Структурна формула
Истинска, емпирична или груба формула: H2SO4
Химичен състав на сярна киселина
Молекулно тегло: 98.076
Сярна киселина H 2 SO 4 е силна двуосновна киселина, съответстваща на най-високата степен на окисление на сярата (+6). При нормални условия концентрираната сярна киселина е тежка мазна течност, без цвят и мирис, с кисел вкус на мед. В технологията сярна киселина се нарича нейната смес с вода и серен анхидрид SO 3. Ако моларното съотношение на SO 3: H 2 O е по-малко от 1, тогава това е воден разтвор на сярна киселина; ако е по-голямо от 1, това е разтвор на SO 3 в сярна киселина (олеум).
Име
През 18-19 век сярата за барут се произвежда от серен пирит (пирит) във фабриките за витриол. Сярната киселина по това време се наричаше "масло от витриол" (като правило това беше кристален хидрат, с консистенция, напомняща масло), очевидно оттук и произходът на името на нейните соли (или по-скоро кристални хидрати) - витриол .
Получаване на сярна киселина
Индустриален (контактен) метод
В промишлеността сярната киселина се произвежда чрез окисление на серен диоксид (газ от серен диоксид, образуван по време на изгарянето на сяра или серни пирити) до триоксид (серен анхидрид), последвано от реакция на SO 3 с вода. Получената по този метод сярна киселина се нарича още контактна киселина (концентрация 92-94%).
Нитрозен (кулен) метод
Преди това сярната киселина се произвеждаше изключително по азотен метод в специални кули и киселината се наричаше кулова киселина (концентрация 75%). Същността на този метод е окисляването на серен диоксид с азотен диоксид в присъствието на вода.
Друг начин
В онези редки случаи, когато сероводородът (H 2 S) измества сулфата (SO 4 -) от солта (с металите Cu, Ag, Pb, Hg), страничният продукт е сярна киселина. Сулфидите на тези метали имат най-висока якост, както и отличителен черен цвят.
Физични и физико-химични свойства
Много силна киселина, при 18 o C pK a (1) = −2,8, pK a (2) = 1,92 (K z 1,2 10 -2); дължини на връзката в молекулата S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, HOSOH ъгъл 104°, OSO 119°; кипи, образувайки азеотропна смес (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 o C). Сярната киселина, съответстваща на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): 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, HS2O 7 - - 0,05. Смесва се с вода и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори сярната киселина почти напълно се дисоциира на H 3 O +, HSO 3 + и 2HSO 4 -. Образува хидрати H 2 SO 4 ·nH 2 O, където n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.
олеум
Разтворите на серен анхидрид SO 3 в сярна киселина се наричат олеум; те образуват две съединения H 2 SO 4 · SO 3 и H 2 SO 4 · 2SO 3. Олеумът съдържа и пиросярни киселини. Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се увеличава с увеличаване на концентрацията и достига максимум при съдържание 98,3% H 2 SO 4. Точката на кипене на олеума намалява с увеличаване на съдържанието на SO3. С увеличаване на концентрацията на водни разтвори на сярна киселина общото налягане на парите над разтворите намалява и достига минимум при съдържание от 98,3% H 2 SO 4. Тъй като концентрацията на SO 3 в олеума се увеличава, общото налягане на парите над него се увеличава. Налягането на парите върху водни разтвори на сярна киселина и олеум може да се изчисли с помощта на уравнението:
log p=A-B/T+2,126
стойностите на коефициентите А и В зависят от концентрацията на сярна киселина. Парата над водни разтвори на сярна киселина се състои от смес от водна пара, H 2 SO 4 и SO 3, като съставът на парата се различава от състава на течността при всички концентрации на сярна киселина, с изключение на съответната азеотропна смес. С повишаване на температурата дисоциацията се увеличава. Oleum H2SO4·SO3 има максимален вискозитет; с повишаване на температурата η намалява. Електрическото съпротивление на сярната киселина е минимално при концентрация SO 3 и 92% H 2 SO 4 и максимално при концентрация 84 и 99,8% H 2 SO 4. За олеум минималното ρ е при концентрация от 10% SO 3. С повишаване на температурата ρ на сярната киселина се увеличава. Диелектрична константа на 100% сярна киселина 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); криоскопска константа 6,12, ебулиоскопска константа 5,33; коефициентът на дифузия на парите на сярната киселина във въздуха варира в зависимост от температурата; D = 1,67·10⁻5T3/2 cm²/s.
