Сульфатна кислота – Що таке сульфатна кислота та яка її формула?
Властивості сульфатної кислоти
Чиста сірчана кислота є безбарвною маслянистою рідиною, що перетворюється при10, 4 ° С у тверду кристалічну масу.
Продажна концентрована кислота містить приблизно96, 5% H2 SO4 ; щільність її становить1 ,84 г/см3 . Нерозбавлена кислота відчувається за вагою:1 літр важить майже2 кг.
При розчиненні сульфатної кислоти у воді виділяється велика кількість тепла (19 ккал на моль кислоти) внаслідок утворення гідратів. Гідрати можуть бути виділені з розчину у твердому вигляді при низьких температурах.
Сульфатна кислота має здатність поглинати пари води і тому може застосовуватися для осушення газів. Здібністю поглинати воду пояснюється і обвуглювання багатьох органічних речовин, що особливо відносяться до класу вуглеводів (клітковина, цукор та ін.), при дії на них концентрованої сірчаної кислоти (див. рис.). До складу вуглеводів водень і кисень входять у такому ж співвідношенні, як вони перебувають у воді. Сірчана кислота забирає від вуглеводів елементи води, а вуглець виділяється як вугілля.
Через малу леткість сірчаної кислоти її використовують для витіснення інших, більш летких кислот із їх солей.
Сірчана кислота є енергійним окислювачем; її окисні властивості виявляються при взаємодії з багатьма речовинами.
Взаємодія сірчаної кислоти з металами проходить по-різному залежно від її концентрації. Розведена сірчана кислота окислює своїм іоном водню. Через це вона взаємодіє тільки з тими металами, які стоять у ряді напруги до водню, наприклад:
Zn+H2 SO4 = ZnSO4 +H2 .
Але свинець не розчиняється в розведеній кислоті, оскільки сіль, що утворюється PbSO4 нерозчинна.
Концентрована сульфатна кислота
Концентрована сірчана кислота є окислювачем рахунок сірки. Вона окислює метали, що стоять у ряді напруги до срібла включно. Продукти її відновлення можуть бути різними залежно від активності металу та умов (концентрація кислоти, температура). При взаємодії з малоактивними металами, наприклад з міддю, кислота відновлюється до SO2 :
Cu + 2H2 SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2 O .
При взаємодії з активнішими металами продуктами відновлення можуть бути як SO2 , і вільна сірка і сірководень. Так, при взаємодії з цинком можуть протікати реакції:
Zn + 2H2 SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2 O
3Zn + 4H2 SO4 = 3ZnSO4 +S+4H2 O
4ZN + 5H2 SO4 = 4ZnSO4 +H2 S + 4H2 O .
Де застосовують сульфатну кислоту
Сульфатна кислота застосовується у виробництві мінеральних добрив, для отримання різноманітних мінеральних кислот та солей, різноманітних органічних продуктів, барвників, димоутворювальних та вибухових речовин, у нафтовій, металообробній, текстильній, шкіряній та інших галузях промисловості. Найбільшим споживачем сірчаної кислоти є виробництво мінеральних добрив – суперфосфату та сульфату амонію. На виробництво однієї тонни суперфосфату йшло близько350 кг. сірчаної кислоти, а на виробництво однієї тонни сульфату амонію -750 кг.
Застереження щодо попадання сульфатної кислоти на тіло
Під дією сульфатної кислоти шкіра стає спочатку білою, потім бурою з почервонінням. При цьому оточуючі тканини розпухають. При попаданні сірчаної кислоти на шкіру її необхідно якнайшвидше змити сильним струменем води, обпалене місце змочити5% – ним розчином соди.
Сульфатна кислота формула
Молекула сірчаної кислоти має хрестоподібну форму:
Фізичні властивості сірчаної кислоти:
- щільна масляниста рідина без кольору та запаху;
- щільність 1,83 г/см 3 ;
- температура плавлення 10,3 ° C;
- температура кипіння 296,2 ° C;
- дуже гігроскопічна, змішується з водою у будь-яких відносинах;
- при розчиненні концентрованої сірчаної кислоти у воді відбувається виділення великої кількості тепла ( ВАЖЛИВО ! Приливають кислоту у воду! Воду в кислоту приливати не можна!!! )
Сірчана кислота буває двох видів:
- розведена H 2 SO 4 (розб) – водний розчин кислоти, в якому відсотковий вміст H 2 SO 4 не перевищує 70%;
- концентрована H 2 SO 4 (конц) – водний розчин кислоти, в якому відсотковий вміст H 2 SO 4 перевищує 70%;
Хімічні властивості H 2 SO 4
Сульфатна кислота повністю дисоціює у водних розчинах у два щаблі:
H 2 SO 4 ↔ H + +HSO 4 - HSO 4 - ↔ H + +SO 4 -
Розведена сірчана кислота виявляє всі характерні властивості сильних кислот, вступаючи в реакції:
- з основними оксидами:MgO+H 2 SO 4 = MgSO 4 +H 2 O
- з основами:H 2 SO 4 +2NaOH = Na 2 SO 4 +2H 2 O
- із солями:H 2 SO 4 +BaCl 2 = BaSO 4 ↓+2HCl
якісна реакція на сульфат-іон:
SO 4 2- +Ba 2+ = BaSO 4 ↓
У окислювально-відновних реакціях сірчана кислота виступає в ролі окислювача, при цьому, в розведеній H 2 SO 4 роль окислювачів грають катіони водню (H + ), а в концентрованій – сульфат-іони (SO 4 2- ) (сильніші окислювачі, ніж катіони водню).
- розведена сірчана кислота:
H 2 +1 S +6 O 4 -2
окислювач H + : 2H + +2e – → H 2 0 ↑ - концентрована сірчана кислота:
H 2 +1 S +6 O 4 -2
окислювач S +6 :- S +6 +2e – → S +4 (SO 2 )
- S +6 +6e → S 0 (S)
- S +6 +8e – → S -2 (H 2 S)
Розведена сірчана кислота реагує з металами, що стоять в електрохімічному ряду напруг лівіше водню (реакція проходить з утворенням сульфатів та виділенням водню):
H 2 SO 4 (розб) + Fe = FeSO 4 + H 2 ↑
З металами, що стоять правіше водню (мідь, срібло, ртуть, золото), розбавлена сірчана кислота не реагує.
Концентрована сірчана кислота є сильнішим окислювачем, особливо це проявляється під час нагрівання. Концентрована сірчана кислота не реагує тільки із золотом, з іншими металами, що стоять правіше водню, кислота взаємодіє з утворенням сульфатів та сірчистого газу. Більш активними металами (цинк, алюміній, магній) концентрована сірчана кислота відновлюється до сірки або сірководню.
З іншими металами сірчана кислота взаємодіє з утворенням сірчаного газу, сірки або сірководню (конкретний продукт відновлення сірчаної кислоти залежить від її концентрації):
2H 2 SO 4 (кінець) + Cu = CuSO 4 +SO 2 ↑+2H 2 O 5H 2 SO 4 (кінець)+4Mg = 4MgSO 4 +H 2 S↑+4H 2 O 4H 2 SO 4 (кінець)+3Zn = 3ZnSO 4 +S↓+4H 2 O
Концентрована сірчана кислота окислює деякі неметали, відновлюючись до сірчистого газу:
2H 2 S +6 O 4 (кінець) + S 0 = 3SO 2 ↑+2H 2 O 2H 2 S +6 O 4 (кінець) + C = C +4 O 2 ↑+2S +4 O 2 ↑+2H 2 O
За низьких температур концентрована сірчана кислота пасивує деякі метали (залізо, алюміній, нікель, хром, титан), що дає можливість її промислового перевезення в залізних цистернах.
Одержання та застосування сульфатної кислоти
Сульфатну кислоту в промисловості отримують двома способами: контактним та нітрозним .
Контактний спосіб отримання H 2 SO 4 :
- На першому етапі отримують сірчистий газ шляхом випалу сірчаного колчедану:4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8SO 2 ↑
- На другому етапі, сірчистий газ окислюють киснем повітря до сірчаного ангірдриду, реакція йде в присутності оксиду ванадію, що грає роль каталізатора:2SO 2 +O 2 = 2SO 3
- На третьому, останньому етапі, одержують олеум, для цього сірчаний ангідрид розчиняють у концентрованій сірчаній кислоті:H 2 SO 4 +nSO 3 ↔ H 2 SO 4 ·nSO 3
- Надалі олеум транспортується в залізних цистернах, а сірчана кислота виходить з олеуму розведенням водою:H 2 SO 4 ·nSO 3 +H 2 O → H 2 SO 4
Нітрозний спосіб отримання H 2 SO 4 :
- На першому етапі очищений від пилу сірчистий газ обробляється сірчаною кислотою, в якій розчинено нітрозу (оксид азоту):SO 2 +H 2 O+N 2 O 3 = H 2 SO 4 +2NO↑
- Оксид азоту, що виділився, окислюється киснем і знову поглинається сірчаною кислотою:2NO+O 2 = 2NO 2
NO 2 +NO = N 2 O 3
Застосування сірчаної кислоти:
- для осушення газів;
- у виробництві інших кислот, солей, лугів та ін.;
- для отримання добрив, барвників, миючих засобів;
- в органічному синтезі;
- у виробництві органічних речовин.
Солі сульфатної кислоти
Оскільки сульфатна кислота є двоосновною кислотою, вона дає два види солей: середні солі (сульфати) та кислі солі (гідросульфати).
Сульфати добре розчиняються у воді, виняток становлять CaSO 4 , PbSO 4 , BaSO 4 – перші два погано розчиняються, а сульфат барію практично нерозчинний. Сульфати, до складу яких входить вода, називаються купоросами (мідний купорос – CuSO 4 · 5H 2 O).
Відмінною особливістю солей сульфатної кислоти є їхнє відношення до нагрівання, наприклад, сульфати натрію, калію, барію стійкі до нагрівання, не розкладаючись навіть при 1000°C, водночас сульфати міді, алюмінію, заліза розкладаються навіть при незначному нагріванні з утворенням оксиду металу та сірчаного ангідриду: CuSO4 = CuO+SO 3 .
Гірка (MgSO 4 ·7H 2 O) та глауберова (Na 2 SO 4 ·10H 2 O) сіль використовуються як послаблюючий засіб. Сульфат кальцію (CaSO 4 ·2H 2 O) – при виготовленні гіпсових пов’язок.
