Formuła molekularna h2so4. Kwas siarkowy - właściwości chemiczne i produkcja przemysłowa

Formuła strukturalna

Formuła prawdziwa, empiryczna lub brutto: H2SO4

Skład chemiczny kwasu siarkowego

Masa cząsteczkowa: 98,076

Kwas siarkowy H 2 SO 4 jest silnym kwasem dwuzasadowym, odpowiadającym najwyższemu stopniowi utlenienia siarki (+6). W normalnych warunkach stężony kwas siarkowy jest ciężką oleistą cieczą, bezbarwną i bezwonną, o kwaśnym „miedzianym” smaku. W technologii kwas siarkowy nazywany jest jego mieszaninami zarówno z wodą, jak i bezwodnikiem siarkowym SO 3. Jeżeli stosunek molowy SO 3: H 2 O jest mniejszy niż 1, to jest to wodny roztwór kwasu siarkowego, jeśli większy niż 1 - roztwór SO 3 w kwasie siarkowym (oleum).

Imię

W XVIII-XIX wieku siarkę na proch strzelniczy produkowano z pirytów siarkowych (pirytu) w zakładach witriolowych. Kwas siarkowy nazywano wówczas „olejkiem witriolowym” (z reguły był to krystaliczny hydrat, konsystencją przypominający olej), stąd nazwa jego soli (czy raczej krystalicznych hydratów) – witriol.

Uzyskiwanie kwasu siarkowego

Metoda przemysłowa (kontaktowa)

W przemyśle kwas siarkowy jest wytwarzany przez utlenianie dwutlenku siarki (gaz siarkowy powstający podczas spalania siarki lub pirytów) do trójtlenku (bezwodnik siarkowy), a następnie oddziaływanie SO 3 z wodą. Otrzymany tą metodą kwas siarkowy nazywany jest również kontaktem (stężenie 92-94%).

Metoda azotowa (wieżowa)

Dawniej kwas siarkowy pozyskiwano wyłącznie metodą azotową w specjalnych wieżach i nazywano go kwasem wieżowym (stężenie 75%). Istotą tej metody jest utlenianie dwutlenku siarki dwutlenkiem azotu w obecności wody.

Inny sposób

W tych rzadkich przypadkach, gdy siarkowodór (H 2 S) wypiera siarczan (SO 4 -) z soli (z metalami Cu, Ag, Pb, Hg), kwas siarkowy jest produktem ubocznym. Siarczki tych metali mają najwyższą wytrzymałość, a także charakterystyczny czarny kolor.

Właściwości fizyczne i fizykochemiczne

Bardzo mocny kwas, w temperaturze 18 o C pK a (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K z 1,2 10 -2); długości wiązań w cząsteczce S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kąt HOSOH 104°, OSO 119°; wrze, tworząc mieszaninę azeotropową (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O o temperaturze wrzenia 338,8 ° C). Kwas siarkowy odpowiadający 100% zawartości H 2 SO 4 ma skład (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2O7, - 0,04, HS 2O7 - - 0,05. Mieszalny z wodą i SO 3 we wszystkich proporcjach. W roztworach wodnych kwas siarkowy prawie całkowicie dysocjuje na H 3 O + , HSO 3 + i 2HSO 4 - . Tworzy hydraty H 2 SO 4 nH 2 O, gdzie n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.

oleum

Roztwory bezwodnika siarkowego SO 3 w kwasie siarkowym nazywane są oleum, tworzą dwa związki H 2 SO 4 SO 3 i H 2 SO 4 2SO 3. Oleum zawiera również kwasy pirosiarkowe. Temperatura wrzenia wodnych roztworów kwasu siarkowego wzrasta wraz z jego stężeniem i osiąga maksimum przy zawartości 98,3% H 2 SO 4 . Temperatura wrzenia oleum spada wraz ze wzrostem zawartości SO 3 . Wraz ze wzrostem stężenia wodnych roztworów kwasu siarkowego całkowita prężność par nad roztworami spada i przy zawartości 98,3% H 2 SO 4 osiąga minimum. Wraz ze wzrostem stężenia SO 3 w oleum wzrasta całkowita prężność pary powyżej niego. Prężność par nad wodnymi roztworami kwasu siarkowego i oleum można obliczyć za pomocą równania:

log p=A-B/T+2,126

wartości współczynników A i B zależą od stężenia kwasu siarkowego. Para nad wodnymi roztworami kwasu siarkowego składa się z mieszaniny pary wodnej, H 2 SO 4 i SO 3, przy czym skład pary różni się od składu cieczy przy wszystkich stężeniach kwasu siarkowego, z wyjątkiem odpowiedniej mieszaniny azeotropowej. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta dysocjacja. Oleum H 2 SO 4 · SO 3 ma maksymalną lepkość, wraz ze wzrostem temperatury η maleje. Opór elektryczny kwasu siarkowego jest minimalny przy stężeniu SO 3 i 92% H 2 SO 4 oraz maksymalny przy stężeniu 84 i 99,8% H 2 SO 4 . W przypadku oleum minimalna wartość ρ jest przy stężeniu 10% SO 3 . Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ρ kwasu siarkowego. Stała dielektryczna 100% kwasu siarkowego 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); stała krioskopowa 6,12, stała ebulioskopowa 5,33; współczynnik dyfuzji pary kwasu siarkowego w powietrzu zmienia się wraz z temperaturą; D = 1,67 10⁻⁵T3/2 cm²/s.

Właściwości chemiczne

Kwas siarkowy w postaci stężonej po podgrzaniu jest dość silnym środkiem utleniającym. Utlenia HI i częściowo HBr do wolnych halogenów. Utlenia wiele metali (wyjątki: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). W tym przypadku stężony kwas siarkowy jest redukowany do SO2. Na zimno w stężonym kwasie siarkowym Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba ulegają pasywacji i reakcje nie zachodzą. Dzięki najsilniejszym reduktorom stężony kwas siarkowy jest redukowany do S i H 2 S. Stężony kwas siarkowy pochłania parę wodną, ​​dzięki czemu służy do osuszania gazów, cieczy i ciał stałych np. w eksykatorach. Jednak stężony H 2 SO 4 jest częściowo redukowany przez wodór, dlatego nie można go stosować do jego suszenia. Odszczepiając wodę od związków organicznych i jednocześnie pozostawiając sadzę (węgiel), stężony kwas siarkowy prowadzi do zwęglenia drewna, cukru i innych substancji. Rozcieńczony H 2 SO 4 oddziałuje ze wszystkimi metalami znajdującymi się w elektrochemicznej serii napięć na lewo od wodoru z jego uwolnieniem. Właściwości utleniające dla rozcieńczonego H 2 SO 4 są nietypowe. Kwas siarkowy tworzy dwie serie soli: średnie - siarczanowe i kwaśne - wodorosiarczany oraz estry. Znane są kwasy nadtlenosiarczanowy (lub kwas Caro) H2SO5 i nadtlenodisiarkowy H2S2O8. Kwas siarkowy reaguje również z zasadowymi tlenkami, tworząc siarczan i wodę. W zakładach obróbki metali roztwór kwasu siarkowego służy do usuwania warstwy tlenku metalu z powierzchni wyrobów metalowych, które podczas procesu produkcyjnego poddawane są silnemu nagrzewaniu. Tak więc tlenek żelaza jest usuwany z powierzchni blachy żelaznej przez działanie ogrzanego roztworu kwasu siarkowego. Jakościową reakcją na kwas siarkowy i jego rozpuszczalne sole jest ich interakcja z rozpuszczalnymi solami baru, w której powstaje biały osad siarczanu baru, nierozpuszczalny np. w wodzie i kwasach.

Wniosek

Stosowany jest kwas siarkowy:

• w przeróbce rud, zwłaszcza w wydobyciu rzadkich pierwiastków, m.in. uranu, irydu, cyrkonu, osmu itp.;
• w produkcji nawozów mineralnych;
• jako elektrolit w akumulatorach ołowiowych;
• pozyskiwać różne kwasy mineralne i sole;
• w produkcji włókien chemicznych, barwników, substancji dymotwórczych i wybuchowych;
• w przemyśle naftowym, metalowym, tekstylnym, skórzanym i innych;
• w przemyśle spożywczym – zarejestrowany jako dodatek do żywności E513 (emulgator);
• w przemysłowej syntezie organicznej w reakcjach:
• odwodnienie (otrzymywanie eteru dietylowego, estrów);
• uwodnienie (etanol z etylenu);
• sulfonowanie (syntetyczne detergenty i półprodukty w produkcji barwników);
• alkilowanie (otrzymywanie izooktanu, glikolu polietylenowego, kaprolaktamu) itp.
• Do odzyskiwania żywic w filtrach przy produkcji wody destylowanej.

Światowa produkcja kwasu siarkowego ok. 160 mln ton rocznie. Największym konsumentem kwasu siarkowego jest produkcja nawozów mineralnych. W przypadku nawozów fosforowych P 2 O 5 zużywa się 2,2-3,4 razy więcej kwasu siarkowego, a dla kwasu siarkowego (NH 4) 2 SO 4 75% masy zużytego (NH 4) 2 SO 4. Dlatego też instalacje kwasu siarkowego buduje się zwykle w połączeniu z instalacjami do produkcji nawozów mineralnych.

