Cilj: Upoznajte se sa strukturom, fizičkim i hemijskim svojstvima i upotrebom sumporne kiseline.
Obrazovni ciljevi: Razmotriti fizička i hemijska svojstva (zajednička sa drugim kiselinama i specifična) sumporne kiseline, priprema, pokazuju veliki značaj sumporne kiseline i njenih soli u nacionalnoj ekonomiji.
Edukativni zadaci: Nastaviti razvijati kod učenika dijalektičko-materijalističko razumijevanje prirode.
Razvojni zadaci: Razvoj opšteobrazovnih veština i sposobnosti, rad sa udžbenikom i dodatnom literaturom, pravila za rad na radnoj površini, sposobnost sistematizacije i generalizacije, uspostavljanje uzročno-posledičnih veza, uverljivo i kompetentno izražavanje svojih misli, izvođenje zaključaka, sastavljanje dijagrami, skica.
Napredak lekcije
1. Ponavljanje onoga što je pokriveno.
Frontalno ispitivanje razreda. Uporedite svojstva kristalnog i plastičnog sumpora. Objasnite suštinu alotropije.
2. Proučavanje novog gradiva.
Nakon što smo pažljivo slušali priču, na kraju lekcije ćemo objasniti zašto se sumporna kiselina čudno ponašala sa vodom, drvetom i zlatnim prstenom.
Reproducira se audio snimak.
Avanture sumporne kiseline.
U jednom hemijskom kraljevstvu živela je čarobnica, zvala se Sumporna kiselina. Na izgled nije bio tako loš: bezbojna tečnost, viskozna poput ulja, bez mirisa. Sumporna kiselinaŽeleo sam da budem poznat, pa sam otišao na putovanje.
Šetala je 5 sati, a pošto je dan bio prevruć, bila je jako žedna. I odjednom je ugledala bunar. "Voda!" - uzviknu kiselina i, dotrčavši do bunara, dotakne vodu. Voda je strašno šištala. Uz vrisak, uplašena čarobnica odjuri. Naravno, mlada kiselina to nije znala kada je pomešana sumporna kiselina Sa vodom se oslobađa velika količina toplote.
„Ako voda dođe u kontakt sa sumporna kiselina, tada voda, nema vremena da se pomiješa sa kiselinom, može proključati i izbaciti prskanje sumporna kiselina. Ovaj zapis se pojavio u dnevniku mladog putnika, a potom ušao u udžbenike.
Kako joj kiselina nije utažila žeđ, drvo koje se širi odlučilo je da legne i odmori se u hladu. Ali ni u tome nije uspjela. Čim Sumporna kiselina Dotaknuo sam drvo, počelo je ugljenisati. Ne znajući razlog tome, uplašena kiselina je pobjegla.
Ubrzo je došla u grad i odlučila da ode do prve prodavnice na koju je naišla na putu. Ispostavilo se da je to bila zlatara. Približavajući se vitrinama, kiselina je ugledala mnogo prekrasnih prstenova. Sumporna kiselina Odlučio sam da probam jedan prsten. Zamolivši prodavača za zlatni prsten, putnik ga je stavio na svoj dugi, lijepi prst. Čarobnici se prsten jako svidio i odlučila je da ga kupi. Ovo je ono čime bi se mogla pohvaliti svojim prijateljima!
Nakon izlaska iz grada, kiselina je otišla kući. Na putu ju je proganjala pomisao zašto su se voda i drvo tako čudno ponašali kada su je dodirivali, ali ništa se nije dogodilo ovoj zlatnoj stvari? „Da, jer je zlato unutra sumporna kiselina ne oksidira." Ovo su bile posljednje riječi koje je u svom dnevniku napisao kiselinom.
Objašnjenja nastavnika.
Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline.
Budući da je sumpor u 3. periodu periodnog sistema, oktetno pravilo (struktura od osam elektrona) se ne poštuje i atom sumpora može dobiti do dvanaest elektrona. Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline su sljedeće:
(Sumporovih šest elektrona označeno je zvjezdicom)
Potvrda.
Sumporna kiselina nastaje interakcijom sumpor-oksida (5) sa vodom (SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4).
Fizička svojstva.
Sumporna kiselina je bezbojna, teška, neisparljiva tečnost. Kada se otopi u vodi, dolazi do jakog zagrijavanja. Zapamtite to Ne sipajte vodu u koncentrovanu sumpornu kiselinu!
Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru iz vazduha. To se može provjeriti ako se otvorena posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom izbalansira na vagi: nakon nekog vremena čaša sa posudom će pasti.
Hemijska svojstva.
Razrijeđena sumporna kiselina ima zajednička svojstva karakteristična za sve kiseline. Osim toga, sumporna kiselina ima specifična svojstva.