Химични свойства
Сярната киселина в концентрирана форма при нагряване е доста силен окислител. Окислява HI и частично HBr до свободни халогени. Окислява много метали (изключения: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). В този случай концентрираната сярна киселина се редуцира до SO2. На студено в концентрирана сярна киселина Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba се пасивират и не протичат реакции. Най-мощните редуциращи агенти намаляват концентрираната сярна киселина до S и H 2 S. Концентрираната сярна киселина абсорбира водни пари, така че се използва за изсушаване на газове, течности и твърди вещества, например в ексикатори. Концентрираната H 2 SO 4 обаче се редуцира частично от водород, поради което не може да се използва за изсушаване. Като разделя водата от органичните съединения и оставя след себе си черен въглен (въглен), концентрираната сярна киселина води до овъгляване на дървесина, захар и други вещества. Разреденият H 2 SO 4 взаимодейства с всички метали, разположени в електрохимичната серия на напрежение вляво от водорода с освобождаването му. Окислителните свойства на разредения H 2 SO 4 не са характерни. Сярната киселина образува две серии соли: средни - сулфати и кисели - хидросулфати, както и естери. Известни са пероксомоносярна (или каронова киселина) H 2 SO 5 и пероксодисулфурна H 2 S 2 O 8 киселини. Сярната киселина също реагира с основни оксиди, за да образува сулфат и вода. В металообработващите предприятия разтвор на сярна киселина се използва за отстраняване на слой от метален оксид от повърхността на метални продукти, които са подложени на висока топлина по време на производствения процес. По този начин железният оксид се отстранява от повърхността на листовото желязо чрез действието на нагрят разтвор на сярна киселина. Качествена реакция към сярна киселина и нейните разтворими соли е взаимодействието им с разтворими бариеви соли, което води до образуването на бяла утайка от бариев сулфат, неразтворим във вода и киселини, например.
Приложение
Използва се сярна киселина:
- при обработката на руда, особено при извличането на редки елементи, включително уран, иридий, цирконий, осмий и др.;
- в производството на минерални торове;
- като електролит в оловни батерии;
- за получаване на различни минерални киселини и соли;
- в производството на химически влакна, багрила, димообразуващи и експлозиви;
- в петролната, металообработващата, текстилната, кожарската и други индустрии;
- в хранително-вкусовата промишленост - регистриран като хранителна добавка Е513 (емулгатор);
- в промишления органичен синтез в реакции:
- дехидратация (производство на диетилов етер, естери);
- хидратация (етанол от етилен);
- сулфониране (синтетични детергенти и междинни продукти при производството на багрила);
- алкилиране (производство на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др.
- За възстановяване на смоли във филтри при производството на дестилирана вода.
Световното производство на сярна киселина е ок. 160 милиона тона годишно. Най-големият потребител на сярна киселина е производството на минерални торове. Фосфорните торове P 2 O 5 консумират 2,2-3,4 пъти повече маса сярна киселина, а (NH 4) 2 SO 4 сярна киселина консумира 75% от масата на консумираната (NH 4) 2 SO 4. Затова те са склонни да изграждат заводи за сярна киселина заедно с заводи за производство на минерални торове.
