Серная кислота _теоретический материал_

Лекционный материал по серной кислоте. Звягин А.С. ГБОУ СОШ № 323 г. Москва
Серная кислота H2SO4
I. Строение молекулы серной кислоты.
Серная кислота является двухосновной (в состав кислоты входит два атома
H
O
O водорода, способных заместиться на металл). Все химические связи
S
являются ковалентными полярными. Сера в серной кислоте проявляет:
H
O
O максимальную валентность VI, степень окисления +6.
II. Физические свойства серной кислоты.
Н2SO4 – это тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична1, хорошо
растворяется в воде (процесс экзотермичен). При приготовлении водного раствора серной
кислоты, необходимо помнить – кислоту добавляют в воду, а не воду в кислоту!
III. Химические свойства серной кислоты
Кислотно-основные свойства
1. Диссоциация:
H2SO4
2H+ + SO422. Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:
BaO + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O
BaO + 2H+ + SO42- → BaSO4↓ + H2O
3. Взаимодействие с основаниями:
Ba(OН)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2H2O
2+
Ва + 2ОН- + 2H+ + SO42- → BaSO4↓ + H2O
4. Взаимодействие с солями:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Ва2+ + 2Cl- + 2H+ + SO42- → BaSO4↓ + 2H+ + 2ClВа2+ + SO42- → BaSO4↓
5. Качественная реакция на сульфат-анион SO42Процесс взаимодействия катионов бария Ва2+ с сульфат-ионами SO42- приводит к образованию
белого нерастворимого осадка. Это качественная реакция на сульфат-анион SO42Ва2+ + SO42- → BaSO4↓
Окислительно-восстановительные свойства
В состав молекулы серной кислоты входят атомы двух элементов неметаллов-окислителей Н и S:
Водород и сера проявляют свою максимальную степень окисления – в ОВР могут
+1 +6 -2
выступать только окислителями (понижать степень окисления); кислород проявляет
2
4 свою минимальную степень окисления – может быть только восстановителем
(повышать степень окисления). При этом сера будет более сильным окислителем,
чем водород.
Окислительно-восстановительные свойства серной кислоты проявляются в реакциях с металлами
и неметаллами.
► Взаимодействие с металлами
Необходимо отметить, что продукты реакций зависят от концентрации кислоты.
Взаимодействие разбавленной серной кислоты с металлами
Реакция протекает с образованием сульфата металла и водорода. При этом реакция возможна
только с металлами, стоящими в ряду активности металлов до водорода. Металлы, имеющие
переменную валентность, будут проявлять в сульфате валентность II.
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑
Cu + H2SO4
H SO
1
Гигроскопичность – способность поглощать влагу (воду) из воздуха.
Лекционный материал по серной кислоте. Звягин А.С. ГБОУ СОШ № 323 г. Москва
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами
правее (Н)
+4
MeSO4 + SO2 + H2O
Zn – до Н
0
MeSO4 + S + H2O
левее Zn
-2
MeSO4 + H2S + H2O
H2SO4
В зависимости от активности металла, продукты различные продукты реакции:
● Неактивные металлы (стоящие в ряду активности металлов после водорода):
Сu + 2H2SO4(конц.) → СuSO4 + SO2↑ + 2H2O
● Металлы средней активности:
3Zn + 4H2SO4(конц.) → 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O
● Активные металлы:
4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O
На практике при взаимодействии активных и среднеактивных металлов реально образуется смесь
серосодержащих продуктов (H2S, S, SO2). Выше были указаны только основные продукты.
Рассмотрим на примере цинка всевозможные продукты реакции:
Zn + 2H2SO4(конц.) → ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O
3Zn + 4H2SO4(конц.) → 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O (преобладающее направление)
4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O
Пассивация. Концентрированная серная кислота на холоду пассивирует2 некоторые металлы
(например, алюминий, железо).
► Взаимодействие с неметаллами
Концентрированная серная кислота реагирует с некоторыми неметаллами:
S + 2H2SO4(конц.) → 3SO2↑ + 2H2O
C + 2H2SO4(конц.) → CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O
IV. Получение серной кислоты в промышленности (химизм производства).
Сырьё: пирит (FeS2), самородная сера.
♦ Первая стадия – получение оксида серы (IV) путём окисления пирита или серы
кислородом.
t
t
4FeS2 + 11O2
2Fe2O3 + 8SO2
S + O2
SO2
♦ Вторая стадия – окисление SO2 в SO3 в присутствии катализатора оксида ванадия (V)
V2O5 (без катализатора данный процесс не протекает):
t, V2O5
2SO2 + O2
2SO3
♦ Третья стадия – растворение оксида серы (VI) в серной кислоте:
H2SO4.nH2O олеум
nSO3 + H2SO4
Затем олеум отправляют на склад. Серная кислота транспортируется и хранится в виде олеума.
При необходимости его можно разбавить и получить серную кислоту нужной концентрации.
V. Применение серной кислоты.
1. Производство минеральных удобрений;
2. Очистка нефтепродуктов;
3. В органическом синтезе (как сульфирующий реагент, в смеси с концентрированной азотной
кислотой образуют нитрующую смесь – для процессов нитрования);
4. В гидрометаллургии.
2
Пассивация – это невозможность протекание процесса при определённых условиях.