Серная кислота с металлами таблица. Взаимодействие металлов с кислотами

Безводная серная кислота – тяжелая бесцветная маслянистая жидкость, растворяющаяся в воде в любых соотношениях. Она гигроскопичная, нелетучая, без запаха, не проводит электрический ток. При температуре 10,3 °C затвердевает, образуя кристаллы, похожие на лёд. Температура кипения составляет 296,2 °С, при дальнейшем повышении температуры она разлагается. Плотность 1,83 г/мл (200 °С). Это молекулярное вещество, относящееся к сильным двухосновным кислотам. Растворы SO 3 в серной кислоте называют олеумом, они образуют два соединения H 2 SO 4 SO 3 и H 2 SO 4 2SO 3 . Олеум содержит также пиросерную кислоту, получающуюся по реакции: Н 2 SO 4 + SO3=H2S2O7.

Химические свойства серной кислоты во многом зависят от её
концентрации. В лабораториях и промышленности применяют разбавленную и концентрированную серную кислоту, хотя это деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).

Взаимодействие с металлами.

Разбавленная серная кислота взаимодействует с некоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделением водорода:

Fe + H 2 SО 4 = FeSO 4 + H 2

Некоторые малоактивные металлы, такие как медь, серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Она окисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты
обычно является оксид серы (IV), сероводород и сера (H 2 S и S образуется в реакциях кислоты с активными металлами - магнием, кальцием, натрием, калием и др.).

Примеры реакций:

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Mg + 2H 2 SO 4 = MgSO 4 + SO 2 + 2H 2 O или
4Mg + 5H 2 SO 4 = 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) не взаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явление пассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошной пленки, состоящей из оксидов или других любых соединений, которая препятствует контакту металла с кислотой. Благодаря пассивации можно перевозить и хранить концентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная серная кислота пассивирует также алюминий, никель, хром, титан.
Взаимодействие с неметаллами.
Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут также проявляться с некоторыми сложными веществами – восстановителями, например:

2KBr + 2H 2 SO 4 = Br 2 + SO 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O

Взаимодействие с основными оксидами и основаниями.
Серная кислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновная кислота H 2 SO 4 образует два типа солей: средние соли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты.
Примеры реакций:

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
сульфат алюминия

2KOH + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2H 2 O
сульфат калия
KOH + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O
гидросульфат калия

Гидросульфаты образуются, когда кислота берётся в избытке. Многие соли серной кислоты выделяются из растворов виде кристаллогидратов, например:Al 2 (SO 4) 3 ∙18H 2 O;Na 2 SO 4 ∙ 10H 2 O

Взаимодействие с солями.
С некоторыми солями кислота вступает в реакции обмена, например:

CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + CO 2 + H 2 O
BaCl 2 + H 2 SO 4 = ВаSO 4 + 2HCl

Последняя реакция является качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белого осадка BaSO 4 , который практически не растворяется в концентрированной азотной кислоте.
Взаимодействие с водой.
При растворении в воде серная кислота активно взаимодействует с ней образуя гидраты:

NH 2 O + H 2 SO 4 = H 2 SO 4 ∙ nH 2 O

где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Благодаря способности связывать воду серная кислота является хорошим осушителем.

Схема применения серной кислоты

Рис. Основные направления использования серной кислоты

Основные способы получения серной кислоты – контактный, с использованием твердых катализаторов (контактов), и нитрозный - с оксидами азота.

Является одним из самых известных и распространённых химических соединений. Объясняется это в первую очередь её ярко выраженными свойствами. Её формула - H2SO4. Это двухосновная кислота, обладающая высшей серы +6.

При обычных условиях серная кислота представляет собой жидкость без запаха и цвета, обладающую маслянистыми свойствами. Она получила достаточно широкое распространение в технике и различных отраслях производства.