Hemijska svojstva sumpora – Aplikacija .
Demonstracija zabavnog iskustva nastavnika.
Kratak sigurnosni brifing.
sladoled (ugalj iz šećera)
| Oprema | Plan iskustva | Zaključak |
|
U čašu sipajte 30 g šećera u prahu. Izmjerite 12 ml koncentrovane sumporne kiseline pomoću čaše. Pomiješajte šećer i kiselinu u čaši staklenom šipkom u kašastu masu (uklonite staklenu šipku i stavite u čašu vode). Nakon nekog vremena, smjesa potamni, zagrije se, a uskoro iz stakla počinje puzati porozna masa uglja - sladoled | Pougljenje šećera sumpornom kiselinom (koncentrovanom) objašnjava se oksidativnim svojstvima ove kiseline. Redukciono sredstvo je ugljenik. Proces je egzoterman. 2H 2 SO 4 +C 12 O 11 + H22 -> 11C + 2SO 2 +13H 2 O + CO 2 |
Učenici popunjavaju tabelu sa zabavnim iskustvima u svojim sveskama.
Rasuđivanje učenika o tome zašto se sumporna kiselina tako čudno ponašala sa vodom, drvetom i zlatom.
Aplikacija.
Zbog svojih svojstava (sposobnost apsorpcije vode, oksidacijska svojstva, neisparljivost), sumporna kiselina se široko koristi u nacionalnoj ekonomiji. Spada u glavne proizvode hemijske industrije.
- dobijanje boja;
- dobijanje mineralnih đubriva;
- prečišćavanje naftnih derivata;
- elektrolitička proizvodnja bakra;
- elektrolit u baterijama;
- pribavljanje eksploziva;
- dobijanje boja;
- dobivanje umjetne svile;
- dobijanje glukoze;
- dobijanje soli;
- proizvodnju kiselina.
Na primjer, široko se koriste soli sumporne kiseline
Na 2 SO 4 * 10H 2 O– kristalni hidrat natrijum sulfata (glauberova so)- koristi se u proizvodnji sode, stakla, lijekova i veterine.
CaSO 4 * 2H 2 O– kristalni hidrat kalcijum sulfata (prirodni gips)- koristi se za dobijanje poluvodenog gipsa, neophodnog u građevinarstvu, a u medicini - za nanošenje gipsanih odlivaka.
CuSO 4 * 5H 2 O– kristalni hidrat bakar sulfata (2) (bakar sulfat)- koristi se u borbi protiv štetočina i biljnih bolesti.
Rad učenika sa vantekstualnom komponentom udžbenika.
Ovo je zanimljivo
...u zalivu Kara-Bogaz-Gol voda sadrži 30% Glauberove soli na temperaturi od +5°C, ova sol ispada u obliku bijelog sedimenta, poput snijega, a sa početkom toplog vremena , sol se ponovo otapa. Budući da se u ovom zaljevu pojavljuje i nestaje Glauberova sol, dobila je ime mirabilite, što znači "nevjerovatna sol."
3. Pitanja za pojačanje edukativnog materijala, napisana na tabli.
- Zimi se između prozorskih okvira ponekad postavlja posuda s koncentriranom sumpornom kiselinom. U koju svrhu se to radi, zašto se posuda ne može do vrha napuniti kiselinom?
- Zašto se sumporna kiselina naziva "hlebom" hemije?
Domaća zadaća i upute o tome kako je ispuniti.
Gdje je potrebno, napišite jednačine u ionskom obliku.
Zaključak o času, ocjenjivanje i komentarisanje.
Korišćena literatura.
- Rudzitis G.E.Feldman F.G., Hemija: Udžbenik za 7-11 razred večernje (smjene) srednje škole u 2 sata, 1-3. dio - M.: Prosvješćenje, 1987.
- Hemija u školi broj 6, 1991.
- Strempler Genrikh Ivanovič, Hemija u slobodno vrijeme: knj. za učenike srednjih škola i stari starost /Sl. auto uz učešće V.N. Rastopchiny.- F.: Ch. ed. KSE, 1990.
Fizička svojstva sumporne kiseline:
Teška uljasta tečnost („ulje vitriola“);
gustina 1,84 g/cm3; nehlapljiv, vrlo topljiv u vodi - uz jako zagrijavanje; t°pl. = 10,3°C, t° ključanja. = 296°C, vrlo higroskopno, ima svojstva uklanjanja vode (ugljenje papira, drveta, šećera).
Toplota hidratacije je tolika da smjesa može proključati, prskati i uzrokovati opekotine. Stoga je potrebno dodati kiselinu u vodu, a ne obrnuto, jer kada se voda doda kiselini, lakša voda će završiti na površini kiseline, gdje će se koncentrirati sva stvorena toplina.
