Fysikaliska egenskaper hos svavelsyra:
Tung oljig vätska ("vitriol");
densitet 1,84 g/cm3; icke-flyktig, mycket löslig i vatten - med stark uppvärmning; t° pl. = 10,3°C, kp \u003d 296 ° C, mycket hygroskopisk, har vattenavlägsnande egenskaper (förkolning av papper, trä, socker).
Vätskevärmen är så stor att blandningen kan koka, stänka och orsaka brännskador. Därför är det nödvändigt att tillsätta syra till vatten, och inte vice versa, eftersom när vatten läggs till syra kommer lättare vatten att finnas på ytan av syran, där all värme som frigörs kommer att koncentreras.
Industriell produktion av svavelsyra (kontaktmetod):
1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3
3) nSO3 + H2SO4 → H2SO4 nSO3 (oleum)
Krossad renad våt pyrit (svavelkis) hälls uppifrån i ugnen för bränning i " fluidiserad bädd". Underifrån (motströmsprincipen) leds luft berikad med syre igenom.
Ugnsgas kommer ut ur ugnen, vars sammansättning är: SO 2, O 2, vattenånga (pyrit var våt) och de minsta partiklarna av aske (järnoxid). Gasen renas från föroreningar av fasta partiklar (i en cyklon och elektrostatisk filter) och vattenånga (i ett torktorn).
I kontaktapparaten oxideras svaveldioxid med användning av en V2O5-katalysator (vanadinpentoxid) för att öka reaktionshastigheten. Oxidationsprocessen av en oxid till en annan är reversibel. Därför väljs de optimala förhållandena för förloppet av den direkta reaktionen - ökat tryck (eftersom den direkta reaktionen fortsätter med en minskning av den totala volymen) och en temperatur som inte är högre än 500 C (eftersom reaktionen är exoterm).
I absorptionstornet absorberas svaveloxid (VI) av koncentrerad svavelsyra.
Vattenabsorption används inte, eftersom svaveloxid löses i vatten med frigöring av en stor mängd värme, så den resulterande svavelsyran kokar och förvandlas till ånga. För att undvika bildning av svavelsyradimma, använd 98 % koncentrerad svavelsyra. Svaveloxid löser sig mycket bra i en sådan syra och bildar oleum: H 2 SO 4 nSO 3
Kemiska egenskaper för svavelsyra:
H 2 SO 4 är en stark tvåbasisk syra, en av de starkaste mineralsyrorna, på grund av den höga polariteten bryts H - O-bindningen lätt.
1)
Svavelsyra dissocierar i vattenlösning
bildar en vätejon och en syrarest:
H2SO4 \u003d H+ + HSO4-;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Sammanfattningsekvation:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.
2) Samspelet mellan svavelsyra och metaller:
Utspädd svavelsyra löser bara metaller i spänningsserien till vänster om väte:
Zn0 + H2 +1 SO4 (razb) → Zn +2 SO4 + H2
3)
Svavelsyrainteraktionmed basiska oxider:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
4)
Samspelet av svavelsyra medhydroxider:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O
5)
Byt reaktioner med salter:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 ↓ + 2HCl
Bildandet av en vit fällning av BaSO 4 (olöslig i syror) används för att detektera svavelsyra och lösliga sulfater (kvalitativ reaktion för sulfatjon).
Speciella egenskaper för koncentrerad H 2 SO 4:
1) koncentrerad svavelsyra är starkt oxidationsmedel ; när de interagerar med metaller (förutom Au, Pt) återhämta sig till S +4 O 2 , S 0 eller H 2 S -2 beroende på aktiviteten hos metallen. Utan uppvärmning reagerar den inte med Fe, Al, Cr - passivering. När de interagerar med metaller med variabel valens oxideras de senare till högre oxidationstillstånd än i fallet med en utspädd syralösning: Fe0→ Fe 3+ , Cr 0→ Cr3+, Mn0→Mn4+,sn 0→ sn 4+
aktiv metall
8 Al + 15 H2SO4 (konc.) → 4Al2 (SO4)3 + 12H2O + 3 H 2 S
4│2Al 0 – 6 e- → 2Al 3+ - oxidation
3│ S 6+ + 8e → S 2– återhämtning
4Mg+ 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Medelaktiv metall
2Cr + 4 H2SO4 (konc.) → Cr2 (SO4)3 + 4 H2O + S
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - oxidation
1│ S 6+ + 6e → S 0 - restaurering
Metall inaktiv
2Bi + 6H2SO4 (konc.) → Bi2 (SO4)3 + 6H2O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - oxidation
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - återhämtning
2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
2) Koncentrerad svavelsyra oxiderar vissa icke-metaller, som regel till maximalt oxidationstillstånd, den reduceras i sig tillS+4O2:
C + 2H2SO4 (konc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O
S+ 2H2SO4 (konc) → 3S02 + 2H2O
2P+ 5H2SO4 (konc) → 5SO2 + 2H3PO4 + 2H2O
3) Oxidation av komplexa ämnen:
Svavelsyra oxiderar HI och HBr till fria halogener:
2 KBr + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Koncentrerad svavelsyra kan inte oxidera kloridjoner till fritt klor, vilket gör det möjligt att erhålla HCl genom utbytesreaktionen:
NaCl + H2SO4 (konc.) = NaHS04 + HCl
Svavelsyra tar bort kemiskt bundet vatten från organiska föreningar som innehåller hydroxylgrupper. Dehydrering av etylalkohol i närvaro av koncentrerad svavelsyra leder till produktion av etylen:
C2H5OH \u003d C2H4 + H2O.