На данный момент это вещество является одним из важнейших и наиболее распространённых продуктов химической промышленности. В природе залежи самородной серы попадаются не так часто, как правило, она встречается только в соединениях с другими веществами. Сейчас развивается добыча серы из различных соединений, в том числе из разнообразных промышленных отходов. В некоторых случаях даже газы могут быть приспособлены для получения серы и различных соединений с ней.

Свойства

Серная кислота пагубным образом влияет на любые Она забирает из них воду очень быстро, так что ткани и различные соединения начинают обугливаться. 100%-ная кислота является одной из самых сильных, при этом соединение не дымит и не разрушает

Реагирует с любыми металлами кроме свинца. В концентрированном виде начинает окислять многие элементы.

Использование серной кислоты

Главным образом серная кислота применяется в химической промышленности, где на её основе производят азотные и в том числе и суперфосфат, который на данный момент считается одним из наиболее распространённых удобрений. Ежегодно производят до нескольких миллионов тонн этого вещества.

В металлругии H2SO4 применяется для проверки качества получаемых изделий. При прокате стали могут возникать микротрещины, для того чтобы их обнаружить, деталь помещают в свинцовую ванну и травят 25%-м раствором кислоты. После этого даже мельчайшие трещины можно увидеть невооружённым взглядом.

Перед нанесением гальванопокрытий на металл необходимо его предварительно подготовить - зачистить и обезжирить. Так как серная кислота реагирует с металлами, она растворяет тончайший слой, а вместе с ним удаляются любые следы загрязнения. Кроме того, поверхность металла становится более шершавой, что лучше подходит для нанесения никелевого, хромового или медного покрытия.

Серная кислота применяется при обработке некоторых руд, также значительное её количество требуется в нефтяной промышленности, где её применяют главным образом для очистки различных продуктов. Она часто используется в химической промышленности, которая постоянно развивается. В результате обнаруживаются дополнительные возможности и способы применения. Это вещество может использоваться для производства свинцово-кислотных - различных аккумуляторов.

Получение серной кислоты

Главным сырьём для получения кислоты служат сера и различные соединения на её основе. Кроме того, как уже было сказано, сейчас развивается использование промышленных отходов для получения серы. При окислительном обжиге сульфидных руд отходящие газы содержат SO2. Его приспосабливают для получения серной кислоты. Хотя в России по-прежнему лидирующие позиции занимают производства на основе переработки серного колчедана, который сжигают в печах. При продувании воздуха через горящий колчедан образуются пары с высоким содержанием SO2. Для очистки от других примесей и опасных паров применяют электрофильтры. Сейчас в производстве активно используются разные способы получения кислоты, и многие из них связаны с переработкой отходов, хотя высока доля традиционных производств.

Разбавленная и концентрированная серная кислота - это настолько важные химические продукты, что в мире их вырабатывается больше, чем любых других веществ. Экономическое богатство страны может быть оценено по объему производимой в ней серной кислоты.

Процесс диссоциации

Серная кислота находит применение в виде водных растворов различной концентрации. Она подвергается реакции диссоциации в два этапа, производя H + -ионы в растворе.

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;

HSO 4 - = H + + SO 4 -2 .

Серная кислота является сильной, и первый этап ее диссоциации происходит настолько интенсивно, что практически все исходные молекулы распадаются на H + -ионы и HSO 4 -1 -ионы (гидросульфата) в растворе. Последние частично распадаются дальше, выделяя другой H + -ион и оставляя сульфат-ион (SO 4 -2) в растворе. Однако гидросульфат, будучи слабой кислотой, все же превалирует в растворе над H + и SO 4 -2 . Полная диссоциация его происходит только, когда плотность раствора серной кислоты приближается к т. е при сильном разбавлении.

