Sumporna kiselina_9879. Struktura molekula Sastav sumporne kiseline

Nova tema: Sumporna kiselina - H 2 SO 4

1. Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline

* S - sumpor je u pobuđenom stanju 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2

Elektronska formula molekula sumporne kiseline:

H - O O

\\ //

// \\

H - O O

Strukturna formula molekule sumporne kiseline:

1 H - -2 O -2 O

\\ //

// \\

1 H - -2 O -2 O

2.Primanje:

Hemijski procesi za proizvodnju sumporne kiseline mogu se predstaviti kao sljedeći dijagram:

S + O 2 + O 2 + H 2 O

FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4

H 2 S

Sumporna kiselina se dobija u tri faze:

1. faza. Kao sirovine koriste se sumpor, željezni pirit ili sumporovodik.

4 FeS 2 + 11 O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Faza 2. Oksidacija SO2 u SO3 kiseonik uz pomoć katalizatora V 2 O 5

V 2 O 5

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 + Q

Faza 3. Za transformaciju SO 3 ne koristi se voda u sumpornim kiselinama. dolazi do jakog zagrijavanja i koncentrisanog rastvora sumporne kiseline.

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Kao rezultat, dobiva se oleum - otopina SO 3 u sumpornoj kiselini.

Šema sklopa aparata(pogledajte tutorijal na stranici 105)

3. Fizička svojstva.

a) tečnost b) bezbojna c) teška (ulje vitriola) d) neisparljiva

d) kada se rastvori u vodi dolazi do jakog zagrevanja (stoga se sumporna kiselina svakako mora sipati u vodu, a ne obrnuto!)

4. Hemijska svojstva sumporne kiseline.

Razrijeđen H 2 SO 4

Koncentrisani H 2 SO 4

Ima sva svojstva kiselina

Ima specifična svojstva

1. Mijenja boju indikatora:

H 2 SO 4 H + + HSO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

2. Reaguje sa metalima do vodonika:

Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2

3. Reaguje sa bazičnim i amfoternim oksidima:

MgO + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 O

4. Interagira sa bazama (reakcija neutralizacije)

2NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2H 2 O

sa viškom kiseline nastaju kisele soli

NaOH + H 2 SO 4 NaHSO 4 + H 2 O

5. Reaguje sa suhim solima, istiskujući druge kiseline iz njih (ovo je najjača i najnehlapljivija kiselina):

2NaCl + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2HCl

6. Reaguje sa rastvorima soli ako se formira nerastvorljiva so:

BaCl 2 + H 2 SO 4 BaSO 4 + 2HCl -

Bijeli sediment

kvalitativna reakcija na jon SO 4 2-

7.Razlaže se kada se zagrije:

H 2 SO 4 H 2 O + SO 3

1.Koncentrirani H 2 SO 4 - najjači oksidant, kada se zagrije reaguje sa svim metalima (osim Au i Pt). U ovim reakcijama, u zavisnosti od aktivnosti metala i uslova, oslobađa se S, SO 2 ili H 2 S

Na primjer:

0 +6 +2 +4

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

2.konc. H 2 SO 4 pasivira gvožđe i aluminijum,

stoga se može transportovati u čeliku i

aluminijumski rezervoari.

3.konc. H 2 SO 4 dobro upija vodu

H 2 SO 4 + H 2 O H 2 SO 4 * 2H 2 O

Zbog toga karbonizira organsku materiju.

5.Primjena : Sumporna kiselina je jedan od najvažnijih proizvoda koji se koriste u raznim industrijama. Njegovi glavni potrošači su proizvodnja mineralnih đubriva, metalurgija i prerada naftnih derivata. Sumporna kiselina se koristi u proizvodnji drugih kiselina, deterdženata, eksploziva, lijekova, boja, kao elektroliti za olovne baterije. (Vodič strana 103).

6. Soli sumporne kiseline

Sumporna kiselina disocira u koracima

H 2 SO 4 H + + HSO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

stoga stvara dvije vrste soli - sulfate i hidrosulfate

Na primjer: Na 2 SO 4 - natrijum sulfat (srednja so)

Na HSO 4 - natrijum hidrogen sulfat (kisela so)

Najšire korišteni su:

Na 2 SO 4 * 10H 2 O - Glauberova so (koristi se u proizvodnji sode, stakla, u medicini i

Veterinarska medicina.

SaSO 4 * 2H 2 O - gips

CuSO 4 * 5H 2 O - bakar sulfat (koristi se u poljoprivredi).

Laboratorijsko iskustvo

Hemijska svojstva sumporne kiseline.

