Хим свойства сернистой кислоты. Оксиды серы
При растворении в воде диоксида серы (SO 2) получается химическое соединение, известное как сернистая кислота. Формула этого вещества записывается так: H 2 SO 3 . По правде говоря, данное соединение является крайне нестабильным, с определенным допущением даже можно утверждать, что его на самом деле не существует. Тем не менее данную формулу часто используют для удобства написания уравнений химических реакций.
Сернистая кислота: основные свойства
Для водного раствора двуокиси серы характерна кислая среда. Сам он обладает всеми свойствами, которые присущи кислотам, в том числе и реакцией нейтрализации. Сернистая кислота способна образовывать два вида солей: гидросульфиты и обычные сульфиты. Оба относятся к группе восстановителей. Первый вид обычно получается, когда сернистая кислота присутствует в довольно большом количестве: Н 2 SO 3 + KOH -> KHSO 3 + Н 2 O. В противном случае получается обычный сульфит: Н 2 SO 3 + 2КОН -> К 2 SO 3 + 2Н 2 O. Качественной реакцией на данные соли является их взаимодействие с сильной кислотой. В результате выделяется газ SO 2 , который легко отличить по характерному резкому запаху.
Сернистая кислота способна оказывать отбеливающее воздействие. Не секрет, что подобный эффект также дает и хлорная вода. Однако рассматриваемое соединение имеет одно важное преимущество: в отличие от хлора сернистая кислота не приводит к разрушению красителей, сернистый газ формирует с ними бесцветные химические соединения. Данное свойство нередко применяется для беления тканей из шелка, шерсти, растительного материала, а также всего, что разрушается от окислителей, содержащих в своем составе Cl. В старину данное соединение даже применяли для возвращения первоначального вида дамским соломенным шляпкам. H 2 SO 3 представляет собой достаточно сильный восстановитель. При доступе кислорода ее растворы постепенно превращаются в серную кислоту. В тех же случаях, когда она взаимодействует с более сильным восстановителем (к примеру, с сероводородом), серная кислота, наоборот, проявляет окислительные свойства. Диссоциация данного вещества проходит в два этапа. Вначале формируется гидросульфит-анион, а затем наступает вторая ступень, и он превращается в анион-сульфит.
Где используется сернистая кислота
Получение данного вещества играет большую роль в производстве всевозможных виноматериалов в качестве антисептика, в частности с его помощью удается предотвратить процесс брожения продукта в бочках и тем самым обеспечить его сохранность. Также его применяют для того, чтобы воспрепятствовать ферментации зерна в ходе извлечения из него крахмала. Сернистая кислота и препараты на ее основе обладают широким антимикробным свойством, и поэтому их часто применяют в плодоовощной промышленности при консервировании. Гидросульфит кальция, его еще называют сульфитный щелок, используют для того, чтобы переработать древесину в сульфитную целлюлозу, из которой впоследствии изготавливают бумагу. Осталось добавить, что для человека это соединение является ядовитым, а потому любые лабораторные работы и эксперименты с ним требуют осторожности и повышенного внимания.
Диоксид (двуокись) серы образуется при сжигании серы в воздухе или кислороде. Он получается также при прокаливании на воздухе («обжигании») сульфидов металлов, например железного колчедана:
По этой реакции диоксид серы получают обычно в промышленности (о других промышленных способах получения см, 9 § 131).
Диоксид серы - бесцветный газ («сернистый газ») с резким эапахом горячей серы. Он довольно легко конденсируется в бесцветную жидкость, кипящую при . При испарении жидкого происходит сильное понижение температуры (до ).
Диоксид серы хорошо растворяется в воде (около 40 объемов в 1 объеме воды при ); при этом частично происходит реакция с водой и образуется сернистая кислота:
Таким образом, диоксид серы является ангидридом сернистой кислоты. При нагревании растворимость уменьшается и равновесие смещается влево; постепенно весь диоксид серы снова выделяется из раствора.
Молекула построена аналогично молекуле озона. Ядра составляющих ее атомов образуют равнобедренный треугольник:
Здесь атом серы, как и центральный атом кислорода в молекуле озона, находится в состоянии -гибридизации и угол близок к . Ориентированная перпендикулярно к плоскости молекулы -орбиталь атома серы не участвует в гибридизации. За счет этой орбитали и аналогично ориентированных -орбиталей атомов кислорода образуется трехцентровая -связь; осуществляющая ее пара электронов принадлежит всем трем атомам молекулы.
Диоксид серы применяют для получения серной кислоты, а также (в значительно меньших количествах) для беления соломы, шерсти, шелка и как дезинфицирующее средство (для уничтожения плесневых грибков в подвалах, погребах, винных бочках, бродильных чанах).
Сернистая кислота - очень непрочное соединение. Она известна только в водных растворах. При попытках выделить сернистую кислоту она распадается на и воду. Например, при действии концентрированной серной кислоты на сульфит натрия вместо сернистой кислоты выделяется диоксид серы:
Раствор сернистой кислоты необходимо предохранять от доступа воздуха, иначе она, поглощая из воздуха кислород, медленно окисляется в серную кислоту:
Сернистая кислота - хороший восстановитель. Например, свободные галогены восстанавливаются ею в галогеноводороды:
Однако при взаимодействии с сильными восстановителями сернистая кислота может играть роль окислителя. Так, реакция ее с сероводородом в основном протекает согласно уравнению:
Будучи двухосновной , сернистая кислота образует два ряда солей. Средние ее соли называются сульфитами, кислые - гидросульфитами.
Как и кислота, сульфиты и гидросульфиты являются восстановителями. При их окислении получаются соли серной кислоты.
Сульфиты наиболее активных металлов при прокаливании разлагаются с образованием сульфидов и сульфатов (реакция самоокисления - самовосстановления):
Сульфиты калия и натрия применяются для отбеливания некоторых материалов, в текстильной промышленности при крашении тканей, в фотографии. Раствор (эта соль существует только в растворе) применяется для переработки древесины в так называемую сульфитную целлюлозу, из которой потом получают бумагу.
Сернистая кислота - это неорганическая двухосновная неустойчивая кислота средней силы. Непрочное соединение, известна только в водных растворах при концентрации не более шести процентов. При попытках выделить чистую сернистую кислоту она распадается на оксид серы (SO2) и воду (H2O). Например, при воздействии серной кислоты (H2SO4) в концентрированном виде на сульфит натрия (Na2SO3) вместо сернистой кислоты выделяется оксид серы (SO2). Вот так выглядит данная реакция:
Na2SO3 (сульфит натрия) + H2SO4 (серная кислота) = Na2SO4 (сульфат натрия) + SO2 (серы диоксид) + H2O (вода)
Раствор сернистой кислоты
При его хранении необходимо исключить доступ воздуха. Иначе сернистая кислота, медленно поглощая кислород (O2), превратится в серную.
2H2SO3 (кислота сернистая) + O2 (кислород) = 2H2SO4 (кислота серная)
Растворы сернистой кислоты имеют довольно специфический запах (напоминает запах, остающийся после зажжения спички), наличие которого можно объяснить присутствием оксида серы (SO2), химически не связанного водой.
Химические свойства сернистой кислоты
1. H2SO3) может использоваться в качестве восстановителя или окислителя.
H2SO3 является хорошим восстановителем. С ее помощью можно из свободных галогенов получить галогеноводороды. Например:
H2SO3 (кислота сернистая) + Cl2 (хлор, газ) + H2O (вода) = H2SO4 (кислота серная) + 2HCl (соляная кислота)
Но при взаимодействии с сильными восстановителями данная кислота будет выполнять роль окислителя. Примером может послужить реакция сернистой кислоты с сероводородом:
H2SO3 (кислота сернистая) + 2H2S (сероводород) = 3S (сера) + 3H2O (вода)
2. Рассматриваемое нами химическое соединение образует два - сульфиты (средние) и гидросульфиты (кислые). Эти соли являются восстановителями, так же, как и (H2SO3) сернистая кислота. При их окислении образуются соли серной кислоты. При прокаливании сульфитов активных металлов образуются сульфаты и сульфиды. Это реакция самоокисления-самовосстановления. Например:
4Na2SO3 (сульфит натрия) = Na2S + 3Na2SO4 (сульфат натрия)
Сульфиты натрия и калия (Na2SO3 и K2SO3) применяются при крашении тканей в текстильной промышленности, при отбеливании металлов, а также в фотографии. Кальция гидросульфит (Ca(HSO3)2), существующий только в растворе, используется для переработки древесного материала в специальную сульфитную целлюлозу. Из нее потом делают бумагу.
Применение сернистой кислоты
Сернистая кислота используется:
Для обесцвечивания шерсти, шелка, древесной массы, бумаги и других аналогичных веществ, не выдерживающих отбеливания при помощи более сильных окислителей (например, хлора);
Как консервант и антисептик, например, для предотвращения ферментации зерна при получении крахмала или для предотвращения процесса брожения в бочках вина;
Для сохранения продуктов, например, при консервировании овощей и плодов;
В переработке в целлюлозу сульфитную, из которой потом получают бумагу. В этом случае используется раствор кальция гидросульфита (Ca(HSO3)2), который растворяет лигнин - особое вещество, связывающее волокна целлюлозы.
Сернистая кислота: получение
Данную кислоту можно получить посредством растворения сернистого газа (SO2) в воде (H2O). Вам понадобятся серная кислота в концентрированном виде (H2SO4), медь (Cu) и пробирка. Алгоритм действий:
1. Осторожно налейте в пробирку концентрированную сернистую кислоту и затем поместите туда кусочек меди. Нагрейте. Происходит следующая реакция:
Cu (медь) + 2H2SO4 (серная кислота) = CuSO4 (сульфат серы) + SO2 (сернистый газ) + H2O (вода)
2. Поток сернистого газа необходимо направить в пробирку с водой. При его растворении частично происходит с водой, в результате которой образуется сернистая кислота:
SO2 (сернистый газ) + H2O (вода) = H2SO3
Итак, пропуская сернистый газ через воду, можно получить сернистую кислоту. Стоит учесть, что данный газ оказывает раздражающее воздействие на оболочки дыхательных путей, может вызвать их воспаление, а также потерю аппетита. При длительном его вдыхании возможна потеря сознания. Обращаться с этим газом нужно с предельной осторожностью и внимательность.
В окислительно-восстановительных процессах сернистый газ может быть как окислителем, так и восстановителем, потому что атом в этом соединении имеет промежуточную степень окисления +4.
Как окислитель SO 2 реагирует с более сильными восстановителями, например с :
SO 2 + 2H 2 S = 3S↓ + 2H 2 O
Как восстановитель SO 2 реагирует с более сильными окислителями, например с в присутствии катализатора, с и т.д.:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O = H 2 SO 3 + 2HCl
Получение
1) Сернистый газ образуется при горении серы:
2) В промышленности его получают при обжиге пирита:
3) В лаборатории сернистый газ можно получить:
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Применение
Сернистый газ находит широкое применение в текстильной промышленности для отбеливания различных изделий. Кроме того, его используют в сельском хозяйстве для уничтожения вредных микроорганизмов в теплицах и погребах. В больших количествах SO 2 идет на получение серной кислоты.
Оксид серы (VI ) – SO 3 (серный ангидрид)
Серный ангидрид SO 3 – это бесцветная жидкость, которая при температуре ниже 17 о С превращается в белую кристаллическую массу. Очень хорошо поглощает влагу (гигроскопичен).
Химические свойства
Кислотно-основные свойства
Как типичный кислотный оксид серный ангидрид взаимодействует:
SO 3 + CaO = CaSO 4
в) с водой:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Особым свойством SO 3 является его способность хорошо растворяться в серной кислоте. Раствор SO 3 в серной кислоте имеет название олеум.
Образование олеума: H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3
Окислительно-восстановительные свойства
Оксид серы (VI) характеризуется сильными окислительными свойствами (обычно восстанавливается до SO 2):
3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O
Получение и применение
Серный ангидрид образуется при окислении сернистого газа:
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
В чистом виде серный ангидрид практического значения не имеет. Он получается как промежуточный продукт при производстве серной кислоты.
H 2 SO 4
Упоминания о серной кислоте впервые встречаются у арабских и европейских алхимиков. Ее получали, прокаливая на воздухе железный купорос (FeSO 4 ∙7H 2 O): 2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 либо смесь с : 6KNO 3 + 5S = 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N 2 , а выделяющиеся пары серного ангидрида конденсировали. Поглощая влагу, они превращались в олеум. В зависимости от способа приготовления H 2 SO 4 называли купоросным маслом или серным маслом. В 1595 г. алхимик Андреас Либавий установил тождественность обоих веществ.
Долгое время купоросное масло не находило широкого применения. Интерес к нему сильно возрос после того, как в XVIII в. был открыт процесс получения из индиго индигокармина – устойчивого синего красителя. Первую фабрику по производству серной кислоты основали недалеко от Лондона в 1736 г. Процесс осуществляли в свинцовых камерах, на дно которых наливали воду. В верхней части камеры сжигали расплавленную смесь селитры с серой, затем туда запускали воздух. Процедуру повторяли до тех пор, пока на дне ёмкости не образовывалась кислота требуемой концентрации.
В XIX в. способ усовершенствовали: вместо селитры стали использовать азотную кислоту (она при разложении в камере даёт ). Чтобы возвращать в систему нитрозные газы были сконструированы специальные башни, которые и дали название всему процессу – башенный процесс. Заводы, работающие по башенному методу, существуют и в наше время.
Серная кислота – это тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична; хорошо растворяется в воде. При растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла, поэтому ее надо осторожно приливать в воду (а не наоборот!) и перемешивать раствор.
Раствор серной кислоты в воде с содержанием H 2 SO 4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, а раствор более 70% — концентрированной серной кислотой.
Химические свойства
Кислотно-основные свойства
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. Она реагирует:
H 2 SO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Процесс взаимодействия ионов Ва 2+ с сульфат-ионами SO 4 2+ приводит к образованию белого нерастворимого осадка BaSO 4 . Это качественная реакция на сульфат-ион .
Окислительно – восстановительные свойства
В разбавленной H 2 SO 4 окислителями являются ионы Н + , а в концентрированной – сульфат-ионы SO 4 2+ . Ионы SO 4 2+ являются более сильными окислителями, чем ионы Н + (см.схему).
В разбавленной серной кислоте растворяются металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся до водорода . При этом образуются сульфаты металлов и выделяется :
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода, не реагируют с разбавленной серной кислотой:
Cu + H 2 SO 4 ≠
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она окисляет многие , и некоторые органические вещества.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода (Cu, Ag, Hg), образуются сульфаты металлов, а также продукт восстановления серной кислоты – SO 2 .
Реакция серной кислоты с цинком
Более активными металлами (Zn, Al, Mg) концентрированная серная кислота может восстанавливаться до свободной . Например, при взаимодействии серной кислоты с , в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут образовываться различные продукты восстановления серной кислоты – SO 2 , S, H 2 S:
Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
На холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы, например и , поэтому ее перевозят в железных цистернах:
Fe + H 2 SO 4 ≠
Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы ( , и др.), восстанавливаясь до оксида серы (IV) SO 2:
S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O
Получение и применение
В промышленности серную кислоту получают контактным способом. Процесс получения происходит в три стадии:
- Получение SO 2 путем обжига пирита:
4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
- Окисление SO 2 в SO 3 в присутствии катализатора – оксида ванадия (V):
2SO 2 + O 2 = 2SO 3
- Растворение SO 3 в серной кислоте:
H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3
Полученный олеум перевозят в железных цистернах. Из олеума получают серную кислоту нужной концентрации, приливая его в воду. Это можно выразить схемой:
H 2 SO 4 ∙ n SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Серная кислота находит разнообразное применение в самых различных областях народного хозяйства. Ее используют для осушки газов, в производстве других кислот, для получения удобрений, различных красителей и лекарственных средств.
Соли серной кислоты
Большинство сульфатов хорошо растворимы в воде (малорастворим CaSO 4 , еще менее PbSO 4 и практически нерастворим BaSO 4). Некоторые сульфаты, содержащие кристаллизационную воду, называются купоросами:
CuSO 4 ∙ 5H 2 O медный купорос
FeSO 4 ∙ 7H 2 O железный купорос
Соли серной кислоты имеют все . Особенным является их отношение к нагреванию.
Сульфаты активных металлов ( , ) не разлагаются даже при 1000 о С, а других (Cu, Al, Fe) – распадаются при небольшом нагревании на оксид металла и SO 3:
CuSO 4 = CuO + SO 3
Скачать:
Скачать бесплатно реферат на тему: «Производство серной кислоты контактным способом»
Скачать рефераты по другим темам можно
*на изображении записи фотография медного купороса
Серная кислота H 2 SO 4 - одна из сильных двухосновных кислот. В разбавленном состоянии она окисляет почти все металлы, кроме золота и платины. Интенсивно реагирует с неметаллами и органическими веществами, превращая некоторые из них в уголь. При приготовлении раствора серной кислоты всегда надо её приливать к воде, а не наоборот, во избежание разбрызгивания кислоты и вскипания воды. При 10 °С затвердевает, образуя прозрачную стекловидную массу. При нагревании 100-процентная серная кислота легко теряет серный ангидрид (триокись серы SO 3) до тех пор, пока её концентрация не составит 98 %. Именно в таком состоянии её обычно и используют в лабораториях. В концентрированном (безводном) состоянии серная кислота - бесцветная, дымящаяся на воздухе (из-за паров), маслянистая жидкость с характерным запахом (Т кипения=338 °С). Она является очень сильным окислителем. Это вещество обладает всеми свойствами кислот:
Химические свойства серной кислоты
H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2 ;
2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O - в этом случае кислота является концентрированной.
H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O
Получающийся раствор синего цвета - CuSO 4 - раствор медного купороса. Серную кислоту еще называют купоросным маслом , так как при реакциях с металлами и их оксидами образуются купоросы. Например, при химической реакции с железом (Fe) - образуется светло-зелёный раствор железного купороса.
Химическая реакция с основаниями и щелочами (или реакция нейтрализации)
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Сернистая кислота (или правильнее сказать - раствор сернистого газа в воде) образует два вида солей: сульфиты и гидросульфиты . Эти соли являются восстановителями.
Н 2 SO 4 + NaOH → NaНSO 3 + Н 2 O - такая реакция протекает при избытке сернистой кислоты
Н 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2Н 2 O - а эта реакция протекает при избытке едкого натра
Сернистая кислота обладает отбеливающим действием. Всем известно, что подобным действием обладает и хлорная вода. Но отличие заключается в том, что в отличии от хлора сернистый газ не разрушает красители, а образует с ними неокрашенные химические соединения!
Кроме основных свойств кислот сернистая кислота способна обесцвечивать раствор марганцовки по следующему уравнению:
5Н 2 SO 3 +2KMnO 4 → 2 Н 2 SO 4 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +Н 2 O
В этой реакции образуется бледно-розовый раствор, состоящий из сульфатов калия, марганца. Окраска обусловлена именно сульфатом марганца.
Сернистая кислота способна обесцветить бром
Н 2 SO 3 + Br 2 + Н 2 O → Н 2 SO 4 + 2HBr
В этой реакции образуется раствор, состоящий сразу из 2-х сильных кислот: серной и бромной.
Если хранить сернистую кислоту при доступе воздуха, то этот раствор окисляется и превращается в серную кислоту
2Н 2 SO 3 + O 2 → 2Н 2 SO 2
