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.