Oprema: epruvete.

reagensi: sumporna kiselina, metilnarandža, cink, magnezijum oksid, natrijum hidroksid i fenolftalein, natrijum karbonat, barijum hlorid.

b) Popunite tabelu zapažanja

Cilj: Upoznajte se sa strukturom, fizičkim i hemijskim svojstvima, upotrebom sumporne kiseline.

Edukativni zadaci: Razmotrite fizička i hemijska svojstva (zajednička sa drugim kiselinama i specifična) sumporne kiseline, proizvodnja, pokazuju veliki značaj sumporne kiseline i njenih soli u nacionalnoj ekonomiji.

Edukativni zadaci: Nastaviti sa formiranjem dijalektičko-materijalističkog poimanja prirode kod učenika.

Razvojni zadaci: Razvoj općih obrazovnih vještina i sposobnosti, rad sa udžbenikom i dodatnom literaturom, pravila za rad na radnoj površini, sposobnost sistematizacije i generalizacije, uspostavljanje uzročno-posledičnih veza, jasno i kompetentno izražavanje svojih misli, izvođenje zaključaka, crtanje dijagrama, skica.

Tokom nastave

1. Ponavljanje prošlosti.

Frontalna razredna anketa. Uporedite svojstva kristalnog i plastičnog sumpora. Objasnite suštinu alotropije.

2. Učenje novog gradiva.

Nakon pažljivog slušanja priče, na kraju lekcije objasnićemo zašto se sumporna kiselina čudno ponašala sa vodom, drvetom i zlatnim prstenom.

Čuje se audio snimak.

Avanture sumporne kiseline.

U jednom hemijskom kraljevstvu živela je čarobnica, zvala se Sumporna kiselina... Nije izgledala tako loše: bezbojna tečnost, viskozna poput ulja, bez mirisa. Sumporna kiselinaŽeleo sam da budem poznat, pa sam otišao na putovanje.

Šetala je 5 sati, a pošto je dan bio prevruć, jako je htjela da pije. I odjednom je ugledala bunar. "Voda!" - uzviknu kiselina i otrčavši do bunara dotakne vodu. Voda je strašno šištala. Uz plač, uplašena čarobnica odjuri. Naravno, mlada kiselina to nije znala kada je pomešana sumporna kiselina velika količina toplote se oslobađa sa vodom.

“Ako voda dođe u kontakt sa sumporna kiselina, tada voda, nema vremena da se pomiješa sa kiselinom, može proključati i izbaciti prskanje sumporna kiselina... Ovaj zapis se pojavio u dnevniku mladog putnika, a potom ušao u udžbenike.

Kako joj kiselina nije utažila žeđ, drvo koje se širi odlučilo je da legne i odmori se u hladu. Ali ni u tome nije uspjela. Jednom Sumporna kiselina dodirnuo drvo, ono je počelo da se ugljeniše. Ne znajući razlog tome, uplašena kiselina je pobjegla.

Ubrzo je došla u grad i odlučila da ode do prve prodavnice na koju je naišla. Ispostavilo se da je zlatar. Približavajući se vitrinama, kiselina je ugledala mnogo prekrasnih prstenova. Sumporna kiselina odlučio da probam jedan prsten. Nakon što je zamolila prodavača za zlatni prsten, putnik ga je stavio na svoj dugi, lijepi prst. Čarobnici se prsten jako svidio i odlučila je da ga kupi. Ovo je ono čime bi se mogla pohvaliti svojim prijateljima!

Napuštajući grad, kiselina je otišla kući. Na putu je pomisao nije napuštala, zašto su se voda i drvo tako čudno ponašali kada su ih dodirnuli, ali se ništa nije dogodilo ovoj zlatnoj stvari? „Da, jer je zlato unutra sumporna kiselina ne oksidira." Ovo su bile posljednje riječi upisane kiselinom u mom dnevniku.

Objašnjenja nastavnika.

Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline.

Pošto se sumpor nalazi u 3. periodu periodnog sistema, pravilo okteta (osam elektronskih struktura) se ne poštuje i atom sumpora može dobiti do dvanaest elektrona. Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline su sljedeće:

(Šest elektrona sumpora označeno je zvjezdicom)

Primanje.

Sumporna kiselina nastaje interakcijom sumpor-oksida (5) sa vodom (SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4).

Fizička svojstva.

Sumporna kiselina je bezbojna, teška, neisparljiva tečnost. Kada se otopi u vodi, dolazi do jakog zagrijavanja. zapamtite da ne sipajte vodu u koncentrovanu sumpornu kiselinu!

Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru iz vazduha. To se može vidjeti ako se otvorena posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom izbalansira na vagi: nakon nekog vremena čaša sa posudom će se spustiti.

Hemijska svojstva.

Razrijeđena sumporna kiselina ima opća svojstva svih kiselina. Osim toga, sumporna kiselina ima specifična svojstva.