Историческа информация
Сярната киселина е известна от древни времена, срещайки се в природата в свободна форма, например под формата на езера в близост до вулкани. Може би първото споменаване на киселинни газове, получени от калцинирането на стипца или железен сулфат на „зеления камък“, се намира в писания, приписвани на арабския алхимик Джабир ибн Хаян. През 9 век персийският алхимик Ар-Рази, калцинирайки смес от желязо и меден сулфат (FeSO 4 7H 2 O и CuSO 4 5H 2 O), също получава разтвор на сярна киселина. Този метод е подобрен от европейския алхимик Алберт Магнус, живял през 13 век. Схемата за производство на сярна киселина от железен сулфат е термично разлагане на железен (II) сулфат, последвано от охлаждане на сместа. Творбите на алхимика Валентин (13-ти век) описват метод за производство на сярна киселина чрез абсорбиране на газ (серен анхидрид), отделен при изгаряне на смес от сяра и нитрат на прах с вода. Впоследствие този метод ляга в основата на т.нар. “камерен” метод, извършван в малки камери, облицовани с олово, което не се разтваря в сярна киселина. В СССР този метод съществува до 1955 г. Алхимиците от 15 век също познават метод за производство на сярна киселина от пирит - серен пирит, по-евтина и по-разпространена суровина от сярата. Сярната киселина се произвежда по този начин от 300 години в малки количества в стъклени реторти. Впоследствие, във връзка с развитието на катализата, този метод замени камерния метод за синтез на сярна киселина. Понастоящем сярната киселина се получава чрез каталитично окисление (върху V 2 O 5) на серен оксид (IV) до серен оксид (VI) и последващо разтваряне на серен оксид (VI) в 70% сярна киселина до образуване на олеум. В Русия производството на сярна киселина е организирано за първи път през 1805 г. близо до Москва в района на Звенигород. През 1913 г. Русия е на 13-то място в света по производство на сярна киселина.
Допълнителна информация
Малки капчици сярна киселина могат да се образуват в средните и горните слоеве на атмосферата в резултат на реакцията на водни пари и вулканична пепел, съдържаща големи количества сяра. Получената суспензия, поради високото албедо на облаците от сярна киселина, затруднява достигането на слънчевата светлина до повърхността на планетата. Следователно (а също и в резултат на големия брой малки частици вулканична пепел в горните слоеве на атмосферата, които също възпрепятстват достъпа на слънчева светлина до планетата), значителни климатични промени могат да настъпят след особено силни вулканични изригвания. Например, в резултат на изригването на вулкана Ксудач (полуостров Камчатка, 1907 г.), повишена концентрация на прах в атмосферата се задържа около 2 години, а характерни светлопрозрачни облаци от сярна киселина се наблюдават дори в Париж. Експлозията на планината Пинатубо през 1991 г., която изпусна 3 × 10 7 тона сяра в атмосферата, доведе до това, че 1992 и 1993 г. бяха значително по-студени от 1991 и 1994 г.
Стандарти
- Техническа сярна киселина GOST 2184-77
- Акумулаторна сярна киселина. Технически спецификации GOST 667-73
- Сярна киселина със специална чистота. Технически спецификации GOST 1422-78
- Реактиви. Сярна киселина. Технически спецификации GOST 4204-77
Физични свойства на сярната киселина:
Тежка мазна течност („масло от витриол“);
плътност 1,84 g/cm3; нелетлив, силно разтворим във вода - при силно нагряване; t°pl. = 10,3°C, t°кип. = 296°C, много хигроскопичен, има водоотстраняващи свойства (овъгляване на хартия, дърво, захар).
Топлината на хидратация е толкова голяма, че сместа може да заври, да се пръсне и да причини изгаряния. Следователно е необходимо да се добави киселина към водата, а не обратното, тъй като когато се добави вода към киселината, по-леката вода ще се окаже на повърхността на киселината, където ще се концентрира цялата генерирана топлина.
Промишлено производство на сярна киселина (контактен метод):
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 (олеум)
Натрошен, пречистен, мокър пирит (сярен пирит) се изсипва в пещта отгоре за изпичане в " кипящ слой". Въздухът, обогатен с кислород, се пропуска отдолу (принцип на противотока).
От пещта излиза пещен газ, чийто състав е: SO 2, O 2, водна пара (пиритът е бил мокър) и малки частици сгурия (железен оксид). Газът се пречиства от примеси на твърди частици (в циклон и електрически утаител) и водни пари (в сушилна кула).
В контактен апарат серният диоксид се окислява с помощта на катализатор V 2 O 5 (ванадиев пентаоксид), за да се увеличи скоростта на реакцията. Процесът на окисляване на един оксид в друг е обратим. Поради това се избират оптимални условия за директна реакция - повишено налягане (тъй като директната реакция протича с намаляване на общия обем) и температура не по-висока от 500 С (тъй като реакцията е екзотермична).
В абсорбционната кула серният оксид (VI) се абсорбира от концентрирана сярна киселина.
Абсорбцията от вода не се използва, тъй като серният оксид се разтваря във вода с отделяне на голямо количество топлина, така че получената сярна киселина кипи и се превръща в пара. За да предотвратите образуването на мъгла от сярна киселина, използвайте 98% концентрирана сярна киселина. Серният оксид се разтваря много добре в такава киселина, образувайки олеум: H 2 SO 4 nSO 3
Химични свойства на сярната киселина:
H 2 SO 4 е силна двуосновна киселина, една от най-силните минерални киселини; поради високата си полярност връзката H – O лесно се разрушава.
1)
Сярната киселина се дисоциира във воден разтвор
, образувайки водороден йон и киселинен остатък:
H2SO4 = H++ HSO4-;
HSO 4 - = H + + SO 4 2-.
Обобщено уравнение:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-.
2) Взаимодействие на сярна киселина с метали:
Разредената сярна киселина разтваря само метали в серията на напрежение вляво от водорода:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (разреден) → Zn +2 SO 4 + H 2
3)
Реакция на сярна киселинас основни оксиди:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Реакция на сярна киселина схидроксиди:
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)
Обменни реакции със соли:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Образуването на бяла утайка от BaSO 4 (неразтворим в киселини) се използва за откриване на сярна киселина и разтворими сулфати (качествена реакция към сулфатен йон).
Специални свойства на концентрираната H 2 SO 4:
1) Концентриран сярна киселина е силен окислител ; при взаимодействие с метали (с изключение на Au, Pt) се редуцира до S +4 O 2, S 0 или H 2 S -2 в зависимост от активността на метала. Без нагряване не реагира с Fe, Al, Cr - пасивация. При взаимодействие с метали с променлива валентност, последните се окисляват към по-високи степени на окисление отколкото в случая на разреден киселинен разтвор: Fe 0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn 4+,Sn 0→ Sn 4+
Активен метал
8 Al + 15 H 2 SO 4 (конц.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6 д— → 2Al 3+ — окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2– възстановяване
4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
Метал със средна активност
2Cr + 4 H 2 SO 4 (конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + С
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 – възстановяване
Ниско активен метал
2Bi + 6H 2 SO 4 (конц.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - възстановяване
2Ag + 2H 2 SO 4 →Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Концентрираната сярна киселина окислява някои неметали, обикновено до максимално ниво на окисление, а самата тя се редуцира доS+4O2:
C + 2H 2 SO 4 (конц.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H 2 SO 4 (конц.) → 3SO 2 + 2H 2 O
2P+ 5H 2 SO 4 (конц.) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O
3) Окисляване на сложни вещества:
Сярната киселина окислява HI и HBr до свободни халогени:
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
Концентрираната сярна киселина не може да окисли хлоридните йони до свободен хлор, което прави възможно получаването на HCl чрез обменна реакция:
NaCl + H2SO4 (конц.) = NaHSO4 + HCl
Сярната киселина отстранява химически свързаната вода от органичните съединения, съдържащи хидроксилни групи. При дехидратиране на етилов алкохол в присъствието на концентрирана сярна киселина се получава етилен:
C 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.
Овъгляването на захар, целулоза, нишесте и други въглехидрати при контакт със сярна киселина също се обяснява с тяхната дехидратация:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.
Има историческо име: масло от витриол. Изследването на киселината започва в древни времена; гръцкият лекар Диоскорид, римският натуралист Плиний Стари, ислямските алхимици Гебер, Рази и Ибн Сина и други я описват в своите трудове. При шумерите е имало списък с витриоли, които са били класифицирани според цвета на веществото. Днес думата "витриол" съчетава кристални хидрати на двувалентни метални сулфати.
През 17 век немско-холандският химик Йохан Глаубер приготвя сярна киселина чрез изгаряне на сяра с (KNO3) в присъствието на. През 1736 г. Джошуа Уорд (фармацевт от Лондон) използва този метод в производството. Това време може да се счита за отправна точка, когато сярната киселина започва да се произвежда в голям мащаб. Неговата формула (H2SO4), както обикновено се смята, е установена от шведския химик Берцелиус (1779-1848) малко по-късно.
Берцелиус, използвайки буквени символи (посочващи химични елементи) и по-ниски цифрови индекси (показващи броя на атомите от даден тип в молекула), установява, че една молекула съдържа 1 серен атом (S), 2 водородни атома (H) и 4 кислородни атома. атоми (О). Оттогава става известен качественият и количественият състав на молекулата, т.е. сярната киселина е описана на езика на химията.
Показвайки в графична форма относителното разположение на атомите в молекулата и химичните връзки между тях (те обикновено се обозначават с линии), той информира, че в центъра на молекулата има серен атом, който е свързан чрез двойни връзки с две кислородни атоми. С другите два кислородни атома, всеки от които има свързан водороден атом, същият серен атом е свързан чрез единични връзки.
Имоти
Сярната киселина е леко жълтеникава или безцветна, вискозна течност, разтворима във вода при всякакви концентрации. Той е силен минерал и е силно агресивен към метали (концентриран не взаимодейства с желязото без нагряване, но го пасивира), скали, животински тъкани или други материали. Характеризира се с висока хигроскопичност и изразени свойства на силен окислител. При температура 10,4 °C киселината се втвърдява. При нагряване до 300 °C почти 99% от киселината губи серен анхидрид (SO3).
Свойствата му варират в зависимост от концентрацията на водния му разтвор. Има общи имена за киселинни разтвори. До 10% киселина се счита за разредена. Батерия - от 29 до 32%. Когато концентрацията е по-малка от 75% (както е установено в GOST 2184), тя се нарича кула. Ако концентрацията е 98%, тогава това вече ще бъде концентрирана сярна киселина. Формулата (химическа или структурна) остава непроменена във всички случаи.
Когато концентриран серен анхидрид се разтваря в сярна киселина, се образува олеум или димяща сярна киселина, формулата му може да бъде написана по следния начин: H2S2O7. Чистата киселина (H2S2O7) е твърдо вещество с точка на топене 36 °C. Реакциите на хидратация на сярната киселина се характеризират с отделяне на топлина в големи количества.
Разредената киселина реагира с метали, реагирайки с които проявява свойствата на силен окислител. В този случай сярната киселина се редуцира; формулата на образуваните вещества, съдържащи редуциран (до +4, 0 или -2) серен атом, може да бъде: SO2, S или H2S.
Реагира с неметали като въглерод или сяра:
2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O
Реагира с натриев хлорид:
H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl
Характеризира се с реакцията на електрофилно заместване на водороден атом, свързан към бензеновия пръстен на ароматно съединение с групата -SO3H.