Informacje historyczne

Kwas siarkowy znany jest od starożytności, występując w przyrodzie w postaci wolnej, np. w postaci jezior w pobliżu wulkanów. Być może pierwsza wzmianka o kwaśnych gazach otrzymywanych przez kalcynację ałunu lub siarczanu żelaza „zielony kamień” znajduje się w pismach przypisywanych arabskiemu alchemikowi Jabirowi ibn Hayyanowi. W IX wieku perski alchemik Ar-Razi, kalcynując mieszaninę siarczanu żelaza i miedzi (FeSO 4 7H 2 O i CuSO 4 5H 2 O), również uzyskał roztwór kwasu siarkowego. Metodę tę udoskonalił żyjący w XIII wieku europejski alchemik Albert Magnus. Schemat wytwarzania kwasu siarkowego z siarczanu żelazawego – rozkład termiczny siarczanu żelaza(II), a następnie schłodzenie mieszaniny. Pisma alchemika Valentine'a (XIII w.) opisują sposób wytwarzania kwasu siarkowego przez pochłanianie gazu (bezwodnika siarkowego) uwalnianego przez spalanie mieszaniny proszków siarki i saletry z wodą. Następnie metoda ta stanowiła podstawę tzw. metoda „komorowa”, wykonywana w małych komorach wyłożonych ołowiem, który nie rozpuszcza się w kwasie siarkowym. W ZSRR taka metoda istniała do 1955 roku. Alchemicy XV w. znali też sposób otrzymywania kwasu siarkowego z pirytu - piryt siarkowy, tańszy i powszechniejszy surowiec niż siarka. Kwas siarkowy produkowano w ten sposób przez 300 lat, w niewielkich ilościach w retortach szklanych. Następnie, w związku z rozwojem katalizy, metoda ta zastąpiła komorową metodę syntezy kwasu siarkowego. Obecnie kwas siarkowy wytwarzany jest przez katalityczne utlenianie (na V 2 O 5) tlenku siarki (IV) do tlenku siarki (VI), a następnie rozpuszczanie tlenku siarki (VI) w 70% kwasie siarkowym z wytworzeniem oleum. W Rosji produkcję kwasu siarkowego zorganizowano po raz pierwszy w 1805 r. pod Moskwą w okręgu Zvenigorod. W 1913 r. Rosja zajęła 13. miejsce na świecie w produkcji kwasu siarkowego.

Dodatkowe informacje

Najmniejsze kropelki kwasu siarkowego mogą powstawać w środkowej i górnej części atmosfery w wyniku reakcji pary wodnej i popiołu wulkanicznego zawierającego duże ilości siarki. Powstała zawiesina, ze względu na wysokie albedo chmur kwasu siarkowego, utrudnia dotarcie światła słonecznego do powierzchni planety. Dlatego (a także w wyniku dużej liczby maleńkich cząstek popiołu wulkanicznego w górnych warstwach atmosfery, które również utrudniają dotarcie światła słonecznego do planety), po szczególnie silnych erupcjach wulkanicznych mogą wystąpić znaczące zmiany klimatyczne. Na przykład w wyniku erupcji wulkanu Ksudach (półwysep Kamczatka, 1907) przez około 2 lata utrzymywała się zwiększona koncentracja pyłu w atmosferze, a charakterystyczne srebrzyste obłoki kwasu siarkowego zaobserwowano nawet w Paryżu. Wybuch wulkanu Pinatubo w 1991 roku, który wysłał do atmosfery 3 107 ton siarki, spowodował, że lata 1992 i 1993 były znacznie zimniejsze niż lata 1991 i 1994.

Normy

• Kwas siarkowy techniczny GOST 2184-77
• Bateria kwas siarkowy. Specyfikacje GOST 667-73
• Kwas siarkowy o szczególnej czystości. Dane techniczne GOST 1422-78
• Odczynniki. Kwas Siarkowy. Dane techniczne GOST 4204-77

Właściwości fizyczne kwasu siarkowego:
Ciężka oleista ciecz („witriol”);
gęstość 1,84 g/cm3; nielotny, dobrze rozpuszczalny w wodzie - z silnym ogrzewaniem; t°pl. = 10,3°C, bp \u003d 296 ° C, bardzo higroskopijny, ma właściwości usuwające wodę (zwęglenie papieru, drewna, cukru).

Ciepło nawilżania jest tak duże, że mieszanina może się zagotować, rozpryskiwać i powodować oparzenia. Dlatego konieczne jest dodanie kwasu do wody, a nie odwrotnie, ponieważ po dodaniu wody do kwasu lżejsza woda znajdzie się na powierzchni kwasu, gdzie całe uwolnione ciepło zostanie skoncentrowane.

Produkcja przemysłowa kwasu siarkowego (metoda kontaktowa):

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (oleum)

Pokruszony oczyszczony mokry piryt (piryt siarkowy) wlewa się od góry do pieca do wypalania w „ łóżko wodne”. Od dołu (zasada przeciwprądu) przepuszczane jest powietrze wzbogacone tlenem.
Z pieca wydobywa się gaz piecowy, którego skład to: SO 2, O 2, para wodna (piryt był mokry) oraz najmniejsze cząstki żużla (tlenek żelaza). Gaz jest oczyszczany z zanieczyszczeń cząstek stałych (w cyklonie i elektrofiltrze) oraz pary wodnej (w wieży suszącej).
W aparacie kontaktowym dwutlenek siarki jest utleniany przy użyciu katalizatora V2O5 (pięciotlenek wanadu) w celu zwiększenia szybkości reakcji. Proces utleniania jednego tlenku do drugiego jest odwracalny. Dlatego dobierane są optymalne warunki dla przebiegu reakcji bezpośredniej - podwyższone ciśnienie (ponieważ reakcja bezpośrednia zachodzi przy spadku objętości całkowitej) oraz temperatura nie wyższa niż 500 C (ponieważ reakcja jest egzotermiczna).

