9. Неметалічні елементи та їхні сполуки. Неметали
Сульфатна кислота H 2 SO 4 - це речовина молекулярного будови. Атом Сірки утворює шість ковалентних зв'язків і набуває ступінь окислення +6:
Безвода сульфатна кислота - важка масляниста рідина без кольору і запаху, нелетка. Дуже гігроскопічна, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Розчинення кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти, тому для її розведення кислоту обережно вливають в воду, обов'язково перемішуючи розчин!
Розчин кислоти з масовою часткою H 2 SO 4. менше 70%, називають розведеною, а якщо масова частка перевищує 70%, то концентрованої. Найчастіше в лабораторіях використовують концентрований розчин з масовою часткою H 2 SO 4 96% (щільність - 1,84 г / мл).
Добування сірчаної кислоти
Найважливішим промисловим способом добування сірчаної кислоти є контактний спосіб. Процес отримання відбувається в три стадії:
1. Отримання сульфур (І V) оксиду шляхом випалу піриту:
2. Окислення сульфур (І V) оксиду до сульфур (V І) оксиду. Реакція є оборотною, екзотермічної і каталітичної. Каталізаторами реакції є платина, або ванадій (V) оксид V 2 O 5. Оптимальна температура реакції - 400-470 ° С:
3. Розчинення сульфур (V І) оксиду в сульфатної кислоти:
Потім до олеуму додають воду, отримуючи кислоту необхідної концентрації:
Хімічні властивості сірчаної кислоти
Сульфатна кислота - це сильна, двохосновна кислота. Відрізняється високою реакційною здатністю. Розбавлена сульфатна кислота - сильний електроліт, проявляє типові властивості кислот.
1. Як двохосновна кислота дисоціює ступінчасто з утворенням гідрогенсульфат-іонів і сульфат-іонів:
Сульфатна кислота сильна, її дисоціація по першим ступенем відбувається майже повністю.
2. Розведена сульфатна кислота реагує з металами, які розміщуються в вітіскувальному ряду зліва від водню, з основними і амфотерними оксидами, з основами, утворюючи кислі і середні солі, з деякими солями:
Взаємодія іонів Ва 2+ і SO 4 2- призводить до утворення білого осаду BaSO 4. нерозчинного у воді і кислотах.
2. Концентрована сульфатна кислота як сильний і нелетка кислота витісняє летючі кислоти з їх солей:
3. При нагріванні вище 200 ° С безводна сульфатна кислота частково розкладається:
4. Концентрована сульфатна кислота здатна забирати воду від органічних речовин, при цьому вона їх обугливает - розкладається до вуглецю:
5. Окислювальні властивості сірчаної кислоти.
Розбавлена сульфатна кислота проявляє слабкі окислювальні властивості за рахунок іонів Н +. що і спостерігається в реакціях з металами:
Концентрована сульфатна кислота при нагріванні проявляє сильні окислювальні властивості. Це обумовлено тим, що Сульфур в кислоті має вищий ступінь окислення - +6. Концентрована сульфатна кислота окисляє ті метали, які розміщуються в вітіскувальному ряду зліва від водню, і ті, що розміщуються праворуч від нього; При цьому Сульфур може відновлюватися до сірководню, сірки або сульфур (І V) оксиду:
Ступінь окислювання, якого набуває Сульфур в продуктах відновлення, залежить від концентрації сірчаної кислоти і від природи іншого реагенту (відновника): що сильніший відновник, з якими реагує кислота, тим глибше відбувається процес відновлення:
а) малоактивні метали (Cu. Hg. Ag) відновлюють концентровану сульфатну кислоту до сульфур (І V) оксиду:
б) активні метали (лужні і лужноземельні) відновлюють концентровану сульфатну кислоту до сірководню:
в) метали середньої активності (Zn. Al. Mg), в залежності від концентрації кислоти, одночасно можуть відновлювати концентровану сульфатну кислоту до різних продуктів відновлення - сірки, сірчистого газу і сірководню:
г) концентрована сульфатна кислота при стандартних умовах не реагує з залізом, алюмінієм, хромом. Це пов'язано з тим, що на поверхні металу утворюється тонка плівка оксиду, яка є інертною щодо кислоти при цих умовах. Такий процес називають пасівацією 1. При нагріванні ці метали розчиняються в кислотах, утворюючи солі з вищим ступенем окислення металу:
При нагріванні з концентрованою сульфатною кислотою практично реагують все метали, крім золота і платини. Концентрована сульфатна кислота окисляє також неметали:
Концентрована сульфатна кислота окисляє бромід і іодід-іони до вільних галогенів, проте не може окисляти хлорид-іони до С12. що дає можливість добувати НС l з солей за її участі:
Солі сірчаної кислоти
Як двохосновна кислота сульфатна кислота утворює два ряди солей: середні, які називають сульфатами, і кислі - гідрогенсульфаті. Серед сульфатів є солі, що містять крісталізаційну воду; деякі з них називають купоросу.
Хімічні властивості сульфатів
1. Сульфати виявляють загальні властивості солей: взаємодія з металами, деякими кислотами і солями:
2. Під час нагрівання:
а) сульфати активних металів (лужних і деяких лужноземельних) не розкладаються навіть при 1000 ° С;
б) сульфати металевих елементів середньої активності розкладаються на оксид і сульфур (V) оксид:
в) сульфати Cu. Fe. Al розкладаються навіть при незначному нагріванні:
г) сульфати деяких металевих елементів розкладаються з утворенням металу, сульфур (IV) оксиду і кисню:
Використання сірчаної кислоти і сульфатів
Сульфатну кислоту використовують для добування вибухових речовин, як осушувач газів, в процесі переробки руд; виробництва ортофосфатної кислоти і фосфорних добрив, лікарських препаратів і ряду органічних речовин (волокон, пластмас, барвників); для очищення нафтопродуктів, металевих поверхонь виробів перед нанесенням захисного покриття; як електроліт в акумуляторах.
Магній сульфат гептагідрат MgSO 4 · 7Н2 O і натрій сульфат декагідрат Na 2 SO 4 · 10Н2 O використовують в медицині як проносний засіб.
Галун (подвійні солі із загальною формулою Me + Me 3+ (SO 4) 2 · 12Н2 O) застосовують в медицині, а також під час процесу фарбування тканин і дублення шкіри.
Гіпс і кальцій сульфат використовують в медицині і будівництві.
Калій сульфат і амоній сульфат застосовують як добрива.
Барій сульфат використовують у виробництві паперу, гуми, білої мінеральної фарби, а також в медицині для проведення рентгеноскопії травної трубки.
Мідний і залізний купорос застосовують в сільському господарстві для боротьби з шкідниками і хворобами рослин; у виробництві фарб, для просочення деревини (для боротьби з шкідниками) і як антисептичний засіб.
Натрій сульфат іноді використовують замість інших солей натрію під час виробництва скла та соди.
1 Оскільки залізо пассивируется концентрованої сірчаної кислотою, її транспортують і зберігають у залізних цистернах.