Серная кислота и ее соли.

Производство серной кислоты

1-я стадия. Печь для обжига колчедана

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

Процесс гетерогенный:

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):

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

3-я стадия. Поглотительная башня

nSO₃ + H₂SO₄(конц) → (H₂SO₄ • nSO₃) (олеум)

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

Видео "Получение оксида серы(VI) и серной кислоты"

Химические свойства разбавленной серной кислоты

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

1) Диссоциация:

H₂SO₄→ H⁺ + HSO₄^- (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO₄^- → H⁺ + SO₄^2- (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:

Zn⁰ + H₂⁺¹SO₄(разб) → Zn⁺²SO₄ + H₂⁰↑

Zn⁰ + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂⁰↑

3) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O

4) Взаимодействие с основаниями:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O (реакция нейтрализации)

H⁺ + OH^- → H₂O

Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

H₂SO₄ + NaOH → NaНSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

2H⁺ + Cu(OH)₂ → Cu²⁺ + 2H₂O

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

образование осадка

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Качественная реакция на сульфат-ион:

Образование белого осадка BaSO₄ (нерастворимого в кислотах) используется для определения серной кислоты и растворимых сульфатов.

Видео "Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы"

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

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O + CO₂↑

MgCO₃ + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂O + CO₂­↑

Особые свойства концентрированной серной кислоты

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

Опыт " Обугливание сахарозы"

H₂SO₄ + nH₂O = H₂SO₄ · nH₂O + Q

H₂SO₄(конц.)

C₁₂H₂₂O₁₁ (сахароза) → 12С (уголь) + 11 Н₂О

2. Концентрированная H₂SO₄ – сильный окислитель за счет атома S⁺⁶; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться доS⁺⁴O₂, S⁰ или H₂S^-2 (Fe, Al, Cr - пассивируются)

Взаимодействие серной кислоты с металлами разной активности с образованием соли, воды и продукта восстановления серы (S, H₂S, SO₂): ОПЫТ

H₂SO₄ (конц.) + Cu = CuSO₄ + H₂O + SO₂

2Ag⁰ + 2H₂⁺⁶SO₄ → Ag₂⁺¹SO₄ + S⁺⁴O₂­ + 2H₂O

8Na⁰ + 5H₂⁺⁶SO₄ → 4Na₂⁺¹SO₄ + H₂S^-2­ + 4H₂O

3. Серная кислота окисляет неметаллы:

С⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄(конц) → C⁺⁴O₂­ + 2S⁺⁴O₂­ + 2H₂O

S⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄(конц) → 3S⁺⁴O₂­ + 2H₂O

2P⁰ + 5H₂S⁺⁶O₄(конц) → 5S⁺⁴O₂­ + 2H₃P⁺⁵O₄ + 2H₂O

Тренажёр №1 - Свойства концентрированной серной кислоты

Тренажёр №2 - Свойства концентрированной серной кислоты - взаимодействие с металлами

Тренажёр №3 - Обобщающий тест "Элементы подгруппы кислорода и их соединения"

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 пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);

• 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.