Серная кислота и ее соли конспект кратко

Обновлено: 06.07.2024

Тяжелая маслянистая жидкость ("купоросное масло"); r = 1,84 г/см 3 ; 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).

Техника безопасности при обращении с концентрированной серной кислотой

Помните! Кислоту вливать малыми порциями в воду, а не наоборот!

Производство серной кислоты

1-я стадия. Печь для обжига колчедана

1) измельчение железного колчедана (пирита)

2) метод "кипящего слоя"

3) 800°С; отвод лишнего тепла

4) увеличение концентрации кислорода в воздухе

2-я стадия. Контактный аппарат

После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450°С – 500°С; катализатор V₂O₅):

3-я стадия . Поглотительная башня

Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока.

Химические свойства разбавленной серной кислоты

H₂SO₄ - сильная двухосновная кислота, водный раствор изменяет окраску индикаторов (лакмус и универсальный индикатор краснеют)

1) Диссоциация:

H ₂ SO ₄ → H + + HSO ₄ - (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO ₄ - → H + + SO ₄ 2- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H₂SO₄ образует два ряда солей - средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

2) Взаимодействие с металлами:

Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода:

Zn 0 + H ₂ +1 SO ₄ (разб) → Zn +2 SO ₄ + H ₂ 0 ↑

Zn 0 + 2H + → Zn 2+ + H ₂ 0 ↑

3) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:

CuO + H ₂ SO ₄ → CuSO ₄ + H ₂ O

CuO + 2H + → Cu 2+ + H ₂ O

4) Взаимодействие с основаниями:

H ₂ SO ₄ + 2NaOH → Na ₂ SO ₄ + 2H ₂ O (реакция нейтрализации)

H + + OH - → H ₂ O

Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

H ₂ SO ₄ + NaOH → NaНSO ₄ + H ₂ O

H ₂ SO ₄ + Cu(OH) ₂ → CuSO ₄ + 2H ₂ O

2H + + Cu(OH) ₂ → Cu 2+ + 2H ₂ O

5) Взаимодействие с солями, если в результате реакции образуется осадок или выделяется газообразная летучая кислота:

BaCl ₂ + H ₂ SO ₄ → BaSO ₄ ↓ + 2HCl

Ba 2+ + SO ₄ 2- → BaSO ₄ ↓

Качественная реакция на сульфат-ион:

Образование белого осадка BaSO ₄ (нерастворимого в кислотах) используется для определения серной кислоты и растворимых сульфатов.

образование газа - как сильная нелетучая кислота серная вытесняет из солей другие менее сильные кислоты, например, угольную

MgCO ₃ + H ₂ SO ₄ → MgSO ₄ + H ₂ O + CO ₂ ↑

MgCO ₃ + 2H + → Mg 2+ + H ₂ O + CO ₂ ↑

Особые свойства концентрированной серной кислоты

1. Очень гигроскопична, поглощает воду из окружающей среды; органические вещества обугливаются! Опыт "Гигроскопичность серной кислоты"

H ₂ SO ₄ + nH ₂ O = H ₂ SO ₄ · nH ₂ O + Q

H ₂ SO ₄ (конц.)

C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ (сахароза) → 12С (уголь) + 11 Н ₂ О

2. Концентрированная H ₂ SO ₄ – сильный окислитель за счет атома S +6 ; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться доS +4 O ₂ , S 0 или H ₂ S -2 (Fe, Al, Cr - пассивируются)

Взаимодействие серной кислоты с металлами разной активности с образованием соли, воды и продукта восстановления серы (S, H ₂ S, SO ₂ ): ОПЫТ

H ₂ SO ₄ (конц.) + Cu = CuSO ₄ + H ₂ O + SO ₂

3. Серная кислота окисляет неметаллы :

Применение серной кислоты

в производстве минеральных удобрений;

как электролит в свинцовых аккумуляторах;

для получения различных минеральных кислот и солей;

в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

в промышленном органическом синтезе в реакциях:

дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

гидратации (получение этанола);

сульфирования (получение моющих средств и промежуточные продукты в производстве красителей).

