Химические свойства серной кислоты

Содержание

Серная кислота — химические свойства и промышленное производство

Химические свойства серной кислоты

Физические свойства серной кислоты:
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);
плотность 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).

Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

1)      4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2)      2SO2 + O2 V2O5→ 2SO3

3)      nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3 (олеум)

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).

В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V2O5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым.

Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.

к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся  серная кислота закипает и превращается в пар.

Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3

Химические свойства серной кислоты:

H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1)  В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:
H2SO4 = H+ + HSO4—;
HSO4— = H+ + SO42-.Суммарное уравнение:

H2SO4 = 2H+ + SO42-.

2)  Взаимодействие серной кислоты с металлами:Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn0 + H2+1SO4(разб) → Zn+2SO4 + H2

3)   Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

4)    Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O

5)     Обменные реакции с солями:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H2SO4 :

1)     Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S+4O2, S0 или H2S-2  в зависимости от активности металла.

Без нагревания не реагирует  с Fe, Al, Cr – пассивация.

  При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe0 Fe3+, Cr0 Cr3+, Mn0 Mn4+,Sn0 Sn4+

Активный металл

8 Al + 15 H2SO4(конц.)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S
4│2Al0 – 6e— → 2Al3+ — окисление
3│ S6+ + 8e → S2– восстановление

4Mg+ 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S­ + 4H2O

Металл средней активности

2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S
1│ 2Cr0 – 6e →2Cr3+— окисление
1│ S6+ + 6e → S0 – восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H2SO4(конц.)→ Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2
1│ 2Bi0 – 6e → 2Bi3+ – окисление
3│ S6+ + 2e →S4+ — восстановление

2Ag + 2H2SO4 →Ag2SO4 + SO2­ + 2H2O

 2)     Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S+4O2:

С + 2H2SO4(конц) → CO2­ + 2SO2­ + 2H2O

S+ 2H2SO4(конц) → 3SO2­ + 2H2O

2P+ 5H2SO4(конц)→5SO2­ + 2H3PO4 + 2H2O

3) Окисление сложных веществ:Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:

2 КВr + 2Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О

2 КI + 2Н2SО4 = К2SO4 + SO2 +  I2 + 2Н2ОКонцентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:

NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.

Источник: http://himege.ru/sernaya-kislota-ximicheskie-svojstva-i-promyshlennoe-proizvodstvo/

Серная кислота и реакции с ней

Химические свойства серной кислоты
[Deposit Photos]

Серная кислота (H₂­SO₄) – это одна из сильнейших двухосновных кислот.

Если говорить о физических свойствах, то серная кислота выглядит как густоватая прозрачная маслянистая жидкость без запаха. В зависимости от концентрации, серная кислота имеет множество различных свойств и сфер применений:

  • обработка металлов;
  • обработка руд;
  • производство минеральных удобрений;
  • химический синтез.

История открытия серной кислоты

Серная кислота известна людям еще с далеких времен. В основном ее находили в вулканических озерах.

[Deposit Photos]

В XIX веке алхимик из Персии Мухаммад Ар-Рази методом прокаливания медного и железного купороса получил раствор серной кислоты .

Cпустя четыре века европейский ученый Альберт Магнус усовершенствовал метод персидского алхимика.

Современный промышленный (контактный) метод получения серной кислоты заключается в окислении диоксида серы — газа, который образуется при горении серы или серного колчедана. Далее образующийся триоксид серы взаимодействует с водой.

via GIPHY

Контактная серная кислота имеет концентрацию от 92 до 94 процентов:

2SO₂ + O₂ = 2SO₂;

H₂O + SO₃ = H₂­SO₄.

Физические и физико-химические свойства серной кислоты

H₂­SO₄ смешивается с водой и SO₃ во всех соотношениях.

В водных растворах Н₂­SO₄ образует гидраты типа Н₂­SO₄·nH₂O

Температура кипения серной кислоты зависит от степени концентрации раствора и достигает максимума при концентрации больше 98 процентов.

Едкое соединение олеум представляет собой раствор SO₃ в серной кислоте.

При повышении концентрации триоксида серы в олеуме температура кипения понижается.

