Серная кислота и её соли

Серная кислота и её соли

Как получают серную кислоту? Получают серную кислоту в три стадии.

В качестве сырья для получения серной кислоты применяют серу, сероводород или пирит. При обжиге этих соединений образуется сернистый газ.

Затем проводят реакцию окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI). Эта реакция протекает при высокой температуре и в присутствии катализатора – оксида ванадия (V).

Как видите, эта реакция соединения, потому что из двух веществ образуется одно, эта реакция обратимая, идёт как в прямом так и в обратном направлении, каталитическая, так как протекает в присутствии катализатора, окислительно-восстановительная, потому что сера изменяет свою степень окисления с +4 до +6, а кислород с 0 до -2, эта реакция гетерогенная, потому что в отличие от сернистого газа и кислорода, оксид серы шесть является жидкостью, реакция является экзотермической, потому что протекает с выделением теплоты.

Оксид серы (VI) представляет собой летучую бесцветную жидкость с удушливым запахом. Этот оксид при растворении в воде образует серную кислоту.

Однако, при получении  серной кислоты оксид серы (VI) растворяют не в воде, а в концентрированной серной кислоте, при этом получается олеум – раствор оксида серы (VI)  в  безводной серной кислоте.

Поэтому производство серной кислоты идёт в три стадии: на первой стадии из исходного сырья получают оксид серы (IV), на второй стадии из оксида серы (IV) получают оксид серы (VI), а на третьей стадии из оксида серы (VI) получают серную кислоту.

Производство серной кислоты создаёт ряд проблем: выбросы от производств оказывают негативное воздействие на животный и растительный мир,  повышается коррозионная стойкость материалов, разрушаются сооружения из мрамора и известняка,  а также происходит закисление почв.

Серная кислота – H₂SO₄ – бесцветная маслянистая и тяжёлая жидкость. Она обладает сильными гигроскопическими, то есть водоотнимающими свойствами, это позволяет использовать её для осушения газов или других веществ.

Концентрированная серная кислота способна отнимать воду у молекул органических веществ, обугливая их. Например, при добавлении к сахару концентрированной серной кислоты сахар чернеет и в виде объёмной массы поднимается вверх.

Помните, при разбавлении концентрированной серной кислоты нельзя приливать воду к кислоте, а следует тоненькой струйкой приливать кислоту в воду, чтобы избежать сильного разогревания раствора.

Химические свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты отличаются.

Так разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства кислот. Она изменяет окраску индикаторов: лакмус в растворе кислоты красный, метиловый оранжевый тоже.

Серная кислота вступает во взаимодействие с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов до водорода.

Нальём в две пробирки раствора серной кислоты, в первую пробирку поместим гранулу цинка, а во вторую – кусочек меди. Выделение водорода идёт только в первой пробирке, во второй пробирке изменений нет

Цинк, в отличие от меди, стоит в ряду напряжений металлов до водорода, поэтому он вытеснил водород из раствора кислоты. При чем, это окислительно-восстановительная реакция, цинк повышает свою степень окисления с 0 до +2, а водород понижает с +1 до 0. Каждый атом цинка отдаёт по 2 электрона ионам водорода. Поэтому цинк – восстановитель, а водород – окислитель.

Разбавленная серная кислота реагирует с основными и амфотэрными оксидами с образованием соли и воды. Если поместить в пробирку немного чёрного порошка оксида меди (II) и прилить немного раствора серной кислоты, а затем содержимое нагреть на пламени спиртовки, то постепенно чёрный порошок оксида меди (II) начинает растворяться, а раствор меняет свою окраску на голубую.

В результате данной реакции образуется соль – сульфат меди (II) и вода.

Разбавленная серная кислота вступает во взаимодействие с основаниями. Например, к раствору щёлочи добавим несколько капель фенолфталеина, раствор приобретает малиновую окраску. К этому раствору прильём разбавленную серную кислоту до исчезновения окраски. Таким образом, между щёлочью и кислотой прошла реакция нейтрализации, при этом образовалась соль – сульфат натрия и вода.

Разбавленная серная кислота реагирует не только с растворимыми основаниями – щелочами, но и с нерастворимыми. Получим нерастворимое основание – гидроксид меди (II). Для этого, в раствор медного купороса прильём щёлочи – гидроксид натрия, в результате чего образуется гидроксид меди (II) и соль – сульфат натрия.

Теперь, к этому осадку добавим раствор серной кислоты до его исчезновения. В результате данной реакции образуется  соль – сульфат меди (II)  и вода.

Кроме этого, разбавленная серная кислота реагирует с солями. Прильём к раствору сульфата калия раствор хлорида кальция. В результате образуется малорастворимое вещество белого цвета. Это сульфат кальция.

Концентрированная серная кислота также реагирует с металлами. Если металл стоит в ряду напряжений до водорода, то в результате реакции образуется газ сероводород и вода.

Например, в реакции с цинком образуется соль – сульфат цинка, газ – сероводород и вода. Цинк изменяет свою степень окисления с 0 до +2, а сера понижает с +6  до -2. Поэтому цинк выступает в роли восстановителя, а сера – в роли окислителя.

В реакции с металлами, стоящими после водорода образуется оксид серы (IV). Например, при взаимодействии меди с концентрированной серной кислотой, образуется соль – сульфат меди (II), оксид серы (IV) и вода. В этой реакции медь повышает свою степень окисления с 0 до +2, а сера понижает с +6 до +4. Поэтому медь восстановитель, а сера – окислитель.

Обратите внимание, что в данных реакциях водород не выделяется, потому что здесь окислителем выступает не водород, а сера.

Железо и алюминий пассивируются концентрированной серной кислотой, потому что покрываются защитной плёнкой, что позволяет перевозить  её в стальных и алюминиевых цистернах.

Концентрированная серная кислота вытесняет кислоты из их солей. Например, если к твёрдому хлориду натрия добавить концентрированной серной кислоты, то  образуется соль – гидросульфат натрия и хлороводород.

Серная кислота – это двухосновная кислота, поэтому она образует средние и кислые соли. Соли серной кислоты – сульфаты. Например, Na₂SO₄ – сульфат натрия, NaHSO₄ – гидросульфат натрия.

Качественной реакцией на серную кислоту и её соли является ион бария. В результате взаимодействия сульфат-иона и иона бария образуется сульфат бария – осадок белого цвета.

Серная кислота находит широкое применение. Она используется при производстве взрывчатых веществ, минеральных удобрений, электролитической меди, моющих средств, эмалей и красок, искусственного шёлка, лекарств, пластмасс, при очистке нефтепрдуктов, в качестве электролита в аккумуляторах.

Среди солей серной кислоты наиболее распространена глауберова соль – Na₂SO₄ ∙ 10H₂O, гипс – CaSO₄ ∙ 2H₂O, BaSO₄ – сульфат бария и CuSO₄ ∙ 5H₂O – медный купорос, который используют для борьбы с вредителями и болезнями растений.

Таким образом, серную кислоту получают в три стадии, она представляет собой тяжёлую маслянистую жидкость. При разбавлени концентрированной кислоты следует кислоту приливать к воде, а не наоборот. Свойства разбавленной и концентрированной кислот различаются. Разбавленная серняа кислота реагирует с металлами до водорода, основными и амфотэрными оксидами, с основаниями и солями, а концентрированная серная кислота взаимодействует с металлами и до водорода и после водорода (кроме золота и платины), она пассивирует железо и алюминий, а также реагирует с солями. Серная кислота и её соединения находят широкое применение в промышленности.