Окислительные свойства серной кислоты | Дистанционные уроки

29-Дек-2014 | комментариев 5 | Лолита Окольнова

ОВР в статье специально выделены цветом. Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.

Разбавленная серная ведет себя, как и остальные кислоты, окислительные свои возможности прячет:

 

Zn + h3SO4 → ZnSO4 + h3↑

 

Автор статьи — Саид Лутфуллин

И еще, что надо помнить про разбавленную серную кислоту: она не реагирует со свинцом. Кусок свинца, брошенный в разбавленную h3SO4 покрывается слоем нерастворимого (см. таблицу растворимости) сульфата свинца и реакция моментально прекращается.

 

Pb + h3SO4 ≠

 

 

Концентрированная серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха

 

За счет серы в  степени окисления +6(высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.

 

Правило для задания 24 (по-старому А24) при приготовлении растворов серной кислоты никогда нельзя в нее  лить воду.  Концентрированую серную кислоту нужно тонкой струйкой вливать в воду, постоянно помешивая.

 

 Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами

 

Эти реакции строго стандартизированны и идут по схеме:

h3SO4(конц.) + металл → сульфат металла + h3O + продукт восстановленной серы.

 

Есть два нюанса:

 

1) Алюминий, железо и хром с h3SO4 (конц) в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.

2) С платиной и золотом h3SO4 (конц)  не реагирует вообще.

 

Сера в концентрированной серной кислоте – окислитель

 

• значит, сама будет восстанавливаться;
• то, до какой степени окисления будет восстанавливаться сера, зависит от металла.

 

Рассмотрим диаграмму степеней окисления серы:

 

 

• До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно.

Реакции будут идти вот так:

8Li + 5H₂SO_4(конц.) → 4Li₂SO₄ + 4H₂O + H₂S↑

 

4Mg + 5H₂SO_4(конц.) → 4MgSO₄ + 4H₂O + H₂S↑

 

8Al + 15H₂SO_4(конц.) (t)→ 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O + 3H₂S↑

 

• при взаимодействии h3SO4 (конц) с  металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа, то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0:

 

3Mn + 4H₂SO_4(конц.) → 3MnSO₄ + 4H₂O + S↓

 

2Cr + 4H₂SO_4(конц.) (t)→ Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O + S↓

 

3Zn + 4H₂SO_4(конц.) → 3ZnSO₄ + 4H₂O + S↓

 

• все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:

 

2Fe + 6H₂SO_4(конц.) (t)→ Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂↑

 

(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)

 

Cu + 2H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + 2H₂O + SO₂↑

 

2Ag + 2H₂SO_4(конц.) → Ag₂SO₄ + 2H₂O + SO₂↑

 

 

Конечно, все относительно. Глубина восстановления будет зависеть от многих факторов: концентрации кислоты (90%, 80%, 60%), температуры и т.д. Поэтому совсем уж точно предсказать продукты нельзя. Приведенная выше таблица тоже имеет свой процент приблизительности, но пользоваться ей можно. Еще необходимо помнить, что в ЕГЭ, когда продукт восстановленной серы не указан, и металл не отличается особой активностью, то, скорее всего, составители имеют в виду SO

2. Нужно смотреть по ситуации и искать зацепки в условиях.

 

SO₂ – это вообще частый продукт ОВР с участием конц. серной кислоты.

 

h3SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO₂:

 

C + 2H₂SO_4(конц.) → CO₂↑ + 2H₂O + 2SO₂↑

 

2P + 5H₂SO_4(конц.) → P₂O₅ + 5H₂O + 5SO₂↑

Свежеобразованный оксид фосфора (V) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:

 

2P + 5H₂SO

4(_конц) → 2H₃PO₄ + 2H₂O + 5SO₂↑

 

То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:

 

2B + 3H₂SO_4(конц) → 2H₃BO₃ + 3SO₂↑

 

Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействиеh3SO4 (конц)  с серой (простым веществом) и сероводородом.

Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой. В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:

Сера 0 будет окисляться,  а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.  Будет выделяться сернистый газ:

 

2H₂SO_4(конц.) + S → 3SO₂↑ + 2H₂O

 

Но в случае с сероводородом:

 

 

 Образуется и сера (простое вещество), и сернистый газ:

 

H₂SO_4(конц.) + H₂S → S↓ + SO₂↑ + 2H₂O

 

Этот принцип часто может помочь в определении продукта ОВР, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, в разных степенях окисления. Окислитель и восстановитель «идут навстречу друг другу» по диаграмме степеней окисления.

 

h3SO4 (конц) , так или иначе, взаимодействует с галогенидами

. Только вот тут надо понимать, что фтор и хлор – «сами с усами» и с фторидами и хлоридами ОВР не протекает, проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:

 

CaCl₂ + H₂SO_4(конц.) → CaSO₄ + 2HCl↑

 

CaF₂ + H₂SO_4(конц.) → CaSO₄ + 2HF↑

 

А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:

 

2H₂SO_4(конц.) + 2NaBr → Na₂SO₄ + 2H₂O + SO₂↑ + Br₂

 

H₂

SO_4(конц.) + 2HBr → 2H₂O + SO₂↑ + Br₂

 

5H₂SO_4(конц.) + 8NaI → 4Na₂SO₄ + 4H₂O + H₂S↑ + 4I₂↓

H₂SO_4(конц.) + 8HI → 4H₂O + H₂S↑ + 4I₂↓

 

Хлороводород и фтороводород (как и их соли) устойчивы к окисляющему действию h3SO4 (конц).

 

И наконец, последнее: для концентрированной серной кислоты это уникально, больше никто так не может. Она обладает водоотнимающим свойством.

 

Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом:

 

Во-первых, осушение веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от вещества и оно «становится сухим».

 

Во-вторых, катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (например, дегидратация и этерификация):

 

H₃C–COOH + HO–CH₃ (H₂SO_4(конц.))→ H₃C–C(O)–O–CH₃ + H₂O

 

H₃C–CH₂–OH (H₂SO_4(конц.))→ H₂C=CH₂ + H₂O

 

Еще на эту тему:

Обсуждение: «Окислительные свойства серной кислоты»

(Правила комментирования)

Серная кислота, ее химические свойства

Билет № 21

1. Серная кислота, ее химические свойства в свете представлений об электролитической диссоциации и окислительно-восстановительных реакциях (взаимодействие с металлами, оксидами металлов, основаниями и солями)

Серная кислота — важнейший продукт химической промышленности. Формула серной кислоты H₂SO₄. Бесцветная маслянистая жидкость, тяжелее воды. При смешивании с водой образуются гидраты, происходит сильное разогревание, поэтому категорически запрещено вливать воду в концентрированную серную кислоту. Следует вливать серную кислоту в воду тонкой струйкой при постоянном перемешивании.

Серная кислота отнимает воду от органических веществ, обугливая их. В промышленности способность концентрированной серной кислоты связывать воду используется для осушения газов.

Серная кислота — сильный электролит, в водном растворе диссоциирует полностью. Окрашивает индикаторы лакмус и метилоранж в красный цвет.

Строго говоря, отщепляется один ион водорода (диссоциация по второй ступени очень мала):

H₂SO₄ = H⁺ + HSO₄⁻

Металлы, расположенные в ряду напряжений левее водорода, вытесняют из растворов серной кислоты водород:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ (образуется соль — сульфат цинка)

Окислителем в данной реакции является водород кислоты:

Zn⁰ + H₂⁺¹SO₄ = Zn⁺²SO₄ + H₂⁰↑

Концентрированная серная кислота взаимодействует при нагревании и с металлами правее водорода, кроме золота и платины. Окислителем будет сера. В реакции с медью восстанавливается до оксида серы (IV):

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O (выделяется бесцветный газ)

с указанием степеней окисления:

Cu⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄ = Cu⁺²SO₄ + S⁺⁴O₂↑ + 2H₂O

При концентрации близкой к 100 % серная кислота пассивирует железо*, реакция не идет.