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Применение солей серной кислоты

Железный купорос FеSО₄•7Н₂O применяли раньше для лечения чесотки, гельминтоза и опухолей желез, в настоящее время используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.

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):

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.

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.

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:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2NaCl

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:

С помощью этого видеоурока учащиеся узнают, как получают серную кислоту, о её физических и химических свойствах. Смогут сравнить свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты, а также увидят опыт, демонстрирующий качественную реакцию на сульфат-ион. Они познакомятся с применением серной кислоты и её солями.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Серная кислота и её соли"

Серная кислота и её соли

Как получают серную кислоту? Получают серную кислоту в три стадии.

В качестве сырья для получения серной кислоты применяют серу, сероводород или пирит. При обжиге этих соединений образуется сернистый газ.

Затем проводят реакцию окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI). Эта реакция протекает при высокой температуре и в присутствии катализатора – оксида ванадия (V).

Как видите, эта реакция соединения, потому что из двух веществ образуется одно, эта реакция обратимая, идёт как в прямом так и в обратном направлении, каталитическая, так как протекает в присутствии катализатора, окислительно-восстановительная, потому что сера изменяет свою степень окисления с +4 до +6, а кислород с 0 до -2, эта реакция гетерогенная, потому что в отличие от сернистого газа и кислорода, оксид серы шесть является жидкостью, реакция является экзотермической, потому что протекает с выделением теплоты.

Оксид серы (VI) представляет собой летучую бесцветную жидкость с удушливым запахом. Этот оксид при растворении в воде образует серную кислоту.

Однако, при получении серной кислоты оксид серы (VI) растворяют не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получается олеум – раствор оксида серы (VI) в безводной серной кислоте.

Поэтому производство серной кислоты идёт в три стадии: на первой стадии из исходного сырья получают оксид серы (IV), на второй стадии из оксида серы (IV) получают оксид серы (VI), а на третьей стадии из оксида серы (VI) получают серную кислоту.

Производство серной кислоты создаёт ряд проблем: выбросы от производств оказывают негативное воздействие на животный и растительный мир, повышается коррозионная стойкость материалов, разрушаются сооружения из мрамора и известняка, а также происходит закисление почв.

Серная кислота – H₂SO₄ – бесцветная маслянистая и тяжёлая жидкость. Она обладает сильными гигроскопическими, то есть водоотнимающими свойствами, это позволяет использовать её для осушения газов или других веществ.

Концентрированная серная кислота способна отнимать воду у молекул органических веществ, обугливая их. Например, при добавлении к сахару концентрированной серной кислоты сахар чернеет и в виде объёмной массы поднимается вверх.

Помните, при разбавлении концентрированной серной кислоты нельзя приливать воду к кислоте, а следует тоненькой струйкой приливать кислоту в воду, чтобы избежать сильного разогревания раствора.

Химические свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты отличаются.

Так разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот. Она изменяет окраску индикаторов: лакмус в растворе кислоты красный, метиловый оранжевый тоже.

Серная кислота вступает во взаимодействие с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов до водорода.

Нальём в две пробирки раствора серной кислоты, в первую пробирку поместим гранулу цинка, а во вторую – кусочек меди. Выделение водорода идёт только в первой пробирке, во второй пробирке изменений нет

Цинк, в отличие от меди, стоит в ряду напряжений металлов до водорода, поэтому он вытеснил водород из раствора кислоты. При чем, это окислительно-восстановительная реакция, цинк повышает свою степень окисления с 0 до +2, а водород понижает с +1 до 0. Каждый атом цинка отдаёт по 2 электрона ионам водорода. Поэтому цинк – восстановитель, а водород – окислитель.

Разбавленная серная кислота реагирует с основными и амфотэрными оксидами с образованием соли и воды. Если поместить в пробирку немного чёрного порошка оксида меди (II) и прилить немного раствора серной кислоты, а затем содержимое нагреть на пламени спиртовки, то постепенно чёрный порошок оксида меди (II) начинает растворяться, а раствор меняет свою окраску на голубую.

