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.