Hemijska svojstva sumpornog - Dodatak .

Nastavnik demonstrira zabavno iskustvo.

Kratak sigurnosni brifing.

eskimski (šećerni ugalj)

Oprema	Plan iskustva	Zaključak
Šećer u prahu. Koncentrovana sumporna kiselina. Dvije čaše od 100-150 ml svaka. Stakleni štap. Vage.	U čašu sipajte 30 g šećera u prahu. Čašom izmjerite 12 ml koncentrovane sumporne kiseline. Pomiješajte šećer i kiselinu u čaši staklenom šipkom u kašastu masu (uklonite staklenu šipku i stavite u čašu vode). Nakon nekog vremena, smjesa potamni, zagrije se i ubrzo porozna ugljena masa počinje da puzi iz stakla - sladoled	Pougljenje šećera sa sumpornom kiselinom (koncentrovanom) objašnjava se oksidacionim svojstvima ove kiseline. Redukciono sredstvo je ugljenik. Proces je egzoterman. 2H 2 SO 4 + C 12 O 11 + H22 -> 11C + 2SO 2 + 13H 2 O + CO 2

Učenici popunjavaju tabele zabavnim iskustvima u svesci.

Rasuđivanje učenika o tome zašto se sumporna kiselina tako čudno ponašala sa vodom, drvetom i zlatom.

Aplikacija.

Zbog svojih svojstava (sposobnost apsorpcije vode, oksidaciona svojstva, neisparljivost) sumporna kiselina se široko koristi u nacionalnoj ekonomiji. Spada u glavne proizvode hemijske industrije.

dobijanje boja;
dobijanje mineralnih đubriva;
rafiniranje naftnih derivata;
elektrolitička proizvodnja bakra;
elektrolit u baterijama;
pribavljanje eksploziva;
dobijanje boja;
dobivanje umjetne svile;
dobivanje glukoze;
dobijanje soli;
dobijanje kiselina.

Na primjer, široko se koriste soli sumporne kiseline

Na 2 SO 4 * 10H 2 O- kristalni hidrat natrijum sulfata (glauberova so)- koristi se u proizvodnji sode, stakla, u medicini i veterini.

CaSO 4 * 2H 2 O- kristalni hidrat kalcijum sulfata (prirodni gips)- koristi se za dobijanje poluvodenog gipsa koji je neophodan u građevinarstvu, au medicini - za nanošenje gipsanih odlivaka.

CuSO 4 * 5H 2 O- kristalni bakar sulfat (2) (bakar sulfat)- koristi se u borbi protiv štetočina i biljnih bolesti.

Učenici rade sa vantekstualnom komponentom udžbenika.

Zanimljivo je

... u zalivu Kara-Bogaz-Gol voda sadrži 30% Glauberove soli na temperaturi od + 5°C, ova sol ispada u obliku bijelog taloga, poput snijega, a sa početkom toplo vrijeme sol se ponovo otopi. Pošto se u ovom zalivu pojavljuje i nestaje Glauberova so, dobila je ime mirabilitešto znači "nevjerovatna sol".

3. Pitanja o objedinjavanju nastavnog materijala, ispisana na tabli.

Zimi se između prozorskih okvira ponekad stavlja posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom. U koju svrhu se to radi, zašto se posuda ne može do vrha napuniti kiselinom?
Zašto se sumporna kiselina naziva "hlebom" hemije?

Domaća zadaća i upute o tome kako je popuniti.

Gdje je primjenjivo, napišite jednačine u ionskom obliku.

Zaključak o lekciji, postavljanje i komentiranje ocjena.

Reference.

Rudzitis G.E. Feldman F.G., Hemija: Udžbenik za 7-11 razrede večernje (smjene) srednje opšteobrazovne škole u 2 časa Ch 1-3 izdanje - M.: Prosveta, 1987.
Hemija u školi broj 6, 1991.
Štrempler Hajnrih Ivanovič, Hemija u slobodno vreme: knj. za studentska okruženja. i stari. starost / sl. ed. uz učešće V.N. Rostopchiny - F.: Ch. ed. CSE, 1990.

Nerazrijeđena sumporna kiselina je kovalentno jedinjenje.

U molekuli sumporne kiseline, tetraedarski je okružen sa četiri atoma kiseonika, od kojih su dva deo hidroksilnih grupa. S - O veze su dvostruke, a S - OH veze su jednostruke.

Bezbojni kristali nalik ledu imaju slojevitu strukturu: svaki molekul H 2 SO 4 povezan je sa četiri susjedne jake vodonične veze, formirajući jedinstveni prostorni okvir.

Struktura tekuće sumporne kiseline je slična strukturi čvrste, samo je narušen integritet prostornog okvira.

