Серная кислота и сульфаты

9 заданий

Разбавленная и концентрированная кислота

Серная кислота — «кровь химической промышленности»: её производят больше любого другого химиката (около 250 млн т в год). По её потреблению когда-то судили о промышленной мощи страны.

errorКислоту — в воду!

При смешении с водой выделяется много теплоты (образуются гидраты \(\ce{H2SO4*nH2O}\)). Если лить воду в кислоту, первые капли вскипают на поверхности тяжёлой кислоты и разбрызгивают её. Правильно — тонкой струйкой кислоту в воду при перемешивании.

Водоотнимающее действие. Концентрированная кислота отнимает воду даже у органических веществ: сахар превращается в чёрную пористую «угольную змею»: \(\ce{C12H22O11 ->[H2SO4 (конц)] 12C + 11H2O}\) — выделяющийся \(\ce{SO2}\) и пар вспенивают уголь. Бумага и дерево обугливаются.

Окислитель (сера +6):

scienceКонцентрированная серная кислота окисляет

\(\ce{Cu + 2H2SO4 ->[t] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\).
\(\ce{C + 2H2SO4 ->[t] CO2 + 2SO2 + 2H2O}\).
\(\ce{S + 2H2SO4 ->[t] 3SO2 + 2H2O}\).
\(\ce{2HBr + H2SO4 -> Br2 + SO2 + 2H2O}\); \(\ce{8HI + H2SO4 -> 4I2 + H2S + 4H2O}\).
\(\ce{4Zn + 5H2SO4 -> 4ZnSO4 + H2S + 4H2O}\) — активный металл восстанавливает глубоко.
Железо, алюминий, хром на холоду пассивируются.

Сульфаты и купоросы

Купоросы — кристаллогидраты сульфатов двухзарядных металлов:

медный \(\ce{CuSO4*5H2O}\) — синий;
железный \(\ce{FeSO4*7H2O}\) — зелёный;
цинковый \(\ce{ZnSO4*7H2O}\) — белый.

Квасцы — двойные сульфаты \(\ce{M^{I}M^{III}(SO4)2*12H2O}\): алюмокалиевые \(\ce{KAl(SO4)2*12H2O}\), хромокалиевые (фиолетовые), железоаммонийные.

Другие важные сульфаты: глауберова соль \(\ce{Na2SO4*10H2O}\) (Иоганн Глаубер, 1625, — «чудесная соль»), английская (горькая) соль \(\ce{MgSO4*7H2O}\), гипс \(\ce{CaSO4*2H2O}\), барит \(\ce{BaSO4}\).

history_eduКупоросное масло

Серную кислоту в средние века получали прокаливанием железного купороса и называли «купоросным маслом»: \(\ce{2FeSO4 ->[t] Fe2O3 + SO2 + SO3}\), \(\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}\). Отсюда же старое название олеума — «нордгаузенская кислота» (по городу, где её производили).

scienceТермическое разложение сульфатов

\(\ce{CuSO4*5H2O ->[t] CuSO4 + 5H2O}\) (ступенчато); \(\ce{2CuSO4 ->[800 °C] 2CuO + 2SO2 + O2}\).
\(\ce{2FeSO4 ->[t] Fe2O3 + SO2 + SO3}\) — железо окисляется, часть серы восстанавливается.
\(\ce{2CaSO4*2H2O ->[150 °C] 2CaSO4*0{,}5H2O + 3H2O}\) — алебастр; с водой он снова схватывается в гипс.
\(\ce{Na2SO4}\), \(\ce{K2SO4}\) не разлагаются даже при плавлении.

Гидросульфаты и пиросульфаты

Гидросульфаты — кислые соли: \(\ce{NaHSO4}\) в растворе кислый (урок 62: \(\ce{HSO4-}\) — кислота средней силы). Твёрдый гидросульфат натрия используют как безопасную «сухую кислоту» в чистящих средствах.

При нагревании гидросульфаты теряют воду, образуя пиросульфаты (дисульфаты) со связью S–O–S:

\[\ce{2NaHSO4 ->[t] Na2S2O7 + H2O}\]

При сильном нагревании пиросульфат отщепляет \(\ce{SO3}\): \(\ce{Na2S2O7 ->[t] Na2SO4 + SO3}\).

boltСплавление с пиросульфатом

Многие прокалённые оксиды (\(\ce{Fe2O3}\), \(\ce{Al2O3}\), \(\ce{TiO2}\)) не растворяются в кислотах. В анализе их сплавляют с \(\ce{K2S2O7}\) — выделяющийся «горячий» \(\ce{SO3}\) переводит их в сульфаты: \(\ce{Fe2O3 + 3K2S2O7 ->[t] Fe2(SO4)3 + 3K2SO4}\) — плав растворяется в воде.

scienceКислые соли серной кислоты

\(\ce{NaCl + H2SO4 (конц) -> NaHSO4 + HCl ^}\).
\(\ce{NaHSO4 + NaOH -> Na2SO4 + H2O}\).
\(\ce{2NaHSO4 + Na2CO3 -> 2Na2SO4 + CO2 ^ + H2O}\) — гидросульфат вытесняет угольную кислоту.

push_pinГлавное

Разбавленная \(\ce{H2SO4}\) — сильная двухосновная кислота (вторая ступень \(K_{a2} = 0{,}012\)), окислитель — \(\ce{H+}\). Концентрированная (96–98 %) — сильное водоотнимающее средство (обугливает сахар, бумагу) и окислитель за счёт S(+6): восстанавливается до \(\ce{SO2}\) (медь, углерод, сера, \(\ce{HBr}\)), \(\ce{S}\) или \(\ce{H2S}\) (активные металлы, \(\ce{HI}\)); пассивирует Fe, Al, Cr на холоду. Разбавлять — только кислоту в воду. Купоросы — кристаллогидраты сульфатов (\(\ce{CuSO4*5H2O}\), \(\ce{FeSO4*7H2O}\)); квасцы \(\ce{KAl(SO4)2*12H2O}\). Сульфаты малоактивных металлов при сильном нагревании разлагаются до оксидов и \(\ce{SO3}\)/\(\ce{SO2}\); гидросульфаты при нагревании дают пиросульфаты.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.