РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

9. Неметаллические элементы и их соединения. Неметаллы

9.3. Элементы VIA группы

9.3.10. Сульфатная кислота

Сульфатная кислота H₂SO₄ - это вещество молекулярного строения. Атом Серы образует шесть ковалентных связей и приобретает степень окисления +6:

Безводная сульфатная кислота - тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, нелетка. Очень гигроскопична, смешивается с водой в любых соотношениях. Растворение кислоты в воде сопровождается выделением большого количества теплоты, поэтому для ее разведения кислоту осторожно вливают в воду, обязательно перемешивая раствор!

Раствор кислоты с массовой долей H₂SO₄, меньше 70 %, называют разбавленной, а если массовая доля превышает 70 %, то концентрированной. Чаще всего в лабораториях используют концентрированный раствор с массовой долей H₂SO₄ 96 % (плотность - 1,84 г/мл).

Добывание серной кислоты

Важнейшим промышленным способом добывания серной кислоты является контактный способ. Процесс получения происходит в три стадии:

1. Получение сульфур(ИV) оксида путем обжига пирита:

2. Окисления сульфур(ИV) оксида к сульфур(VИ) оксида. Реакция является обратимой, экзотермической и каталитической. Катализаторами реакции являются платина, или ванадий(V) оксид V₂O₅. Оптимальная температура реакции - 400-470 °С:

3. Растворение сульфур(VИ) оксида в сульфатной кислоте:

Затем к олеуму добавляют воду, получая кислоту необходимой концентрации:

Химические свойства серной кислоты

Сульфатная кислота - это сильная, двохосновна кислота. Отличается высокой реакционной способностью. Разбавленная сульфатная кислота - сильный электролит, проявляет типичные свойства кислот.

1. Как двохосновна кислота диссоциирует ступенчато с образованием гідрогенсульфат-ионов и сульфат-ионов:

Сульфатная кислота сильная, ее диссоциация по первой ступенью происходит почти полностью.

2. Разбавленная сульфатная кислота реагирует с металлами, которые размещаются в витискувальному ряду слева от водорода, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями, образуя кислые и средние соли, с некоторыми солями:

Взаимодействие ионов Ва²⁺ и SO₄^2- приводит к образованию белого осадка BaSO₄, нерастворимого в воде и кислотах.

2. Концентрированная сульфатная кислота как сильный и нелетка кислота вытесняет летучие кислоты из их солей:

3. При нагревании выше 200 °С безводная сульфатная кислота частично разлагается:

4. Концентрированная сульфатная кислота способна отнимать воду от органических веществ, при этом она их обугливает - разлагается до углерода:

5. Окислительные свойства серной кислоты.

Разбавленная сульфатная кислота проявляет слабые окислительные свойства за счет ионов Н⁺, что и наблюдается в реакциях с металлами:

Концентрированная сульфатная кислота при нагревании проявляет сильные окислительные свойства. Это обусловлено тем, что Сульфур в кислоте имеет высшую степень окисления - +6. Концентрированная сульфатная кислота окисляет те металлы, которые размещаются в витискувальному ряду слева от водорода, и те, что размещаются справа от него; При этом Сульфур может восстанавливаться до сероводорода, серы или сульфур(ИV) оксида:

Степень окисления, которого приобретает Сульфур в продуктах восстановления, зависит от концентрации серной кислоты и от природы другого реагента (восстановителя): что более сильный восстановитель, с которыми реагирует кислота, тем глубже происходит процесс восстановления:

а) малоактивные металлы (Cu, Hg, Ag) восстанавливают концентрированную сульфатную кислоту до сульфур(ИV) оксида:

б) активные металлы (щелочные и щелочноземельные) восстанавливают концентрированную сульфатную кислоту до сероводорода:

в) металлы средней активности (Zn, Al, Mg), в зависимости от концентрации кислоты, одновременно могут восстанавливать концентрированную сульфатную кислоту до различных продуктов восстановления - серы, сернистого газа и сероводорода:

г) концентрированная сульфатная кислота при стандартных условиях не реагирует с железом, алюминием, хромом. Это связано с тем, что на поверхности металла образуется тонкая пленка оксида, которая является инертной относительно кислоты при этих условиях. Такой процесс называют пасивацією¹. При нагревании эти металлы растворяются в кислотах, образуя соли с высшей степенью окисления металла:

При нагревании с концентрированной сульфатной кислотой практически реагируют все металлы, кроме золота и платины. Концентрированная сульфатная кислота окисляет также неметаллы:

Концентрированная сульфатная кислота окисляет бромид и іодид-ионы до свободных галогенов, однако не может окислять хлорид-ионы до С1₂, что дает возможность добывать НСl из солей при ее участии:

Соли серной кислоты

Как двохосновна кислота сульфатная кислота образует два ряда солей: средние, которые называют сульфатами, и кислые - гідрогенсульфати. Среди сульфатов являются соли, содержащие кристалізаційну воду; некоторые из них называют купоросами.

Химические свойства сульфатов

1. Сульфаты проявляют общие свойства солей: взаимодействие с металлами, некоторыми кислотами и солями:

2. Во время нагрева:

а) сульфаты активных металлов (щелочных и некоторых щелочноземельных) не разлагаются даже при 1000 °С;

б) сульфаты металлических элементов средней активности разлагаются на оксид и сульфур(V) оксид:

в) сульфаты Cu, Fe, Al разлагаются даже при незначительном нагревании:

г) сульфаты некоторых металлических элементов разлагаются с образованием металла, сульфур(IV) оксида и кислорода:

Использование серной кислоты и сульфатов

Сульфатную кислоту используют для извлечения взрывчатых веществ, как осушитель газов, в процессе переработки руд; производства ортофосфатной кислоты и фосфорных удобрений, лекарственных препаратов и ряда органических веществ (волокон, пластмасс, красителей); для очистки нефтепродуктов, металлических поверхностей изделий перед нанесением защитного покрытия; как электролит в аккумуляторах.

Магний сульфат гептагидрат MgSO₄ · 7Н₂O и натрий сульфат декагідрат Na₂SO₄ · 10Н₂O используют в медицине как слабительное средство.

Галуны (двойные соли с общей формулой Me⁺Me³⁺(SO₄)₂ · 12Н₂O) применяют в медицине, а также во время процесса окраски тканей и дубления кожи.

Гипс и кальций сульфат используют в медицине и строительстве.

Калий сульфат и аммоний сульфат применяют как удобрения.

Барий сульфат используют в производстве бумаги, резины, белой минеральной краски, а также в медицине для проведения рентгеноскопии пищеварительной трубки.

Медный и железный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений; в производстве красок, для пропитки древесины (для борьбы с вредителями) и как антисептическое средство.

Натрий сульфат иногда используют вместо других солей Натрия во время производства стекла и соды.

______________________________________________________

¹ Поскольку железо пассивируется концентрированной серной кислотой, ее транспортируют и хранят в железных цистернах.