Fizička svojstva sumporne kiseline

U normalnim uslovima, sumporna kiselina je teška, uljasta tečnost, bez boje i mirisa. U tehnologiji, sumporna kiselina se naziva mješavinom s vodom i sumpornim anhidridom. Ako je molarni odnos SO 3 : H 2 O manji od 1, onda je ovo vodeni rastvor sumporne kiseline, ako je veći od 1, to je rastvor SO 3 u sumpornoj kiselini.

100% H 2 SO 4 kristalizira na 10,45 °C; T bala = 296,2°C; gustina 1,98 g/cm 3. H 2 SO 4 se miješa sa H 2 O i SO 3 u bilo kojem omjeru kako bi se formirali hidrati, toplota hidratacije je tolika da mješavina može proključati, prskati i uzrokovati opekotine. Stoga je potrebno u vodu dodati kiselinu, a ne obrnuto, jer kada se voda doda kiselini, lakša voda će završiti na površini kiseline, gdje će se koncentrirati sva oslobođena toplota.

Prilikom zagrijavanja i ključanja vodenih otopina sumporne kiseline koje sadrže do 70% H 2 SO 4 u parnu fazu se oslobađa samo vodena para. Pare sumporne kiseline također se pojavljuju iznad koncentriranijih otopina.

U pogledu strukturnih karakteristika i anomalija, tečna sumporna kiselina je slična vodi. Ovdje je isti sistem vodoničnih veza, gotovo isti prostorni okvir.

Hemijska svojstva sumporne kiseline

Sumporna kiselina je jedna od najjačih mineralnih kiselina; zbog visokog polariteta, H - O veza se lako prekida.

U vodenom rastvoru sumporna kiselina disocira , formirajući ion vodonika i kiselinski ostatak:

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 -;

HSO 4 - = H + + SO 4 2-.

Sumarna jednadžba:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-.

Pokazuje svojstva kiseline , reagira s metalima, metalnim oksidima, bazama i solima.

Razrijeđena sumporna kiselina ne pokazuje oksidirajuća svojstva; kada je u interakciji s metalima, oslobađaju se vodik i sol, koji sadrže metal u najnižem oksidacijskom stanju. Na hladnoći je kiselina inertna prema metalima kao što su gvožđe, aluminijum, pa čak i barijum.

Koncentrirana kiselina ima oksidirajuća svojstva. Mogući produkti interakcije jednostavnih tvari s koncentriranom sumpornom kiselinom prikazani su u tabeli. Prikazana je ovisnost produkta redukcije o koncentraciji kiseline i stupnju aktivnosti metala: što je metal aktivniji, dublje reducira sulfatni ion sumporne kiseline.

Interakcija sa oksidima:

CaO + H 2 SO 4 = CaSO 4 = H 2 O.

Interakcija sa bazama:

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

Interakcija sa solima:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Oksidirajuća svojstva

Sumporna kiselina oksidira HI i HBr u slobodne halogene:

H 2 SO 4 + 2HI = I 2 + 2H 2 O + SO 2.

Sumporna kiselina uklanja hemijski vezanu vodu iz organskih jedinjenja koja sadrže hidroksilne grupe. Dehidracija etil alkohola u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline dovodi do proizvodnje etilena:

C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

Pougljenje šećera, celuloze, škroba i drugih ugljikohidrata u kontaktu sa sumpornom kiselinom također se objašnjava njihovom dehidracijom:

C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Ciljevi časa: učenici treba da poznaju strukturu, fizička i hemijska svojstva H 2 SO 4; da na osnovu znanja o brzini hemijskih reakcija i hemijskoj ravnoteži može da opravda izbor uslova za tok reakcija koji su u osnovi proizvodnje sumporne kiseline; odrediti u praksi sulfatne i sulfidne jone.

Osnovni pojmovi: sumporni anhidrid, sumporni anhidrid, kompleksna upotreba sirovina.

Tokom nastave

I. Organizacioni momenat; provjera domaćeg zadatka

II. Novi materijal

1. Elektronske i strukturne formule. Pošto se sumpor nalazi u 3. periodu periodnog sistema, pravilo okteta se ne poštuje i atom sumpora može dobiti do dvanaest elektrona.

(Šest elektrona sumpora označeno je zvjezdicom.)

2. Primanje. Sumporna kiselina nastaje interakcijom sumporovog (VI) oksida sa vodom (SO 3 + H 2 O H 2 SO 4). Opis proizvodnje sumporne kiseline dat je u § 16 (str. 37 - 42).

