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота. |
Теплообменник | Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата. |
Контактный аппарат | 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню. |
Поглотительная башня | Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне. Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3. Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. |
Общие научные принципы химического производства:
- Непрерывность.
- Противоток
- Катализ
- Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
- Теплообмен
- 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:
Свойства сернистой кислоты и её взаимодействие с другими веществами
Сернистая кислота — что она собой представляет
Сернистая кислота — это двухосновная кислородсодержащая кислота.
Сернистая кислота является неустойчивым веществом, распадающимся на диоксид серы S O 2 и воду. Валентность серы в сернистой кислоте равна IV, а степень окисления: +4. Структурная формула выглядит так:
Формула серной кислоты в химии — H 2 S O 4 . Степень окисления серы: +6. Данные характеристики отличают соединение от сернистой кислоты. Серная кислота может существовать в виде разбавленных и концентрированных растворов. Сернистую кислоту лишь называют кислотой, так как вещество может существовать в только в разбавленном водном растворе, в чистом виде не выделяется. В процессе концентрации определенное количество кислоты, которое превышает максимальную концентрацию, распадается. В результате происходит образование воды и сернистого ангидрида S O 2 . По этой причине водный раствор сернистой кислоты всегда обладает запахом сернистого ангидрида, то есть сгоревшей головки спички. Серная кислота не имеет запаха. Концентрированная серная кислота практически в два раза тяжелее, чем сернистая.
Химические и физические свойства
Сернистый ангидрид S O 2 представляет собой бесцветный газ и обладает резким запахом.
Физические свойства сернистой кислоты:
- не имеет цвета;
- существует только в водном растворе;
- имеет характерный резкий запах;
- хорошо растворяется в воде;
- при контакте с красителями обесцвечивает их;
- убивает микроорганизмы.
Сернистая кислота в водном растворе является слабым электролитом. Диссоциация протекает обратимо по двум ступеням.
H 2 S O 3 ↔ H S O 3 – + H +
H S O 3 – ↔ S O 3 2 – + H +
В процессе самопроизвольного распада сернистой кислоты образуются диоксид серы и вода.
H 2 S O 3 ↔ S O 2 + H 2 O
Сернистая кислота вступает в химическую реакцию с сильными основаниями и их оксидами.
Взаимодействие сернистой кислоты с гидроксидами таких щелочных металлов, как натрий и калий, описывается уравнениями:
H 2 S O 3 + К О Н → K H S О 3 + H 2 O
H 2 S O 3 + 2 К О Н → К 2 S О 3 + 2 H 2 O
Среди всех химических свойств сернистой кислоты наиболее ярко выражены ее восстановительные свойства. Взаимодействуя с окислителями, сера повышают собственную степень окисления.
Обесцвечивание бромной воды с помощью сернистой кислоты:
H 2 S O 3 + B r 2 + H 2 O → H 2 S O 4 + 2 H B r
Процесс окисления сернистой кислоты азотной протекает достаточно легко по уравнению:
H 2 S O 3 + 2 H N O 3 → H 2 S O 4 + 2 N O 2 + H 2 O
Окисление сернистой кислоты с помощью озона:
H 2 S O 3 + O 3 → H 2 S O 4 + O 2
При контакте с сильными восстановителями могут проявляться окислительные свойства сернистой кислоты.
Взаимодействие сернистой кислоты и сероводорода сопровождается ее восстановлением до элементарной серы:
H 2 S O 3 + 2 Н 2 S → 3 S + 3 H 2 O
Качественная реакция на сернистую кислоту
Качественная реакция на сернистую кислоту представляет собой обесцвечивание раствора перманганата калия:
5 H 2 S O 3 + 2 K M n O 4 → 2 H 2 S O 4 + 2 M n S O 4 + K 2 S O 4 + 3 H 2 O
Качественная реакция на соли сернистой кислоты (сульфиты) представляет собой химическую реакцию их растворов с сильными кислотами, которая сопровождается выделением газа S O 2 , обладающего резким запахом:
N a 2 S O 3 + 2 H C l → 2 N a C l + S O 2 ↑ + H 2 O
2 H + + S O 3 2 – → S O 2 ↑ + H 2 O
Способы получения и как применяется
Сернистую кислоту синтезируют с помощью растворения сернистого газа ( S O 2 ) в воде ( H 2 O ) . Процесс можно наблюдать опытным путем. Необходимо взять концентрированную серную кислоту ( H 2 S O 4 ) , медь ( C u ) и пробирку. Алгоритм действий таков:
- аккуратно добавить в пробирку концентрированную серную кислоту;
- поместить в пробирку, содержащую кислоту, кусочек меди;
- смесь требуется нагреть.
Далее можно наблюдать реакцию, протекающую по уравнению:
C u ( м е д ь ) + 2 H 2 S O 4 ( с е р н а я к и с л о т а ) = C u S O 4 ( с у л ь ф а т с е р ы ) + S O 2 ( с е р н и с т ы й г а з ) + H 2 O ( в о д а )
Затем поток сернистого газа следует направить в пробирку с водой. При нахождении в ней газообразное вещество растворяется, частично протекает химическая реакция с водой. В итоге синтезируется сернистая кислота:
S O 2 ( с е р н и с т ы й г а з ) + H 2 O ( в о д а ) = H 2 S O 3
Таким образом с помощью пропускания сернистого газа через воду получают сернистую кислоту.
В процессе экспериментов с сернистым газом необходимо использовать индивидуальные средства защиты, так как вещество раздражает слизистую оболочку дыхательных путей. Подобное воздействие сопровождается воспалительным процессом и потерей аппетита. Длительное вдыхание сернистого газа приводит к потере сознания.
Сернистая кислота нашла применение в качестве восстановителя. Вещество используют для беления шерсти, шелка и других материалов, которые не способны выдержать отбеливание сильными окислителями в виде хлора. Сернистую кислоту используют в процессе консервирования плодов и овощей, а также для:
- обесцвечивания натуральных тканей, древесной массы, бумаги;
- консервации, антисептической обработки — к примеру, для защиты от ферментации зерна в производстве крахмала, предотвращения процесса брожения в бочках вина;
- переработки древесной щепы в сульфитную беленую целлюлозу, необходимую для изготовления бумаги.
В процессе обработки древесного сырья на бумажном производстве используют раствор гидросульфита кальция ( C a ( H S O 3 ) 2 ) . Вещество является растворителем лигнина, который связывает волокна целлюлозы.
http://chemege.ru/sernaya-kislota/
http://wika.tutoronline.ru/himiya/class/9/svojstva-sernistoj-kisloty-i-eyo-vzaimodejstvie-s-drugimi-veshhestvami