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.

FeS₂ + O₂ → (t) Fe₂O₃ + SO₂↑

SO₂ + O₂ ⇄ (кат. - V₂O₅) SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

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:

1. NO + O₂ → NO₂

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

2. NO + NO₂ + 2H₂SO₄ = 2NO(HSO₄) + H₂O

В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

3. NO(HSO₄) + H₂O = H₂SO₄ + HNO₂

В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:

NO₂ + SO₂ + H₂O = H₂SO₄ + NO

Химические свойства

• Кислотные свойства

В водном растворе диссоциирует ступенчато.

H₂SO₄ ⇄ H⁺ + HSO₄^-

HSO₄^- ⇄ H⁺ + SO₄^2-

Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли - сульфаты.

MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 - кислая соль)

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O (сульфат калия, соотношение 2:1 - средняя соль)


• Реакции с солями

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.

BaBr₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HBr

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂↑ + H₂O

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂↑ + H₂O

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O


• Реакция с неметаллами

Серная кислота окисляет неметаллы - серу и углерод - соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.

S + H₂SO₄ → SO₂ + H₂O

C + H₂SO₄ → CO₂ + SO₂ + H₂O

• 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.

Fe + H₂SO_4(разб.) → FeSO₄ + H₂↑

Zn + H₂SO_4(разб.) → ZnSO₄ + H₂↑

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.



Na + H₂SO_4(конц.) → Na₂SO₄ + H₂S + H₂O

Zn + H₂SO_4(конц.) → ZnSO₄ + S + H₂O

Cu + H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + H₂O



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.

Fe + H₂SO_4(конц.) → (t) Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

Cr + H₂SO_4(конц.) → (t) Cr₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O



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 2018-2024

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.