3. Fizička svojstva. Sumporna kiselina je bezbojna, teška (= 1,84 g/cm 3), neisparljiva tečnost. Kada se otopi u vodi, dolazi do jakog zagrijavanja. Ne zaboravite da ne sipate vodu u koncentrovanu sumpornu kiselinu (sl. 2)! Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru iz vazduha. To se može vidjeti ako se otvorena posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom izbalansira na vagi: nakon nekog vremena čaša sa posudom će se spustiti.

Rice. 2.

4. Hemijska svojstva. Razrijeđena sumporna kiselina ima opća svojstva karakteristična za kiseline i specifična (tabela 7).

Tabela 7

Hemijska svojstva sumporne kiseline

Uobičajeno sa drugim kiselinama

Specifično

1. Vodeni rastvor menja boju indikatora.

1. Koncentrovana sumporna kiselina je jako oksidaciono sredstvo: kada se zagreje, reaguje sa skoro svim metalima (osim Au, Pt i nekim drugim). U ovim reakcijama, u zavisnosti od aktivnosti metala i uslova, oslobađaju se SO2, H2S, S, na primer:

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

2. Razrijeđena sumporna kiselina reagira s metalima:

H 2 SO 4 + Zn ZnSO 4 + H 2

2H + + SO 4 2- + Zn 0 Zn 2+ + SO 4 2- + H 2 0

2H + + Zn 0 Zn 2+ + H 2 0

2. Koncentrovana sumporna kiselina snažno reaguje sa vodom i formira hidrate:

H 2 SO 4 + nH 2 O H 2 SO 4 nH 2 O + Q

Koncentrirana sumporna kiselina je sposobna ukloniti vodik i kisik iz organskih tvari u obliku vode, ugljenisane organske tvari

3. Reaguje sa bazičnim i amfoternim oksidima:

H 2 SO 4 + MgO MgSO 4 + H 2 O

2H + + SO 4 2- + MgOMg 2+ + SO 4 2- + H 2 O

2H + + MgO Mg 2+ + H 2 O

3. Karakteristična reakcija na sumpornu kiselinu i njene soli je interakcija sa rastvorljivim solima barija:

N 2 SO 4 + VaSl 2 BaSO 4 + 2HCl

2H + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2Cl - BaSO 4 + 2N + + 2Sl -

Ba 2+ + SO 4 2- BaSO 4

Formira se bijeli talog, koji se ne otapa u vodi ili u koncentrovanoj dušičnoj kiselini

4. Interagira sa bazama:

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

2H + + SO 4 2- + 2K + + 2OH -

2K + + SO 4 2- + 2H 2 O

2H + + 2OH - 2H 2 O

Ako se kiselina uzme u višku, tada nastaje kisela sol:

H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O

5. Reaguje sa solima, istiskujući druge kiseline iz njih:

3H 2 SO 4 + Ca 3 (PO 4) 2 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4

Aplikacija. Sumporna kiselina se široko koristi (slika 3), glavni je proizvod hemijske industrije.

Rice. 3. Upotreba sumporne kiseline: 1 - dobijanje boja; 2 - mineralna đubriva; 3 - rafiniranje naftnih derivata; 4 - elektrolitička proizvodnja bakra; 5 - elektrolit u baterijama; 6 - pribavljanje eksploziva; 7 - boje; 8 - umjetna svila; 9 - glukoza; 10 - soli; 11 - kiseline.

Sumporna kiselina formira dvije serije soli - srednje i kisele:

Na 2 SO 4 NaHSO 4

natrijum sulfat natrijum hidrogen sulfat

(srednja so) (kisela so)

Soli sumporne kiseline imaju široku primenu, na primer, Na 2 SO 4 10H 2 O - natrijum sulfat kristalni hidrat (Glauberova so) koristi se u proizvodnji sode, stakla, u medicini i veterini. CaSO 4 2H 2 O - kristalni hidrat kalcijum sulfata (prirodni gips) - koristi se za dobijanje poluvodenog gipsa koji je neophodan u građevinarstvu, a u medicini - za nanošenje gipsanih zaliva. CuSO 4 5H 2 O - kristalni hidrat bakra (II) sulfata (bakar sulfata) - koristi se u borbi protiv biljnih štetočina.

III. Osiguravanje novog materijala

1. Zimi se između prozorskih okvira ponekad stavlja posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom. U koju svrhu se to radi, zašto se posuda ne može do vrha napuniti kiselinom?

2. Kada se zagreje, koncentrisana sumporna kiselina reaguje sa živom i srebrom, na isti način kao što reaguje sa bakrom. Napišite jednadžbe za ove reakcije i navedite oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo.

3. Kako prepoznati sulfide? Gdje se koriste?

4. Napravite jednadžbe reakcije koje su praktično izvodljive koristeći sljedeće šeme:

Hg + H 2 SO 4 (konc.)

MgCl 2 + H 2 SO 4 (konc.)

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4

Al (OH) 3 + H 2 SO 4

Prilikom sastavljanja jednadžbi reakcija navesti uslove za njihovu realizaciju. Gdje je primjenjivo, napišite jednačine u ionskom i skraćenom ionskom obliku.

5. Navedite oksidant u reakcijama: a) razrijeđena sumporna kiselina sa metalima; b) koncentrovana sumporna kiselina sa metalima.

6. Šta znate o sumpornoj kiselini?

7. Zašto je koncentrirana sumporna kiselina jak oksidant? Koja su posebna svojstva koncentrovane sumporne kiseline?

8. Kako koncentrovana sumporna kiselina reaguje sa metalima?

9. Gdje se koriste sumporna kiselina i njene soli?

1. Kolika je zapremina kiseonika potrebna za sagorevanje: a) 3,4 kg vodonik sulfida; b) 6500 m 3 vodonik sulfida?

2. Kolika je masa rastvora koji sadrži 0,2 masenog udjela sumporne kiseline, a koja se potroši za reakciju sa 4,5 g aluminijuma?

Laboratorijski eksperimenti

Vi. Prepoznavanje sulfatnih jona u rastvoru. U jednu epruvetu sipajte 1-2 ml rastvora natrijum sulfata, u drugu istu količinu cink sulfata, a u treću razblaženu rastvor sumporne kiseline. Stavite kuglicu cinka u svaku epruvetu, a zatim dodajte nekoliko kapi barijum hlorida ili rastvora barijum nitrata.

Zadaci. 1. Kako možete razlikovati sumpornu kiselinu od njenih soli? 2. Kako razlikovati sulfate od drugih soli? Napišite jednadžbe za reakcije koje ste obavili u molekularnom, ionskom i skraćenom ionskom obliku.

IV. Zadaća

Strukturna formula

Istina, empirijska ili gruba formula: H 2 SO 4

Hemijski sastav sumporne kiseline

Molekulska masa: 98.076

Sumporna kiselina H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina koja odgovara najvišem stepenu oksidacije sumpora (+6). U normalnim uslovima, koncentrovana sumporna kiselina je teška, uljasta tečnost, bez boje i mirisa, kiselog „bakarnog“ ukusa. U tehnologiji se sumporna kiselina naziva mješavinom s vodom i sumpornim anhidridom SO 3. Ako je molarni odnos SO 3 : H 2 O manji od 1, onda je ovo vodeni rastvor sumporne kiseline, ako je veći od 1 - rastvor SO 3 u sumpornoj kiselini (oleum).

Ime

U 18.-19. stoljeću, sumpor u barutu se proizvodio od pirita (pirita) u tvornicama vitriola. Sumporna kiselina u to se vrijeme zvala "ulje vitriola" (u pravilu je to bio kristalni hidrat koji je po konzistenciji nalik ulju), otuda potiče naziv njenih soli (tačnije, kristalnih hidrata) - vitriol.

Proizvodnja sumporne kiseline

Industrijska (kontaktna) metoda

U industriji se sumporna kiselina proizvodi oksidacijom sumpor-dioksida (sumpor-dioksida koji nastaje sagorevanjem sumpora ili pirita) u trioksid (sumporni anhidrid), nakon čega sledi interakcija SO 3 sa vodom. Sumporna kiselina dobijena ovom metodom naziva se i kontaktna kiselina (koncentracija 92-94%).

Nitrous (toranj) način

Ranije se sumporna kiselina dobijala isključivo azotnom metodom u posebnim tornjevima, a kiselina se zvala toranjska kiselina (koncentracija 75%). Suština ove metode je oksidacija sumpor-dioksida azot-dioksidom u prisustvu vode.

Drugi način

U onim rijetkim slučajevima kada sumporovodik (H 2 S) istiskuje sulfat (SO 4 -) iz soli (sa metalima Cu, Ag, Pb, Hg), nusproizvod je sumporna kiselina. Sulfidi ovih metala imaju najveću čvrstoću, kao i prepoznatljivu crnu boju.

Fizička i fizičko-hemijska svojstva

Vrlo jaka kiselina, na 18 °C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 10 -2); dužine veze u molekulu S = O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH ugao 104°, OSO 119°; ključa, formirajući azeotropnu smešu (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O sa tačkom ključanja od 338,8 o C). Sumporna kiselina, koja odgovara 100% sadržaja H 2 SO 4, ima sastav (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2 O 7, - 0,04, HS 2 O 7 - - 0,05. Može se mešati sa vodom i SO 3, u svim razmerama. U vodenim rastvorima, sumporna kiselina se skoro potpuno disocira na H 3 O +, HSO 3 + i 2NSO 4 -. Formira hidrate H 2 SO 4 · nH 2 O, gdje je n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.

Oleum

Rastvori sumpornog anhidrida SO 3 u sumpornoj kiselini nazivaju se oleum, formiraju dva jedinjenja H 2 SO 4 · SO 3 i H 2 SO 4 · 2SO 3. Oleum takođe sadrži pirosumpornu kiselinu. Tačka ključanja vodenih otopina sumporne kiseline raste s povećanjem njene koncentracije i dostiže maksimum pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4. Tačka ključanja oleuma opada s povećanjem sadržaja SO 3 . Sa povećanjem koncentracije vodenih rastvora sumporne kiseline, ukupni pritisak pare nad rastvorima opada i pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4 dostiže minimum. Sa povećanjem koncentracije SO 3 u oleumu, ukupni pritisak pare iznad njega raste. Pritisak pare nad vodenim rastvorima sumporne kiseline i oleuma može se izračunati pomoću jednačine:

log p = A-B / T + 2,126

vrijednosti koeficijenata A i B ovise o koncentraciji sumporne kiseline. Para nad vodenim rastvorima sumporne kiseline sastoji se od mešavine vodene pare, H 2 SO 4 i SO 3, dok se sastav pare razlikuje od sastava tečnosti kod svih koncentracija sumporne kiseline, osim za odgovarajuću azeotropnu smešu. Disocijacija se povećava sa povećanjem temperature. Oleum H 2 SO 4 · SO 3 ima maksimalan viskozitet, sa povećanjem temperature η opada. Električni otpor sumporne kiseline je minimalan pri koncentraciji SO 3 i 92 % H 2 SO 4 i maksimalni pri koncentraciji od 84 i 99,8 % H 2 SO 4. Za oleum, minimalni ρ je pri koncentraciji od 10% SO 3. Kako temperatura raste, ρ sumporne kiseline raste. 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 mijenja se s temperaturom; D = 1,67 · 10⁻⁵T3 / 2 cm² / s.

Hemijska svojstva

Sumporna kiselina u koncentriranom obliku kada se zagrije prilično je jako oksidacijsko sredstvo. Oksidira HI i djelimično HBr u slobodne halogene. Oksidira mnoge metale (izuzeci: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). U tom slučaju, koncentrirana sumporna kiselina se reducira u SO2. Na hladnom, u koncentrovanoj sumpornoj kiselini, Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba se pasiviraju i reakcije se ne odvijaju. Najjači redukcioni agensi redukuju koncentrovanu sumpornu kiselinu na S i H 2 S. Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru, pa se koristi za sušenje gasova, tečnosti i čvrstih materija, na primer, u eksikatorima. Međutim, koncentrirani H 2 SO 4 djelimično se reducira vodonikom, zbog čega se ne može koristiti za sušenje. Odvajanjem vode od organskih spojeva i ostavljanjem crnog ugljika (uglja), koncentrirana sumporna kiselina dovodi do ugljenisanja drva, šećera i drugih tvari. Razrijeđeni H 2 SO 4 svojim oslobađanjem stupa u interakciju sa svim metalima u elektrohemijskom nizu napona lijevo od vodonika. Oksidirajuća svojstva nisu tipična za razrijeđeni H 2 SO 4. Sumporna kiselina formira dvije serije soli: srednje - sulfate i kisele - hidrosulfate, kao i estre. Poznate peroksomonosumporna (ili karo kiselina) H 2 SO 5 i peroksodisulfurna H 2 S 2 O 8 kiseline. Sumporna kiselina također reaguje sa bazičnim oksidima i formira sulfat i vodu. U postrojenjima za obradu metala otopina sumporne kiseline koristi se za uklanjanje sloja metalnog oksida s površine metalnih proizvoda koji su tokom procesa proizvodnje izloženi jakom zagrijavanju. Tako se oksid željeza uklanja s površine željeznog lima djelovanjem zagrijane otopine sumporne kiseline. Kvalitativna reakcija na sumpornu kiselinu i njene rastvorljive soli je njihova interakcija sa rastvorljivim solima barijuma, u kojoj nastaje beli talog barijum sulfata, nerastvorljiv u vodi i kiselinama, na primer.

Aplikacija

Sumporna kiselina se koristi:

u preradi ruda, posebno u vađenju retkih elemenata, uključujući uranijum, iridijum, cirkonijum, osmijum itd.;
u proizvodnji mineralnih đubriva;
kao elektrolit u olovnim baterijama;
za dobijanje raznih mineralnih kiselina i soli;
u proizvodnji hemijskih vlakana, boja, dima i eksploziva;
u naftnoj, metaloprerađivačkoj, tekstilnoj, kožnoj i drugim industrijama;
u prehrambenoj industriji - registrovan kao aditiv za hranu E513 (emulgator);
u industrijskoj organskoj sintezi u reakcijama:

dehidracija (dobivanje dietil etera, estera);
hidratacija (etanol iz etilena);
sulfoniranje (sintetski deterdženti i poluproizvodi u proizvodnji boja);
alkilacija (dobivanje izooktana, polietilen glikola, kaprolaktama) itd.
Za obnavljanje smola u filterima u proizvodnji destilovane vode.

