Kako sumporna kiselina reagira s metalima? Sumporne kiseline. Upotreba sumporne kiseline

Kemijska svojstva sumporne kiseline su:

1. Interakcija s metalima:

Razrijeđena kiselina otapa samo one metale koji su u naponskom nizu lijevo od vodika, npr. H 2 +1 SO 4 + Zn 0 = H 2 O + Zn +2 SO 4;

Oksidirajuća svojstva sumporne kiseline su velika. U interakciji s različitim metalima (osim Pt, Au), može se reducirati na H 2 S -2, S +4 O 2 ili S 0, na primjer:

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

5H2 +6 SO4 +8Na0 = H2S -2 + 4Na2 +1 SO4 + 4H20;

2. Koncentrirana kiselina H 2 S +6 O 4 također reagira (kada se zagrijava) s nekim nemetalima, pretvarajući se u spojeve sumpora s nižim oksidacijskim stanjem, na primjer:

2H2S +6 O4 + C0 = 2S +4 O2 + C +4 O2 + 2H2O;

2H2S +6 O4 + S0 = 3S +4 O2 + 2H20;

5H2S +604 + 2P0 = 2H3P +504 + 5S +402 + 2H20;

3. S bazičnim oksidima:

H2SO4 + CuO = CuSO4 + H2O;

4. S hidroksidima:

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H20;

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H20;

5. Interakcija sa solima tijekom metaboličkih reakcija:

H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4;

Stvaranje BaSO 4 (bijeli talog netopljiv u kiselinama) koristi se za određivanje ove kiseline i topivih sulfata.

Ideju da atom elementa ima sposobnost "zasićenja" izrazio je 1853. E. Frankland razmatrajući strukturu organometalnih spojeva. Razvijajući ovu ideju, Kekule je 1854. godine prvi izrazio ideju o “bibazičnosti”, odnosno “dvoatomnosti” (kasnije je počeo koristiti izraz “valentnost”) sumpora i kisika, a 1857. je sve elemente podijelio na jedno-, dvo- i trobazni; Kekule (istodobno s njemačkim kemičarom G. Kolbeom) identificirao je ugljik kao četveroatomski element. Godine 1858. Kekule (u isto vrijeme kao i škotski kemičar A. Cooper) ukazao je na sposobnost ugljikovih atoma da formiraju lance kada su njihove "jedinice afiniteta" zasićene. Ova mehanička doktrina povezivanja atoma u lanac kako bi se formirale molekule činila je osnovu teorije kemijske strukture.

Godine 1865. Kekule je predložio da molekula benzena ima oblik pravilnog šesterokuta kojeg čini šest atoma ugljika na koje je vezano šest atoma vodika. Kombinirajući ideju o formiranju lanaca s doktrinom postojanja višestrukih veza, došao je do ideje o izmjeničnim jednostrukim i dvostrukim vezama u benzenskom prstenu (slične strukturne formule predložio je malo prije I. Loschmidt) . Unatoč tome što je ova teorija odmah naišla na prigovore, brzo je zaživjela u znanosti i praksi.

Kekuleov koncept otvorio je put utvrđivanju strukture mnogih cikličkih (aromatskih) spojeva. Kako bi objasnio nesposobnost benzena da doda halogenovodike, Kekulé je 1872. iznio oscilatornu hipotezu, prema kojoj jednostruke i dvostruke veze u benzenu stalno mijenjaju mjesta. Godine 1867. Kekule je objavio rad o prostornom rasporedu atoma u molekuli, gdje je ukazao da veze ugljikovog atoma ne moraju biti u istoj ravnini.

Kekule je nekoliko godina bio predsjednik Njemačkog kemijskog društva. Bio je jedan od organizatora Međunarodnog kongresa kemičara u Karlsruheu (1860). Kekuleova pedagoška djelatnost bila je vrlo plodna. Autor je nadaleko hvaljenog Udžbenika organske kemije (1859.-1861.). Brojni Kekuleovi učenici postali su izvrsni kemičari; Među njima posebno možemo istaknuti L. Meyera, J. Van't Hoffa, A. Bayera i E. Fischera.

BUTLEROV, Aleksandar Mihajlovič

Ruski kemičar Aleksandar Mihajlovič Butlerov rođen je u Čistopolju, Kazanska gubernija, u obitelji zemljoposjednika, umirovljenog časnika. Rano izgubivši majku, Butlerov je odgajan u jednom od privatnih internata u Kazanu, a zatim je studirao u Kazanjskoj gimnaziji. Sa šesnaest godina upisao se na odjel za fiziku i matematiku Sveučilišta u Kazanu, koje je u to vrijeme bilo središte istraživanja prirodnih znanosti u Rusiji.

U prvim godinama studentskog života Butlerov se zanimao za botaniku i zoologiju, ali potom se pod utjecajem predavanja K. K. Klausa i N. N. Zinina zainteresirao za kemiju i odlučio se posvetiti ovoj znanosti. Godine 1849. Butlerov je diplomirao na sveučilištu i, na Klausov prijedlog, zadržan je na katedri kao nastavnik. Godine 1851. obranio je magistarski rad "O oksidaciji organskih spojeva", a 1854. doktorsku tezu "O eteričnim uljima". Godine 1854. Butlerov je postao izvanredni, a 1857. - redovni profesor kemije na Sveučilištu u Kazanu.

Tijekom putovanja u inozemstvo 1857.-1858. Butlerov je upoznao mnoge vodeće kemičare u Europi i sudjelovao na sastancima novoorganiziranog Pariškog kemijskog društva. U laboratoriju S. A. Wurtza, Butlerov je započeo niz eksperimentalnih istraživanja, koja su poslužila kao osnova za teoriju kemijske strukture. Njegove glavne odredbe formulirao je u izvješću "O kemijskoj strukturi tvari", pročitanom na Kongresu njemačkih prirodoslovaca i liječnika u Speyeru (rujan 1861.).

