Какие свойства проявляет серная кислота в окислительно
27 декабря 2018
Автор
КакПросто!
Серная кислота по физическим свойствам – тяжелая маслянистая жидкость. Она не имеет запаха и цвета, гигроскопична, хорошо растворяется в воде. Раствор с содержанием H2SO4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, более 70% – концентрированной.
Для разбавленной серной кислоты характерны все свойства сильных кислот. Она диссоциирует в растворе по уравнению: H2SO4↔2H(+)+SO4(2-), взаимодействует с основными оксидами, основаниями и солями: MgO+H2SO4=MgSO4+H2O, H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O, H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl. Реакция с ионами бария Ba(2+) – качественная реакция на сульфат-ион, при которой выпадает нерастворимый белый осадок BaSO4.
Серная кислота проявляет свойства окислителя: разбавленная – за счет ионов водорода H(+), концентрированная – за счет сульфат-ионов SO4(2-). Сульфат-ионы являются более сильными окислителями, чем ионы водорода.
Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, растворяются в разбавленной серной кислоте. В ходе таких реакций выделяется водород и образуются сульфаты металлов: Zn+H2SO4(разб.)=ZnSO4+H2↑. Металлы, которые стоят в электрохимическом ряду напряжений после водорода, с разбавленной серной кислотой не реагируют.
Концентрированная серная кислота – сильный окислитель, особенно при нагревании. В ней окисляются многие металлы, неметаллы и ряд органических веществ.
Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений после водорода (медь, серебро, ртуть), окисляются до сульфатов. Продуктом восстановления серной кислоты является сернистый газ SO2.
Более активные металлы, такие как цинк, алюминий и магний, в реакции с концентрированной H2SO4 также дают сульфаты, но кислота может восстанавливаться не только до сернистого газа, но и до сероводорода или свободной серы (в зависимости от концентрации): Zn+2H2SO4(конц.)=ZnSO4+SO2↑+2H2O, 3Zn+4H2SO4(конц.)=3ZnSO4+S↓+4H2O, 4Zn+5H2SO4(конц.)=4ZnSO4+H2S↑+4H2O.
Некоторые металлы, такие как железо и алюминий, на холоду пассивируются концентрированной серной кислотой. По этой причине ее часто перевозят в железных цистернах: Fe+H2SO4(конц.)≠(на холоду).
При окислении неметаллов, например, серы и углерода, концентрированная серная кислота восстанавливается до SO2: S+2H2SO4(конц.)=3SO2↑+2H2O, C+2H2SO4=2SO2↑+CO2↑+2H2O.
В промышленности серную кислоту получают в несколько стадий. Сначала обжигом пирита FeS2 получают SO2, затем в присутствии катализатора V2O5 он окисляется в оксид SO3, и уже после SO3 растворяют в серной кислоте. Так образуется олеум. Чтобы получить кислоту требуемой концентрации, полученный олеум осторожно приливают в воду (не наоборот!).
Источник
Решение задач на составление электронных и молекулярных уравнений реакций
Задание 372
Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.
Решение:
Поскольку в Н2S атом серы находится в своей низшей степени окисления -2, то сероводород всегда будет являться восстановителем во всех окислительно-восстановительных реакциях. На воздухе он горит, окисляясь до SO2, в растворах медленно окисляется кислородом воздуха до свободной серы. С галогенами сероводород окисляется до свободной серы, со многими другими окислителями образуется свободная сера или сульфат-ион.
Уравнения реакций взаимодействия сероводорода с хлором и кислородом:
а) реакция сероводорода с хлором
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Cl20 + S2- = S6+ + 2Cl-
Молекулярное уравнение реакции:
H2S+ Cl2 = S↓ + 2HCl
б) реакция сероводорода с кислородом
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
3О20 + 2S2- = 2S4+ + 2О2-
Молекулярное уравнение реакции:
2H2S + 3О2 = 2SО2 + 2H2О
Задание 375
Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной – с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
Решение:
Серная кислота обладает окислительными свойствами, если её концентрация превышает 70%. Только при концентрации больше 70% принято говорить о специфических свойствах H2SO4 как окислителя. Серная кислота проявляет окислительные свойства, потому что атом серы в ней находится в своей высшей степени окисления +6 и может только присоединять электроны, т.е. уменьшать свою степень окисления. Разбавленная серная кислота в реакциях с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов левее водорода, взаимодействует с ними с выделением водорода. При этом происходит изменение степени окисления атомов водорода, образующих ион Н+, а не атомов серы. С металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода разбавленная серная кислота не взаимодействует.
Уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной – с медью
а) взаимодействие разбавленной серной кислоты с магнием
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Mg0 + 2H+ = Mg2+ + H20
Молекулярное уравнение реакции:
Mg0 + H2SO4 = MgSO4+ H2↑
Магний увеличивает свою степень окисления от 0 до +2, т. е. является восстановителем, а водород окислитель, потому что уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.
б) взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью
Уравнения электронного баланса:
Ионно-молекулярное уравнение:
Cu0 + S6+ = Cu2+ + S4+
Молекулярное уравнение реакции:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4+ SO2↑ + 2H2O
Задание 384
Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что – в двух других? Приведите примеры.
Решение:
Действие разбавленной азотной кислоты на металлы заключается в том, что в HNO3 при этом азот уменьшает свою степень окисления от +5 до +2, +1, 0, -3. Объясняется это тем, что при фиксированной концентрации HNO3 могут быть «атакованы» большим числом электронов. Это приводит к снижению степени окисления азота в продуктах восстановления HNO3. Так, для разбавленной HNO3 имеется два случая, характеризующихся выделением NO, при взаимодействии с тяжёлыми металлами, и N2 при взаимодействии окислителя с активными металлами и получаем промежуточный случай для малоактивных металлов продуктом восстановления HNO3 должен являться N2O. Таким образом, при восстановлении HNO3 (разбавленной) активными металлами(от Mg до Cr) продуктом восстановления является N2, а тяжёлыми металлами (от Sb до Au) – NO. Окислителем является атом азота со степенью окисления +5.
Соляная и разбавленная серная кислота при взаимодействии с металлами, стоящими в электротехническом ряду напряжений левее водорода взаимодействуют так, что выделяется Н2. В этом случае окислителем являются ионы водорода Н+, входящие в состав молекул HCl и H2SO4. Хлор и сера вообще не участвуют в окислительном процессе. С металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода, соляная кислота и разбавленная серная кислота не взаимодействует, водород не выделяется.
а) Действие разбавленной азотной кислоты на металлы:
3Cu0 + 8HN 5+O3 = 3Cu2+(NO3)2 + 2N2+O↑ + 4H2O;
4Zn0 + 10HN5+O3 = 4Zn2+(NO3)2 + N3-H4NO3 + 3H2O;
5Mg + 12HNO3 = 5Mg(NO3)2 + N2↑ + H2O;
4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + N2O + 5H2O
б) Действие разбавленной серной кислоты на металлы:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑;
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
в) Действие соляной кислоты на металлы:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑;
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
Таким образом, в разбавленной HNO3 (< 65%) роль окислителя играет атом азота в своей степени окисления +5, который уменьшает свою степень окисления от +5 до 0, +1, +2, +4, -3 в зависимости то активности металла. Роль окислителя в соляной кислоте и в разбавленной серной кислоте (< 70%) и который при взаимодействии данных кислот с металла-ми, стоящими в ряду напряжений левее водорода, уменьшает свою степень окисления от +1 до 0.
Источник
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 ↑
Zn0 – 2e → Zn 2+ восстановитель
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
Al0 – 3e →Al+3 *8 восстановитель
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
Выводы:
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.
Источник
Оксид серы((VI))
Oксид серы(VI) образуется при каталитическом окислении сернистого газа:
2SO2+O2⇄t,k2SO3.
При обычных условиях это жидкость, которая реагирует с водой с образованием серной кислоты:
SO3+H2O=H2SO4.
Эта реакция протекает даже с парами воды. Поэтому оксид серы((VI)) дымит на воздухе.
Особенностью оксида серы((VI)) является его способность растворяться в концентрированной серной кислоте с образованием олеума.
Оксид серы((VI)) — типичный кислотный оксид. Он реагирует с основаниями и основными оксидами c образованием солей:
SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O,
SO3+CaO=CaSO4.
Степень окисления серы в этом оксиде — (+6). Это максимальное значение для серы, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях он может быть только окислителем.
Серная кислота H2SO4 — важнейшее соединение серы. Чистая серная кислота представляет собой бесцветную вязкую маслянистую жидкость, котoрая почти в два раза тяжелее воды.
Серная кислота неограниченно смешивается с водой. Растворение серной кислоты сопровождается сильным разогреванием раствора, и может происходить его разбрызгивание. Поэтому серную кислоту растворяют осторожно: тонкой струйкой кислоту вливают в воду при постоянном перемешивании.
Серная кислота очень гигроскопична и используется для осушки разных веществ.
Химические свойства серной кислоты зависят от её концентрации.
Серная кислота любой концентрации реагирует:
- с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием соли и воды:
H2SO4+CuO=CuSO4+H2O,
H2SO4+Zn(OH)2=ZnSO4+2H2O;
- с солями, если образуется газ или нерастворимое вещество:
H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑,
H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl.
Разбавленная кислота реагирует только с металлами, расположенными в ряду активности до водорода. В реакции образуются сульфаты и выделяется водород. Окислительные свойства в этом случае проявляют атомы водорода:
H2+1SO4+Zn0=Zn+2SO4+H2↑0.
Концентрированная кислота реагирует:
- со всеми металлами, кроме золота и платины, за счёт сильных окислительных свойств атома серы:
2H2S+6O4+Cu0=Cu+2SO4+S+4O2+2H2O.
В реакциях с активными металлами продуктами реакции могут быть сернистый газ, сероводород или сера.
Обрати внимание!
При низкой температуре пассивирует железо и алюминий и с ними не реагирует.
- С твёрдыми солями других кислот:
H2SO4(к)+2NaNO3(тв)=Na2SO4+2HNO3.
- Со многими органическими веществами (происходит обугливание сахара, бумаги, древесины и т. д., так как отнимается вода):
Серная кислота образует два ряда солей. Средние соли называются сульфатами (Na2SO4,CaSO4), а кислые — гидросульфатами (NaHSO4,Ca(HSO4)2).
Качественной реакцией на серную кислоту и её соли является реакция с растворимыми солями бария — выпадает белый осадок сульфата бария:
Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl,SO42−+Ba2+=BaSO4↓.
Серная кислота — одно из важнейших химических веществ. Она используется:
- для получения других кислот;
- для производства минеральных удобрений;
- для очистки нефтепродуктов;
- в свинцовых аккумуляторах;
- в производстве моющих средств, красителей, лекарств.
Соли серной кислоты также находят применение. Медный купорос CuSO4⋅5H2O используется для борьбы с заболеваниями растений, гипс CaSO4⋅2H2O применяется в строительстве, сульфат бария BaSO4 — в медицине.
Источник