Урок №20. Оксид серы (VI). Серная кислота и её соли

Оксид серы (VI)  - SO(серный ангидрид)

 

Физические свойства

Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t°пл. = 17°C; t°кип. = 66°С; на воздухе "дымит", сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах).

SO3 + H2OH2SO4

SO3 хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом. 

Получение

1)      2SO2 + O2   2SO3 (катализатор – V2O5, при 450˚С)

 2)      Fe2(SO4)3   Fe2O3 + 3SO3­ (разложение при нагревании) 

Химические свойства 

1)     Серный ангидрид - кислотный оксид.

Взаимодействие с водой

При растворении в воде дает сильную двухосновную серную кислоту:

SO3 + H2OH2SO4

Диссоциация протекает ступенчато:

H2SO4H+ + HSO4- (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO4-H+ + SO42-  (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H2SO4 образует два ряда солей - средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

Взаимодействие со щелочами 

2NaOH + SO3Na2SO4 + H2O

NaOH + SO3 (избыток) → NaHSO4

Взаимодействие с основными оксидами

Na2O + SO3 → Na2SO4

2)     SO3 - сильный окислитель.

 

СЕРНАЯ КИСЛОТА - H2SO4

 


Физические свойства

Тяжелая маслянистая жидкость ("купоросное масло"); r = 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). 

 Помните!
Кислоту вливать малыми порциями в воду, а не наоборот!

 


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.

Химические свойства разбавленной серной кислоты

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

1) Диссоциация протекает ступенчато:

H2SO4H+ + HSO4- (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO4-H+ + SO42-  (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 левее 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)2Cu2+ + 2H2

5)     Обменные реакции с солями:

образование осадка

BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl

Ba2+ + SO42-BaSO4 

Качественная реакция на сульфат-ион:

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

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↑


Серную кислоту применяют

  • 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 СМС и промежуточные продукты в производстве красителей);
    • и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т PO фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH)SO — 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.


Медный купорос CuSO4•5Н2O широко используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений.


«Глауберова соль» (мирабилит) Nа2SO4•10Н2O была получена немецким химиком  И. Р. Глаубером при действии серной кислоты на хлорид натрия, в медицине ее используют как слабительное средство.


«Бариевая каша» BaSO4 обладает способностью задерживать рентгеновские лучи в значительно большей степени, чем ткани организма. Это позволяет рентгенологам при заполнении «бариевой кашей» полых органов определить в них наличие анатомических изменений.

Гипс СаSO4•2Н2O находит широкое применение в строительном деле, в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок, для изготовления гипсовых скульптур.


Тренажёр №1 - Сероводород. Оксиды серы

Тренажёр №2 - Свойства разбавленной серной кислоты

Это интересно:

ГЛАУБЕР, ИОГАНН РУДОЛЬФ

ГЛАУБЕРОВА СОЛЬ

Задания для закрепления

№1. Осуществите превращения по схеме:

1) Zn ZnSO4Zn(OH)2ZnSO4 BaSO4

2) S →SO2 →SO3→H2SO4 →K2SO4

№2. Закончите уравнения практически осуществимых реакций в полном и кратком ионном виде:

Na2CO3 + H2SO4

Cu + H2SO4 (раствор) →

Al(OH)3 + H2SO4

MgCl2 + H2SO4

№3. Запишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием, гидроксидом железа (III), оксидом алюминия, нитратом бария и сульфитом калия в молекулярном, полном и кратком ионном виде.