Физические свойства серной кислоты:
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);
плотность 1,84 г/см3; 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).

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.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 ·nSO 3 (олеум)

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое «. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO 2 , O 2 , пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).
В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 (пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С (т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3

Химические свойства серной кислоты:

H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1) 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- .

2) Взаимодействие серной кислоты с металлами :
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (разб) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Обменные реакции с солями:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO 4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H 2 SO 4:

1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем ; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S +4 O 2 , S 0 или H 2 S -2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления , чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe 0 → Fe 3+ , Cr 0 → Cr 3+ , Mn 0 → Mn 4+ ,Sn 0 → Sn 4+

Активный металл

8 Al + 15 H 2 SO 4(конц.) →4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
4│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление

4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S­ + 4H 2 O

Металл средней активности

2Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ — окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H 2 SO 4(конц.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ — восстановление

2Ag + 2H 2 SO 4 →Ag 2 SO 4 + SO 2 ­ + 2H 2 O

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O 2:

С + 2H 2 SO 4 (конц) → CO 2 ­ + 2SO 2 ­ + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (конц) → 3SO 2 ­ + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (конц)→5SO 2 ­ + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н 2 SO 4 = К 2 SО 4 + SO 2 + Вr 2 + 2Н 2 О
2 КI + 2Н 2 SО 4 = К 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2Н 2 О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н 2 SO 4 (конц.) = NаНSO 4 + НСl

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 .

Новая тема: Серная кислота – H 2 SO 4

1. Электронная и структурная формулы серой кислоты

*S - сера находится в возбуждённом состоянии 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2

Электронная формула молекулы серной кислоты:

Структурная формула молекулы серной кислоты:

1 H - -2 O -2 O

1 H - -2 O -2 O

2.Получение:

Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы:

S +O 2 +O 2 +H 2 O

FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4

Получают серную кислоту в три стадии:

1стадия. В качестве сырья применяют серу, железный колчедан или сероводород.

4 FeS 2 + 11 O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2 стадия . Окисление SO 2 до SO 3 кислородом при помощи катализатора V 2 O 5

2SO 2 +O 2 =2SO 3 +Q

3стадия . Для превращения SO 3 в серную кислот применяют не воду т.к. происходит сильное разогревание, а концентрированный раствор серной кислоты.

SO 3 +H 2 O H 2 SO 4

В результате получают олеум – раствор SO 3 в серной кислоте.

Схема цепи аппаратов (см.учебник стр.105)

3.Физические свойства.

а) жидкость б) бесцветная в)тяжелая (купоросное масло) г)нелетучая

г) при растворении в воде происходит сильное разогревание (поэтому серную кислоту непременно нужно наливать в воду ,а не наоборот!)

4. Химические свойства Серной кислоты.

Разбавленная H 2 SO 4	Концентрированная H 2 SO 4
Обладает всеми свойствами кислот	Обладает специфическими свойствами
1.Изменяет окраску индикатора: H 2 SO 4 H + +HSO 4 - HSO 4 - H + +SO 4 2- 2.Реагирует с металлами, стоящими до водорода: Zn+ H 2 SO 4 ZnSO 4 +H 2 3.Реагирует с основными и амфотерными оксидами: MgO+ H 2 SO 4 MgSO 4 +H 2 O 4.Взаимодействует с основаниям (реакция нейтрализации) 2NaOH+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2H 2 O при избытке кислоты образуются кислые соли NaOH+H 2 SO 4 NaHSO 4 +H 2 O 5.Реагирует с сухими солями, вытесняя из них другие кислоты (это самая сильная и нелетучая кислота): 2NaCl+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2HCl 6.Реагирует с растворами солей, если при этом образуется нерастворимая соль: BaCl 2 +H 2 SO 4 BaSO 4 +2HCl - белый осадок качественная реакция на ион SO 4 2- 7.При нагревании разлагается: H 2 SO 4 H 2 O+SO 3	1.Концентрированная H 2 SO 4 - сильнейший окислитель, при нагревании она реагирует со всеми металлами (кроме Au и Pt). В этих реакциях в зависимости от активности металла и условий выделяется S,SO 2 или H 2 S Например: Cu+ конц 2H 2 SO 4 CuSO 4 +SO 2 +H 2 O 2.конц. H 2 SO 4 пассивирует железо и алюминий, поэтому её можно перевозить в стальных и алюминиевых цистернах. 3. конц. H 2 SO 4 хорошо поглощает воду H 2 SO 4 +H 2 O H 2 SO 4 *2H 2 O Поэтому она обугливает органические вещества

5.Применение : Серная кислота -один из важнейших продуктов, используемых в различных отраслях промышленности. Основными её потребителями являются производство минеральных удобрений, металлургия, чистка нефтепродуктов. Серная кислота применяется при производстве других кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарств, красок, в качестве электролитов для свинцовых аккумуляторов. (Учебник стр.103).

6.Соли серной кислоты

Серная кислота диссоциирует ступенчато

H 2 SO 4 H + +HSO 4 -

HSO 4 - H + +SO 4 2-

поэтому она образует два вида солее – сульфаты и гидросульфаты

Например: Na 2 SO 4 - сульфат натрия (средняя соль)

Na HSO 4 - гидросульфат натрия (кислая соль)

Наибольшее применение находят:

Na 2 SO 4 * 10H 2 O –глауберова соль (применяется при производстве соды, стекла, в медицине и

ветеринарии.

СaSO 4 *2H 2 O –гипс

СuSO 4 *5H 2 O –медный купорос(применяется в сельском хозяйстве).

Лабораторный опыт

Химические свойства серной кислоты.

Оборудование : Пробирки.

Реактивы: серная кислота, метиловый – оранжевый, цинк, оксид магния, гидроксид натрия и фенолфталеин, карбонат натрия, хлорид бария.

б) Заполни таблицу наблюдений

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 .

Имеет историческое название: купоросное масло. Изучение кислоты началось с древних времен, в своих трудах ее описывали: греческий врач Диоскорид, римский натуралист Плиний Старший, исламские алхимики Гебер, Рази и Ибн Сина, другие. В Шумерах существовал перечень купоросов, которые классифицировались по цвету вещества. В наше время слово «купорос» объединяет кристаллогидраты сульфатов двухвалентных металлов.

В 17 веке, германо-голландский химик Иоган Глаубер получил серную кислоту путем сжигания серы с (KNO3) в присутствии В 1736 году Джошуа Уорд (фармацевт из Лондона) этот метод использовал в производстве. Это время можно считать точкой отсчета, когда в уже крупных масштабах стала выпускаться серная кислота. Формула ее (H2SO4), как принято считать, была установлена шведским химиком Берцелиусом (1779—1848) немого позже.

Берцелиус при помощи буквенных символов (обозначают химические элементы) и нижних цифровых индексов (указывают на количество в молекуле атомов данного вида) установил, что в одной молекуле содержится 1 атом серы (S), 2 атома водорода (H) и 4 атома кислорода (O). С этого времени стал известен качественный и количественный состав молекулы, то есть на языке химии описана серная кислота.

Показывающая в графическом виде взаимное расположение в молекуле атомов и химических связей между ними (их принято обозначать линиями), информирует, что в центре молекулы находится атом серы, который связан двойными связями с двумя атомами кислорода. С другими двумя атомами кислорода, к каждому из которых прикреплен атом водорода, этот же атом серы соединен одинарными связями.

Свойства

Серная кислота — слегка желтоватая или бесцветная, вязкая жидкость, растворимая в воде при любых концентрациях. Она является сильной минеральной отличается высокой агрессивностью по отношению к металлам (концентрированная не взаимодействует с железом без нагревания, а пассивирует его), горным породам, тканям животных или другим материалам. Характеризуется высокой гигроскопичностью и ярко выраженными свойствами сильного окислителя. При температуре 10,4 оС кислота затвердевает. При нагревании до 300 оС почти 99 % кислота теряет серный ангидрид (SO3).

Свойства ее меняются в зависимости от концентрации ее водного раствора. Существуют общепринятые названия растворов кислоты. Разбавленной кислота считается до 10 %. Аккумуляторная — от 29 до 32 %. При концентрации менее 75 % (как установлено в ГОСТ 2184) ее называют башенной. Если концентрация 98 %, то это будет уже серная кислота концентрированная. Формула(химическая или структурная) во всех случаях остается неизменной.

При растворении в серной кислоте концентрированной серного ангидрида образуется олеум или дымящая серная кислота, формула ее может быть записана так: H2S2O7. Чистая кислота (H2S2O7) является твердым веществом с температурой плавления 36 оС. Реакции гидратации серной кислоты характеризуются выделением тепла в большом количестве.

Разбавленная кислота вступает в реакцию с металлами, реагируя с которыми, проявляет свойства сильного окислителя. При этом восстанавливается серная кислота, формула образованных веществ, содержащих восстановленный (до +4, 0 или -2) атом серы, может быть: SO2, S или H2S.

Реагирует с неметаллами, например, углеродом или серой:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Вступает в реакцию с хлоридом натрия:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Для нее характерна реакция электрофильного замещения атома водорода, присоединенного к бензольному кольцу ароматического соединения, на группу —SO3H.

Получение

В 1831 году был запатентован контактный метод получения H2SO4, являющийся в настоящее время основным. Сегодня большая часть серной кислоты производится с использованием этого метода. В качестве сырья применяется сульфидная руда (чаще железный колчедан FeS2), который обжигают в специальных печах, при этом образуется обжиговый газ. Так как температура газа равняется 900 оС, то его охлаждают серной кислотой с концентрацией 70 %. Затем газ в циклоне и электрофильтре очищают от пыли, в промывных башнях кислотой с концентрацией 40 и 10 % от каталитических ядов (As2O5 и фтора), на мокрых электрофильтрах от аэрозоля кислоты. Далее обжиговый газ, содержащий 9 % сернистого ангидрида (SO2), осушают и подают в контактный аппарат. Пройдя через 3 слоя ванадиевого катализатора, SO2 окисляется в SO3. Для растворения образовавшегося серного ангидрида применяется концентрированная серная кислота. Формула раствора серного ангидрида (SO3) в безводной серной кислоте представляет собой H2S2O7. В таком виде олеум в стальных цистернах транспортируется к потребителю, где его разбавляют до нужной концентрации.

Применение

Благодаря различным химическим свойствами, H2SO4 имеет широкий спектр применения. В производстве самой кислоты, как электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах, для изготовления различных чистящих средств, также является важным реагентом в химической промышленности. Она используется также в производстве: спиртов, пластмасс, красителей, резины, эфира, клеев, мыла и моющих средств, фармацевтической продукции, целлюлозы и бумаги, нефтепродуктов.