С оксидами металлов реакция протекает с образованием соли и воды:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O

в ионном виде (оксиды на ионы не раскладываем!):

MgO + 2H⁺ +_{SO4²⁻ = Mg²⁺ + SO4²⁻ + H2O}

MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O

Серная кислота реагирует с основаниями, с образованием соли и воды:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

в ионном виде:

2Na⁺ + 2OH⁻ + 2H⁺ + SO₄²⁻= 2Na⁺ + SO₄²⁻+ 2H₂O

OH⁻ + H⁺ = H₂O

Качественной реакцией на сульфат-ион является взаимодействие с солями бария — выпадает белый кристаллический осадок сульфата бария, нерастворимый в азотной кислоте:

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2HCl

2H⁺ +_{SO4²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ = BaSO4↓ + 2H⁺ + 2Cl⁻}

SO₄²⁻ + Ba²⁺ = BaSO₄↓

Серная кислота используется для получения многих кислот, так как вытесняет их из солей. В лаборатории так можно получать соляную кислоту (при нагревании, с последующим растворением в воде выделяющегося хлороводорода) и др.:

2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl↑

сокращенное ионное уравнение:

Cl⁻ + H⁺ = HCl↑

Серная кислота применяется в промышленности для очистки нефтепродуктов, поверхности металлов перед нанесением покрытий, очистки (рафинирования) меди, в производстве удобрений, глюкозы и пр.

2. Получение и собирание углекислого газа. Доказательство наличия этого газа в сосуде

Углекислый газ в лаборатории получают, приливая

1. соляную кислоту к мелу:
   CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
2. соляной или серной кислоты к соде:
   Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

Закрываем пробирку, где идет реакция, пробкой с газоотводной трубкой. Трубку опускаем в колбу (углекислый газ тяжелее воздуха), горлышко желательно прикрыть куском ваты.

Доказываем наличие углекислого газа, приливая в колбу прозрачный раствор известковой воды, взбалтываем. Известковая вода мутнеет вследствие образования нерастворимого карбоната кальция:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O

автор: Владимир Соколов

Серная кислота. Химические свойства разбавленной и

Концентрированной кислоты, техника безопасности при работе.

 

СЕРНАЯ КИСЛОТА. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Физические свойства: Безводная серная кислота — бесцветная маслянистая жидкость, кристаллизующаяся при 10,5⁰С. С водой смешивается в любых соотношениях. При растворении в воде выделяется большое количество

теплоты. При этом образуются гидраты серной кислоты.

Т.к. растворение Н₂SO₄ в воде сопровождается выделением большого количества теплоты, необходимо эту операцию проводить с большой осторожностью. Во избежание разбрызгивания разогретого поверхностного слоя раствора следует серную кислоту вливать в воду.

Концентрированная серная кислота энергично поглощает влагу и поэтому применяется для осушки газов.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

 

Она является двухосновной кислотой.

Структурная формула:

HO O

S

HO O

 

Концентрированная серная кислота — энергичныйокислитель:

1. При нагревании окисляет большинство металлов, в том числе и медь, серебро, ртуть. В зависимости от активности металла в качестве продуктов восстановления могут быть: S⁰, SO₂, H₂S, но чаще до SO₂.

Например: При взаимодействии с медью и другими малоактивными металлами при нагревании образуется SO₂.

Cu + 2 H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Восстановитель окислитель

 

Cu⁰ — 2ē — Cu⁺² 1 пр.ок-я вос-ль

 

SO₄^2- + 4H^— +2ē — SO₂⁰ +2H₂O 1пр. вос-я ок-ль

 

На холоду концентрированная серная кислота (выше 93%) не взаимодей- ствует с такими активными металлами, как алюминий, железо, хром.

Объясняется это явление пассивацией металлов. Такая особенность серной кислоты широко используется для транспортировки последней в железной таре.

 

2. При кипячении окисляет такие неметаллы, как серу, углерод:

 

S + 2 Н₂SО₄= 3 SO₂ +2 H₂O

С + 2 H₂SO₄ = СO₂ + 2 SO₂ + 2 Н₂O

 

3. Водоотнимающее действие (обугливание).

 

СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

1. Изменяет окраску индикатора.

2. Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:

Nа₂O + Н₂SO₄ = Nа₂SO₄ + Н₂O

ZnO + Н₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

3. С основаниями (реакция нейтрализации):

Н₂SO₄ + 2КОН = K₂SO₄ + Н₂O

3Н₂SO₄ + 2 Al(OH)₃ = Al₂(SO₄)₃ + 6 Н₂O

4. С солями:

H₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄ ↓+ 2 HNO₃

Выводы :

1.Безводная серная кислота — бесцветная маслянистая жидкость, кристаллизующаяся при 10,5⁰С. С водой смешивается в любых соотношениях.

2.Т.к. растворение Н₂SO₄ в воде сопровождается выделением большого количества теплоты, необходимо эту операцию проводить с большой осторожностью. Во избежание разбрызгивания разогретого поверхностного слоя раствора следует серную кислоту вливать в воду.

 

3.Концентрированная серная кислота энергично поглощает влагу и поэтому применяется для осушки газов.

4.Серная кислота является двухосновной кислотой.

 

5.Концентрированная серная кислота — энергичныйокислитель.

· При нагревании окисляет большинство металлов, в том числе и медь, серебро, ртуть. В зависимости от активности металла в качестве продуктов восстановления могут быть: S⁰, SO₂, H₂S, но чаще до SO₂.

 

· .На холоду концентрированная серная кислота (выше 93%) не взаимодействует с такими активными металлами, как алюминий, железо, хром.

· При кипячении окисляет такие неметаллы, как серу, углерод.

 

 

· Водоотнимающее действие (обугливание).

 

6.СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.

· Изменяет окраску индикатора.

· Взаимодействует:

· с основными и амфотерными оксидами.

· С основаниями (реакция нейтрализации).

· С солями.

Сульфаты. Качественная реакция на сульфат- ион

Реактивом на сульфат-ион является хлорид бария.

Хлорид бария BaCl₂ осаждает из разбавленных растворов сульфатов белый кристаллический ни в чем нерастворимый осадок сульфата бария:

BaCl₂ + Nа₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2 NаCl

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄ ↓

реакция фармакопейная.

 

Техника выполнения: к 2 каплям раствора сульфата натрия Na₂SO₄ добавляют раствор хлорида бария BaCl₂ и наблюдают выпадение осадка.

 

Выводы :

1.Реактивом на сульфат-ион является хлорид бария.

2.Хлорид бария BaCl₂ осаждает из разбавленных растворов сульфатов белый кристаллический ни в чем нерастворимый осадок сульфата бария.

 

---

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Раствор серной кислоты и его свойства

Серная кислота очень гигроскопична, легко поглощает водяные пары. Хорошо смешивается с водой, образуя растворы любой концентрации. Серная кислота – одно из важнейших химических соединений, находящее самое широкое применение в разных отраслях производства.

Серная кислота – «кровь химии»

Эта кислота известна со времен Средневековья. По имеющимся сведениям, впервые ее получил арабский алхимик Ар-Рази в IX веке, который прокаливал смесь железного и медного купороса.

С XIX века получили широкое распространение два основных способа получения серной кислоты: камерный и контактный. Объемы производства этого вещества непрерывно росли. Серная кислота широко используется при получении различных синтетических материалов, минеральных удобрений, красителей, лекарственных средств, взрывчатых веществ. Без нее невозможно представить современное текстильное, кожевенное, металлообрабатывающее производство. Поэтому серную кислоту по праву называют «кровью химии».

Свойства раствора серной кислоты

Концентрированная серная кислота практически не содержащая воды, имеет плотность около 2 грамм/см3. Она может смешиваться с водой в любых соотношениях. Легко понять, что чем менее концентрированный раствор, тем ближе будет его плотность к плотности воды, то есть к 1 грамму/см3.

При смешивании кислоты с водой необходимо лить кислоту в воду тонкой струйкой, постоянно перемешивая. Ни в коем случае нельзя лить воду в кислоту!

Раствор серной кислоты реагирует с металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений слева от водорода. При этом образуется соль (сульфат) и выделяется водород. Например: 2К + h3SO4 = K2SO4 + h3.

При взаимодействии раствора серной кислоты с раствором щелочи происходит реакция нейтрализации, с образованием соли (сульфата) и воды. Например: Ca(OH)2 + h3SO4 = CaSO4 + 2h3O.

Раствор серной кислоты реагирует с солями, образованными более слабыми кислотами. Например, если воздействовать серной кислотой на кусочки мела или известняка, тут же пойдет реакция с бурным образованием мелких пузырьков. Она протекает по такой формуле: h3SO4 + CaCO3 = h3CO3 + CaSO4.

Образовавшаяся угольная кислота очень нестойкая и практически мгновенно разлагается на воду и углекислый газ. Выделение углекислого газа и приводит к образованию пузырьков.

Раствор серной кислоты также широко используется в свинцовых аккумуляторах. Раствор также применяют при лечении рака. Эффективна кислота и против геморроя. Однако лечение следует проводить только после консультации со специалистом. Серную кислоту можно найти в продаже.