Оксид серы (VI) и серная кислота

Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t °пл. = 17° C ; t °кип. = 66°С; на воздухе «дымит», сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах).

SO 3 хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом.

Химические свойства

1) Серный ангидрид — кислотный оксид.

Взаимодействие с водой

При растворении в воде дает сильную двухосновную серную кислоту:

Диссоциация протекает ступенчато:

H 2 SO 4→ H + + HSO 4 — (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO 4 — → H + + SO 4 2- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H 2 SO 4 образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

Взаимодействие со щелочами

NaOH + SO 3 (избыток) → NaHSO 4

Взаимодействие с основными оксидами

2) SO3 — сильный окислитель .

Серная кислота

Физические свойства серной кислоты: Тяжелая маслянистая жидкость (“купоросное масло”); плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).

Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в “кипящем слое“. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом. Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне). В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции – повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой. Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3

Химические свойства серной кислоты:

H2SO4 – сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1) В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток: H2SO4 = H + + HSO4 – ; HSO4 – = H + + SO4 2- . Суммарное уравнение: H2SO4 = 2H + + SO4 2- .

2) Взаимодействие серной кислоты с металлами: Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода: Zn 0 + H2 +1 SO4(разб) → Zn +2 SO4 + H2

3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами: CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

5) Обменные реакции с солями: BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H2SO4 :

1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S +4 O2, S 0 или H2S -2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe 0 → Fe 3+ , Cr 0 → Cr 3+ , Mn 0 → Mn 4+ ,Sn 0 → Sn 4+

Активный металл

8 Al + 15 H2SO4(конц.)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S 4│2Al 0 – 6e – → 2Al 3+ – окисление 3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление

Металл средней активности

2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S 1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ – окисление 1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление

Металл малоактивный

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O2:

3) Окисление сложных веществ: Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов: 2 КВr + 2Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О 2 КI + 2Н2SО4 = К2SO4 + SO2 + I2 + 2Н2О Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена: NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена: С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием: C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.