Химические свойства серной кислоты

[Deposit Photos]

При нагревании концентрированная серная кислота является сильнейшим окислителем, который способен окислять многие металлы. Исключение составляют лишь некоторые металлы:

  • золото (Au);
  • платина (Pt);
  • иридий (Ir);
  • родий (Rh);
  • тантал (Та).

Окисляя металлы, концентрированная серная кислота может восстанавливаться до H₂S, S и SO₂.

Активный металл:

8Al + 15H₂­SO₄(конц.) → 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O + 3H₂S

Металл средней активности:

2Cr + 4 H₂­SO₄(конц.)→ Cr₂(SO₄)₃ + 4 H₂O + S

Малоактивный металл:

2Bi + 6H₂­SO₄(конц.) → Bi₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂

С холодной концентрированной серной кислотой железо и алюминий не реагируют, поскольку покрываются оксидной пленкой. Этот процесс называется пассивация.

Реакция серной кислоты и H₂O

При смешении H₂­SO₄ с водой происходит экзотермический процесс: выделяется такое большое количество тепла, что раствор может даже закипеть. Проводя химические опыты, нужно всегда понемногу добавлять серную кислоту в воду, а не наоборот.

Серная кислота является сильным дегидрирующим веществом. Концентрированная серная кислота вытесняет воду из различных соединений. Ее часто используют в качестве осушителя.

Реакция серной кислоты и сахара

Жадность серной кислоты к воде можно продемонстрировать в классическом опыте — смешении концентрированной H₂­SO₄ и сахара, который является органическим соединением (углеводом). Чтобы извлекать воду из вещества, серная кислота разрушает молекулы.

Для проведения опыта в сахар добавляют несколько капель воды и перемешивают. Затем осторожно вливают серную кислоту. Через короткий промежуток времени можно наблюдать бурную реакцию с образованием угля и выделением сернистого и углекислого газов.

Серная кислота и кубик сахара:

via GIPHY

Помните, что работать с серной кислотой очень опасно. Серная кислота — едкое вещество, которое моментально оставляет сильные ожоги на коже.

Здесь вы найдете безопасные эксперименты с сахаром, которые можно проводить дома.

Реакция серной кислоты и цинка

Эта реакция достаточно популярна и является одним из самых распространенных лабораторных методов получения водорода. Если в разбавленную серную кислоту добавить гранулы цинка, металл будет растворяться с выделением газа:

Zn + H₂­SO₄ → Zn­SO₄ + H₂.

Разбавленная серная кислота реагирует с металлами, которые в ряду активности стоят левее водорода:

Ме + H₂­SO₄(разб.) → соль + H₂↑

Реакция серной кислоты с ионами бария

Качественной реакцией на серную кислоту и ее соли является реакция с ионами бария. Она широко распространена в количественном анализе, в частности гравиметрии:

H₂­SO₄ + Ba­Cl₂ → Ba­SO₄ + 2HCl

Zn­SO₄ + Ba­Cl₂ → Ba­SO₄ + Zn­Cl₂

Внимание! Не пытайтесь повторить эти опыты самостоятельно!

Источник: https://melscience.com/ru/articles/sernaya-kislota-i-reakcii-s-nej-/

Серная кислота: химические свойства

Химические свойства серной кислоты

Любая кислота представляет собой сложное вещество, молекула которого содержит один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.

Формула серной кислоты – H2SO4. Следовательно, в состав молекулы серной кислоты входят два атома водорода и кислотный остаток SO4.

Образуется серная кислота при взаимодействии оксида серы с водой

SO3+H2O —> H2SO4

Чистая 100%-я серная кислота (моногидрат)  – тяжёлая жидкость, вязкая как масло, без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. Уже при температуре +10 °С она застывает и превращается в кристаллическую массу.

Концентрированная серная кислота содержит приблизительно 95% H2 SO4. И застывает она при температуре ниже  –20°С.

Взаимодействие с водой

Серная кислота хорошо растворяется в воде, смешиваясь с ней в любых соотношениях. При этом выделяется большое количество тепла.

Серная кислота способна поглощать пары воды из воздуха. Это её свойство используют в промышленности для осушения газов. Осушают газы, пропуская их через специальные ёмкости с серной кислотой. Конечно же, этот способ можно применять только  для тех газов, которые не вступают в реакцию с ней.

