Серная кислота
Серная кислота
Строение молекулы и физические свойства
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):
| Аппарат | Назначение и уравнения реакций |
| Печь для обжига | 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Измельченный очищенный пирит сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащенный кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800 о С |
| Циклон | Из печи выходит печной газ, который состоит из SO2, кислорода, паров воды и мельчайших частиц оксида железа. Такой печной газ очищают от примесей. Очистку печного газа проводят в два этапа. Первый этап — очистка газа в циклоне. При этом за счет центробежной силы твердые частички ссыпаются вниз. |
| Электрофильтр | Второй этап очистки газа проводится в электрофильтрах. При этом используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра). |
| Сушильная башня | Осушку печного газа проводят в сушильной башне – снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льется концентрированная серная кислота. |
| Теплообменник | Очищенный обжиговый газ перед поступлением в контактный аппарат нагревают за счет теплоты газов, выходящих из контактного аппарата. |
| Контактный аппарат | 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):
Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоев катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3. Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню. |
| Поглотительная башня | Получение H2SO4 протекает в поглотительной башне. 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. Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. |
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:
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:
Источник
35. Азотсодержащие органические вещества
Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот; Биологически важные вещества: жиры, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды), белки.
1. И анилин, и диметиламин реагируют с
3) серной кислотой
5) гидроксидом натрия
6) раствором перманганата калия
2. С аминоуксусной кислотой реагирует
4) сульфат натрия
5) гидроксид натрия
6) гидроксид меди( II )
3. О глицине можно сказать, что это вещество
1) жидкое при обычных условиях
2) обладает амфотерными свойствами
3) имеет резкий запах
4) хорошо растворимо в воде
5) образует сложные эфиры
6) не реагирует с кислотами
4. Об анилине можно сказать, что это вещество
1) более сильное основание, чем аммиак
2) хорошо растворяется в воде
3) образует соли в реакции с кислотами
4) окисляется на воздухе
5) реагирует со щелочами
6) обесцвечивает бромную воду
5. С метиламином взаимодействует
1) аммиачный раствор оксида серебра
2) фосфорная кислота
3) гидроксид калия
6. О хлориде фениламмония можно сказать, что это вещество
1) имеет молекулярное строение
2) обесцвечивает бромную воду
3) реагирует с соляной кислотой
4) взаимодействует со щелочами
5) хорошо растворимо в воде
6) сильное основание
7. С раствором гидроксида натрия взаимодействует
6) хлорид метил аммония
8. Про метиламин можно сказать, что это вещество
1) газообразное при обычных условиях
2) вступает в реакцию «серебряного зеркала»
3) не горит на воздухе
4) более сильное основание, чем аммиак
5) с хлороводородом образует соль
6) не растворяется в воде
9. И анилин, и метиламин реагируют с
4) азотной кислотой
5) гидроксидом калия
6) аммиачным раствором оксида серебра
10. Про диметиламин можно сказать, что это вещество
1) сгорает на воздухе
2) хорошо растворяется в воде
3) имеет немолекулярное строение
4) более сильное основание, чем анилин
5) вступает в реакцию «серебряного зеркала»
6) реагирует со щелочами с образованием солей
11. Этиламин взаимодействует с
3) азотной кислотой
12. Метилэтиламин взаимодействует с
2) бромоводородной кислотой
4) гидроксидом калия
13. Этиламин взаимодействует с
14. Анилин взаимодействует с
1) гидроксидом натрия
2) бромной водой
1) имеет специфический запах
2) относится к третичным аминам
3) является жидкостью при комнатной температуре
4) содержит атом азота с неподеленной электронной парой
5) реагирует с кислотами
6) является более слабым основанием, чем аммиак
16. Диметиламин взаимодействует с
1) гидроксидом бария
3) оксидом меди(П)
5) уксусной кислотой
17. Пропиламин взаимодействует с
2) муравьиной кислотой
18. Метиламин взаимодействует с
2) бромоводородной кислотой
4) гидроксилом калия
19. Метиламин может быть получен при взаимодействии
20. Этиламин получают при взаимодействии веществ:
21. Аминоуксусная кислота взаимодействует с
1) оксидом кальция
22. И метиламин, и фениламин
1) хорошо растворяются в воде
2) имеют сильно щелочную среду водного раствора
3) реагируют с азотной кислотой
4) взаимодействуют с Са(ОН) 2
5) горят в атмосфере кислорода
6) относятся к первичным аминам
23. Практически нейтральную среду имеют водные растворы:
24. Фенолфталеин изменяет окраску в растворе
25. С аминоуксусной кислотой реагируют:
2) гидроксид натрия
3) перманганат калия
1 ) является твердым веществом
2) растворим в воде
3) относится к первичным аминам
4) взаимодействует с серной кислотой
5) взаимодействует с хлоридом натрия
6) взаимодействует с хлорметаном
27. Аланин взаимодействует с
28. С аминоуксусной кислотой реагируют
2) гидроксид натрия
3) перманганат калия
29. Водный раствор аминоуксусной кислоты взаимодействует с
Источник
Этан вода серная кислота
Серная кислота. В реакциях разбавленной серной кислоты с металлами, находящимися в ряду стандартных электродных потенциалов (ряд Бекетова) до водорода, окислителями являются ионы водорода, например:
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами протекает более сложно.