Касова бележка
През 1831 г. е патентован контактният метод за получаване на H2SO4, който в момента е основният метод. Днес повечето сярна киселина се произвеждат по този метод. Използваната суровина е сулфидна руда (обикновено железен пирит FeS2), която се изпича в специални пещи, което произвежда газ за печене. Тъй като температурата на газа е 900 °C, той се охлажда със сярна киселина с концентрация 70%. След това газът се почиства от прах в циклона и електростатичния филтър, в промивните кули с киселина с концентрация 40 и 10% каталитични отрови (As2O5 и флуор) и в мокри електрофилтри от киселинен аерозол. След това газът за печене, съдържащ 9% серен диоксид (SO2), се изсушава и се подава в контактния апарат. След преминаване през 3 слоя ванадиев катализатор, SO2 се окислява до SO3. За разтваряне на получения серен анхидрид се използва концентрирана сярна киселина. Формулата за разтвор на серен анхидрид (SO3) в безводна сярна киселина е H2S2O7. В тази форма олеумът се транспортира в стоманени резервоари до потребителя, където се разрежда до желаната концентрация.
Приложение
Поради различните си химични свойства H2SO4 има широк спектър от приложения. При производството на самата киселина, като електролит в оловно-киселинни батерии, за производството на различни почистващи продукти, тя също е важен реагент в химическата промишленост. Използва се и в производството на: алкохоли, пластмаси, багрила, каучук, етер, лепила, сапуни и детергенти, фармацевтични продукти, целулоза и хартия, петролни продукти.
Киселините са химични съединения, състоящи се от водородни атоми и киселинни остатъци, например SO4, SO3, PO4 и др. Те са неорганични и органични. Първите включват солна, фосфорна, сулфидна, азотна и сярна киселина. Вторите включват оцетна киселина, палмитинова киселина, мравчена киселина, стеаринова киселина и др.
Какво е сярна киселина
Тази киселина се състои от два водородни атома и киселинния остатък SO4. Има формула H2SO4.
Сярната киселина или, както се нарича още, сулфатна киселина, се отнася до неорганични двуосновни киселини, съдържащи кислород. Това вещество се счита за едно от най-агресивните и химически активни. В повечето химични реакции той действа като окислител. Тази киселина може да се използва в концентрирана или разредена форма, като в този случай има малко по-различни химични свойства.
Физични свойства
Сярната киселина при нормални условия е течна, нейната точка на кипене е приблизително 279,6 градуса по Целзий, точката на замръзване, когато се превръща в твърди кристали, е около -10 градуса за сто процента и около -20 за 95 процента.
Чистата стопроцентова сулфатна киселина е маслена течна субстанция без мирис и цвят, която има почти два пъти по-голяма плътност от водата - 1840 kg/m3.
Химични свойства на сулфатната киселина
Сярната киселина реагира с метали, техните оксиди, хидроксиди и соли. Разреден с вода в различни пропорции, той може да се държи различно, така че нека разгледаме по-отблизо свойствата на концентрираните и слабите разтвори на сярна киселина поотделно.
Концентриран разтвор на сярна киселина
Разтвор, съдържащ най-малко 90 процента сулфатна киселина, се счита за концентриран. Такъв разтвор на сярна киселина е способен да реагира дори с нискоактивни метали, както и с неметали, хидроксиди, оксиди и соли. Свойствата на такъв разтвор на сулфатна киселина са подобни на тези на концентрирана нитратна киселина.
Взаимодействие с метали
По време на химическата реакция на концентриран разтвор на сулфатна киселина с метали, разположени вдясно от водорода в електрохимичната серия на напрежението на металите (т.е. с не най-активните), се образуват следните вещества: сулфат на метала, с който възниква взаимодействие, вода и серен диоксид. Металите, в резултат на взаимодействие с които се образуват изброените вещества, включват мед (cuprum), живак, бисмут, сребро (argentum), платина и злато (aurum).