В результате данной реакции образуется соль – сульфат меди (II) и вода.

Разбавленная серная кислота вступает во взаимодействие с основаниями. Например, к раствору щёлочи добавим несколько капель фенолфталеина, раствор приобретает малиновую окраску. К этому раствору прильём разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Таким образом, между щёлочью и кислотой прошла реакция нейтрализации, при этом образовалась соль – сульфат натрия и вода.

Разбавленная серная кислота реагирует не только с растворимыми основаниями – щелочами, но и с нерастворимыми. Получим нерастворимое основание – гидроксид меди (II). Для этого, в раствор медного купороса прильём щёлочи – гидроксид натрия, в результате чего образуется гидроксид меди (II) и соль – сульфат натрия.

Теперь, к этому осадку добавим раствор серной кислоты до его исчезновения. В результате данной реакции образуется соль – сульфат меди (II) и вода.

Кроме этого, разбавленная серная кислота реагирует с солями. Прильём к раствору сульфата калия раствор хлорида кальция. В результате образуется малорастворимое вещество белого цвета. Это сульфат кальция.

Концентрированная серная кислота также реагирует с металлами. Если металл стоит в ряду напряжений до водорода, то в результате реакции образуется газ сероводород и вода.

Например, в реакции с цинком образуется соль – сульфат цинка, газ – сероводород и вода. Цинк изменяет свою степень окисления с 0 до +2, а сера понижает с +6 до -2. Поэтому цинк выступает в роли восстановителя, а сера – в роли окислителя.

В реакции с металлами, стоящими после водорода образуется оксид серы (IV). Например, при взаимодействии меди с концентрированной серной кислотой, образуется соль – сульфат меди (II), оксид серы (IV) и вода. В этой реакции медь повышает свою степень окисления с 0 до +2, а сера понижает с +6 до +4. Поэтому медь восстановитель, а сера – окислитель.

Обратите внимание, что в данных реакциях водород не выделяется, потому что здесь окислителем выступает не водород, а сера.

Железо и алюминий пассивируются концентрированной серной кислотой, потому что покрываются защитной плёнкой, что позволяет перевозить её в стальных и алюминиевых цистернах.

Концентрированная серная кислота вытесняет кислоты из их солей. Например, если к твёрдому хлориду натрия добавить концентрированной серной кислоты, то образуется соль – гидросульфат натрия и хлороводород.

Серная кислота – это двухосновная кислота, поэтому она образует средние и кислые соли. Соли серной кислоты – сульфаты. Например, Na₂SO₄ – сульфат натрия, NaHSO₄ – гидросульфат натрия.

Качественной реакцией на серную кислоту и её соли является ион бария. В результате взаимодействия сульфат-иона и иона бария образуется сульфат бария – осадок белого цвета.

Серная кислота находит широкое применение. Она используется при производстве взрывчатых веществ, минеральных удобрений, электролитической меди, моющих средств, эмалей и красок, искусственного шёлка, лекарств, пластмасс, при очистке нефтепрдуктов, в качестве электролита в аккумуляторах.

Среди солей серной кислоты наиболее распространена глауберова соль – Na₂SO₄ ∙ 10H₂O, гипс – CaSO₄ ∙ 2H₂O, BaSO₄ – сульфат бария и CuSO₄ ∙ 5H₂O – медный купорос, который используют для борьбы с вредителями и болезнями растений.

Таким образом, серную кислоту получают в три стадии, она представляет собой тяжёлую маслянистую жидкость. При разбавлени концентрированной кислоты следует кислоту приливать к воде, а не наоборот. Свойства разбавленной и концентрированной кислот различаются. Разбавленная серняа кислота реагирует с металлами до водорода, основными и амфотэрными оксидами, с основаниями и солями, а концентрированная серная кислота взаимодействует с металлами и до водорода и после водорода (кроме золота и платины), она пассивирует железо и алюминий, а также реагирует с солями. Серная кислота и её соединения находят широкое применение в промышленности.

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

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 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).

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.

Читайте также: