Взаимодействие серной кислоты с сахаром уравнение

Концентрированная серная кислота — сильный водоотнимающий агент. Она способна не просто поглощать воду и ее пары, но и отнимать у веществ т.н. конституционную воду, которая «содержится» в них в виде изолированных групп -Н и -ОН. Например, при нагревании этилового спирта с серной кислотой в мягких условиях образуется диэтиловый эфир:

При более высокой температуре образуется этилен:

Углеводы серная кислота способна обугливать уже при комнатной температуре — на этом основан красивый опыт «Серная кислота обугливает сахар». Приведем описание из практикума Рипан Р. Четяну И. Руководство к практическим работам по неорганической химии (1965) [ссылка]

При смешивании стеклянной палочкой 30 г сахарного песку, слегка смоченного водой, с 30 мл концентрированной серной кислоты бурно протекает реакция обугливания сахара. Опыт проводят в химическом стакане емкостью 250-300 мл, помещенном в сосуд с песком или водой.

Дегидратация глюкозы и сахарозы в этом случае протекает по уравнению

Благодаря выделяющимся при реакции парам воды обугливающаяся масса вспучивается наподобие черной пены.

В стакан на 300 мл я поместил 30 г сахара, который предварительно растер в ступке (до состояния сахарной пудры). Предварительно увлажнять сахар не стал. В цилиндр налил 30 мл серной кислоты (согласно приведенному выше описанию) и начал добавлять кислоту в стакан с сахаром, перемешивая содержимое стеклянной палочкой. Однако когда я добавил 20 мл кислоты, масса стала достаточно жидкой на вид, и я решил, что кислоты хватит.

Содержимое стакана стало сначала желтым, затем бурым и, наконец, черным. Примерно через две минуты началась бурная реакция. Масса стала вспучиваться и подниматься вверх. Активно выделялся белый пар. Запахло аэрозолем серной кислоты, сернистым газом и, как утверждает мой коллега, муравьиной кислотой. Параллельно с дегидратацией (обезвоживанием) сахара происходит окисление угля и сахара — этим и объясняется образование сернистого газа (и, возможно, муравьиной кислоты).

Несмотря на бурную реакцию, черная масса так и не достигла краев стакана — сахара явно было мало.

Во втором эксперименте я взял 60 г растертого сахара (водой не смачивал) и 30 мл серной кислоты. В этот раз до начала бурной реакции прошло примерно две с половиной минуты. Черная масса вышла за пределы стакана, хотя под конец она росла довольно медленно. После прекращения реакции обугленную массу удалось в целости вынуть из стакана.

Третий эксперимент провел не в стакане, а в мерном цилиндре на 100 мл. Взял 50 г растертого сахара и 25 мл концентрированной серной кислоты. Опыт прошел аналогично, но менее эффектно. Разница заключалась в том, что когда черная масса достигла верха цилиндра, она оставалась еще жидкой и частично стекла вниз.

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Возможно, для ускорения начала реакции сахарный песок все-таки целесообразно увлажнить водой (при контакте воды с серной кислотой произойдет разогрев, что ускорит обугливание сахара), но добавить в смесь воду у меня рука не поднялась.

Уже после опытов в другой книге — О.І. Астахов Цікаві роботи з хімії (Занимательные работы по химии) [ссылка] я увидел описание, в котором рекомендуют брать количества веществ, близкие к тем, что я использовал (и опять же сахар рекомендуют увлажнять):

Капризное обугливание сахара
Насыпьте 40 г растертого в мелкий порошок сахара в химический стакан емкостью 100 мл. Смешайте сахар с 3-4 мл воды. Добавьте к полученной массе 20-25 мл концентрированной серной кислоты (d=1.84) и снова хорошо перемешайте массу стеклянной палочкой. Палочку не вынимайте. Через несколько минут температура смеси повышается, смесь потемнеет и образуется пушистая масса, которая «вырастает» из стаканчика. Это — пористый уголь.

Его образование объясняется дегидратацией сахара серной кислотой

Кроме того, происходит восстановление концентрированной серной кислоты углем:

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, для этого опыта вполне подойдет упаренный электролит для свинцовых аккумуляторов. Он представляет собой разбавленный раствор серной кислоты. Электролит упаривают до прекращения активного кипения и начала образования густых белых паров. Делать эту процедуру можно под хорошей тягой или на улице, но, ни в коем случае не в жилой квартире. Аэрозоль серной кислоты вдыхать недопустимо.

Кстати, в свое время я пробовал добавлять к сахару еще горячую серную кислоту (которая не успела остыть после упаривания) — реакция начиналась быстро, без зазора в несколько минут, но работая с горячей кислотой нужно быть крайне осторожным.

Попутно отмечу, что если вам на одежду или обувь попадет разбавленная серная кислота (например, тот же электролит), в большинстве случаев дырки сразу не будет, но со временем часть воды испарится и на вашей одежде (обуви) начнут расти дырки — все больших размеров. Я в таких случаях смачивал место попадания кислоты ваткой с аммиаком — это останавливало рост дырок (или даже предотвращало их образование), но аммиак может оказаться далеко не безразличным к некоторым красителям, которыми окрашивают ткани.

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

При перемешивании стеклянной палочкой 30 г сахарного песка, слегка смоченного водой, с 30 мл концентрированной серной кислоты бурно протекает реакция обугливания сахара. Опыт проводят в химическом стакане емкостью 250—300 мл, помещенном в сосуд с песком или водой. Дегидратация глюкозы и сахарозы в этом случае протекает по уравнению:

Благодаря выделяющимся при реакции парам воды обугливающаяся масса вспучивается наподобие черной пены.

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, ее можно получить осторожным упариванием разбавленой кислоты при хорошей тяге (не делайте это в квартире!).

Для этой цели разведенную серную кислоту (электролит для свинцовых аккумуляторов) нагревают на песочной бане до появления белых паров. При этом кислота преобретает темную окраску в результате обугливания примесей органических веществ. Нашему опыту это практически не мешает. В процессе нагревания кипение жидкости не желательно, поскольку в этом случае возможно разбрызгивание. Помните, что вдыхание паров и аэрозоля H₂SO₄ опасно для здоровья.

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6de52d141905759b • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

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): температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO₃ является температура 400-500 о С. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V₂O₅. давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении. 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:

источники:

http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/zadachnik-kuznecova-2020/3-79.html

http://chemege.ru/sernaya-kislota/