Temelji ove teorije formulirani su na sljedeći način: 1) “Pod pretpostavkom da svaki kemijski atom karakterizira samo određena i ograničena količina kemijske sile (afiniteta) s kojom sudjeluje u formiranju tijela, nazvao bih to kemijskim veza, odnosno način međusobnog povezivanja, kemijska struktura atoma u složenom tijelu"; 2) “... kemijska priroda složene čestice određena je prirodom njenih elementarnih komponenti, njihovom količinom i kemijskom strukturom.”

Sve druge odredbe klasične teorije kemijske strukture izravno su ili neizravno povezane s ovim postulatima. Butlerov ocrtava put određivanja kemijske strukture i formulira pravila koja se u tom slučaju mogu slijediti. On daje prednost sintetskim reakcijama koje se provode u uvjetima u kojima radikali uključeni u njih zadržavaju svoju kemijsku strukturu.

Ostavljajući otvorenim pitanje preferiranog oblika formula za kemijsku strukturu, Butlerov je govorio o njihovom značenju: „... kad postanu poznati opći zakoni ovisnosti kemijskih svojstava tijela o njihovoj kemijskoj strukturi, tada će takva formula biti izraz svih ovih svojstava.” Istovremeno, Butlerov je bio uvjeren da strukturne formule ne mogu biti samo konvencionalna slika molekula, već moraju odražavati njihovu stvarnu strukturu. Naglasio je da svaka molekula ima vrlo specifičnu strukturu i ne može kombinirati nekoliko takvih struktura.

Od velike važnosti za razvoj teorije kemijske strukture bila je njezina eksperimentalna potvrda u radovima kako samog Butlerova, tako i njegove škole. Butlerov je predvidio i potom dokazao postojanje položajne i skeletne izomerije. Dobivši tercijarni butilni alkohol, uspio je dešifrirati njegovu strukturu i dokazao (zajedno sa svojim studentima) prisutnost izomera. Godine 1864. Butlerov je predvidio postojanje dva butana i tri pentana, a kasnije i izobutilena.

Također je sugerirao postojanje četiri valerijanske kiseline; strukturu prve tri odredio je 1871. E. Erlenmeyer, a četvrtu je dobio sam Butlerov 1872. Da bi ideje teorije kemijske strukture proveo kroz cjelokupnu organsku kemiju, Butlerov je 1864.-1866. u Kazanu knjiga “Uvod u cjeloviti studij organske kemije”, 2. izd. koji je objavljen već 1867-1868. na njemačkom jeziku.

Godine 1868., na preporuku D. I. Mendeljejeva, Butlerov je izabran za redovnog profesora na Sveučilištu u Sankt Peterburgu, gdje je radio do kraja života. Godine 1870. postao je izvanredni, a 1874. - obični akademik Peterburške akademije znanosti. Od 1878. do 1882. bio je predsjednik i predsjedavajući Kemijskog odjela Ruskog fizikalno-kemijskog društva.

Butlerovljeva nastavnička karijera trajala je 35 godina i odvijala se u tri visokoškolske ustanove: Kazanskom, Petrogradskom sveučilištu i Višim ženskim tečajevima (sudjelovao je u njihovoj organizaciji 1878.). Mnogi njegovi učenici radili su pod vodstvom Butlerova, među kojima se mogu navesti V.V. Markovnikov, F. M. Flavitsky, A. M. Zaitsev (u Kazanu), A. E. Favorsky, I. L. Kondakov (u St. Petersburgu). Butlerov je postao utemeljitelj poznate kazanske (“Butlerov”) škole organskih kemičara. Butlerov je također održao mnoga popularna predavanja, uglavnom o kemijskim i tehničkim temama.

Osim kemije, Butlerov je mnogo pažnje posvetio praktičnim pitanjima poljoprivrede, vrtlarstva, pčelarstva, a kasnije i uzgoja čaja na Kavkazu. Od kasnih 1860-ih. Butlerov se aktivno zanimao za spiritualizam i medijumstvo, čemu je posvetio nekoliko članaka; Ova Butlerova strast i njegovi pokušaji da spiritualizmu da znanstvenu osnovu postali su razlogom njegove polemike s Mendeljejevim. Butlerov je umro u selu. Butlerovka Kazanske gubernije, prije konačnog priznanja njegove teorije. Dva najznačajnija ruska kemičara - D. I. Mendeljejev i N. A. Menšutkin - tek deset godina nakon Butlerovljeve smrti priznali su valjanost teorije kemijske strukture.

Reakcija trimerizacije benzena

OVR-ovi su u članku posebno istaknuti bojom. Obratite posebnu pozornost na njih. Ove se jednadžbe mogu pojaviti na jedinstvenom državnom ispitu.

Razrijeđena sumporna kiselina ponaša se kao druge kiseline, skrivajući svoje oksidativne sposobnosti:

I još jedna stvar koju treba zapamtiti razrijeđena sumporna kiselina: ona ne reagira s olovom. Komad olova bačen u razrijeđenu H2SO4 postaje prekriven slojem netopljivog (vidi tablicu topljivosti) olovnog sulfata i reakcija odmah prestaje.

Oksidirajuća svojstva sumporne kiseline

– teška uljasta tekućina, neisparljiva, bez okusa i mirisa

Zbog sumpora u oksidacijskom stupnju +6 (više), sumporna kiselina poprima jaka oksidacijska svojstva.

Pravilo za zadatak 24 (stari A24) kod pripreme otopina sumporne kiseline U njega nikada ne smijete sipati vodu. Koncentriranu sumpornu kiselinu treba sipati u vodu u tankom mlazu uz stalno miješanje.

Reakcija koncentrirane sumporne kiseline s metalima

Ove reakcije su strogo standardizirane i slijede shemu:

H2SO4(konc.) + metal → metalni sulfat + H2O + reducirani sumporni produkt.

Postoje dvije nijanse:

1) Aluminij, željezo I krom U normalnim uvjetima ne reagiraju s H2SO4 (konc.) zbog pasivizacije. Treba se zagrijati.

2) C platina I zlato H2SO4 (konc) uopće ne reagira.

Sumpor V koncentrirana sumporna kiselina- oksidans

  • To znači da će se sam oporaviti;
  • stupanj oksidacije do kojeg se reducira sumpor ovisi o metalu.

Razmotrimo dijagram stanja oksidacije sumpora:

  • Prije -2 sumpor mogu reducirati samo vrlo aktivni metali – u nizu napona do i uključujući aluminij.

Reakcije će ići ovako:

8Li+5H 2 TAKO 4( konc. .) → 4Li 2 TAKO 4 + 4H 2 O+H 2 S

4Mg + 5H 2 TAKO 4( konc. .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O+H 2 S

8Al + 15H 2 TAKO 4( konc. .) (t) → 4Al 2 (TAKO 4 ) 3 +12H 2 O+3H 2 S

  • pri interakciji H2SO4 (konc) s metalima u nizu napona nakon aluminija, ali prije željeza, odnosno kod metala s prosječnom aktivnošću sumpor se reducira na 0 :

3Mn + 4H 2 TAKO 4( konc. .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 TAKO 4( konc. .) (t)→Cr 2 (TAKO 4 ) 3 + 4H 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 TAKO 4( konc. .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O+S↓

  • svi ostali metali počevši od hardvera u brojnim naponima (uključujući one nakon vodika, osim zlata i platine, naravno), oni mogu reducirati sumpor samo na +4. Budući da su to nisko aktivni metali:

2 Fe + 6 H 2 TAKO 4 (konc.) ( t)→ Fe 2 ( TAKO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 TAKO 2

(imajte na umu da željezo oksidira do +3, najvišeg mogućeg stupnja oksidacije, jer je jako oksidacijsko sredstvo)

Cu+2H 2 TAKO 4( konc. .) → CuSO 4 + 2H 2 O+SO 2

2Ag + 2H 2 TAKO 4( konc. .) → Ag 2 TAKO 4 + 2H 2 O+SO 2

Naravno, sve je relativno. Dubina oporabe ovisit će o mnogim čimbenicima: koncentraciji kiseline (90%, 80%, 60%), temperaturi itd. Stoga je nemoguće potpuno točno predvidjeti proizvode. Gornja tablica također ima svoj približni postotak, ali možete ga koristiti. Također je potrebno zapamtiti da u Jedinstvenom državnom ispitu, kada proizvod reduciranog sumpora nije naznačen, a metal nije osobito aktivan, tada, najvjerojatnije, sastavljači misle na SO 2. Morate sagledati situaciju i tražiti tragove u uvjetima.

TAKO 2 - ovo je općenito uobičajeni proizvod ORR-a uz sudjelovanje konc. sumporne kiseline.

H2SO4 (konc) oksidira neke nemetali(koji pokazuju redukcijska svojstva), u pravilu, do maksimuma - najvišeg stupnja oksidacije (formira se oksid ovog nemetala). U ovom slučaju, sumpor se također reducira na SO 2:

C+2H 2 TAKO 4( konc. .) → CO 2 + 2H 2 O+2SO 2

2P+5H 2 TAKO 4( konc. .) →P 2 O 5 +5H 2 O+5SO 2

Svježe formirani fosforov oksid (V) reagira s vodom i proizvodi ortofosfornu kiselinu. Stoga se reakcija odmah bilježi:

2P+5H 2 TAKO 4( konc. ) → 2H 3 P.O. 4 + 2H 2 O+5SO 2

Ista stvar s borom, pretvara se u ortobornu kiselinu:

2B+3H 2 TAKO 4( konc. ) → 2H 3 B.O. 3 +3SO 2

Vrlo je zanimljiva interakcija sumpora sa stupnjem oksidacije +6 (u sumpornoj kiselini) s "drugim" sumporom (koji se nalazi u drugom spoju). U okviru Jedinstvenog državnog ispita razmatra se interakcija H2SO4 (konc.). sa sumporom (jednostavna tvar) i sumporovodikom.

Počnimo s interakcijom sumpor (jednostavna tvar) s koncentriranom sumpornom kiselinom. U jednostavnoj tvari stupanj oksidacije je 0, u kiselini je +6. U ovom ORR-u, sumpor +6 će oksidirati sumpor 0. Pogledajmo dijagram oksidacijskih stanja sumpora:

Sumpor 0 će oksidirati, a sumpor +6 će se reducirati, odnosno sniziti stupanj oksidacije. Sumporni dioksid će se osloboditi:

2 H 2 TAKO 4 (konc.) + S → 3 TAKO 2 + 2 H 2 O

Ali u slučaju sumporovodika:

Nastaju i sumpor (jednostavna tvar) i sumporov dioksid:

H 2 TAKO 4( konc. .) +H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O

Ovo načelo često može pomoći u identificiranju ORR proizvoda gdje su oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo isti element, u različitim oksidacijskim stanjima. Oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo "nalaze se na pola puta" prema dijagramu oksidacijskog stanja.

H2SO4 (konc), ovako ili onako, stupa u interakciju s halogenidima. Samo ovdje morate shvatiti da su fluor i klor "sami s brkovima" i ORR se ne javlja kod fluorida i klorida, prolazi konvencionalni proces ionske izmjene tijekom kojeg nastaje plin vodikov halid:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HF

Ali halogeni u sastavu bromida i jodida (kao i u sastavu odgovarajućih halogenovodika) oksidiraju se u slobodne halogene. Samo se sumpor reducira na različite načine: jodid je jače redukcijsko sredstvo od bromida. Stoga jodid reducira sumpor u vodikov sulfid, a bromid u sumporov dioksid:

2H 2 TAKO 4( konc. .) + 2NaBr → Na 2 TAKO 4 + 2H 2 O+SO 2 +Br 2

H 2 TAKO 4( konc. .) + 2HBr → 2H 2 O+SO 2 +Br 2

5H 2 TAKO 4( konc. .) + 8NaI → 4Na 2 TAKO 4 + 4H 2 O+H 2 S+4I 2

H 2 TAKO 4( konc. .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2

Klorovodik i fluorovodik (kao i njihove soli) otporni su na oksidirajuće djelovanje H2SO4 (konc.).

I na kraju, zadnja stvar: ovo je jedinstveno za koncentriranu sumpornu kiselinu, nitko drugi to ne može. Ona ima svojstvo uklanjanja vode.

To omogućuje upotrebu koncentrirane sumporne kiseline na različite načine:

Prvo, sušenje tvari. Koncentrirana sumporna kiselina uklanja vodu iz tvari i ona "postaje suha".

Drugo, katalizator u reakcijama u kojima se eliminira voda (na primjer, dehidracija i esterifikacija):

H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (konc.)) → H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O

H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (konc.)) → H 2 C =CH 2 + H 2 O

Koncentrirana kiselina, sigurnosne mjere pri radu.

SUMPORNE KISELINE. FIZIČKA I KEMIJSKA SVOJSTVA.

Fizička svojstva: Bezvodna sumporna kiselina je bezbojna uljasta tekućina koja kristalizira pri 10,5 0 C. Miješa se s vodom u bilo kojem omjeru. Kada se otopi u vodi, oslobađa se velika količina

toplina. U tom slučaju nastaju hidrati sumporne kiseline.

Jer otapanje H 2 SO 4 u vodi popraćeno je oslobađanjem velike količine topline; ovaj postupak mora biti izveden s velikom pažnjom. Kako bi se izbjeglo prskanje zagrijanog površinskog sloja otopine, sumpornu kiselinu treba uliti u vodu.

Koncentrirana sumporna kiselina snažno apsorbira vlagu i stoga se koristi za sušenje plinova.

KEMIJSKA SVOJSTVA SUMPORNE KISELINE.

To je dvobazna kiselina.

Strukturna formula:


Koncentrirana sumporna kiselina - energetski oksidacijski agens :

1. Kada se zagrijava, oksidira većinu metala, uključujući bakar, srebro i živu. Ovisno o aktivnosti metala, produkti redukcije mogu biti: S0, SO2, H2S, ali češće do SO2.

Na primjer: u interakciji s bakrom i drugim nisko aktivnim metalima pri zagrijavanju nastaje SO 2.

Cu + 2 H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

Reducentni oksidans


Cu 0 - 2ē - Cu +2 1 ok, drago mi je

SO 4 2- + 4H - +2ē - SO 2 0 +2H 2 O 1 Ave. Nedjelja ok

Na hladnoći, koncentrirana sumporna kiselina (iznad 93%) ne stupa u interakciju s aktivnim metalima kao što su aluminij, željezo i krom.

Ovaj fenomen se objašnjava pasivizacijom metala. Ova značajka sumporne kiseline naširoko se koristi za transport potonje u spremnicima od željeza.



2. Kada se kuha, oksidira nemetale kao što su sumpor i ugljik:

S + 2 H 2 SO 4 = 3 SO 2 + 2 H 2 O

C + 2 H 2 SO 4 = CO 2 + 2 SO 2 + 2 H 2 O

3. Učinak uklanjanja vode (pougljenje).

SVOJSTVA RAZRIJEĐENE SUMPORNE KISELINE.

1. Mijenja boju indikatora.

2. Interakcija s bazičnim i amfoternim oksidima:

Na 2 O + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O

ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O

3. S bazama (reakcija neutralizacije):

H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + H 2 O

3H 2 SO 4 + 2 Al(OH) 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 6 H 2 O

4. Sa solima:

H 2 SO 4 + Ba(NO 3) 2 = BaSO 4 ↓+ 2 HNO 3

Zaključci:

1. Bezvodna sumporna kiselina je bezbojna uljasta tekućina koja kristalizira pri 10,5 0 C. Može se miješati s vodom u bilo kojem omjeru.

2. Jer otapanje H 2 SO 4 u vodi popraćeno je oslobađanjem velike količine topline; ovaj postupak mora biti izveden s velikom pažnjom. Kako bi se izbjeglo prskanje zagrijanog površinskog sloja otopine, sumpornu kiselinu treba uliti u vodu.

3. Koncentrirana sumporna kiselina snažno upija vlagu i stoga se koristi za sušenje plinova.

4. Sumporna kiselina je dvobazna kiselina.

5. Koncentrirana sumporna kiselina - energetski oksidacijski agens .

· Kada se zagrijava, oksidira većinu metala, uključujući bakar, srebro i živu. Ovisno o aktivnosti metala, produkti redukcije mogu biti: S0, SO2, H2S, ali češće do SO2.