W wieży absorpcyjnej tlenek siarki (VI) jest absorbowany przez stężony kwas siarkowy.
Nie stosuje się absorpcji wody, ponieważ tlenek siarki rozpuszcza się w wodzie z wydzieleniem dużej ilości ciepła, więc powstały kwas siarkowy wrze i zamienia się w parę. Aby uniknąć tworzenia się mgły kwasu siarkowego, należy stosować 98% stężony kwas siarkowy. Tlenek siarki bardzo dobrze rozpuszcza się w takim kwasie tworząc oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Właściwości chemiczne kwasu siarkowego:

H 2 SO 4 jest mocnym kwasem dwuzasadowym, jednym z najsilniejszych kwasów mineralnych, ze względu na dużą polarność, wiązanie H - O łatwo ulega zerwaniu.

1) Kwas siarkowy dysocjuje w roztworze wodnym , tworząc jon wodorowy i resztę kwasową:
H 2 SO 4 \u003d H + + HSO 4 -;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Równanie podsumowujące:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

2) Oddziaływanie kwasu siarkowego z metalami:
Rozcieńczony kwas siarkowy rozpuszcza tylko metale w szeregu napięć na lewo od wodoru:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razb) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Oddziaływanie kwasu siarkowegoz podstawowymi tlenkami:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Oddziaływanie kwasu siarkowego zwodorotlenki:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Reakcje wymiany z solami:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 ↓ + 2HCl
Powstawanie białego osadu BaSO4 (nierozpuszczalnego w kwasach) służy do wykrywania kwasu siarkowego i rozpuszczalnych siarczanów (reakcja jakościowa dla jonów siarczanowych).

Specjalne właściwości stężonego H 2 SO 4:

1) stężony kwas siarkowy to silny środek utleniający ; podczas interakcji z metalami (z wyjątkiem Au, Pt) wracają do S +4 O 2 , S 0 lub H 2 S -2 w zależności od aktywności metalu. Bez ogrzewania nie reaguje z Fe, Al, Cr - pasywacja. Podczas interakcji z metalami o zmiennej wartościowości te ostatnie ulegają utlenieniu do wyższych stanów utlenienia niż w przypadku roztworu rozcieńczonego kwasu: Fe0→ Fe 3+ , Cr 0→ Cr 3+ , Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+

aktywny metal

8 Al + 15 H 2 SO 4 (stęż.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12 H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 mi- → 2Al 3+ - utlenianie
3│ S 6+ + 8e → S 2– regeneracja

4Mg+ 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Metal o średniej aktywności

2Cr + 4 H 2 SO 4 (stęż.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - utlenianie
1│ S 6+ + 6e → S 0 - regeneracja

Metal nieaktywny

2Bi + 6H 2 SO 4 (stęż.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - utlenianie
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - regeneracja

2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

2) Stężony kwas siarkowy utlenia niektóre niemetale, z reguły do ​​maksymalnego stopnia utlenienia, sam jest redukowany doS+4O2:

C + 2H2SO4 (stęż.) → CO2 + 2SO2 + 2H2O

S+ 2H 2 SO 4 (stęż.) → 3SO 2 + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (stęż.) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Utlenianie substancji złożonych:
Kwas siarkowy utlenia HI i HBr do wolnych halogenów:
2 KBr + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2 H 2 O
Stężony kwas siarkowy nie może utleniać jonów chlorkowych do wolnego chloru, co umożliwia otrzymanie HCl w reakcji wymiany:
NaCl + H2SO4 (stęż.) = NaHSO4 + HCl

Kwas siarkowy usuwa chemicznie związaną wodę ze związków organicznych zawierających grupy hydroksylowe. Odwodnienie alkoholu etylowego w obecności stężonego kwasu siarkowego prowadzi do produkcji etylenu:
C2H5OH \u003d C2H4 + H2O.

Zwęglenie cukru, celulozy, skrobi i innych węglowodanów w kontakcie z kwasem siarkowym tłumaczy się również ich odwodnieniem:
C 6 H 12 O 6 + 12 H 2 SO 4 \u003d 18 H 2 O + 12 SO 2 + 6 CO 2.

Cel: Zapoznanie się ze strukturą, właściwościami fizycznymi i chemicznymi, zastosowaniem kwasu siarkowego.

Zadania edukacyjne: Rozważenie właściwości fizykochemicznych (wspólne z innymi kwasami i specyficzne) kwasu siarkowego, otrzymywanie, wskazuje na duże znaczenie kwasu siarkowego i jego soli w gospodarce narodowej.

Zadania edukacyjne: Kontynuować kształtowanie dialektyczno-materialistycznego rozumienia przyrody wśród studentów.

Zadania rozwojowe: Rozwój ogólnych umiejętności i zdolności edukacyjnych, praca z podręcznikiem i dodatkową literaturą, zasady pracy na pulpicie, umiejętność systematyzacji i uogólniania, nawiązywania związków przyczynowo-skutkowych, wyrażania myśli w sposób rozstrzygający i kompetentny, wyciągania wniosków, rysowania diagramów , szkic.

