Взаимодействие серной кислоты с металлами и неметаллами

Определение

Серная кислота

H_{2} S O_{4}

— сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Олеум — раствор серного ангидрида

S O_{3}

в концентрированной серной кислоте. Формулы, отражающие состав олеума:

H_{2} S O_{4} \cdot S O_{3}

H_{2} S O_{4} \cdot 2 S O_{3}

Особым свойством концентрированной серной кислоты является ее способность отнимать воду, поэтому ее используют как гигроскопическое средство во многих химических реакциях, особенно при получении органических веществ, для осушки или предотвращения поглощения веществами воды. Для этих целей в лабораториях используют эксикаторы - специальные герметические сосуды:

Кроме того, благодаря этой способности, концентрированная серная кислота обугливает органические вещества (сахар, древесину), вызывает сильные ожоги кожи. На фотографиях представлены "продукты" обугливания - "угольный пирог", получающийся из сахарной пудры действием концентрированной серной кислоты, и обугленная лучина.

При работе с серной кислотой следует соблюдать особую осторожность, так как даже при попадании на одежду или кожу разбавленной кислоты, по мере испарения воды ее концентрация будет увеличиваться.

Свойства разбавленной серной кислоты

Поэтому с активными металлами, стоящими до H в ряду напряжений, реагирует как обычная кислота, вытесняя водород. С благородными металлами (Au, Pt) и металлами, стоящими после Н в ряду напряжений не реагирует. Другие окислительные свойства для разбавленной

H_{2} S O_{4}

нехарактерны. Серная кислота реагирует с основными оксидами и основаниями (в том числе нерастворимыми) и образует два ряда солей: средние — сульфаты (

N a_{2} S O_{4}

) и кислые — гидросульфаты (

N a H S O_{4}

Качественной реакцией на серную кислоту и её растворимые соли является их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например:

H_{2} S O_{4} + B a C l_{2} = B a S O_{4} ↓ + 2 H C l

Свойства концентрированной серной кислоты

Концентрированные растворы серной кислоты проявляют сильные окислительные свойства, обусловленные наличием в её молекулах атома серы в высшей степени окисления (+6).

1. Концентрированная

H_{2} S O_{4}

взаимодействует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений металлов правее водорода (медь, серебро, ртуть), с образованием сульфатов, воды и продуктов восстановления серы. Глубина восстановления серы зависит от восстановительных свойств металлов:

активные металлы (натрий, калий, литий) восстанавливают серную кислоту до сероводорода,
металлы, расположенные в ряду напряжений от алюминия до железа - до свободной серы,
металлы с меньшей активностью - до сернистого газа.

2. Концентрированные растворы серной кислоты не реагируют с золотом и платиной вследствие их малой активности.

3. Без нагревания не происходят реакции с алюминием, хромом, железом вследствие пассивирования этих металлов: на поверхности этих металлов образуется защитная оксидная плёнка.

Таким образом, продукт восстановления серной кислоты зависит от концентрации кислоты и активности металла:

Металлы	активные	среднеактивные	неактивные
Металлы	Li, K, Ba, Ca, Na, Mg	\| Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb \|	$H_{2}$ , Cu, Ag, Hg, Au
$H_{2} S O_{4} (разб.)$	соль + водород: $H_{2} S O_{4} (разб.) + Z n = Z n S O_{4} + H_{2} ↑$		не регаируют $\neq$
$H_{2} S O_{4} (конц.)$	соль + вода + $H_{2} S$ :	соль + вода + S: $4 H_{2} S O_{4} (конц.) + 3 Z n =$ $3 Z n S O_{4} + 4 H_{2} O + S$ или соль + вода + $S O_{2}$ : $2 A l + 6 H_{2} S O_{4} (конц.) =$ $A l_{2} (S O_{4})_{3} + 6 H_{2} O + 3 S O_{2}$	соль + вода + $S O_{2}$ : $2 H_{2} S O_{4} (конц.) + 2 A g =$ $A g_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O + S O_{2}$ кроме Au, Pt, Pd (не реагируют)

Запомни! Концентрированная серная кислоты пассивирует металлические алюминий, хром и железо.

Взаимодействие серной кислоты с неметаллами

Взаимодействие серной кислоты с неметаллами происходит с выделением

S O_{2}

и окислением неметаллов до высшей степени окисления:

Как правильно найти формулу неорганического вещества

№1

Молярная масса соединения азота с водородом равна 32г/моль, а массовая доля атомов азота в нём составляет 87.5%. Определите молекулярную формулу вещества.
Решение:
Ar(H) = 1 г/моль;

Ar(N) = 14 г/моль.

Определим массу элемента азота в 32 г вещества из пропорции, получим:

32 : 100 = х : 87,5;

х = (32 . 87,5)/100 = 28 г.

m(N) = 28 г.

Тогда

m(Н) = 32 - 28 = 4 г.

Обозначим индекс атома азота через х, а индекс атомов водорода - через у в молекуле вещества, получим формулу вещества:

формулу оксида можно представить так: NxHy.

Находим индексы атомов в молекуле NxHy

Можно записать так:

х : у = m(N)/Ar(N) : m(H)/Ar(H) = 28/14 : 4/1 = 2 : 4.

Подставим значения индексов в формулу, получим:

NxHy = N2H4, это гидразин.

Нахождение простейшей формулы неорганического вещества

№2
Найти простейшую формулу вещества, содержащего (по массе) 39,66% натрия, 27,59% серы и 41,38% кислорода.
Дано:
w(Na) = 39,66%;
w(S) = 27,59%;
w(O) = 41,38%.
Найти:
NaSO = ?
Решение:
Обозначим числа атомов натрия, серы и кислорода в простейшей формуле вещества соответственно через x, y и z. Атомные массы этих элементов равны соответственно 23, 32 и 16. Поэтому массы натрия, серы и кислорода в составе вещества относятся как 23х : 32у : 16z. По условию задачи это отношение имеет вид: 39,66 : 27,59 : 41,38. Следовательно:
23х : 32у : 16z = 39,66 : 27,59 : 41,38.

Откуда

х : y : z = (39,66/23) : (27,59/32) : (41,38/16) = 1,72 : 0,86 : 2,59.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим все три его члена на наименьший из них:

х : y : z = (1,72/0,86) : (0,86/0,86) : (2,59/0,86) = 2 : 1 : 3.

Таким образом, простейшая формула вещества NaxSyOz будет иметь вид: Na2SO3.

Ответ: Na2CO3.

Д/З пар22

Задача №1

Вычислить массу соли, полученной при взаимодействии 200 г раствора серной кислоты с массовой долей в 20% с раствором гидроксида натрия.

Задача №2

Вычислите массу соли при взаимодействии 19,6 гр серной кислоты с оксидом натрия.

Химия

Страницы

Сульфатная кислота