Svjetska proizvodnja sumporne kiseline cca. 160 miliona tona godišnje. Najveći potrošač sumporne kiseline je proizvodnja mineralnih đubriva. P 2 O 5 fosforna đubriva troše 2,2-3,4 puta više po masi sumporne kiseline, a (NH 4) 2 SO 4 sumporna kiselina 75% mase utrošene (NH 4) 2 SO 4. Stoga nastoje graditi fabrike sumporne kiseline u sprezi sa postrojenjima za proizvodnju mineralnih đubriva.

Istorijska pozadina

Sumporna kiselina je poznata još od antike, javlja se u prirodi u slobodnom obliku, na primjer, u obliku jezera u blizini vulkana. Možda se prvi spomen kiselih plinova dobivenih kalcinacijom stipse ili željeznog sulfata "zelenog kamena" nalazi u radovima koji se pripisuju arapskom alhemičaru Jabiru ibn Hayyanu. U 9. veku, perzijski alhemičar Ar-Razi, kalcinišući mešavinu gvožđa i bakar sulfata (FeSO 4 7H 2 O i CuSO 4 5H 2 O), takođe je dobio rastvor sumporne kiseline. Ovu metodu je poboljšao evropski alhemičar Albert Magnus, koji je živeo u 13. veku. Shema za dobivanje sumporne kiseline iz željeznog sulfata - termička razgradnja željeznog (II) sulfata uz naknadno hlađenje smjese. Radovi alhemičara Valentina (XIII vek) opisuju metodu za proizvodnju sumporne kiseline apsorbovanjem gasa (anhidrid sumpora) vodom, koji se oslobađa kada se mešavina praha sumpora i nitrata sagore. Nakon toga, ova metoda je formirala osnovu tzv. Metoda "komora", koja se izvodi u malim komorama, obloženim olovom, koje se ne otapa u sumpornoj kiselini. U SSSR-u je ovaj metod postojao do 1955. Alhemičari 15. stoljeća poznavali su i metodu za proizvodnju sumporne kiseline iz pirita - pirita, jeftinije i rasprostranjenije sirovine od sumpora. Sumporna kiselina se na ovaj način dobijala 300 godina, u malim količinama u staklenim retortama. Nakon toga, u vezi s razvojem katalize, ova metoda je zamijenila komornu metodu za sintezu sumporne kiseline. Trenutno, sumporna kiselina se proizvodi katalitičkom oksidacijom (na V 2 O 5) sumpor (IV) oksida u sumpor (VI) oksid, i naknadnim otapanjem sumpor (VI) oksida u 70% sumporne kiseline da bi se formirao oleum. U Rusiji je proizvodnja sumporne kiseline prvi put organizovana 1805. godine u blizini Moskve u okrugu Zvenigorod. Godine 1913. Rusija je bila na 13. mjestu u svijetu po proizvodnji sumporne kiseline.

Dodatne informacije

Sitne kapljice sumporne kiseline mogu se formirati u srednjoj i gornjoj atmosferi kao rezultat reakcije vodene pare i vulkanskog pepela, koji sadrži velike količine sumpora. Nastala suspenzija, zbog visokog albeda oblaka sumporne kiseline, otežava sunčevim zracima da dođu do površine planete. Stoga (a i kao posljedica velike količine najsitnijih čestica vulkanskog pepela u gornjim slojevima atmosfere, koje također ometaju pristup sunčevoj svjetlosti planeti), nakon posebno jakih vulkanskih erupcija mogu doći do značajnih klimatskih promjena. Na primjer, kao rezultat erupcije vulkana Ksudach (poluotok Kamčatka, 1907.), povećana koncentracija prašine u atmosferi trajala je oko 2 godine, a karakteristični noćni oblaci sumporne kiseline uočeni su čak i u Parizu. Eksplozija vulkana Pinatubo 1991. godine, koja je poslala 3 × 10 7 tona sumpora u atmosferu, dovela je do toga da su 1992. i 1993. godine bile mnogo hladnije od 1991. i 1994. godine.

Standardi

Sumporna kiselina tehnička GOST 2184-77
Sumporno kiselinski akumulator. Specifikacije GOST 667-73
Sumporna kiselina posebne čistoće. Specifikacije GOST 1422-78
Reagensi. Sumporna kiselina. Specifikacije GOST 4204-77