- До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно.
Реакции будут идти вот так:
8Li + 5H 2 SO 4( конц .) → 4Li 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S↑
4Mg + 5H 2 SO 4( конц .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O + H 2 S↑
8Al + 15H 2 SO 4( конц .) (t)→ 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S↑
- при взаимодействии H2SO4 (конц) с металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа, то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0:
3Mn + 4H 2 SO 4( конц .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O + S↓
- все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:
2 Fe + 6 H 2 SO 4(конц.) ( t )→ Fe 2 ( SO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 SO 2 ↑
(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)
2Ag + 2H 2 SO 4( конц .) → Ag 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2 ↑
В этих реакциях окислителем является сера в степени окисления +6.
Уравняйте реакции методом электронного баланса:
Cu + H 2 SO 4 (конц.) = Cu SO 4 + SO 2 + H 2 O
Zn + H 2 SO 4 (конц.) = ZnSO 4 + S + H 2 O
H2SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO 2:
Свежеобразованный оксид фосфора ( V ) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:
2P + 5H 2 SO 4( конц ) → 2H 3 PO 4 + 2H 2 O + 5SO 2 ↑
То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:
Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействие H2SO4 (конц) с серой (простым веществом) и сероводородом.
Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой. В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0.
H 2 SO 4( конц .) + H 2 S → S↓ + SO 2 ↑ + 2H 2 O
Уравняйте реакции методом электронного баланса
Железо, алюминий и хром концентрированной серной кислотой пассивируются , т. е. реакция не идёт . В связи с этим безводную серную кислоту можно хранить в железной или алюминиевой таре и перевозить в стальных цистернах.
H2SO4 (конц) , так или иначе, взаимодействует с галогенидами. С фторидами и хлоридами ОВР не протекает, проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:
А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:
2H 2 SO 4( конц .) + 2NaBr → Na 2 SO 4 + 2H 2 O + SO 2 ↑ + Br 2
H 2 SO 4( конц .) + 2HBr → 2H 2 O + SO 2 ↑ + Br 2
5H 2 SO 4( конц .) + 8NaI → 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O + H 2 S↑ + 4I 2 ↓
H 2 SO 4( конц .) + 8HI → 4H 2 O + H 2 S↑ + 4I 2 ↓
Хлороводород и фтороводород (как и их соли) устойчивы к окисляющему действию H2SO4 (конц).
Для концентрированной серной кислоты уникально то, что она обладает водоотнимающим свойством .
Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом:
Во-первых, осушение веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от вещества и оно «становится сухим».
Во-вторых, катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (например, дегидратация и этерификация):
H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O
H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (конц.) )→ H 2 C = CH 2 + H 2 O
Азотная кислота. Концентрированная азотная кислота не взаимодействует с золотом и платиной, а также пассивирует железо, алюминий и хром — на их поверхности образуется защитная плёнка. С другими металлами она взаимодействует, при этом образуются соответствующие нитраты и выделяется оксид азота(IV):
Уравняйте реакции методом электронного баланса:
Разбавленная азотная кислота взаимодействует с металлами по-разному в зависимости от степени разбавления.
Подумайте какой элемент в реакции магния с концентрированной азотной кислотой служит окислителем:
1)Mg +2 2)H + 3)Mg 0 4)N +5
Рассмотрим уравнение реакции Mg и концентрированной HNO 3 :
Мы видим, что магний отдаёт два электрона и приобретает степень окисления +2, следовательно, он восстановитель . В ходе реакции азот в степени окисления +5 превращается в азот в степени окисления +4; значит, он принимает один электрон и служит окислителем . Соответственно окислителем служит N +5
Смесь соляной и азотной кислот называется “царской водкой”. Она способна растворять платину и золото.
4HNO 3+18HCl+Pt→3H 2 [PtCl 6 ]+4NO↑+8H 2O
С помощью азотной кислоты получают взрывчатые вещества:
Тринитротолуол (тротил) получают с помощью смеси азотной и серной кислот (серная кислота выступает в роли водоотнимающего средства):
Закончите уравнения химических реакций:
Тринитроглицерин получают с помощью смеси азотной и серной кислот (серная кислота выступает в роли водоотнимающего средства):
Составьте уравнение реакции:
Глицерин + азотная кислота ( H 2 SO 4 (конц.)) =
Тринитроцеллюлозу (пироксилин) получают с помощью смеси азотной и концентрированной серной кислот (серная кислота выступает в роли водоотнимающего средства):
Конспект тетради высылать не нужно.
Источник