Podczas zajęć

1. Powtórka z przeszłości.

Frontalne badanie klasowe. Porównaj właściwości siarki krystalicznej i plastycznej. Wyjaśnij istotę alotropii.

2. Nauka nowego materiału.

Po uważnym wysłuchaniu opowieści wyjaśnimy na końcu lekcji, dlaczego kwas siarkowy dziwnie zachowywał się z wodą, drewnem i złotym pierścieniem.

Brzmi jak nagranie dźwiękowe.

Przygody kwasu siarkowego.

W jednym chemicznym królestwie żyła czarodziejka, nazywała się Kwas Siarkowy. Nie wyglądała tak źle, była to bezbarwna ciecz, lepka jak olej, bezwonna. Kwas siarkowy Chciałem być sławny, więc wybrałem się w podróż.

Szła już od 5 godzin, a ponieważ dzień był zbyt gorący, była bardzo spragniona. I nagle zobaczyła studnię. "Woda!" wykrzyknął kwas i biegnąc do studni, dotknęła wody. Woda strasznie syczała. Z krzykiem przestraszona czarodziejka rzuciła się do ucieczki. Oczywiście młody kwas nie wiedział, że po zmieszaniu Kwas Siarkowy woda wydziela dużą ilość ciepła.

„Jeśli woda wejdzie w kontakt z Kwas Siarkowy, wtedy woda, nie mając czasu na zmieszanie z kwasem, może się zagotować i wyrzucić bryzgi Kwas Siarkowy. Ten wpis pojawił się w pamiętniku młodego podróżnika, a następnie trafił do podręczników.

Ponieważ kwas nie gasił pragnienia, rozłożyste drzewo postanowiło położyć się i odpocząć w cieniu. Ale jej też się nie udało. Jak tylko Kwas siarkowy dotknął drzewa, zaczęło się zwęglić. Nie znając przyczyny tego, przestraszony kwas uciekł.

Wkrótce przyjechała do miasta i postanowiła udać się do pierwszego sklepu, który napotkała na swojej drodze. Okazało się, że to biżuteria. Zbliżając się do witryn sklepowych, kwas zobaczył wiele pięknych pierścieni. Kwas siarkowy Postanowiłem spróbować jednego pierścionka. Prosząc sprzedawcę o złoty pierścionek, podróżniczka włożyła go na swój długi piękny palec. Czarodziejce bardzo spodobał się pierścień i postanowiła go kupić. Tym właśnie mogła się pochwalić swoim przyjaciołom!

Opuszczając miasto, kwas wrócił do domu. Po drodze nie opuszczała jej myśl, dlaczego woda i drewno zachowywały się tak dziwnie w kontakcie z nią, ale nic się nie stało z tą złotą rzeczą? „Tak, ponieważ złoto jest w Kwas Siarkowy nie utlenia się. Były to ostatnie słowa zapisane przez kwas w jego pamiętniku.

Wyjaśnienie nauczyciela.

Wzory elektroniczne i strukturalne kwasu siarkowego.

Ponieważ siarka znajduje się w trzecim okresie układu okresowego, zasada oktetu (struktura ośmiu elektronów) nie jest przestrzegana i atom siarki może przejąć do dwunastu elektronów. Formuły elektronowe i strukturalne kwasu siarkowego są następujące:

(Sześć elektronów siarki zaznaczono gwiazdką)

Paragon fiskalny.

Kwas siarkowy powstaje w wyniku oddziaływania tlenku siarki (5) z wodą (SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4).

właściwości fizyczne.

Kwas siarkowy jest bezbarwną, ciężką, nielotną cieczą. Po rozpuszczeniu w wodzie następuje bardzo silne ogrzewanie. Zapamietaj to nie wlewaj wody do stężonego kwasu siarkowego!

Stężony kwas siarkowy pochłania parę wodną z powietrza. Widać to, gdy otwarte naczynie ze stężonym kwasem siarkowym jest zbilansowane w skali: po chwili kubek z naczyniem tonie.

Właściwości chemiczne.

Rozcieńczony kwas siarkowy ma właściwości wspólne dla wszystkich kwasów. Ponadto kwas siarkowy ma specyficzne właściwości.

Właściwości chemiczne siarki - dodatek .

Demonstracja przez nauczyciela zabawnego doświadczenia.

Krótka odprawa bezpieczeństwa.

Eskimo (węgiel z cukru)

Sprzęt	Plan doświadczenia	Wyjście
Cukier puder. stężony kwas siarkowy. Dwie szklanki chemiczne 100-150 ml. Szklana Pałka. Waga.	Do zlewki wsypać 30 g cukru pudru. Za pomocą zlewki odmierz 12 ml stężonego kwasu siarkowego. Cukier i kwas wymieszać w szklance za pomocą szklanej pałeczki na papkowatą masę (szklaną pałkę wyjąć i włożyć do szklanki wody). Po chwili mieszanina ciemnieje, nagrzewa się, a wkrótce porowata masa węglowa zaczyna wypełzać ze szkła - Lód na patyku	Karbonizację cukru kwasem siarkowym (stężonym) tłumaczy się utleniającymi właściwościami tego kwasu. Czynnikiem redukującym jest węgiel. Proces jest egzotermiczny. 2H 2 SO 4 + C 12 O 11 + H22 -> 11C + 2SO 2 + 13H 2 O + CO 2

Uczniowie wypełniają tabelę ciekawym doświadczeniem w zeszycie.

Rozumowanie uczniów o tym, dlaczego kwas siarkowy zachowywał się tak dziwnie z wodą, drewnem i złotem.

Wniosek.

Ze względu na swoje właściwości (zdolność do wchłaniania wody, właściwości utleniające, nielotność) kwas siarkowy znajduje szerokie zastosowanie w gospodarce narodowej. Należy do głównych produktów przemysłu chemicznego.

1. otrzymywanie barwników;
2. pozyskiwanie nawozów mineralnych;
3. czyszczenie produktów naftowych;
4. elektrolityczna produkcja miedzi;
5. elektrolit w bateriach;
6. odbieranie materiałów wybuchowych;
7. otrzymywanie barwników;
8. otrzymywanie sztucznego jedwabiu;
9. odbieranie glukozy;
10. otrzymywanie soli;
11. otrzymywanie kwasów.

Szeroko stosowane są na przykład sole kwasu siarkowego

Na2SO4 * 10H2O– krystaliczny hydrat siarczanu sodu (sól glaubera)- stosowany w produkcji sody, szkła, w medycynie i weterynarii.

CaSO4*2H2O- uwodniony siarczan wapnia (gips naturalny)- służy do otrzymywania gipsu półwodnego, który jest niezbędny w budownictwie, aw medycynie - do nakładania bandaży gipsowych.

CuSO4*5H2O– uwodniony siarczan miedzi (2) (siarczan miedzi)- stosowany w walce ze szkodnikami i chorobami roślin.

Praca uczniów z pozatekstowym komponentem podręcznika.

To jest interesujące

... w zatoce Kara-Bogaz-Gol woda zawiera 30% soli Glaubera w temperaturze +5 ° C, ta sól wytrąca się jako biały osad, jak śnieg, a wraz z nadejściem ciepłej pogody sól się rozpuszcza Ponownie. Ponieważ sól Glaubera pojawia się i znika w tej zatoce, została nazwana mirabilit, co oznacza „cudowną sól”.

3. Pytania utrwalające materiał edukacyjny, zapisane na tablicy.

1. Zimą czasami między ramami okiennymi umieszcza się naczynie ze stężonym kwasem siarkowym. Jaki jest cel tego robienia, dlaczego naczynia nie można napełnić kwasem do góry?
2. Dlaczego kwas siarkowy nazywany jest „chlebem” chemii?

Praca domowa i instrukcje jej wykonania.

W razie potrzeby napisz równania w formie jonowej.

Wnioski z lekcji, ustawianie i komentowanie ocen.

Bibliografia.

1. Rudzitis G.E. Feldman F.G., Chemia: Podręcznik dla klas 7-11 wieczorowej (zmianowej) gimnazjum o godz.2 Część 1-3 wydanie - M.: Edukacja, 1987.
2. Chemia w szkole nr 6, 1991.
3. Strempler Genrich Ivanovich, Chemia w czasie wolnym: Książka. dla studentów środy. i stary. wiek /ryc. wyd. z udziałem V.N. Rastopchiny.- F.: Ch. wyd. KSE, 1990.

Ma historyczną nazwę: olejek witriolowy. Badania nad kwasem rozpoczęły się w czasach starożytnych, opisywali go w swoich pismach grecki lekarz Dioscorides, rzymski przyrodnik Pliniusz Starszy, islamscy alchemicy Geber, Razi i Ibn Sina i inni. W Sumerach istniała lista witriolu, która została sklasyfikowana według koloru substancji. Obecnie słowo „witriol” łączy krystaliczne hydraty siarczanów metali dwuwartościowych.

W XVII wieku niemiecko-holenderski chemik Johann Glauber pozyskiwał kwas siarkowy poprzez spalanie siarki za pomocą (KNO3) w obecności.W 1736 roku Joshua Ward (farmaceuta z Londynu) zastosował tę metodę w produkcji. Ten czas można uznać za punkt wyjścia, kiedy zaczęto produkować kwas siarkowy na dużą skalę. Jego formułę (H2SO4), jak się powszechnie uważa, ustalił nieco później szwedzki chemik Berzelius (1779-1848).

Berzelius, używając symboli literowych (oznaczających pierwiastki chemiczne) oraz indeksów dolnych (oznaczających liczbę atomów danego typu w cząsteczce), stwierdził, że jedna cząsteczka zawiera 1 atom siarki (S), 2 atomy wodoru (H) i 4 atomy tlenu ( O). Od tego czasu poznano skład jakościowy i ilościowy cząsteczki, czyli kwas siarkowy opisano językiem chemii.

Przedstawienie w formie graficznej wzajemnego ułożenia atomów w cząsteczce oraz wiązań chemicznych między nimi (zazwyczaj są one oznaczone liniami), informuje, że w centrum cząsteczki znajduje się atom siarki, który jest połączony wiązaniami podwójnymi z dwoma tlenami atomy. Z pozostałymi dwoma atomami tlenu, do których przyłączony jest atom wodoru, ten sam atom siarki jest połączony wiązaniami pojedynczymi.

Nieruchomości

Kwas siarkowy jest lekko żółtawą lub bezbarwną, lepką cieczą, rozpuszczalną w wodzie w każdym stężeniu. Jest minerałem silnym i bardzo agresywnym w stosunku do metali (skoncentrowany nie wchodzi w interakcje z żelazem bez nagrzewania, ale je pasywuje), skał, tkanek zwierzęcych czy innych materiałów. Charakteryzuje się wysoką higroskopijnością i wyraźnymi właściwościami silnego środka utleniającego. W temperaturze 10,4°C kwas zestala się. Po podgrzaniu do 300°C prawie 99% kwasu traci bezwodnik siarkowy (SO3).

Jego właściwości zmieniają się w zależności od stężenia jego roztworu wodnego. Istnieją popularne nazwy roztworów kwasów. Rozcieńczony kwas uważa się za do 10%. Bateria - od 29 do 32%. W stężeniu mniejszym niż 75% (jak ustalono w GOST 2184) nazywa się to wieżą. Jeśli stężenie wynosi 98%, będzie to już stężony kwas siarkowy. Wzór (chemiczny lub strukturalny) pozostaje niezmieniony we wszystkich przypadkach.

Gdy stężony bezwodnik siarkowy rozpuszcza się w kwasie siarkowym, powstaje oleum lub dymiący kwas siarkowy, jego wzór można zapisać w następujący sposób: H2S2O7. Czysty kwas (H2S2O7) jest ciałem stałym o temperaturze topnienia 36°C. Reakcje hydratacji kwasu siarkowego charakteryzują się wydzielaniem ciepła w dużych ilościach.

Rozcieńczony kwas reaguje z metalami, z którymi wykazuje właściwości silnego środka utleniającego. W tym przypadku kwas siarkowy jest redukowany, formuła powstających substancji zawierających zredukowany (do +4, 0 lub -2) atom siarki może mieć postać: SO2, S lub H2S.

Reaguje z niemetalami, takimi jak węgiel lub siarka:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Reaguje z chlorkiem sodu:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Charakteryzuje się reakcją elektrofilowego podstawienia atomu wodoru przyłączonego do pierścienia benzenowego związku aromatycznego przez grupę -SO3H.

Paragon fiskalny

W 1831 roku opatentowano kontaktową metodę otrzymywania H2SO4, która jest obecnie główną. Obecnie tą metodą wytwarza się większość kwasu siarkowego. Wykorzystywanym surowcem jest ruda siarczkowa (częściej piryt żelaza FeS2), która jest wypalana w specjalnych piecach i powstaje gaz prażenia. Ponieważ temperatura gazu wynosi 900 ° C, jest on chłodzony kwasem siarkowym o stężeniu 70%. Następnie gaz jest oczyszczany z pyłu w cyklonie i elektrofiltrze, w wieżach myjących kwasem o stężeniu 40 i 10% trucizn katalitycznych (As2O5 i fluor) oraz w elektrofiltrach mokrych z kwaśnego aerozolu. Następnie gaz prażony zawierający 9% dwutlenku siarki (SO2) jest suszony i podawany do aparatu kontaktowego. Po przejściu przez 3 warstwy katalizatora wanadowego SO2 utlenia się do SO3. Do rozpuszczenia utworzonego bezwodnika siarkowego stosuje się stężony kwas siarkowy. Wzór na roztwór bezwodnika siarkowego (SO3) w bezwodnym kwasie siarkowym to H2S2O7. W tej postaci oleum w stalowych zbiornikach jest transportowane do konsumenta, gdzie jest rozcieńczane do pożądanego stężenia.

Wniosek

Ze względu na różne właściwości chemiczne H2SO4 ma szerokie zastosowanie. W produkcji samego kwasu, jako elektrolitu w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, do produkcji różnych środków czyszczących, jest on również ważnym odczynnikiem w przemyśle chemicznym. Znajduje również zastosowanie w produkcji: alkoholi, tworzyw sztucznych, barwników, gumy, eteru, klejów, mydeł i detergentów, farmaceutyków, celulozy i papieru, produktów naftowych.

Każdy kwas jest substancją złożoną, której cząsteczka zawiera jeden lub więcej atomów wodoru i resztę kwasową.

Formuła kwasu siarkowego to H2SO4. Dlatego skład cząsteczki kwasu siarkowego obejmuje dwa atomy wodoru i resztę kwasową SO4.

Kwas siarkowy powstaje, gdy tlenek siarki reaguje z wodą

SO3+H2O -> H2SO4

Czysty 100% kwas siarkowy (monohydrat) to ciężka ciecz, lepka jak olej, bezbarwna i bezwonna, o kwaśnym „miedzianym” smaku. Już w temperaturze +10 ° C krzepnie i zamienia się w krystaliczną masę.

Stężony kwas siarkowy zawiera około 95% H2SO4. I zamarza w temperaturach poniżej -20 ° C.

Interakcja z wodą

Kwas siarkowy jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, mieszając się z nim w dowolnym stosunku. To uwalnia dużą ilość ciepła.

Kwas siarkowy jest w stanie pochłaniać parę wodną z powietrza. Ta właściwość jest wykorzystywana w przemyśle do suszenia gazów. Gazy suszy się przepuszczając je przez specjalne pojemniki z kwasem siarkowym. Oczywiście tę metodę można stosować tylko do tych gazów, które z nią nie reagują.

Wiadomo, że gdy kwas siarkowy wchodzi w kontakt z wieloma substancjami organicznymi, zwłaszcza z węglowodanami, substancje te ulegają zwęgleniu. Faktem jest, że węglowodany, podobnie jak woda, zawierają zarówno wodór, jak i tlen. Kwas siarkowy okrada je z tych pierwiastków. Pozostaje węgiel.

W wodnym roztworze H2SO4 wskaźniki lakmus i pomarańcz metylowy zmieniają kolor na czerwony, co wskazuje, że roztwór ma kwaśny smak.

Interakcja z metalami

Jak każdy inny kwas, kwas siarkowy jest zdolny do zastępowania w swojej cząsteczce atomów wodoru atomami metali. Współdziała z prawie wszystkimi metalami.

rozcieńczony kwas siarkowy reaguje z metalami jak normalny kwas. W wyniku reakcji powstaje sól z kwasową resztą SO4 i wodorem.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

ALE stężony kwas siarkowy jest bardzo silnym środkiem utleniającym. Utlenia wszystkie metale, niezależnie od ich pozycji w szeregu napięć. A w reakcji z metalami sam redukuje się do SO2. Wodór nie jest uwalniany.

Cu + 2 H2SO4 (stęż.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 2 H2SO4 (stęż.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Ale złoto, żelazo, aluminium, metale z grupy platynowców nie utleniają się w kwasie siarkowym. Dlatego kwas siarkowy jest transportowany w stalowych cysternach.

Sole kwasu siarkowego, które powstają w wyniku takich reakcji, nazywane są siarczanami. Są bezbarwne i łatwo krystalizują. Niektóre z nich są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Tylko CaSO4 i PbSO4 są słabo rozpuszczalne. BaSO4 jest prawie nierozpuszczalny w wodzie.

Interakcja z bazami

Reakcja kwasu z zasadą nazywana jest reakcją neutralizacji. W wyniku reakcji neutralizacji kwasu siarkowego powstaje sól zawierająca resztę kwasową SO4 i wodę H2O.

Przykłady reakcji neutralizacji kwasu siarkowego:

H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O

Kwas siarkowy wchodzi w reakcję neutralizacji zarówno z rozpuszczalnymi, jak i nierozpuszczalnymi zasadami.

Ponieważ w cząsteczce kwasu siarkowego znajdują się dwa atomy wodoru, a do jego neutralizacji potrzebne są dwie zasady, należy on do kwasów dwuzasadowych.

Oddziaływanie z podstawowymi tlenkami

Ze szkolnego kursu chemii wiemy, że tlenki nazywane są substancjami złożonymi, które zawierają dwa pierwiastki chemiczne, z których jeden to tlen na stopniu utlenienia -2. Podstawowe tlenki nazywane są tlenkami 1, 2 i około 3 metali walencyjnych. Przykłady podstawowych tlenków: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.

W przypadku tlenków zasadowych kwas siarkowy wchodzi w reakcję neutralizacji. W wyniku takiej reakcji, podobnie jak w reakcji z zasadami, powstaje sól i woda. Sól zawiera resztę kwasową SO4.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Oddziaływanie soli

Kwas siarkowy reaguje z solami słabszych lub lotnych kwasów, wypierając z nich te kwasy. W wyniku tej reakcji powstaje sól z kwasową resztą SO4 i kwas

H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl

Zastosowanie kwasu siarkowego i jego związków

Owsianka barowa BaSO4 jest w stanie opóźnić promieniowanie rentgenowskie. Wypełniając go pustymi narządami ludzkiego ciała, radiolodzy badają je.

W medycynie i budownictwie szeroko stosowany jest naturalny gips CaSO4 * 2H2O, hydrat siarczanu wapnia. Sól Glaubera Na2SO4*10H2O stosowana jest w medycynie i weterynarii, w przemyśle chemicznym – do produkcji sody i szkła. Siarczan miedzi CuSO4*5H2O jest znany ogrodnikom i agronomom, którzy używają go do zwalczania szkodników i chorób roślin.

Kwas siarkowy znajduje szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu: chemicznym, metalowym, naftowym, tekstylnym, skórzanym i innych.