· .Na hladnom, koncentrirana sumporna kiselina (iznad 93%) ne stupa u interakciju s aktivnim metalima kao što su aluminij, željezo, krom.

· Kada se kuha, oksidira nemetale kao što su sumpor i ugljik.

· Djelovanje uklanjanja vode (pougljenje).

6. SVOJSTVA RAZRIJEĐENE SUMPORNE KISELINE.

· Mijenja boju indikatora.

· Interakcija sa:

· s bazičnim i amfoternim oksidima.

· S bazama (reakcija neutralizacije).

· Sa solima.

Sulfati. Kvalitativna reakcija na sulfatni ion

Reagens za sulfatni ion je barijev klorid.

Barijev klorid BaCl2 iz razrijeđenih otopina sulfata taloži bijeli kristalni, netopljivi talog barijevog sulfata:

BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2 NaCl

Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓

farmakopejska reakcija.

Tehnika: do 2 kapi otopine natrijevog sulfata Na2SO4 dodajte otopinu barijevog klorida BaCl2 i promatrati oborine.

Zaključci:

1. Reagens za sulfatni ion je barijev klorid.

2.Barijev klorid BaCl2 Taloži bijeli, kristalni, netopljivi talog barijevog sulfata iz razrijeđenih otopina sulfata.

Svaka kiselina je složena tvar čija molekula sadrži jedan ili više vodikovih atoma i kiselinski ostatak.

Formula sumporne kiseline je H2SO4. Prema tome, molekula sumporne kiseline sadrži dva atoma vodika i kiselinski ostatak SO4.

Sumporna kiselina nastaje kada sumporni oksid reagira s vodom

SO3+H2O -> H2SO4

Čista 100% sumporna kiselina (monohidrat) teška je tekućina, viskozna poput ulja, bez boje i mirisa, kiselkastog "bakrenog" okusa. Već na temperaturi od +10 ° C stvrdnjava se i pretvara u kristalnu masu.

Koncentrirana sumporna kiselina sadrži približno 95% H2SO4. I stvrdnjava se na temperaturama ispod –20°C.

Interakcija s vodom

Sumporna kiselina dobro se otapa u vodi, miješajući se s njom u bilo kojem omjeru. Time se oslobađa velika količina topline.

Sumporna kiselina može apsorbirati vodenu paru iz zraka. Ovo se svojstvo koristi u industriji za sušenje plinova. Plinovi se suše propuštanjem kroz posebne spremnike sa sumpornom kiselinom. Naravno, ova metoda se može koristiti samo za one plinove koji ne reagiraju s njim.

Poznato je da kada sumporna kiselina dođe u dodir s mnogim organskim tvarima, osobito ugljikohidratima, te tvari pougljenje. Činjenica je da ugljikohidrati, poput vode, sadrže i vodik i kisik. Sumporna kiselina im oduzima te elemente. Ono što ostaje je ugljen.

U vodenoj otopini H2SO4 indikatori lakmus i metiloranž pocrvene, što ukazuje da je ova otopina kiselkastog okusa.

Interakcija s metalima

Kao i svaka druga kiselina, sumporna kiselina je sposobna zamijeniti atome vodika s atomima metala u svojoj molekuli. U interakciji je s gotovo svim metalima.

Razrijeđena sumporna kiselina reagira s metalima poput obične kiseline. Kao rezultat reakcije nastaje sol s kiselim ostatkom SO4 i vodikom.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

A koncentrirana sumporna kiselina je vrlo jak oksidans. Oksidira sve metale, bez obzira na njihov položaj u nizu napona. A kada reagira s metalima, sam se reducira na SO2. Vodik se ne oslobađa.

Su + 2 H2SO4 (konc) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (konc.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Ali zlato, željezo, aluminij i metali platinske skupine ne oksidiraju u sumpornoj kiselini. Stoga se sumporna kiselina prevozi u čeličnim cisternama.

Soli sumporne kiseline koje nastaju kao rezultat takvih reakcija nazivaju se sulfati. Bezbojni su i lako kristaliziraju. Neki od njih su visoko topljivi u vodi. Malo su topljivi samo CaSO4 i PbSO4. BaSO4 je gotovo netopljiv u vodi.

Interakcija s bazama


Reakcija između kiselina i baza naziva se reakcija neutralizacije. Kao rezultat reakcije neutralizacije sumporne kiseline nastaje sol koja sadrži kiselinski ostatak SO4 i vodu H2O.

Primjeri reakcija neutralizacije sumporne kiseline:

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Sumporna kiselina reagira neutralizacijom s topivim i netopivim bazama.

Budući da molekula sumporne kiseline ima dva atoma vodika, a za njezinu neutralizaciju potrebne su dvije baze, klasificira se kao dvobazna kiselina.

Interakcija s bazičnim oksidima

Iz školskog tečaja kemije znamo da su oksidi složene tvari koje sadrže dva kemijska elementa, od kojih je jedan kisik u oksidacijskom stanju -2. Bazični oksidi nazivaju se oksidi 1, 2 i nekih 3 valentnih metala. Primjeri bazičnih oksida: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.

Sumporna kiselina reagira s bazičnim oksidima u reakciji neutralizacije. Kao rezultat te reakcije, kao i u reakciji s bazama, nastaju sol i voda. Sol sadrži kiseli ostatak SO4.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Interakcija sa solima

Sumporna kiselina reagira sa solima slabijih ili hlapljivih kiselina, istiskujući te kiseline iz njih. Kao rezultat te reakcije nastaju sol s kiselim ostatkom SO4 i kiselina

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Primjena sumporne kiseline i njezinih spojeva


Barijeva kaša BaSO4 može blokirati X-zrake. Ispunivši njime šuplje organe ljudskog tijela, radiolozi ih pregledavaju.

U medicini i građevinarstvu naširoko se koriste prirodni gips CaSO4 * 2H2O i kristalni hidrat kalcijevog sulfata. Glauberova sol Na2SO4 * 10H2O koristi se u medicini i veterini, u kemijskoj industriji - za proizvodnju sode i stakla. Bakreni sulfat CuSO4 * 5H2O poznat je vrtlarima i agronomima koji ga koriste za borbu protiv štetočina i biljnih bolesti.

Sumporna kiselina ima široku primjenu u raznim industrijama: kemijskoj, obradi metala, naftnoj, tekstilnoj, kožarskoj i dr.

U tehnici se sumpornom kiselinom naziva njezina smjesa s vodom i sumpornim anhidridom SO3. Ako je molarni odnos SO3:H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 - otopina SO3 u sumpornoj kiselini (oleum).

  • 1 Naslov
  • 2 Fizikalna i fizikalno-kemijska svojstva
    • 2.1 Oleum
  • 3 Kemijska svojstva
  • 4 Primjena
  • 5 Toksični učinak
  • 6 Povijesni podaci
  • 7 Dodatne informacije
  • 8 Priprema sumporne kiseline
    • 8.1 Prva metoda
    • 8.2 Druga metoda
  • 9 Standardi
  • 10 Bilješke
  • 11 Književnost
  • 12 Veze

Ime

U 18.-19. stoljeću sumpor za barut proizvodio se iz sumpornog pirita (pirita) u tvornicama vitriola. Sumporna kiselina u to se vrijeme nazivala "ulje vitriola" (u pravilu je to bio kristalni hidrat, konzistencije koja je podsjećala na ulje), očito otuda i naziv njenih soli (ili bolje rečeno kristalnih hidrata) - vitriol .

Fizikalna i fizikalno-kemijska svojstva

Vrlo jaka kiselina, na 18°C ​​​​pKa (1) = −2,8, pKa (2) = 1,92 (K₂ 1,2·10−2); duljine veza u molekuli S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kut HOSOH 104°, OSO 119°; vrije, tvoreći azeotropnu smjesu (98,3% H2SO4 i 1,7% H2O s vrelištem od 338,8 ° C). Sumporna kiselina koja odgovara 100%-tnom sadržaju H2SO4 ima sljedeći sastav (%): H2SO4 99,5, HSO4− - 0,18, H3SO4+ - 0,14, H3O+ - 0,09, H2S2O7 - 0,04, HS2O7⁻ - 0,05. Miješa se s vodom i SO3, u svim omjerima. U vodenim otopinama sumporna kiselina gotovo potpuno disocira na H3O+, HSO3+ i 2HSO₄−. Tvori H2SO4 nH2O hidrate, gdje je n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.

Oleum

Glavni članak: Oleum

Otopine sumpornog anhidrida SO3 u sumpornoj kiselini nazivaju se oleum, tvore dva spoja H2SO4 SO3 i H2SO4 2SO3.

Oleum također sadrži pirosumporne kiseline, dobivene reakcijama:

Vrelište vodenih otopina sumporne kiseline raste s povećanjem njezine koncentracije i doseže maksimum pri sadržaju od 98,3% H2SO4.

Svojstva vodenih otopina sumporne kiseline i oleuma
Sadržaj % po težini Gustoća na 20 ℃, g/cm³ Talište, ℃ Vrelište, ℃
H2SO4 SO3 (besplatno)
10 - 1,0661 −5,5 102,0
20 - 1,1394 −19,0 104,4
40 - 1,3028 −65,2 113,9
60 - 1,4983 −25,8 141,8
80 - 1,7272 −3,0 210,2
98 - 1,8365 0,1 332,4
100 - 1,8305 10,4 296,2
104,5 20 1,8968 −11,0 166,6
109 40 1,9611 33,3 100,6
113,5 60 2,0012 7,1 69,8
118,0 80 1,9947 16,9 55,0
122,5 100 1,9203 16,8 44,7

Vrelište oleuma opada s povećanjem sadržaja SO3. S povećanjem koncentracije vodenih otopina sumporne kiseline ukupni tlak pare iznad otopina opada i doseže minimum pri sadržaju od 98,3% H2SO4. Kako se koncentracija SO3 u oleumu povećava, ukupni tlak pare iznad njega raste. Tlak pare iznad vodenih otopina sumporne kiseline i oleuma može se izračunati pomoću jednadžbe:

vrijednosti koeficijenata A i ovise o koncentraciji sumporne kiseline. Para nad vodenim otopinama sumporne kiseline sastoji se od smjese vodene pare, H2SO4 i SO3, a sastav pare razlikuje se od sastava tekućine pri svim koncentracijama sumporne kiseline, osim kod odgovarajuće azeotropne smjese.

S povećanjem temperature disocijacija se povećava:

Jednadžba za temperaturnu ovisnost konstante ravnoteže:

Pri normalnom tlaku, stupanj disocijacije: 10⁻5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).

Gustoća 100% sumporne kiseline može se odrediti jednadžbom:

Povećanjem koncentracije otopina sumporne kiseline njihov toplinski kapacitet opada i doseže minimum za 100% sumpornu kiselinu; toplinski kapacitet oleuma raste s povećanjem sadržaja SO3.

S povećanjem koncentracije i smanjenjem temperature toplinska vodljivost λ opada:

gdje je C koncentracija sumporne kiseline, u%.

Oleum H2SO4·SO3 ima najveću viskoznost, s porastom temperature η opada. Električni otpor sumporne kiseline je najmanji pri koncentracijama SO3 i 92% H2SO4, a najveći pri koncentracijama od 84 i 99,8% H2SO4. Za oleum minimalni ρ je pri koncentraciji od 10% SO3. S povećanjem temperature raste ρ sumporne kiseline. Dielektrična konstanta 100% sumporne kiseline 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krioskopska konstanta 6,12, ebulioskopska konstanta 5,33; koeficijent difuzije para sumporne kiseline u zraku varira ovisno o temperaturi; D = 1,67·10⁻5T3/2 cm²/s.

Kemijska svojstva

Sumporna kiselina u koncentriranom obliku kada se zagrijava je prilično jak oksidans; oksidira HI i djelomično HBr u slobodne halogene, ugljik u CO2, sumpor u SO2, oksidira mnoge metale (Cu, Hg, osim zlata i platine). U tom se slučaju koncentrirana sumporna kiselina reducira u SO2, na primjer:

Najjači redukcijski agensi reduciraju koncentriranu sumpornu kiselinu na S i H2S. Koncentrirana sumporna kiselina apsorbira vodenu paru, pa se koristi za sušenje plinova, tekućina i krutina, npr. u eksikatorima. Međutim, koncentrirana H2SO4 djelomično se reducira vodikom, zbog čega se ne može koristiti za sušenje. Odvajanjem vode od organskih spojeva i ostavljanjem crnog ugljika (drveni ugljen), koncentrirana sumporna kiselina dovodi do pougljenjenja drva, šećera i drugih tvari.

Razrijeđeni H2SO4 svojim oslobađanjem stupa u interakciju sa svim metalima koji se nalaze u nizu elektrokemijskog napona lijevo od vodika, na primjer:

Oksidirajuća svojstva razrijeđene H2SO4 nisu karakteristična. Sumporna kiselina tvori dvije serije soli: srednje - sulfate i kisele - hidrosulfate, kao i estere. Poznate su peroksomonosumporna kiselina (ili karo kiselina) H2SO5 i peroksodisumporna kiselina H2S2O8.

Sumporna kiselina također reagira s bazičnim oksidima, stvarajući sulfat i vodu:

U pogonima za obradu metala otopina sumporne kiseline koristi se za uklanjanje sloja metalnog oksida s površine metalnih proizvoda koji su tijekom proizvodnog procesa izloženi visokoj toplini. Dakle, željezni oksid se uklanja s površine željeznog lima djelovanjem zagrijane otopine sumporne kiseline:

Kvalitativna reakcija na sumpornu kiselinu i njezine topljive soli je njihova interakcija s topljivim solima barija, što rezultira stvaranjem bijelog taloga barijevog sulfata, netopljivog u vodi i kiselinama, na primjer:

Primjena

Sumporna kiselina se koristi:

  • u preradi ruda, osobito u vađenju rijetkih elemenata, uklj. uran, iridij, cirkonij, osmij itd.;
  • u proizvodnji mineralnih gnojiva;
  • kao elektrolit u olovnim baterijama;
  • za dobivanje raznih mineralnih kiselina i soli;
  • u proizvodnji kemijskih vlakana, boja, dima i eksploziva;
  • u naftnoj, metaloprerađivačkoj, tekstilnoj, kožarskoj i drugim industrijama;
  • u prehrambenoj industriji - registriran kao dodatak hrani E513(emulgator);
  • u industrijskoj organskoj sintezi u reakcijama:
    • dehidracija (proizvodnja dietil etera, estera);
    • hidratacija (etanol iz etilena);
    • sulfonacija (sintetski deterdženti i međuproizvodi u proizvodnji bojila);
    • alkilacija (proizvodnja izooktana, polietilen glikola, kaprolaktama) itd.
    • Za obnavljanje smola u filtrima u proizvodnji destilirane vode.

Svjetska proizvodnja sumporne kiseline iznosi cca. 160 milijuna tona godišnje. Najveći potrošač sumporne kiseline je proizvodnja mineralnih gnojiva. P₂O₅ fosforna gnojiva troše 2,2-3,4 puta veću masu sumporne kiseline, a (NH₄)₂SO₄ sumporna kiselina troši 75% mase potrošene (NH₄)₂SO₄. Stoga nastoje graditi tvornice sumporne kiseline zajedno s tvornicama za proizvodnju mineralnih gnojiva.

Toksični učinak

Sumporna kiselina i oleum vrlo su korozivne tvari. Utječu na kožu, sluznice i dišne ​​putove (uzrokuju kemijske opekline). Pri udisanju para ovih tvari izazivaju otežano disanje, kašalj, a nerijetko i laringitis, traheitis, bronhitis i dr. Najveća dopuštena koncentracija aerosola sumporne kiseline u zraku radnog prostora je 1,0 mg/m³, u atmosferskom zraku 0,3 mg /m³ (maksimalno jednokratno) i 0,1 mg/m³ (prosječno dnevno). Štetna koncentracija para sumporne kiseline je 0,008 mg/l (izloženost 60 min), letalna 0,18 mg/l (60 min). Klasa opasnosti II. Aerosol sumporne kiseline može nastati u atmosferi kao rezultat emisija iz kemijske i metalurške industrije koje sadrže S okside i padaju u obliku kiselih kiša.

Povijesni podaci

Sumporna kiselina poznata je od davnina, u prirodi se pojavljuje u slobodnom obliku, na primjer, u obliku jezera u blizini vulkana. Možda se prvi spomen kiselih plinova proizvedenih kalcinacijom stipse ili željeznog sulfata "zelenog kamena" nalazi u spisima koji se pripisuju arapskom alkemičaru Jabiru ibn Hayyanu.