Förkolning av socker, cellulosa, stärkelse och andra kolhydrater vid kontakt med svavelsyra förklaras också av deras uttorkning:
C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.
Outspädd svavelsyra är en kovalent förening.
I en molekyl är svavelsyra tetraedriskt omgiven av fyra syreatomer, varav två är en del av hydroxylgrupperna. S–O-bindningarna är dubbla och S–OH-bindningarna är enkla.
Färglösa, isliknande kristaller har en skiktad struktur: varje H 2 SO 4 molekyl är ansluten till fyra närliggande starka vätebindningar, vilket bildar en enda rumslig ram.
Strukturen hos flytande svavelsyra liknar strukturen hos en fast, endast integriteten hos den rumsliga ramen är bruten.
Fysikaliska egenskaper hos svavelsyra
Under normala förhållanden är svavelsyra en tung oljig vätska, färglös och luktfri. Inom tekniken kallas svavelsyra dess blandningar med både vatten och svavelsyraanhydrid. Om molförhållandet SO 3: H 2 O är mindre än 1, så är detta en vattenhaltig lösning av svavelsyra, om mer än 1 är det en lösning av SO 3 i svavelsyra.
100 % H2SO4 kristalliserar vid 10,45°C; T kp = 296,2°C; densitet 1,98 g/cm3. H 2 SO 4 blandas med H 2 O och SO 3 i valfritt förhållande för att bilda hydrater, hydratiseringsvärmen är så stor att blandningen kan koka, stänka och orsaka brännskador. Därför är det nödvändigt att tillsätta syra till vatten, och inte vice versa, eftersom när vatten läggs till syra kommer lättare vatten att finnas på ytan av syran, där all värme som frigörs kommer att koncentreras.
När vattenlösningar av svavelsyra innehållande upp till 70 % H 2 SO 4 upphettas och kokas frigörs endast vattenånga till ångfasen. Svavelsyraångor förekommer också ovanför mer koncentrerade lösningar.
När det gäller strukturella egenskaper och anomalier liknar flytande svavelsyra vatten. Här finns samma system av vätebindningar, nästan samma rumsliga ramverk.
Kemiska egenskaper hos svavelsyra
Svavelsyra är en av de starkaste mineralsyrorna, på grund av sin höga polaritet bryts H-O-bindningen lätt.
Svavelsyra dissocierar i vattenlösning bildar en vätejon och en syrarest:
H2SO4 \u003d H+ + HSO4-;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Sammanfattningsekvation:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.
Visar egenskaperna hos syror , reagerar med metaller, metalloxider, baser och salter.
Utspädd svavelsyra uppvisar inte oxiderande egenskaper; när den interagerar med metaller frigörs väte och ett salt som innehåller metallen i det lägsta oxidationstillståndet. I kylan är syra inert mot metaller som järn, aluminium och till och med barium.
Den koncentrerade syran har oxiderande egenskaper. Möjliga produkter av interaktion av enkla ämnen med koncentrerad svavelsyra anges i tabellen. Reduktionsproduktens beroende av koncentrationen av syran och graden av aktivitet hos metallen visas: ju aktivare metallen är, desto djupare minskar den svavelsyrans sulfatjon.
Interaktion med oxider:
CaO + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 \u003d H 2 O.
Interaktion med baser:
2NaOH + H2SO4 \u003d Na2SO4 + 2H2O.
Interaktion med salter:
Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.
Oxiderande egenskaper
Svavelsyra oxiderar HI och HBr till fria halogener:
H 2 SO 4 + 2HI \u003d I 2 + 2H 2 O + SO 2.
Svavelsyra tar bort kemiskt bundet vatten från organiska föreningar som innehåller hydroxylgrupper. Dehydrering av etylalkohol i närvaro av koncentrerad svavelsyra leder till produktion av etylen:
C2H5OH \u003d C2H4 + H2O.
Förkolning av socker, cellulosa, stärkelse och andra kolhydrater vid kontakt med svavelsyra förklaras också av deras uttorkning:
C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.
Vilken syra som helst är ett komplext ämne, vars molekyl innehåller en eller flera väteatomer och en syrarest.
Formeln för svavelsyra är H2SO4. Därför inkluderar sammansättningen av svavelsyramolekylen två väteatomer och syraresten SO4.
Svavelsyra bildas när svaveloxid reagerar med vatten
SO3+H2O -> H2SO4
Ren 100 % svavelsyra (monohydrat) är en tung vätska, trögflytande som olja, färglös och luktfri, med en syrlig "koppar"-smak. Redan vid en temperatur på +10 ° C stelnar den och förvandlas till en kristallin massa.
Koncentrerad svavelsyra innehåller cirka 95 % H2SO4. Och det fryser vid temperaturer under -20 ° C.
Interaktion med vatten
Svavelsyra är mycket löslig i vatten och blandas med den i vilket förhållande som helst. Detta frigör en stor mängd värme.
Svavelsyra kan absorbera vattenånga från luften. Denna egenskap används inom industrin för torkning av gaser. Gaser torkas genom att passera dem genom speciella behållare med svavelsyra. Naturligtvis kan denna metod endast användas för de gaser som inte reagerar med den.
Det är känt att när svavelsyra kommer i kontakt med många organiska ämnen, speciellt kolhydrater, förkolnas dessa ämnen. Faktum är att kolhydrater, liksom vatten, innehåller både väte och syre. Svavelsyra berövar dem dessa grundämnen. Det som återstår är kol.
I en vattenlösning av H2SO4 blir indikatorerna lackmus och metylorange röda, vilket indikerar att denna lösning har en sur smak.
Interaktion med metaller
Liksom alla andra syror kan svavelsyra ersätta väteatomer med metallatomer i sin molekyl. Det interagerar med nästan alla metaller.
utspädd svavelsyra reagerar med metaller som en vanlig syra. Som ett resultat av reaktionen bildas ett salt med en sur rest SO4 och väte.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
A koncentrerad svavelsyraär ett mycket starkt oxidationsmedel. Det oxiderar alla metaller, oavsett deras position i spänningsserien. Och när den reagerar med metaller reduceras den i sig till SO2. Väte frigörs inte.
Сu + 2 H2SO4 (konc) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2 H2SO4 (konc) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Men guld, järn, aluminium, platinagruppmetaller oxiderar inte i svavelsyra. Därför transporteras svavelsyra i ståltankar.
Svavelsyrasalter, som erhålls som ett resultat av sådana reaktioner, kallas sulfater. De är färglösa och kristalliserar lätt. Vissa av dem är mycket lösliga i vatten. Endast CaSO4 och PbSO4 är svårlösliga. BaSO4 är nästan olösligt i vatten.
Interaktion med baser
Reaktionen av en syra med en bas kallas en neutraliseringsreaktion. Som ett resultat av neutraliseringsreaktionen av svavelsyra bildas ett salt innehållande syraresten SO4 och vatten H2O.
Exempel påner:
H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 + CaOH = CaSO4 + 2 H2O
Svavelsyra går in i en neutraliseringsreaktion med både lösliga och olösliga baser.
Eftersom det finns två väteatomer i svavelsyramolekylen, och två baser krävs för att neutralisera den, tillhör den tvåbasiska syror.
Interaktion med basiska oxider
Från skolkemikursen vet vi att oxider kallas för komplexa ämnen, som innehåller två kemiska grundämnen, varav ett är syre i oxidationstillståndet -2. Grundläggande oxider kallas oxider av 1, 2 och några 3 valensmetaller. Exempel på basiska oxider: Li2O, Na2O, CuO, Ag2O, MgO, CaO, FeO, NiO.
Med basiska oxider går svavelsyra in i en neutraliseringsreaktion. Som ett resultat av en sådan reaktion, som i reaktionen med baser, bildas salt och vatten. Saltet innehåller syraresten SO4.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Salt interaktion
Svavelsyra reagerar med salter av svagare eller flyktiga syror och ersätter dessa syror från dem. Som ett resultat av denna reaktion, ett salt med en sur rest SO4 och en syra
H2SO4+BaCl2=BaS04+2HCl
Användningen av svavelsyra och dess föreningar
Bariumgröt BaSO4 kan fördröja röntgenstrålar. Genom att fylla den med människokroppens ihåliga organ undersöker radiologer dem.
Inom medicin och konstruktion används naturligt gips CaSO4 * 2H2O, kalciumsulfathydrat i stor utsträckning. Glaubers salt Na2SO4 * 10H2O används inom medicin och veterinärmedicin, i den kemiska industrin - för framställning av läsk och glas. Kopparsulfat CuSO4 * 5H2O är känt för trädgårdsmästare och agronomer som använder det för att bekämpa skadedjur och växtsjukdomar.
Svavelsyra används ofta i olika industrier: kemi, metallbearbetning, petroleum, textil, läder och andra.