Industrijska proizvodnja sumporne kiseline (kontaktna metoda):
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)
Zdrobljeni, pročišćeni, mokri pirit (sumporni pirit) se sipa u peć na vrhu za pečenje u " fluidizovani sloj". Vazduh obogaćen kiseonikom prolazi odozdo (princip protivtoka).
Iz peći izlazi plin iz peći, čiji je sastav: SO 2, O 2, vodena para (pirit je bio mokar) i sitne čestice pepela (gvozdeni oksid). Gas se prečišćava od nečistoća čvrstih čestica (u ciklonu i elektrofilteru) i vodene pare (u tornju za sušenje).
U kontaktnom aparatu, sumpor dioksid se oksidira pomoću V 2 O 5 katalizatora (vanadijev pentoksid) kako bi se povećala brzina reakcije. Proces oksidacije jednog oksida u drugi je reverzibilan. Zbog toga se biraju optimalni uslovi za direktnu reakciju - povećani pritisak (pošto se direktna reakcija odvija sa smanjenjem ukupnog volumena) i temperatura ne viša od 500 C (pošto je reakcija egzotermna).
U apsorpcionom tornju, sumporov oksid (VI) se apsorbuje koncentrovanom sumpornom kiselinom.
Apsorpcija vodom se ne koristi, jer se sumporov oksid otapa u vodi uz oslobađanje velike količine toplote, pa nastala sumporna kiselina ključa i pretvara se u paru. Da biste spriječili stvaranje sumporne kiseline, koristite 98% koncentriranu sumpornu kiselinu. Sumporov oksid se vrlo dobro rastvara u takvoj kiselini, formirajući oleum: H 2 SO 4 nSO 3
Hemijska svojstva sumporne kiseline:
H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina, jedna od najjačih mineralnih kiselina zbog svog visokog polariteta, veza H – O se lako prekida.
1)
Sumporna kiselina disocira u vodenom rastvoru
, formirajući ion vodonika i kiselinski ostatak:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ;
HSO 4 - = H + + SO 4 2- .
Sumarna jednadžba:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .
2) Interakcija sumporne kiseline sa metalima:
Razrijeđena sumporna kiselina otapa samo metale u nizu napona lijevo od vodonika:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razrijeđen) → Zn +2 SO 4 + H 2
3)
Reakcija sumporne kiselinesa osnovnim oksidima:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Reakcija sumporne kiseline sahidroksidi:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O
5)
Reakcije razmjene sa solima:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Formiranje bijelog taloga BaSO 4 (nerastvorljivog u kiselinama) koristi se za detekciju sumporne kiseline i rastvorljivih sulfata (kvalitativne reakcije na sulfatni jon).
Posebna svojstva koncentrovanog H 2 SO 4:
1) Koncentrisano sumporna kiselina je jak oksidant ; pri interakciji sa metalima (osim Au, Pt) svodi se na S +4 O 2, S 0 ili H 2 S -2 u zavisnosti od aktivnosti metala. Bez zagrevanja ne reaguje sa Fe, Al, Cr - pasivacijom. U interakciji s metalima s promjenjivom valentnošću, potonji oksidiraju do viših oksidacionih stanja nego u slučaju razrijeđene otopine kiseline: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
Aktivni metal
8 Al + 15 H 2 SO 4 (konc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 e— → 2Al 3+ — oksidacija
3│ S 6+ + 8e → S 2– oporavak
4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Metal srednje aktivnosti
2Cr + 4 H 2 SO 4 (konc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - oksidacija
1│ S 6+ + 6e → S 0 – oporavak
Niskoaktivni metal
2Bi + 6H 2 SO 4 (konc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oksidacija
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - oporavak
2Ag + 2H 2 SO 4 →Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Koncentrirana sumporna kiselina oksidira neke nemetale, obično do maksimalnog oksidacijskog stanja, a sama se reducira naS+4O2:
C + 2H 2 SO 4 (konc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H 2 SO 4 (konc) → 3SO 2 + 2H 2 O
2P+ 5H 2 SO 4 (konc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O
3) Oksidacija složenih supstanci:
Sumporna kiselina oksidira HI i HBr u slobodne halogene:
2 KBr + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Koncentrirana sumporna kiselina ne može oksidirati kloridne ione u slobodni klor, što omogućava dobivanje HCl reakcijom izmjene:
NaCl + H 2 SO 4 (konc.) = NaHSO 4 + HCl
Sumporna kiselina uklanja hemijski vezanu vodu iz organskih jedinjenja koja sadrže hidroksilne grupe. Dehidracija etil alkohola u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline dovodi do proizvodnje etilena:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
Pougljenje šećera, celuloze, škroba i drugih ugljikohidrata u kontaktu sa sumpornom kiselinom također se objašnjava njihovom dehidracijom:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
Nova tema: Sumporna kiselina –H 2 SO 4
1. Elektronske i strukturne formule sumporne kiseline
*S - sumpor je u pobuđenom stanju 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2
Elektronska formula molekula sumporne kiseline:
Strukturna formula molekula sumporne kiseline:
1 H - -2 O -2 O
1 H - -2 O -2 O
2.Priznanica:
Hemijski procesi za proizvodnju sumporne kiseline mogu se predstaviti kao sljedeći dijagram:
S +O 2 +O 2 +H 2 O
FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4
Sumporna kiselina se priprema u tri faze:
Faza 1. Kao sirovine koriste se sumpor, željezni pirit ili sumporovodik.
