Väävelhappe füüsikalised omadused:
Raske õline vedelik ("vitriool");
tihedus 1,84 g/cm3; mittelenduv, vees hästi lahustuv - tugeva kuumutamisega; t°pl. = 10,3 °C, bp \u003d 296 ° C, väga hügroskoopne, vett eemaldavate omadustega (paberi, puidu, suhkru söestumine).
Niisutussoojus on nii suur, et segu võib keema minna, pritsida ja põhjustada põletusi. Seetõttu tuleb veele lisada hapet, mitte vastupidi, kuna happele vee lisamisel jääb happe pinnale kergem vesi, kuhu koondub kogu eralduv soojus.
Väävelhappe tööstuslik tootmine (kontaktmeetod):
1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
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)
Purustatud puhastatud märg püriit (väävelpüriit) valatakse ülalt ahju põletamiseks. keevkiht". Altpoolt (vastuvoolu põhimõte) juhitakse läbi hapnikuga rikastatud õhku.
Ahjust väljub ahjugaas, mille koostis on: SO 2, O 2, veeaur (püriit oli märg) ja tuha väikseimad osakesed (raudoksiid). Gaas puhastatakse tahkete osakeste lisanditest (tsüklonis ja elektrostaatilises filtris) ja veeaurust (kuivatustornis).
Kontaktaparaadis oksüdeeritakse vääveldioksiid reaktsioonikiiruse suurendamiseks V 2 O 5 katalüsaatori (vanaadiumpentoksiidi) abil. Ühe oksiidi oksüdeerumisprotsess teiseks on pöörduv. Seetõttu valitakse otsese reaktsiooni kulgemiseks optimaalsed tingimused - kõrgendatud rõhk (kuna otsereaktsioon kulgeb kogumahu vähenemisega) ja temperatuur mitte üle 500 C (kuna reaktsioon on eksotermiline).
Absorptsioonitornis neelab vääveloksiid (VI) kontsentreeritud väävelhappega.
Veeimamist ei kasutata, kuna vääveloksiid lahustub vees suure soojushulga vabanemisega, mistõttu tekkiv väävelhape keeb ja muutub auruks. Väävelhappeudu tekkimise vältimiseks kasutage 98% kontsentreeritud väävelhapet. Vääveloksiid lahustub sellises happes väga hästi, moodustades oleumi: H 2 SO 4 nSO 3
Väävelhappe keemilised omadused:
H 2 SO 4 on tugev kahealuseline hape, üks tugevamaid mineraalhappeid, kuna suure polaarsuse tõttu puruneb H-O side kergesti.
1)
Väävelhape dissotsieerub vesilahuses
, moodustades vesinikuiooni ja happejäägi:
H2SO4 \u003d H+ + HSO 4-;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Kokkuvõttev võrrand:
H 2SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.
2) Väävelhappe vastastikmõju metallidega:
Lahjendatud väävelhape lahustab metalle ainult vesinikust vasakul asuvas pingereas:
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (razb) → Zn + 2 SO 4 + H 2
3)
Väävelhappe koostoimealuseliste oksiididega:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
4)
Väävelhappe koostoime kooshüdroksiidid:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
5)
Vahetusreaktsioonid sooladega:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Väävelhappe ja lahustuvate sulfaatide tuvastamiseks kasutatakse valge BaSO 4 sademe moodustumist (hapetes lahustumatu) (sulfaadioonide kvalitatiivne reaktsioon).
Kontsentreeritud H 2 SO 4 eriomadused:
1) keskendunud väävelhape on tugev oksüdeerija ; kokkupuutel metallidega (va Au, Pt) taastuvad S +4 O 2, S 0 või H 2 S -2 sõltuvalt metalli aktiivsusest. Ilma kuumutamiseta ei reageeri Fe, Al, Cr - passiveerimine. Muutuva valentsiga metallidega suhtlemisel viimased oksüdeeruvad kõrgematele oksüdatsiooniastmetele kui lahjendatud happelahuse puhul: Fe0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+
aktiivne metall
8 Al + 15 H2SO4 (konts.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0–6 e- → 2Al 3+ - oksüdatsioon
3│ S 6+ + 8e → S 2– taastamine
4Mg + 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Keskmise aktiivsusega metall
2Cr + 4 H 2 SO 4 (konts.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - oksüdatsioon
1│ S 6+ + 6e → S 0 - taastumine
Metall mitteaktiivne
2Bi + 6H2SO4 (konts.) → Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - oksüdatsioon
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - taastumine
2Ag + 2H 2SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Kontsentreeritud väävelhape oksüdeerib mõned mittemetallid reeglina maksimaalse oksüdatsiooniastmeni, see ise redutseeritakseS+4O2:
C + 2H 2SO 4 (konts.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S+ 2H2SO4 (konts.) → 3SO2 + 2H2O
2P+ 5H2SO4 (konts.) → 5SO2 + 2H3PO4 + 2H2O
3) Keeruliste ainete oksüdatsioon:
Väävelhape oksüdeerib HI ja HBr vabadeks halogeenideks:
2 KBr + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2 H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2 H 2 O
Kontsentreeritud väävelhape ei saa oksüdeerida kloriidioone vabaks klooriks, mis võimaldab vahetusreaktsioonil saada HCl-i:
NaCl + H2SO4 (konts.) = NaHS04 + Hcl
Väävelhape eemaldab hüdroksüülrühmi sisaldavatest orgaanilistest ühenditest keemiliselt seotud vee. Etüülalkoholi dehüdratsioon kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul põhjustab etüleeni tootmist:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.
Suhkru, tselluloosi, tärklise ja muude süsivesikute söestumine kokkupuutel väävelhappega on seletatav ka nende dehüdratsiooniga:
C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.
Lahjendamata väävelhape on kovalentne ühend.
Molekulis on väävelhape tetraeedriliselt ümbritsetud nelja hapnikuaatomiga, millest kaks on osa hüdroksüülrühmadest. S-O-sidemed on kaksiksidemed ja S-OH-sidemed on üksiksidemed.
Värvitutel jääsarnastel kristallidel on kihiline struktuur: iga H 2 SO 4 molekul on ühendatud nelja külgneva tugeva vesiniksidemega, moodustades ühtse ruumilise raamistiku.
Vedela väävelhappe struktuur on sarnane tahke happe struktuuriga, ainult ruumilise raami terviklikkus on katki.
Väävelhappe füüsikalised omadused
Tavatingimustes on väävelhape raske õline vedelik, värvitu ja lõhnatu. Inseneriteaduses nimetatakse väävelhapet selle segudeks nii vee kui ka väävelhappe anhüdriidiga. Kui SO 3:H 2 O molaarsuhe on väiksem kui 1, siis on tegemist väävelhappe vesilahusega, kui suurem kui 1, siis SO 3 lahusega väävelhappes.
100% H2S04 kristalliseerub 10,45 °C juures; T bp = 296,2 °C; tihedus 1,98 g/cm3. H 2 SO 4 seguneb H 2 O ja SO 3-ga mis tahes vahekorras, moodustades hüdraate, hüdratatsioonisoojus on nii suur, et segu võib keema minna, pritsida ja põhjustada põletusi. Seetõttu tuleb veele lisada hapet, mitte vastupidi, kuna happele vee lisamisel jääb happe pinnale kergem vesi, kuhu koondub kogu eralduv soojus.
Kuni 70% H 2 SO 4 sisaldavate väävelhappe vesilahuste kuumutamisel ja keetmisel eraldub aurufaasi ainult veeaur. Väävelhappeaurud ilmuvad ka kontsentreeritumate lahuste kohale.
Struktuuriomaduste ja kõrvalekallete poolest sarnaneb vedel väävelhape veega. Siin on sama vesiniksidemete süsteem, peaaegu sama ruumiline raamistik.
Väävelhappe keemilised omadused
Väävelhape on üks tugevamaid mineraalhappeid, tänu kõrgele polaarsusele puruneb H-O side kergesti.
Väävelhape dissotsieerub vesilahuses , moodustades vesinikuiooni ja happejäägi:
H2SO4 \u003d H+ + HSO 4-;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Kokkuvõttev võrrand:
H 2SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.
Näitab hapete omadusi , reageerib metallide, metallioksiidide, aluste ja sooladega.
Lahjendatud väävelhappel ei ole oksüdeerivaid omadusi, selle kokkupuutel metallidega eraldub vesinik ja sool, mis sisaldab metalli kõige madalamas oksüdatsiooniastmes. Külmas on hape inertne selliste metallide nagu raud, alumiinium ja isegi baarium suhtes.
Kontsentreeritud happel on oksüdeerivad omadused. Lihtainete ja kontsentreeritud väävelhappe koostoime võimalikud produktid on toodud tabelis. Näidatakse redutseerimisprodukti sõltuvust happe kontsentratsioonist ja metalli aktiivsuse astmest: mida aktiivsem metall, seda sügavamalt taandab see väävelhappe sulfaadiooni.
Koostoime oksiididega:
CaO + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 \u003d H 2 O.
Koostoime alustega:
2NaOH + H2SO4 \u003d Na2SO4 + 2H2O.
Koostoime sooladega:
Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.
Oksüdeerivad omadused
Väävelhape oksüdeerib HI ja HBr vabadeks halogeenideks:
H 2 SO 4 + 2 HI \u003d I 2 + 2 H 2 O + SO 2.
Väävelhape eemaldab hüdroksüülrühmi sisaldavatest orgaanilistest ühenditest keemiliselt seotud vee. Etüülalkoholi dehüdratsioon kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul põhjustab etüleeni tootmist:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.
Suhkru, tselluloosi, tärklise ja muude süsivesikute söestumine kokkupuutel väävelhappega on seletatav ka nende dehüdratsiooniga:
C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.
Iga hape on kompleksaine, mille molekul sisaldab ühte või mitut vesinikuaatomit ja happejääki.
Väävelhappe valem on H2SO4. Seetõttu sisaldab väävelhappe molekuli koostis kahte vesinikuaatomit ja happejääki SO4.