U 9. stoljeću je perzijski alkemičar Ar-Razi, kalcinirajući smjesu željeznog i bakrenog sulfata (FeSO4 7H2O i CuSO4 5H2O), također dobio otopinu sumporne kiseline. Ovu je metodu unaprijedio europski alkemičar Albert Magnus, koji je živio u 13. stoljeću.

Shema za proizvodnju sumporne kiseline iz željeznog sulfata - toplinska razgradnja željezovog (II) sulfata nakon čega slijedi hlađenje smjese

Daltonova molekula sumporne kiseline

  1. 2FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
  2. SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4

Djela alkemičara Valentina (13. stoljeće) opisuju metodu za proizvodnju sumporne kiseline apsorbiranjem plina (sumporni anhidrid) koji se oslobađa spaljivanjem mješavine praha sumpora i nitrata s vodom. Naknadno je ova metoda postala temelj tzv. “komorna” metoda, koja se provodi u malim komorama obloženim olovom koje se ne otapa u sumpornoj kiselini. U SSSR-u je ova metoda postojala do 1955. godine.

Alkemičari 15. stoljeća poznavali su i način dobivanja sumporne kiseline iz pirita - sumporni pirit, jeftinija i češća sirovina od sumpora. Sumporna kiselina se na ovaj način proizvodi već 300 godina, u malim količinama u staklenim retortama. Kasnije, u vezi s razvojem katalize, ova metoda je zamijenila komornu metodu za sintezu sumporne kiseline. Trenutno se sumporna kiselina proizvodi katalitičkom oksidacijom (na V2O5) sumporovog (IV) oksida u sumporov (VI) oksid i naknadnim otapanjem sumpornog (VI) oksida u 70% sumpornoj kiselini da se dobije oleum.

U Rusiji je proizvodnja sumporne kiseline prvi put organizirana 1805. u blizini Moskve u okrugu Zvenigorod. Godine 1913. Rusija je bila na 13. mjestu u svijetu po proizvodnji sumporne kiseline.

dodatne informacije

Sićušne kapljice sumporne kiseline mogu nastati u srednjim i višim slojevima atmosfere kao rezultat reakcije vodene pare i vulkanskog pepela koji sadrži velike količine sumpora. Nastala suspenzija, zbog visokog albeda oblaka sumporne kiseline, otežava sunčevoj svjetlosti da dopre do površine planeta. Stoga (i kao rezultat velikog broja sitnih čestica vulkanskog pepela u gornjoj atmosferi, koje također ometaju pristup sunčeve svjetlosti planetu), nakon posebno jakih vulkanskih erupcija može doći do značajnih klimatskih promjena. Na primjer, kao rezultat erupcije vulkana Ksudach (poluotok Kamčatka, 1907.), povećana koncentracija prašine u atmosferi je ostala oko 2 godine, a karakteristični noktilucentni oblaci sumporne kiseline uočeni su čak iu Parizu. Eksplozija planine Pinatubo 1991. godine, koja je u atmosferu ispustila 3 107 tona sumpora, rezultirala je time da su 1992. i 1993. godine bile znatno hladnije od 1991. i 1994. godine.

Priprema sumporne kiseline

Glavni članak: Proizvodnja sumporne kiseline

Prvi način

Drugi način

U onim rijetkim slučajevima kada sumporovodik (H2S) istiskuje sulfat (SO4-) iz soli (s metalima Cu, Ag, Pb, Hg) nusprodukt je sumporna kiselina

Sulfidi ovih metala imaju najveću čvrstoću, kao i prepoznatljivu crnu boju.

Standardi

  • Tehnička sumporna kiselina GOST 2184-77
  • Baterijska sumporna kiselina. Tehničke specifikacije GOST 667-73
  • Sumporna kiselina posebne čistoće. Tehničke specifikacije GOST 1422-78
  • Reagensi. Sumporne kiseline. Tehničke specifikacije GOST 4204-77

Bilješke

  1. Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasilij Mihajlovič Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Šafranovskog. M.: Nauka, 1981. Str. 59.
  2. 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Kemijska svojstva sumporne kiseline // Anorganska kemija: Udžbenik za 7.-8. razred srednje škole. - 18. izd. - M.: Obrazovanje, 1987. - P. 209-211. - 240 s. - 1.630.000 primjeraka.
  3. Khodakov Yu.V., Epshtein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Kvalitativna reakcija na sumpornu kiselinu i njezine soli // Anorganska kemija: Udžbenik za 7.-8. razrede srednje škole. - 18. izd. - M.: Obrazovanje, 1987. - P. 212. - 240 str. - 1.630.000 primjeraka.
  4. Umjetnički direktor Boljšoj teatra Sergej Filin poprskao je lice sumpornom kiselinom
  5. Epstein, 1979., str. 40
  6. Epstein, 1979., str. 41
  7. vidi članak “Vulkani i klima” (ruski)
  8. Ruski arhipelag - Je li čovječanstvo krivo za globalne klimatske promjene? (Ruski)

Književnost

  • Priručnik sumporne kiseline, ed. K. M. Malina, 2. izd., M., 1971
  • Epstein D. A. Opća kemijska tehnologija. - M.: Kemija, 1979. - 312 str.

Linkovi

  • Članak “Sumporna kiselina” (Kemijska enciklopedija)
  • Gustoća i pH vrijednost sumporne kiseline pri t=20 °C

sumporna kiselina, sumporna kiselina Wikipedia, hidroliza sumporne kiseline, sumporna kiselina njen učinak 1, klasa opasnosti sumporne kiseline, kupiti sumpornu kiselinu u Ukrajini, primjena sumporne kiseline, sumporna kiselina korodira, sumporna kiselina s vodom, formula sumporne kiseline

Informacije o sumpornoj kiselini