4 FeS 2 + 11 O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2 pozornici. Oksidacija SO 2 u SO 3 kisikom pomoću V 2 O 5 katalizatora
2SO 2 +O 2 =2SO 3 +Q
Faza 3. Za pretvaranje SO 3 u sumpornu kiselinu ne koristi se voda. dolazi do jakog zagrijavanja i koncentrovane otopine sumporne kiseline.
SO 3 +H 2 O H 2 SO 4
Rezultat je oleum - rješenjeSO 3 u sumpornoj kiselini.
Šema sklopa uređaja(vidi udžbenik str. 105)
3.Fizička svojstva.
a) tečnost b) bezbojna c) teška (ulje vitriola) d) neisparljiva
d) kada se rastvori u vodi dolazi do jakog zagrevanja ( stoga se svakako mora sipati sumporna kiselinavode,Aa ne obrnuto!)
4. Hemijska svojstva sumporne kiseline.
|
RazrijeđenH 2 SO 4 |
KoncentrisanoH 2 SO 4 |
|
Ima sva svojstva kiselina |
Ima specifična svojstva |
|
1. Mijenja boju indikatora: H 2 SO 4 H + +HSO 4 - HSO 4 - H + +SO 4 2- 2. Reaguje sa metalima koji stoje ispred vodonika: Zn+ H 2 SO 4 ZnSO 4 +H 2 3. Reaguje sa bazičnim i amfoternim oksidima: MgO+ H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 O 4. Interagira sa bazama (reakcija neutralizacije) 2NaOH+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2H 2 O Kada postoji višak kiseline, formiraju se kisele soli NaOH+H 2 SO 4 NaHSO 4 +H 2 O 5. Reaguje sa suhim solima, istiskujući iz njih druge kiseline (ovo je najjača i najnehlapljivija kiselina): 2NaCl+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2HCl 6. Reaguje sa rastvorima soli ako se formira nerastvorljiva so: BaCl 2 +H 2 SO 4 BaSO 4 +2HCl - bijelasediment kvalitativna reakcija na joneSO 4 2- 7. Kada se zagreje, raspada se: H2SO4H2O+SO3 |
1. Koncentrovani H 2 SO 4 je jak oksidant kada se zagreje, reaguje sa svim metalima (osim Au i Pt). U ovim reakcijama, u zavisnosti od aktivnosti metala i uslova, oslobađa se S,SO2 ili H2S na primjer: Cu+ konc 2H 2 SO 4 CuSO 4 +SO 2 +H 2 O 2.konc. H 2 SO 4 pasivira gvožđe i aluminijum, stoga se može transportovati u čeliku i aluminijumski rezervoari. 3. konc. H 2 SO 4 dobro upija vodu H 2 SO 4 +H 2 O H 2 SO 4 *2H 2 O Stoga ugljeniše organsku materiju |
5.Primjena: Sumporna kiselina je jedan od najvažnijih proizvoda koji se koriste u raznim industrijama. Njegovi glavni potrošači su proizvodnja mineralnih đubriva, metalurgija i prerada naftnih derivata. Sumporna kiselina se koristi u proizvodnji drugih kiselina, deterdženata, eksploziva, lijekova, boja i kao elektroliti za olovne baterije. (Udžbenik str. 103).
6. Soli sumporne kiseline
Sumporna kiselina disocira postepeno
H 2 SO 4 H + +HSO 4 -
HSO 4 - H + +SO 4 2-
stoga stvara dvije vrste soli - sulfate i hidrosulfate
Na primjer: Na 2 SO 4 - natrijum sulfat (srednja sol)
Na HSO 4 - natrijum hidrogen sulfat (kisela so)
Najšire korišteni su:
Na 2 SO 4 * 10H 2 O – Glauberova so (koristi se u proizvodnji sode, stakla, u medicini i
veterinarska medicina
SaSO 4 *2H 2 O – gips
SuSO 4 *5H 2 O – bakar sulfat (koristi se u poljoprivredi).