Свойства серной кислоты

Она является особенной в том смысле, что может действовать как обычная кислота или как сильный окислитель - в зависимости от ее температуры и концентрации. Холодный разбавленный раствор серной кислоты реагирует с активными металлами с получением соли (сульфата) и выделением газа водорода. Например, реакция между холодной разбавленной Н 2 SO 4 (в предположении ее полной двухэтапной диссоциации) и металлическим цинком выглядит так:

Zn + Н 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 .

Горячая серная кислота концентрированная, плотность которой около 1,8 г/см 3 , может действовать в качестве окислителя, реагируя с материалами, которые обычно инертны к кислотам, такими, например, как металлическая медь. В процессе реакции медь окисляется, а масса кислоты уменьшается, образуется раствор (II) в воде и газообразная двуокись серы (SO 2) вместо водорода, чего можно было бы ожидать при взаимодействии кислоты с металлом.

Cu + 2Н 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Как вообще выражается концентрация растворов

Собственно, концентрация любого раствора может быть выражена различными способами, но наиболее широко используется весовая концентрация. Она показывает количество граммов в определенной массе или объеме раствора или растворителя (обычно 1000 г, 1000 см 3 , 100 см 3 и 1 дм 3). Вместо массы вещества в граммах можно брать его количество, выраженное в молях, - тогда получается молярная концентрация на 1000 г или 1 дм 3 раствора.

Если молярная концентрация определена по отношению не к количеству раствора, а только к растворителю, то она носит название моляльности раствора. Для нее характерна независимость от температуры.

Зачастую весовую концентрацию указывают в граммах на 100 г растворителя. Умножая этот показатель на 100 %, получают ее в весовых процентах (процентная концентрация). Именно этот способ является наиболее часто употребляемым в применении к растворам серной кислоты.

Каждой величине концентрации раствора, определенной при данной температуре, соответствует вполне конкретная его плотность (например, плотность раствора серной кислоты). Поэтому иногда раствор характеризуют именно ею. Например, раствор Н 2 SO 4 , характеризующийся процентной концентрацией 95,72 %, имеет плотность 1,835 г/см 3 при t = 20 °С. Как же определить концентрацию такого раствора, если дана только плотность серной кислоты? Таблица, дающая такое соответствие, является неотъемлемой принадлежностью любого учебника по общей или аналитической химии.

Пример пересчета концентрации

Попробуем перейти от одного способа выражения концентрации раствора к другому. Предположим, что мы имеем раствор Н 2 SO 4 в воде с процентной концентрацией 60 %. Сначала определим соответствующую плотность серной кислоты. Таблица, содержащая процентные концентрации (первый столбец) и соответствующие им плотности водного раствора Н 2 SO 4 (четвертый столбец), приведена ниже.

По ней определяем искомую величину, которая равна 1,4987 г/см 3 . Вычислим теперь молярность данного раствора. Для этого необходимо определить массу Н 2 SO 4 в 1 л раствора и соответствующее ей число молей кислоты.

Объем, который занимают 100 г исходного раствора:

100 / 1,4987 = 66,7 мл.

Так как в 66,7 миллилитрах 60%-ного раствора содержится 60 г кислоты, то в 1 л ее будет содержаться:

(60 / 66,7) х 1000 = 899, 55 г.

Молярный вес серной кислоты равен 98. Отсюда число молей, содержащихся в 899,55 г ее граммах, будет равно:

899,55 / 98 = 9,18 моль.

Зависимость плотности от концентрации приведена на рис. ниже.

Использование серной кислоты

Она применяется в различных отраслях промышленности. В производстве чугуна и стали она используется для очистки поверхности металла, прежде чем он покрывается другим веществом, участвует в создании синтетических красителей, а также других типов кислот, таких как соляная и азотная. Она также применяется в производстве фармпрепаратов, удобрений и взрывчатых веществ, а еще является важным реагентом при удалении примесей из нефти в нефтеперерабатывающей промышленности.

Это химическое вещество является невероятно полезным и в быту, и легко доступно как раствор серной кислоты, используемый в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях (например, тех, что стоят в автомобилях). Такая кислота, как правило, имеет концентрацию примерно от 30% до 35% H 2 SO 4 по весу, остальное - вода.