Взаимодействие с неактивни метали
С метали, които са отляво на водорода в серията на напрежението, концентрираната сярна киселина се държи малко по-различно. В резултат на тази химическа реакция се образуват следните вещества: сулфат на определен метал, сероводород или чиста сяра и вода. Металите, с които протича подобна реакция, също включват желязо (ферум), магнезий, манган, берилий, литий, барий, калций и всички други, които са в серията на напрежение вляво от водорода, с изключение на алуминий, хром, никел и титан - с тях концентрирана сулфатна киселина не взаимодейства.
Взаимодействие с неметали
Това вещество е силен окислител, така че е способно да участва в редокс химични реакции с неметали, като например въглерод (въглерод) и сяра. В резултат на такива реакции непременно се отделя вода. Когато това вещество се добави към въглерода, също се отделят въглероден диоксид и серен диоксид. И ако добавите киселина към сярата, получавате само серен диоксид и вода. При такава химична реакция сулфатната киселина играе ролята на окислител.
Взаимодействие с органични вещества
Сред реакциите на сярна киселина с органични вещества може да се разграничи овъгляването. Този процес се случва, когато това вещество се сблъска с хартия, захар, влакна, дърво и т.н. В този случай във всеки случай се освобождава въглерод. Въглеродът, образуван по време на реакцията, може частично да реагира със сярна киселина, ако е в излишък. Снимката показва реакцията на захарта с разтвор на сулфатна киселина със средна концентрация.
Реакции със соли
Също така, концентриран разтвор на H2SO4 реагира със сухи соли. В този случай възниква стандартна реакция на обмен, при която се образуват металният сулфат, присъстващ в структурата на солта, и киселината с остатъка, който е в солта. Концентрираната сярна киселина обаче не реагира със солни разтвори.
Взаимодействие с други вещества
Също така това вещество може да реагира с метални оксиди и техните хидроксиди, в тези случаи възникват обменни реакции, в първия се отделят метален сулфат и вода, във втория - същото.
Химични свойства на слаб разтвор на сулфатна киселина
Разредената сярна киселина реагира с много вещества и има същите свойства като всички киселини. Той, за разлика от концентрирания метал, взаимодейства само с активни метали, тоест тези, които са вляво от водорода в серията на напрежението. В този случай протича същата реакция на заместване, както при всяка киселина. Това освобождава водород. Също така такъв киселинен разтвор взаимодейства със солеви разтвори, което води до обменна реакция, вече обсъдена по-горе, с оксиди - същата като концентрираната, и с хидроксиди - също същата. В допълнение към обикновените сулфати има и хидросулфати, които са продукт на взаимодействието на хидроксид и сярна киселина.
Как да разберете дали даден разтвор съдържа сярна киселина или сулфати
За да се определи дали тези вещества присъстват в разтвор, се използва специална качествена реакция към сулфатни йони, което позволява да се разбере. Състои се от добавяне на барий или неговите съединения към разтвора. Това може да доведе до бяла утайка (бариев сулфат), което показва наличието на сулфати или сярна киселина.
Как се произвежда сярна киселина?
Най-често срещаният метод за промишлено производство на това вещество е извличането му от железен пирит. Този процес протича на три етапа, всеки от които включва специфична химическа реакция. Нека да ги разгледаме. Първо към пирита се добавя кислород, което води до образуването на ферум оксид и серен диоксид, който се използва за по-нататъшни реакции. Това взаимодействие възниква при висока температура. След това идва етапът, в който серен триоксид се получава чрез добавяне на кислород в присъствието на катализатор, който е ванадиев оксид. Сега, на последния етап, към полученото вещество се добавя вода и се получава сулфатна киселина. Това е най-често срещаният процес за промишлено извличане на сулфатна киселина, той се използва най-често, тъй като пиритът е най-достъпната суровина, подходяща за синтеза на веществото, описано в тази статия. Сярната киселина, получена чрез този процес, се използва в различни области на промишлеността - както в химическата, така и в много други, например при рафиниране на нефт, обогатяване на руди и др. Използването й често се предвижда и в технологията на производство на много синтетични влакна .