Laboratorijsko iskustvo
Hemijska svojstva sumporne kiseline.
Oprema: epruvete.
reagensi: sumporna kiselina, metil narandža, cink, magnezijum oksid, natrijum hidroksid i fenolftalein, natrijum karbonat, barijum hlorid.
b) Popunite tabelu zapažanja
Svaka kiselina je složena tvar čija molekula sadrži jedan ili više atoma vodika i kiselinski ostatak.
Formula sumporne kiseline je H2SO4. Posljedično, molekula sumporne kiseline sadrži dva atoma vodika i kiseli ostatak SO4.
Sumporna kiselina nastaje kada sumporov oksid reagira s vodom
SO3+H2O -> H2SO4
Čista 100% sumporna kiselina (monohidrat) je teška tečnost, viskozna poput ulja, bez boje i mirisa, kiselog „bakarnog“ ukusa. Već na temperaturi od +10 °C stvrdne se i pretvara u kristalnu masu.
Koncentrirana sumporna kiselina sadrži približno 95% H2SO4. I stvrdnjava na temperaturama ispod –20°C.
Interakcija sa vodom
Sumporna kiselina se dobro otapa u vodi, miješajući se s njom u bilo kojem omjeru. Time se oslobađa velika količina topline.
Sumporna kiselina može apsorbirati vodenu paru iz zraka. Ovo svojstvo se koristi u industriji za sušenje gasova. Plinovi se suše propuštanjem kroz posebne posude sa sumpornom kiselinom. Naravno, ova metoda se može koristiti samo za one plinove koji s njom ne reagiraju.
Poznato je da kada sumporna kiselina dođe u kontakt sa mnogim organskim materijama, posebno ugljikohidratima, te tvari postaju ugljenisane. Činjenica je da ugljikohidrati, poput vode, sadrže i vodonik i kisik. Sumporna kiselina im oduzima ove elemente. Ono što ostaje je ugalj.
U vodenom rastvoru H2SO4 indikatori lakmus i metilnarandža postaju crveni, što ukazuje da je ovaj rastvor kiselkastog ukusa.
Interakcija sa metalima
Kao i svaka druga kiselina, sumporna kiselina je sposobna zamijeniti atome vodika atomima metala u svojoj molekuli. U interakciji je sa gotovo svim metalima.
Razrijeđena sumporna kiselina reaguje sa metalima kao obična kiselina. Kao rezultat reakcije nastaje sol s kiselim ostatkom SO4 i vodikom.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
A koncentrovane sumporne kiseline je veoma jak oksidant. On oksidira sve metale, bez obzira na njihov položaj u naponskom nizu. A kada reagira s metalima, sam se reducira u SO2. Vodik se ne oslobađa.
Su + 2 H2SO4 (konc) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (konc) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Ali zlato, željezo, aluminij i metali platinske grupe ne oksidiraju u sumpornoj kiselini. Zbog toga se sumporna kiselina transportuje u čeličnim rezervoarima.
Soli sumporne kiseline koje se dobiju kao rezultat takvih reakcija nazivaju se sulfati. Bezbojne su i lako kristališu. Neki od njih su vrlo topljivi u vodi. Samo su CaSO4 i PbSO4 slabo rastvorljivi. BaSO4 je skoro nerastvorljiv u vodi.
Interakcija sa bazama
Reakcija između kiselina i baza naziva se reakcija neutralizacije. Kao rezultat reakcije neutralizacije sumporne kiseline, nastaje sol koja sadrži kiselinski ostatak SO4 i vodu H2O.
Primjeri reakcija neutralizacije sumporne kiseline:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Sumporna kiselina reaguje neutralizacijom sa rastvorljivim i nerastvorljivim bazama.
Budući da se u molekulu sumporne kiseline nalaze dva atoma vodika, a za neutralizaciju su potrebne dvije baze, ona se klasificira kao dvobazna kiselina.
Interakcija sa bazičnim oksidima
Iz školskog kursa hemije znamo da su oksidi složene supstance koje sadrže dva hemijska elementa, od kojih je jedan kiseonik u oksidacionom stanju -2. Osnovni oksidi se nazivaju oksidi 1, 2 i nekih 3 valentnih metala. Primjeri osnovnih oksida: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
Sumporna kiselina reagira s bazičnim oksidima u reakciji neutralizacije. Kao rezultat ove reakcije, kao i u reakciji s bazama, nastaju sol i voda. Sol sadrži kiselinski ostatak SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Interakcija sa solima
Sumporna kiselina reagira sa solima slabijih ili hlapljivih kiselina, istiskujući te kiseline iz njih. Kao rezultat ove reakcije nastaju sol s kiselim ostatkom SO4 i kiselina
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
Primjena sumporne kiseline i njenih spojeva
Barijumska kaša BaSO4 je sposobna da blokira rendgenske zrake. Ispunjavajući njime šuplje organe ljudskog tijela, radiolozi ih pregledavaju.