Väävelhape tekib vääveloksiidi reageerimisel veega
SO3+H2O -> H2SO4
Puhas 100% väävelhape (monohüdraat) on raske vedelik, viskoosne nagu õli, värvitu ja lõhnatu, hapu "vase" maitsega. Juba temperatuuril +10 ° C see tahkub ja muutub kristalliliseks massiks.
Kontsentreeritud väävelhape sisaldab ligikaudu 95% H2SO4. Ja see külmub temperatuuril alla -20 ° C.
Koostoime veega
Väävelhape lahustub vees hästi, segunedes sellega mis tahes vahekorras. See vabastab suurel hulgal soojust.
Väävelhape on võimeline imama õhust veeauru. Seda omadust kasutatakse tööstuses gaaside kuivatamiseks. Gaasid kuivatatakse, juhtides need läbi spetsiaalsete väävelhappega mahutite. Loomulikult saab seda meetodit kasutada ainult nende gaaside puhul, mis sellega ei reageeri.
On teada, et kui väävelhape puutub kokku paljude orgaaniliste ainetega, eriti süsivesikutega, siis need ained söestuvad. Fakt on see, et süsivesikud, nagu vesi, sisaldavad nii vesinikku kui ka hapnikku. Väävelhape röövib neilt need elemendid. Järele jääb kivisüsi.
H2SO4 vesilahuses muutuvad indikaatorid lakmus ja metüüloranž punaseks, mis näitab, et sellel lahusel on hapu maitse.
Koostoime metallidega
Nagu iga teine hape, on väävelhape võimeline asendama oma molekulis vesinikuaatomeid metalliaatomitega. See suhtleb peaaegu kõigi metallidega.
lahjendatud väävelhape reageerib metallidega nagu tavaline hape. Reaktsiooni tulemusena moodustub sool happelise jäägiga SO4 ja vesinikuga.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
A kontsentreeritud väävelhape on väga tugev oksüdeerija. See oksüdeerib kõiki metalle, olenemata nende asukohast pingereas. Ja metallidega reageerides redutseeritakse see ise SO2-ks. Vesinik ei eraldu.
Сu + 2 H2SO4 (konts.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (konts.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Kuid kuld, raud, alumiinium, plaatina rühma metallid ei oksüdeeru väävelhappes. Seetõttu transporditakse väävelhapet terasmahutites.
Väävelhappe sooli, mis saadakse selliste reaktsioonide tulemusena, nimetatakse sulfaatideks. Need on värvitud ja kristalliseeruvad kergesti. Mõned neist on vees hästi lahustuvad. Ainult CaSO4 ja PbSO4 lahustuvad halvasti. BaSO4 on vees peaaegu lahustumatu.
Koostoime alustega
Happe reaktsiooni alusega nimetatakse neutraliseerimisreaktsiooniks. Väävelhappe neutraliseerimisreaktsiooni tulemusena tekib sool, mis sisaldab happejääki SO4 ja vett H2O.
Väävelhappe neutraliseerimisreaktsioonide näited:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Väävelhape siseneb neutraliseerimisreaktsiooni nii lahustuvate kui ka lahustumatute alustega.
Kuna väävelhappe molekulis on kaks vesinikuaatomit ja selle neutraliseerimiseks on vaja kahte alust, kuulub see kahealuseliste hapete hulka.
Koostoime aluseliste oksiididega
Kooli keemiakursusest teame, et oksiide nimetatakse kompleksaineteks, mis sisaldavad kahte keemilist elementi, millest üks on hapnik oksüdatsiooniastmes -2. Aluselisi oksiide nimetatakse 1, 2 ja mõnede 3 valentsmetallide oksiidideks. Aluseliste oksiidide näited: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
Aluseliste oksiididega siseneb väävelhape neutraliseerimisreaktsiooni. Sellise reaktsiooni tulemusena, nagu reaktsioonis alustega, moodustub sool ja vesi. Sool sisaldab happejääki SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Soola koostoime
Väävelhape reageerib nõrgemate või lenduvate hapete sooladega, tõrjudes need happed neilt välja. Selle reaktsiooni tulemusena sool happelise jäägiga SO4 ja happega
H2SO4+BaCl2=BaSO4+2HCl
Väävelhappe ja selle ühendite kasutamine
Baariumpuder BaSO4 suudab röntgenikiirgust edasi lükata. Täites seda inimkeha õõnsate organitega, uurivad radioloogid neid.
Meditsiinis ja ehituses kasutatakse laialdaselt looduslikku kipsi CaSO4 * 2H2O, kaltsiumsulfaathüdraati. Glauberi soola Na2SO4 * 10H2O kasutatakse meditsiinis ja veterinaarmeditsiinis, keemiatööstuses - sooda ja klaasi tootmiseks. Vasksulfaat CuSO4 * 5H2O on tuntud aednikele ja agronoomidele, kes kasutavad seda kahjurite ja taimehaiguste tõrjeks.
Väävelhapet kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes: keemia-, metalli-, nafta-, tekstiili-, naha- jm.