Для многих бытовых приложений 30% Н 2 SO 4 будет более чем достаточно, чтобы удовлетворить свои потребности. Однако в промышленности требуется и значительно более высокая концентрация серной кислоты. Обычно в процессе производства она сначала получается достаточно разбавленной и загрязненной органическими включениями. Концентрированную кислоту получают в два этапа: сначала ее доводят до 70 %, а затем - на втором этапе - поднимают до 96-98 %, что является предельным показателем для экономически рентабельного производства.

Плотность серной кислоты и ее сорта

Хотя почти 99%-ную серную кислоту можно получить кратковременно при кипении, но последующая потеря SO 3 в точке кипения приводит к снижению концентрации до 98,3%. Вообще, разновидность с показателем 98% более устойчива в хранении.

Товарные сорта кислоты различаются по ее процентной концентрации, причем для них выбраны те ее значения, при которых минимальны температуры кристаллизации. Это сделано для уменьшения выпадения кристаллов серной кислоты в осадок при транспортировке и хранении. Основные сорта таковы:

• Башенная (нитрозная) - 75 %. Плотность серной кислоты этого сорта равна 1670 кг/м 3 . Получают его т.наз. нитрозным методом, при котором получаемый при обжиге первичного сырья обжиговый газ, содержащий двуокись серы SO 2 , в футерованных башнях (отсюда и название сорта) обрабатывают нитрозой (это тоже H 2 SO 4 , но с растворенными в ней оксидами азота). В результате выделяются кислота и оксиды азота, которые не расходуются в процессе, а возвращаются в производственный цикл.
• Контактная - 92,5-98,0 %. Плотность серной кислоты 98%-ной этого сорта равна 1836,5 кг/м 3 . Получают ее также из обжигового газа, содержащего SO 2 , причем процесс включает окисление двуокиси до ангидрида SO 3 при ее контакте (отсюда и название сорта) с несколькими слоями твердого ванадиевого катализатора.
• Олеум - 104,5 %. Плотность его равна 1896,8 кг/м 3 . Это раствор SO 3 в H 2 SO 4 , в котором первого компонента содержится 20 %, а кислоты - именно 104,5 %.
• Высокопроцентный олеум - 114,6 % . Его плотность - 2002 кг/м 3 .
• Аккумуляторная - 92-94 %.

Как устроен автомобильный аккумулятор

Работа этого одного из самых массовых электротехнических устройств полностью основана на электрохимических процессах, происходящих в присутствии водного раствора серной кислоты.

Автомобильный аккумулятор содержит разбавленный серно-кислотный электролит, а также положительный и отрицательный электроды в виде нескольких пластин. Положительные пластины выполнены из красновато-коричневого материала - диоксида свинца (PbO 2), а отрицательные - из сероватого «губчатого» свинца (Pb).

Поскольку электроды изготовлены из свинца или свинцовосодержащего материала, то этот тип батареи часто называют Работоспособность его, т. е. величина выходного напряжения, напрямую определяется тем, какова в данный момент времени плотность серной кислоты (кг/м3 или г/см 3), залитой в аккумулятор в качестве электролита.

Что происходит с электролитом при разряде аккумулятора

Электролит свинцово-кислотного аккумулятора представляет собой раствор аккумуляторной серной кислоты в химически чистой дистиллированной воде с процентной концентрацией по 30 % при полной зарядке. Чистая кислота имеет плотность 1,835 г/см 3 , электролит - около 1,300 г/см 3 . Когда аккумулятор разряжается, в нем происходят электрохимические реакции, в результате которых из электролита отбирается серная кислота. Плотность от концентрации раствора зависит практически пропорционально, поэтому она должна уменьшаться вследствие снижения концентрации электролита.

До тех пор, пока ток разряда протекает через аккумулятор, кислота вблизи его электродов активно используется, и электролит становится все более разбавленным. Диффузия кислоты из объема всего электролита и к электродным пластинам поддерживает примерно постоянную интенсивность химических реакций и, как следствие, выходное напряжение.

В начале процесса разряда диффузия кислоты из электролита в пластины происходит быстро потому, что образующийся при этом сульфат еще не забил поры в активном материале электродов. Когда сульфат начинает формироваться и заполнять поры электродов, диффузия происходит более медленно.

Теоретически можно продолжить разряд до тех пор, пока все кислота не будет использована, и электролит будет состоять из чистой воды. Однако опыт показывает, что разряды не должны продолжаться после того, как плотность электролита упала до 1,150 г/см 3 .

Когда плотность падает от 1,300 до 1,150, это означает, что столько сульфата было сформировано в процессе реакций, и он заполняет все поры в активных материалах на пластинах, т. е. из раствора уже отобрана почти вся серная кислота. Плотность от концентрации зависит пропорционально, и точно так же от плотности зависит заряд аккумулятора. На рис. ниже показана зависимость заряда аккумулятора от плотности электролита.

Изменение плотности электролита является лучшим средством определения состояния разряда аккумулятора, при условии, что он используется надлежащим образом.

Степени разряда автомобильного аккумулятора в зависимости от плотности электролита

Плотность его должна измеряться каждые две недели и постоянно должна вестись запись показаний для использования в будущем.

Чем плотнее электролит, тем больше кислоты он содержит, и тем более заряжен аккумулятор. Плотность в 1,300-1,280 г/см 3 указывает на полный заряд. Как правило, различаются следующие степени разряда аккумулятора в зависимости от плотности электролита:

• 1,300-1,280 - полностью заряжен:
• 1,280-1,200 - более чем наполовину разряжен;
• 1,200-1,150 - заряжен менее чем наполовину;
• 1,150 - практически разряжен.

У полностью заряженного аккумулятора перед подключением его автомобильной сети напряжение каждой ячейки составляет от 2,5 до 2,7 В. Как только подключается нагрузка, напряжение быстро падает примерно до 2,1 В в течение трех или четырех минут. Это происходит из-за формирования тонкого слоя сульфата свинца на поверхности отрицательных электродных пластин и между слоем перекиси свинца и металлом положительных пластин. Окончательное значение напряжения ячейки после подключения к автомобильной сети составляет около 2,15-2,18 вольт.

Когда ток начинает протекать через аккумулятор в течение первого часа работы, происходит падение напряжения до 2 В, объясняемое ростом внутреннего сопротивления ячеек из-за формирования большего количества сульфата, который заполняет поры пластин, и отбора кислоты из электролита. Незадолго до начала протекания электролита максимальна и равна 1,300 г/см 3 . Поначалу его разрежение происходит быстро, но затем устанавливается сбалансированное состояние между плотностью кислоты вблизи пластин и в основном объеме электролита, отбор кислоты электродами поддерживается поступлением новых частей кислоты от основной части электролита. При этом средняя плотность электролита продолжает неуклонно уменьшаться по зависимости, показанной на рис. выше. После первоначального падения напряжение уменьшается более медленно, скорость его снижения зависит от нагрузки аккумулятора. Временной график процесса разряда показан на рис. ниже.

Контроль состояния электролита в аккумуляторе

Для определения плотности используется ареометр. Он состоит из небольшой запаянной стеклянной трубки с расширением на нижнем конце, заполненным дробью или ртутью, и градуированной шкалой на верхнем конце. Эта шкала помечена от 1,100 до 1,300 с различными промежуточными значениями, как показано на рис. ниже. Если этот ареометр помещается в электролит, то он будет опускаться до определенной глубины. При этом он будет вытеснять определенный объем электролита, и когда будет достигнуто равновесное положение, вес вытесненного объема просто будет равен весу ареометра. Поскольку плотность электролита равна отношению его веса к объему, а вес ареометра известен, то каждый уровень его погружения в раствор соответствует определенной его плотности.

Некоторые ареометры не имеют шкалы со значениями плотности, но помечены надписями: «Заряжен», «Половинный разряд», «Полный разряд» или им подобными.

Неразбавленная серная кислота представляет собой ковалентное соединение.

В молекуле серная кислота тетраэдрически окружена четырьмя атомами кислорода, два из которых входят в состав гидроксильных групп. Связи S – O – двойные, а S – OH – одинарные.

Бесцветные, похожие на лед кристаллы имеют слоистую структуру: каждая молекула H 2 SO 4 соединена с четырьмя соседними прочными водородными связями, образуя единый пространственный каркас.

Структура жидкой серной кислоты похожа на структуру твердой, только целостность пространственного каркаса нарушена.

Физические свойства серной кислоты

При обычных условиях серная кислота – тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом. Если молярное отношение SO 3: Н 2 О меньше 1, то это водный раствор серной кислоты, если больше 1, – раствор SO 3 в серной кислоте.

100 %-ная H 2 SO 4 кристаллизуется при 10,45 °С; Т кип = 296,2 °С; плотность 1,98 г/см 3 . H 2 SO 4 смешивается с Н 2 О и SO 3 в любых соотношениях с образованием гидратов, 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.

При нагревании и кипении водных растворов серной кислоты, содержащих до 70 % H 2 SO 4 , в паровую фазу выделяются только пары воды. Над более концентрированными растворами появляются и пары серной кислоты.

По структурным особенностям и аномалиям жидкая серная кислота похожа на воду. Здесь та же система водородных связей, почти такой же пространственный каркас.

Химические свойства серной кислоты

Серная кислота – одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

В водном растворе серная кислота диссоциирует , образуя ион водорода и кислотный остаток:

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;

HSO 4 - = H + + SO 4 2- .

Суммарное уравнение:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .

Проявляет свойства кислот , реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями и солями.

Разбавленная серная кислота не проявляет окислительных свойств, при ее взаимодействии с металлами выделяется водород и соль, содержащая металл в низшей степени окисления. На холоде кислота инертна по отношению к таким металлам, как железо, алюминий и даже барий.

Концентрированная кислота обладает окислительными свойствами. Возможные продукты взаимодействия простых веществ с концентрированной серной кислотой приведены в таблице. Показана зависимость продукта восстановления от концентрации кислоты и степени активности металла: чем активнее металл, тем глубже он восстанавливает сульфат-ион серной кислоты.

Взаимодействие с оксидами:

CaO + H 2 SO 4 = CaSO 4 = H 2 O.

Взаимодействие с основаниями:

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

Взаимодействие с солями:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Окислительные свойства

Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:

H 2 SO 4 + 2HI = I 2 + 2H 2 O + SO 2.

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

С 2 Н 5 ОН = С 2 Н 4 + Н 2 О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:

C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2 .

В сочинениях монаха-алхимика Василия Валентина, жившего в XV веке, которого многие историки химии считают мифической фигурой, было рекомендовано получать “дух из солей” (“спиритус салис”) - прокаливанием смеси каменной соли и железного купороса. При этом отгонялась жидкость, которая поражала воображения алхимиков: она дымила на воздухе, вызывала кашель, разъедала ткань, бумагу, металл. О каком веществе идет речь? Какими еще интересными свойствами и почему обладает это вещество? Вот на эти вопросы нам предстоит ответить.

Серная кислота является сильной кислотой. Это объясняется строением ее молекулы так как, электронная плотность от атомов водорода смещается к атомам кислорода и серы, имеющих большую элекроотрицательность, что позволяет протонам водорода легко отщепляться.

Физические свойства серной кислоты

100%-ная H2SO4 (моногидрат, SO3×H2O) кристаллизуется при 10,45 С; t кип 296,2 С; плотность 1,9203 г/см3; теплоёмкость 1,62 Дж/г (К. H2SO4 смешивается с Н2О и SO3 в любых соотношениях, образуя соединения:

H2SO4×4H2O (t пл. - 28,36 С),

H2SO4×3H2O (t пл. - 36,31 С),

H2SO4×2H2O (t пл. - 39,60 С),

H2SO4×H2O (t пл. - 8,48 С),

При нагревании и кипении водных растворов С. к. , содержащих до 70% H2SO4, в паровую фазу выделяются только пары воды. Над более концентрированными растворами появляются и пары С. к. Раствор 98,3%-ной H2SO4 (азеотропная смесь) при кипении (336,5 0С) перегоняется полностью. Серная кислота, содержащая свыше 98,3% H2SO4, при нагревании выделяет пары SO3.

Химические свойства разбавленной серной кислоты а\ взаимодействие растворов серной кислоты с активными металлами.

Особенно активно идет процесс щелочными и щелочноземельными металлами. В 1808г. английский химик Гемфри Дэви наблюдал, как впервые полученный им металлический барий тонет в концентрированной серной кислоте, а затем всплывает, окруженный пузырьками выделяющегося газа.

Калий и натрий взаимодействует с разбавленной серной кислотой с взрывом. Даже при охлаждении до -50 С происходит воспламенение выделяющегося водорода. Лишь вблизи температуры замерзания кислоты (для 30%- ной Н2sО4 она ниже -70) реакция прекращается.

Нами проводились исследования взаимодействия разбавленной серной кислоты с литием и кальцием.

2Li + H2 SO4 = Li2SO4 + H2

Li 0 - 1 e → Li+ *2 восстановитель

2H + + 2e → H2 0 окислитель

Ca + H2 SO4 = CaSO4 + H2

Ca 0 - 2 e → Ca 2+ восстановитель

2H + + 2e → H2 0 окислитель

При взаимодействии серной кислоты с активными металлами продуктом реакции являлся водород.

б\ Реакции разбавленной серной кислоты с металлами средней активности

При взаимодействии серной кислоты с металлами средней активности продуктами реакции являлись водород и сероводород.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

2H+ + 2e → H2 окислитель

4Zn + 5H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

Zn0 - 2e → Zn 2+ восстановитель

SO4 2- +8e +8H+→S 2-+4H2O окислитель

Разбавленная серная кислота не реагирует со свинцом, даже при нагревании.

в\ Реакции разбавленной серной кислоты с алюминием и железом

При взаимодействии серной кислоты с алюминием и железом продуктами реакции являлись водород и сероводород.

2Al+3 H2 SO4 =Al2(SO4)3+3H2

Al0 – 3e →Al+3 *2 восстановитель

2H+ + 2e → H2 *3 окислитель

8Al+15 H2 SO4 =4 Al2(SO4)3+3H2 S +12H2O

S+6 +8e →S-2 *3 окислитель

2Fe+ 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 +3 H2

Fe0 -3e →Fe+3 *2 восстановитель

2H+ + 2e → H2 *3 окислитель г\ Реакции разбавленной серной кислоты с малоактивными металлами

Разбавленная (50%) серная кислота не взаимодействует с металлами, расположенными в ряду напряжений после водорода.

Химические свойства концентрированной серной кислоты а\ С концентрированной серной кислотой натрий реагирует медленнее, чем с водой. Но реакция с калием все равно закончиться взрывом. Среди прочих продуктов в результате данных реакций образуются сульфиды этих металлов.

8Na + 4H2 SO4 (k) = 2S + 6Na2S + 4H2O

Na 0 - 1 e → Na+ *8 восстановитель

S+6 +8e →S-2 *1 окислитель б\ Реакции концентрированной серной кислоты с металлами средней активности

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами средней активности продуктами реакции являлись сера, сероводород и сернистый газ.

Zn + 2H2 SO4 = ZnSO4 + H2O + SO2

Zn 0 - 2 e → Zn+ 2 восстановитель

S+6 + 2 e → S+4 окислитель

4Zn + 5H2 SO4 = 4ZnSO4 + 4H2O + H2S

Zn 0 - 2 e → Zn+ 2 *4 восстановитель

S+6 + 8 e → S-2 *1 окислитель

3Zn + 4H2 SO4 = 3ZnSO4 +4 H2O + S

Zn 0 - 2 e → Zn+ 2 *3восстановитель

S+6 + 6 e → S0 *1окислитель в\ Реакции концентрированной серной кислоты с алюминием и железом

На холоде концентрированная серная кислота пассивирует многие металлы, в том числе РЬ, Cr, Ni, сталь, чугун.

При нагревании реакционной смеси происходит химическая реакция.

8Fe+15 H2 SO4 =4 Fe2(SO4)3+3H2 S +12H2O

Al0 – 3e →Al+3 *8 восстановитель

S+6 +8e →S-2 *3 окислитель г\ Реакции концентрированной серной кислоты с малоактивными металлами

Может ли концентрированная серная кислота взаимодействовать с металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода? Сера имеет степень окисления +6 в серной кислоте, это позволяет предположить, что серная кислота является окислителем за счет сульфат – иона.

Cu + 2H2 SO4 = CuSO4 + H2O + SO2

Cu 0 - 2 e → Cu+ 2 восстановитель

S+6 + 2 e → S+4 окислитель

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с малоактивными металлами выделяется сернистый газ.

5. Реакции концентрированной серной кислоты с неметаллами

S + 2H2 SO4 = 2H2O + 3SO2

S 0 - 4 e → S+4 восстановитель

S +6 + 2 e → S+4 *2 окислитель

2P + 5H2 SO4 = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O

P 0+ 2H2 O -5 e → PO4 2- +4 H+ *2 восстановитель

SO4 2- +4H+ +2e →SO2 + 2H2O *5 окислитель

6. Реакции концентрированной серной кислоты с органическими веществами

Может ли конц. серная кислота взаимодействовать с органическими веществами?

Конц. серная кислота проявляет водоотнимающие свойства. Это свойство можно использовать в химическом процессе для сушки различных продуктов, например, газов.

Она окисляет сахарозу, при этом образуются летучие газы диоксид углерода и диоксид серы, поэтому масса вспучивается и поднимается. Кроме того, она может обугливать целлюлозу.

С12Н22О11 + H2 SO4 = 13 H2O + 2SO2 + 11С + СО2

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы - ОН. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислотой приводит к получению этилена или смеси эфиров.

C2H5OH H2 SO4 → CH2=CH2 + H2O

2C2H5OH H2 SO4 → C2H5O C2H5 + H2O

2C2H5OH + H2 SO4 → C2H5OSO3H + H2O

1. Серная кислота реагирует с большинством металлов, но в зависимости от её концентрации и положения металла в ряду напряжения скорость и продукты реакции могут существенно различаться.

2. Степень окисления продукта реакции зависит от активности металла, чем активнее металл, вступающий в реакцию с концентрированной серной кислотой, тем ниже степень окисления продута восстановления серы.

3. Свойства концентрированной серной кислоты существенно отличаются от свойств ее растворов.

4. Концентрированная серная кислота является сильнейшим окислителем.

Окислителем в концентрированной серной кислоте является сульфат- ион, а в ее растворах – протон водорода.

Заключение

В результате работы над проектом: мы провели ряд самостоятельных лабораторных исследований и опытным путем выяснили, какие продукты реакции возможны при взаимодействии серной кислоты с различными веществами при определенных условиях.

Изучили особые свойства концентрированной серной кислоты; закрепили понятие окислитель и восстановитель.

Получили возможность усовершенствовать и развить экспериментальные умения и навыки.