U medicini i građevinarstvu široko se koriste prirodni gips CaSO4 * 2H2O i kristalni hidrat kalcijum sulfata. Glauberova so Na2SO4*10H2O koristi se u medicini i veterini, u hemijskoj industriji - za proizvodnju sode i stakla. Bakar sulfat CuSO4 * 5H2O poznat je vrtlarima i agronomima koji ga koriste za borbu protiv štetočina i biljnih bolesti.
Sumporna kiselina ima široku primenu u raznim industrijama: hemijskoj, metaloprerađivačkoj, naftnoj, tekstilnoj, kožnoj i drugim.
Strukturna formula
Istina, empirijska ili gruba formula: H2SO4
Hemijski sastav sumporne kiseline
Molekulska težina: 98.076
Sumporna kiselina H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina koja odgovara najvišem stepenu oksidacije sumpora (+6). U normalnim uslovima, koncentrovana sumporna kiselina je teška, uljasta tečnost, bez boje i mirisa, kiselog „bakarnog“ ukusa. U tehnologiji se sumporna kiselina naziva mješavinom s vodom i sumpornim anhidridom SO 3. Ako je molarni odnos SO 3 : H 2 O manji od 1, onda je to vodeni rastvor sumporne kiseline, ako je veći od 1, to je rastvor SO 3 u sumpornoj kiselini (oleum).
Ime
U 18.-19. stoljeću sumpor za barut se proizvodio od sumpornog pirita (pirita) u fabrikama vitriola. Sumporna kiselina u to se vrijeme zvala "ulje vitriola" (u pravilu je to bio kristalni hidrat, konzistencije koji podsjeća na ulje), očito otuda potiče naziv njenih soli (tačnije, kristalnih hidrata) - vitriol .
Priprema sumporne kiseline
Industrijska (kontaktna) metoda
U industriji se sumporna kiselina proizvodi oksidacijom sumpor-dioksida (plinovina sumpor-dioksida koja nastaje pri sagorijevanju sumpora ili sumpornih pirita) u trioksid (sumporni anhidrid), nakon čega slijedi reakcija SO 3 s vodom. Sumporna kiselina dobijena ovom metodom naziva se i kontaktna kiselina (koncentracija 92-94%).
Metoda nitroze (tornja).
Ranije se sumporna kiselina proizvodila isključivo azotnom metodom u posebnim kulama, a kiselina se zvala tower acid (koncentracija 75%). Suština ove metode je oksidacija sumpor-dioksida azot-dioksidom u prisustvu vode.
Drugi način
U onim rijetkim slučajevima kada sumporovodik (H 2 S) istiskuje sulfat (SO 4 -) iz soli (sa metalima Cu, Ag, Pb, Hg), nusproizvod je sumporna kiselina. Sulfidi ovih metala imaju najveću čvrstoću, kao i prepoznatljivu crnu boju.
Fizička i fizičko-hemijska svojstva
Vrlo jaka kiselina, na 18 o C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 10 -2); dužine veze u molekulu S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH ugao 104°, OSO 119°; ključa, formirajući azeotropnu smešu (98,3% H 2 SO 4 i 1,7% H 2 O sa tačkom ključanja od 338,8 o C). Sumporna kiselina koja odgovara 100% sadržaja H 2 SO 4 ima sastav (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2 O 7, - 0,04, HS 2 O 7 - - 0,05. Može se mešati sa vodom i SO 3 u svim razmerama. U vodenim rastvorima, sumporna kiselina se gotovo potpuno disocira na H 3 O +, HSO 3 + i 2HSO 4 -. Formira hidrate H 2 SO 4 ·nH 2 O, gdje je n = 1, 2, 3, 4 i 6,5.
Oleum
Rastvori sumpornog anhidrida SO 3 u sumpornoj kiselini nazivaju se oleumom; oni formiraju dva jedinjenja H 2 SO 4 ·SO 3 i H 2 SO 4 ·2SO 3. Oleum također sadrži pirosumpornu kiselinu. Tačka ključanja vodenih rastvora sumporne kiseline raste sa povećanjem njene koncentracije i dostiže maksimum pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4. Tačka ključanja oleuma opada sa povećanjem sadržaja SO 3 . Kako koncentracija vodenih rastvora sumporne kiseline raste, ukupni pritisak pare iznad rastvora opada i dostiže minimum pri sadržaju od 98,3% H 2 SO 4. Kako koncentracija SO 3 u oleumu raste, ukupni pritisak pare iznad njega raste. Pritisak pare nad vodenim rastvorima sumporne kiseline i oleuma može se izračunati pomoću jednačine:
log p=A-B/T+2,126
vrijednosti koeficijenata A i B ovise o koncentraciji sumporne kiseline. Para iznad vodenih rastvora sumporne kiseline sastoji se od mešavine vodene pare, H 2 SO 4 i SO 3, a sastav pare se razlikuje od sastava tečnosti kod svih koncentracija sumporne kiseline, osim za odgovarajuću azeotropnu smešu. Kako temperatura raste, disocijacija se povećava. Oleum H 2 SO 4 ·SO 3 ima maksimalnu viskoznost sa porastom temperature, η opada. Električni otpor sumporne kiseline je minimalan pri koncentraciji SO 3 i 92 % H 2 SO 4 a maksimalni pri koncentraciji od 84 i 99,8 % H 2 SO 4. Za oleum, minimalni ρ je pri koncentraciji od 10% SO 3. Sa povećanjem temperature, ρ sumporne kiseline raste. Dielektrična konstanta 100% sumporne kiseline 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krioskopska konstanta 6,12, ebulioskopska konstanta 5,33; koeficijent difuzije para sumporne kiseline u vazduhu varira u zavisnosti od temperature; D = 1,67·10⁻⁵T3/2 cm²/s.
Hemijska svojstva
Sumporna kiselina u koncentriranom obliku kada se zagrije prilično je jako oksidacijsko sredstvo. Oksidira HI i djelimično HBr u slobodne halogene. Oksidira mnoge metale (izuzeci: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). U tom slučaju, koncentrirana sumporna kiselina se reducira na SO2. Na hladnoći u koncentrovanoj sumpornoj kiselini se pasiviziraju Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba i ne dolazi do reakcija. Najmoćniji redukcioni agensi redukuju koncentriranu sumpornu kiselinu na S i H 2 S. Koncentrovana sumporna kiselina apsorbuje vodenu paru, pa se koristi za sušenje gasova, tečnosti i čvrstih materija, na primer, u eksikatorima. Međutim, koncentrirani H 2 SO 4 djelimično se reducira vodonikom, zbog čega se ne može koristiti za sušenje. Odvajanjem vode od organskih spojeva i ostavljanjem crnog ugljika (drveni ugljen), koncentrirana sumporna kiselina dovodi do ugljenisanja drveta, šećera i drugih tvari. Razrijeđeni H 2 SO 4 svojim oslobađanjem stupa u interakciju sa svim metalima koji se nalaze u elektrohemijskom nizu napona lijevo od vodonika. Oksidirajuća svojstva razrijeđenog H 2 SO 4 su nekarakteristična. Sumporna kiselina formira dvije serije soli: srednje - sulfate i kisele - hidrosulfate, kao i estre. Poznate su peroksomonosumporna (ili karo kiselina) H 2 SO 5 i peroksodisumporna H 2 S 2 O 8 kiseline. Sumporna kiselina također reaguje sa bazičnim oksidima i formira sulfat i vodu. U postrojenjima za obradu metala otopina sumporne kiseline koristi se za uklanjanje sloja metalnog oksida sa površine metalnih proizvoda koji su tokom procesa proizvodnje podvrgnuti visokoj toplini. Tako se oksid željeza uklanja s površine željeznog lima djelovanjem zagrijane otopine sumporne kiseline. Kvalitativna reakcija na sumpornu kiselinu i njene rastvorljive soli je njihova interakcija sa rastvorljivim solima barijuma, što rezultira stvaranjem belog taloga barijum sulfata, nerastvorljivog u vodi i kiselinama, na primer.
Aplikacija
Sumporna kiselina se koristi:
- u preradi rude, posebno u vađenju retkih elemenata, uključujući uranijum, iridijum, cirkonijum, osmijum, itd.;
- u proizvodnji mineralnih đubriva;
- kao elektrolit u olovnim baterijama;
- za dobijanje raznih mineralnih kiselina i soli;
- u proizvodnji hemijskih vlakana, boja, dima i eksploziva;
- u naftnoj, metaloprerađivačkoj, tekstilnoj, kožnoj i drugim industrijama;
- u prehrambenoj industriji - registrovan kao aditiv za hranu E513 (emulgator);
- u industrijskoj organskoj sintezi u reakcijama:
- dehidracija (proizvodnja dietil etera, estera);
- hidratacija (etanol iz etilena);
- sulfoniranje (sintetski deterdženti i međuproizvodi u proizvodnji boja);
- alkilacija (proizvodnja izooktana, polietilen glikola, kaprolaktama) itd.
- Za restauraciju smola u filterima u proizvodnji destilovane vode.
Svjetska proizvodnja sumporne kiseline iznosi cca. 160 miliona tona godišnje. Najveći potrošač sumporne kiseline je proizvodnja mineralnih đubriva. P 2 O 5 fosforna đubriva troše 2,2-3,4 puta više mase sumporne kiseline, a (NH 4) 2 SO 4 sumporna kiselina troši 75% mase utrošene (NH 4) 2 SO 4. Zbog toga imaju tendenciju da grade fabrike sumporne kiseline u saradnji sa fabrikama za proizvodnju mineralnih đubriva.
Istorijski podaci
Sumporna kiselina je poznata od davnina, javlja se u prirodi u slobodnom obliku, na primjer, u obliku jezera u blizini vulkana. Možda se prvo pominjanje kiselih plinova proizvedenih kalcinacijom stipse ili željeznog sulfata "zelenog kamena" nalazi u spisima koji se pripisuju arapskom alhemičaru Džabiru ibn Hajanu. U 9. veku, perzijski alhemičar Ar-Razi, kalcinišući mešavinu gvožđa i bakar sulfata (FeSO 4 7H 2 O i CuSO 4 5H 2 O), takođe je dobio rastvor sumporne kiseline. Ovu metodu je usavršio evropski alhemičar Albert Magnus, koji je živeo u 13. veku. Šema za proizvodnju sumporne kiseline iz željeznog sulfata je termička razgradnja željeznog (II) sulfata nakon čega slijedi hlađenje smjese. Radovi alhemičara Valentina (13. vek) opisuju metodu za proizvodnju sumporne kiseline apsorbovanjem gasa (anhidrid sumpora) koji se oslobađa spaljivanjem mešavine praha sumpora i nitrata sa vodom. Nakon toga, ova metoda je formirala osnovu tzv. “komorna” metoda, koja se izvodi u malim komorama obloženim olovom, koje se ne otapa u sumpornoj kiselini. U SSSR-u je ovaj metod postojao do 1955. Alhemičari 15. stoljeća poznavali su i metodu proizvodnje sumporne kiseline iz pirita - sumpornog pirita, jeftinije i uobičajenije sirovine od sumpora. Sumporna kiselina se na ovaj način proizvodi već 300 godina, u malim količinama u staklenim retortama. Nakon toga, u vezi s razvojem katalize, ova metoda je zamijenila komornu metodu za sintezu sumporne kiseline. Trenutno se sumporna kiselina proizvodi katalitičkom oksidacijom (na V 2 O 5) sumpor oksida (IV) u sumporov oksid (VI), a zatim otapanjem sumpornog oksida (VI) u 70% sumporne kiseline da bi se formirao oleum. U Rusiji je proizvodnja sumporne kiseline prvi put organizovana 1805. godine u blizini Moskve u okrugu Zvenigorod. Godine 1913. Rusija je bila na 13. mjestu u svijetu po proizvodnji sumporne kiseline.
Više informacija
Sitne kapljice sumporne kiseline mogu se formirati u srednjim i gornjim slojevima atmosfere kao rezultat reakcije vodene pare i vulkanskog pepela koji sadrži velike količine sumpora. Nastala suspenzija, zbog visokog albeda oblaka sumporne kiseline, otežava sunčevoj svjetlosti da dopre do površine planete. Stoga (a i kao rezultat velikog broja sićušnih čestica vulkanskog pepela u gornjim slojevima atmosfere, koje također ometaju pristup sunčevoj svjetlosti planeti), mogu doći do značajnih klimatskih promjena nakon posebno jakih vulkanskih erupcija. Na primjer, kao rezultat erupcije vulkana Ksudach (poluotok Kamčatka, 1907.), povećana koncentracija prašine u atmosferi zadržala se oko 2 godine, a karakteristični noćni oblaci sumporne kiseline uočeni su čak i u Parizu. Eksplozija planine Pinatubo 1991. godine, koja je izbacila 3 × 10 7 tona sumpora u atmosferu, rezultirala je da su 1992. i 1993. godine bile znatno hladnije od 1991. i 1994. godine.
Standardi
- Tehnička sumporna kiselina GOST 2184-77
- Sumporna kiselina iz akumulatora. Tehničke specifikacije GOST 667-73
- Sumporna kiselina posebne čistoće. Tehničke specifikacije GOST 1422-78
- Reagensi. Sumporna kiselina. Tehničke specifikacije GOST 4204-77