Известно, что при попадании серной кислоты на многие органические вещества, особенно углеводы, эти вещества обугливаются. Дело в том, что углеводы, как и вода, содержат и водород, и кислород. Серная кислота отнимает у них эти элементы. Остаётся уголь.

В водном растворе H2SO4 индикаторы лакмус и метиловый оранжевый окрашиваются в красный цвет, что говорит о том, что этот раствор имеет кислый вкус.

Взаимодействие с металлами

Как и любая другая кислота, серная кислота способна замещать атомы водорода на атомы металла в своей молекуле. Взаимодействует она практически со всеми металлами.

В разбавленном виде серная кислота реагирует с металлами как обычная кислота. В результате реакции образуется соль с кислотным остатком SO4 и водород.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

А концентрированная серная кислота является очень сильным окислителем. Она окисляет все металлы, независимо от их положения в ряду напряжений. И при реакции с металлами она сама восстанавливается до SO2. Водород не выделяется.

Сu + 2 H2SO4 (конц) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (конц) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

А вот золото, железо, алюминий, металлы платиновой группы в серной кислоте не окисляются. Поэтому серную кислоту перевозят в стальных цистернах.

Сернокислые соли, которые получаются в результате таких реакций, называют сульфатами. Они не имеют цвета, легко кристаллизуются. Некоторые из них хорошо растворяются в воде. Малорастворимыми являются  только CaSO4  и PbSO4 .  Почти не растворяется в воде BaSO4.

Взаимодействие с основаниями


Реакция взаимодействия кислоты с основаниями называется реакцией нейтрализации. В результате реакции нейтрализации серной кислоты образуется соль, содержащая кислотный остаток SO4, и вода H2O.

Примеры реакций нейтрализации серной кислоты:

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 +  CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Серная кислота вступает в реакцию нейтрализации как с растворимыми, так и с нерастворимыми основаниями.

Так как в молекуле серной кислоты два атома водорода, и для её нейтрализации требуется два основания, то она относится к двухосновным кислотам.

Взаимодействие с основными оксидами

Из школьного курса химии нам известно, что оксидами называют сложные вещества, в состав которых входят два химических элемента, одним из которых является кислород в степени окисления -2 . Основными оксидами называют оксиды 1, 2 и некоторых 3 валентных металлов. Примеры основных оксидов: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.

С основными оксидами серная кислота вступает в реакцию нейтрализации. В результате такой реакции, как и в реакции с основаниями, образуются соль и вода. Соль содержит кислотный остаток SO4.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Взаимодействие с солями

Серная кислота взаимодействует с солями более слабых или летучих кислот, вытесняя из них эти кислоты. В результате такой реакции образуется соль с кислотным остатком SO4 и кислота

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Применение серной кислоты и её соединений


Бариева каша ВaSO4 способна задерживать рентгеновские лучи. Заполняя ею полые органы человеческого организма, рентгенологи исследуют их.

В медицине и строительстве широко применяют природный гипс CaSO4 * 2H2O, кристаллогидрат сульфата кальция. Глауберова соль Na2SO4 * 10H2O используется в медицине и ветеринарии, в химической промышленности – для производства соды и стекла. Медный купорос CuSO4 * 5H2O известен садоводам и агрономам, которые используют его для борьбы с вредителями и болезнями растений.

https://www.youtube.com/watch?v=Td6itaNfJrU

Серная кислота широко используется в различных отраслях промышленности: химической, металлообрабатывающей, нефтяной, текстильной, кожевенной и других.

Источник: http://ximik.biz/himicheskie-elementi/65-sernaya-kislota-ximicheskiye...

Серная кислота: свойства и все характеристики

Химические свойства серной кислоты

Некоторые физические свойства серной кислоты приведены в таблице.

Безводная H2SO4 — замечательное соединение с необычно высокой диэлектрической проницаемостью и очень высокой электропроводностью, которая обусловлена ионной автодиссоциацией (автопротолизом) соединения, а также эстафетным механизмом проводимости с переносом протона, обеспечивающим протекание электрического тока через вязкую жидкость с большим числом водородных связей.

Таблица 1. Физические свойства серной кислоты.

Температура плавления, oС

10,371

Температура кипения, oС

≈ 300 (разл.)

Плотность (25oС), г×см-3

1,8267

Вязкость (25oС), сантипуаз

24,55

Диэлектрическая проницаемость

100

Удельная электропроводность (25oС), Ом-1×см-1

1,0439×10-2

Получение серной кислоты

Серная кислота — самый важный промышленный химикат и самая дешевая из производимых в большом объеме кислот влюбой стране мира.

Концентрированную серную кислоту («купоросное масло») сначала получали нагреванием «зеленого купороса» FeSO4×nH2O и расходовали в большом количестве на получение Na2SO4 и NaCl.

В современном процессе получения серной кислоты используется катализатор, состоящий из оксида ванадия(V) с добавкой сульфата калия на носителе из диоксида кремния или кизельгура.

Диоксид серы SO2 получают сжиганием чистойсеры или при обжиге сульфидной руды (прежде всего пирита или руд Си, Ni и Zn) в процессе извлечения этихметаллов.

Затем SO2 окисляют до триоксида, а потом путем растворения в воде получают серную кислоту:

S + O2→ SO2 (ΔH0 — 297 кДж/моль);

SO2 + ½ O2→ SO3 (ΔH0 — 9,8 кДж/моль);

SO3 + H2O → H2SO4 (ΔH0 — 130 кДж/моль).

Химические свойства серной кислоты

Серная кислота – сильная двухосновная кислота. По первой ступени в растворах невысокой концентрации она диссоциирует практически нацело:

H2SO4↔H+ + HSO4—.

Диссоциация по второй ступени

HSO4—↔H+ + SO42-

протекает в меньшей степени. Константа диссоциации серной кислоты по второй ступени, выраженная через активности ионов, K2 = 10-2.

Как кислота двухосновная, серная кислота образует два ряда солей: средние и кислые. Средние соли серной кислоты называются сульфатами, а кислые – гидросульфатами.

Серная кислота жадно поглощает пары воды и поэтому часто применяется для осушения газов.

Способностью поглощать воду объясняется и обугливание многих органических веществ, особенно относящихся к классу углеводов (клетчатка, сахар и т.д.), при действии на них концентрированной серной кислоты.

Серная кислота отнимает от углеводов водород и кислород, которые образуют воду, а углерод выделяется в виде угля.

Концентрированная серная кислота, особенно горячая, — энергичный окислитель. Она окисляет HI и HBr (но не HCl) до свободных галогенов, уголь – до CO2, серу – до SO2. Указанные реакции выражаются уравнениями:

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S↑ + 4H2O;

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2↑ + 2H2O;

C + 2H2SO4 = CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O;

S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O.

Взаимодействие серной кислоты с металлами протекает различно в зависимости от её концентрации. Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Поэтому она взаимодействует только с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений только до водорода, например:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑.

Однако свинец не растворяется в разбавленной кислоте, поскольку образующаяся соль PbSO4 нерастворима.

Концентрированная серная кислота является окислителем за счет серы (VI). Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно. Продукты её восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла и от условий (концентрация кислоты, температура). При взаимодействии с малоактивными металлами, например с медью, кислота восстанавливается до SO2:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O.

При взаимодействии с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как диоксид, так и свободная сера и сероводород. Например, при взаимодействии с цинком могут протекать реакции:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O;

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O;

4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O.

Применение серной кислоты

Применение серной кислоты меняется от страны к стране и от десятилетия к десятилетию. Так, например в США в настоящее время главная область потребления H2SO4 — производство удобрений (70%), за ним следуют химическое производство, металлургия, очистка нефти (~5% в каждой области).

В Великобритании распределение потребления по отраслям иное: только 30% производимой H2SO4 используется в производстве удобрений, зато 18% идет на краски, пигменты и полупродукты производства красителей, 16% на химическое производство, 12% на получение мыла и моющих средств, 10% на производство натуральных и искусственных волокон и 2,5% применяется в металлургии.

Примеры решения задач

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/soedineniya/sernaya-kislota/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть