Уравнение реакции образования серной кислоты

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.

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:

Уравнение реакции образования серной кислоты

Ключевые слова конспекта: соединения серы, серная кислота, участие в кислотно-основных и окислительно-восстановительных взаимодействиях, получение и применение серной кислоты.

Серная кислота H₂SO₄ – вещество молекулярного строения. Её графическая формула:

В серной кислоте сера находится в высшей степени окисления +6.

Серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, хорошо растворимую в воде. Смешивается с водой в неограниченном количестве и очень гигроскопична. При растворении верной кислоты в воде выделяется значительное количество теплоты.

Химические свойства серной кислоты можно рассмотреть с точки зрения кислотно-основных и окислительно-восстановительных взаимодействий.

Участие в кислотно-основных взаимодействиях

1. Серная кислота – сильный электролит, в водных растворах диссоциирует практически полностью:

Изменяет окраску индикатора (например, лакмуса с фиолетовой на красную).
Более корректно электролитическая диссоциация H₂SO₄ описывается уравнениями:

1. Серная кислота реагирует с основными и амфотерными оксидами:

H₂SO₄ + CuO = CuSO₄ + H₂O
2Н + + CuO = Cu 2+ + H₂O

1. Серная кислoта реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами:

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ = CuSO₄ + 2H₂0
2Н + + Cu(OH)₂ = Cu 2+ + 2H₂0

1. Сернaя кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей:

1. Сeрная кислота вытесняет и сильные, но летучие кислоты из их солей:

Участие в окислительно-восстановительных взаимодействиях

Разбавленные растворы H₂SO₄ реагируют с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений металлов до H₂, с образованием сульфатов и выделением водорода:

Чистая H₂SO₄ и H₂SO₄ в концентрированных растворах проявляют сильные окислительные свойства за счёт S +6 .

Концентрированная H₂SO₄ взаимодействует с металлами (в том числе с Cu, Ag, Hg), стоящими после H₂ в ряду напряжений металлов, с образованием сульфатов, воды и продуктов восстановления S +6 : H₂S, S, SO₂. Концентрированная серная кислота не реагирует с благородными металлами вследствие их малой активности, а также с Al, Cr, Fe из-за пассивации. На поверхности этих металлов образуется защитная оксидная плёнка, защищающая их от дальнейшего окисления.

Глубина восстановления зависит от восстановительных свойств металлов.
Активные металлы восстанавливают H₂SO₄ до H₂S:

Металлы с меньшей активностью восстанавливают H₂SO₄ до SO₂:

Концентрированная сeрная кислoта окисляет и некоторые неметаллы. Например:

Важной химической особенностью серной кислоты является её способность выступать в качестве дегидратирующего реагента. Концентрированная серная кислота вступает в реакции дегидратации со многими органическими веществами, отщепляя от них молекулы воды. Например:

Получение и применение серной кислоты

Промышленное получение серной кислоты включает несколько стадий. Сырьём является сера S и сульфидные руды (в основном пирит FeS₂).

В ходе получения серной кислоты из пирита осуществляются три химические реакции:

1. Обжиг пирита (проводится при температуре около 800 °С):

1. Каталитическое окисление оксида серы (IV):

Эта реакция – обратимая, экзотермическая, каталитическая (её проводят в присутствии катализатора V₂O₅ при температуре около 450 °С).

Оксид серы (VI) (серный ангидрид) SO₃ при обычных условиях – летучая жидкость (t°_кип. = 44,8 °С), неограниченно растворяется в воде. Оксид серы (VI) SO₃ – кислотный оксид, ему соответствует сильная серная кислота.

В промышленности для этой реакции используют концентрированную H₂SO₄, образуется олеум H₂SO₄ • SO₃, при разбавлении которого получают концентрированную H₂SO₄.

Серная кислота – один из важнейших продуктов химической промышленности. Важнейшие области её применения: производство минеральных удобрений, других кислот и солей, красителей, пластмасс, волокон, лекарственных веществ, очистка нефтепродуктов, металлургия.

Конспект урока «Соединения серы: серная кислота». Выберите дальнейшее действие: