Kislinske lastnosti žveplove kisline. Žveplova kislina: kemijske lastnosti, značilnosti, proizvodnja žveplove kisline v proizvodnji

OPREDELITEV

Brezvodni žveplova kislina je težka, viskozna tekočina, ki se zlahka meša z vodo v katerem koli razmerju: za interakcijo je značilen izredno velik eksotermni učinek (~880 kJ/mol pri neskončnem redčenju) in lahko povzroči eksplozivno vrenje in brizganje mešanice, če je voda dodan kislini; Zato je tako pomembno, da vedno obrnete vrstni red pri pripravi raztopin in kislino dodajate vodi počasi in med mešanjem.

Nekatere fizikalne lastnosti žveplove kisline so podane v tabeli.

Brezvodni H 2 SO 4 je izjemna spojina z nenavadno visoko dielektrično konstanto in zelo visoko električno prevodnostjo, ki je posledica ionske avtodisociacije (avtoprotolize) spojine, pa tudi relejnega prevodnega mehanizma s prenosom protonov, ki zagotavlja pojav električni tok skozi viskozno tekočino z veliko število vodikove vezi.

Tabela 1. Fizikalne lastnostižveplova kislina.

Priprava žveplove kisline

Žveplova kislina je najpomembnejša industrijska kemikalija in najcenejša kislina, proizvedena v velikih količinah kjerkoli na svetu.

Koncentrirano žveplovo kislino (»olje vitriola«) so najprej pridobili s segrevanjem »zelenega vitriola« FeSO 4 × nH 2 O in ga porabili v velike količine da dobimo Na 2 SO 4 in NaCl.

IN sodoben proces Za proizvodnjo žveplove kisline se uporablja katalizator, sestavljen iz vanadijevega (V) oksida z dodatkom kalijevega sulfata na nosilcu iz silicijevega dioksida ali kieselguhra. Žveplov dioksid SO2 nastaja s sežiganjem čistega žvepla ali s praženjem sulfidne rude (predvsem pirita ali rud Cu, Ni in Zn) v procesu pridobivanja teh kovin, ki se nato oksidira v trioksid, nato pa se z raztapljanjem pridobi žveplova kislina voda:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0 - 297 kJ/mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9,8 kJ/mol);

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0 - 130 kJ/mol).

Kemijske lastnosti žveplove kisline

Žveplova kislina je močna dibazična kislina. V prvem koraku v raztopinah nizke koncentracije skoraj popolnoma disociira:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 - .

Druga stopnja disociacije

HSO 4 — ↔H + + SO 4 2-

pojavlja v manjšem obsegu. Disociacijska konstanta žveplove kisline v drugi stopnji, izražena z ionsko aktivnostjo, je K 2 = 10 -2.

Kot dibazična kislina tvori žveplova kislina dve vrsti soli: srednje in kisle. Povprečne soli žveplove kisline imenujemo sulfati, kisle soli pa hidrosulfati.

Žveplova kislina pohlepno absorbira vodno paro in se zato pogosto uporablja za sušenje plinov. Sposobnost absorpcije vode tudi pojasnjuje zoglenitev številnih organskih snovi, zlasti tistih, ki spadajo v razred ogljikovih hidratov (vlaknine, sladkor itd.), Ko so izpostavljene koncentrirani žveplovi kislini. Žveplova kislina odvzame vodik in kisik iz ogljikovih hidratov, ki tvorita vodo, ogljik pa se sprosti v obliki premoga.

Koncentrirana žveplova kislina, zlasti vroča, je močan oksidant. Oksidira HI in HBr (vendar ne HCl) v proste halogene, premog v CO 2, žveplo v SO 2. Te reakcije so izražene z enačbami:

8HI + H 2 SO 4 = 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O;

2HBr + H 2 SO 4 = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O;

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O.

Interakcija žveplove kisline s kovinami poteka različno glede na njeno koncentracijo. Razredčena žveplova kislina oksidira s svojim vodikovim ionom. Zato deluje le s tistimi kovinami, ki so v napetostnem nizu le do vodika, na primer:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Vendar pa se svinec ne topi v razredčeni kislini, ker je nastala sol PbSO 4 netopna.

Koncentrirana žveplova kislina je zaradi žvepla (VI) oksidant. Oksidira kovine v napetostnem območju do vključno srebra. Produkti njegove redukcije se lahko razlikujejo glede na aktivnost kovine in pogojev (koncentracija kisline, temperatura). Pri interakciji z malo aktivne kovine, na primer z bakrom, se kislina reducira na SO 2:

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Pri interakciji z bolj aktivnimi kovinami so lahko redukcijski produkti tako dioksid kot prosti žveplo in vodikov sulfid. Na primer, pri interakciji s cinkom lahko pride do naslednjih reakcij:

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Uporaba žveplove kisline

Uporaba žveplove kisline se razlikuje od države do države in od desetletja do desetletja. Trenutno na primer v ZDA glavno območje poraba H 2 SO 4 - proizvodnja gnojil (70 %), sledi kemična proizvodnja, metalurgija, rafiniranje nafte (~5 % na vsakem področju). V Združenem kraljestvu je porazdelitev porabe po panogah drugačna: le 30 % proizvedenega H 2 SO 4 se porabi za proizvodnjo gnojil, 18 % pa gre za barve, pigmente in polizdelke pri proizvodnji barvil, 16 % za kemikalije. proizvodnje, 12 % proizvodnji mila in detergenti, 10 % na proizvodnjo naravnih in umetna vlakna 2,5 % pa se porabi v metalurgiji.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Žveplov oksid (IV) je zelo topen v vodi (40 volumnov SO2 se raztopi v 1 volumnu vode pri 200C). V tem primeru nastane žveplova kislina, ki obstaja samo v vodni raztopini:

SO2+ H2O = H2SO3

Reakcija SO2 z vodo je reverzibilna. V vodni raztopini sta žveplov oksid (IV) in žveplova kislina kemijsko ravnovesje, ki se lahko premika. Ko se H2SO3 veže z alkalijami (nevtralizacija kisline), teče reakcija proti nastanku žveplene kisline; Ko se SO2 odstrani (s pihanjem skozi raztopino dušika ali segrevanjem), se reakcija nadaljuje proti začetnim snovem. Raztopina žveplove kisline vedno vsebuje žveplov oksid (IV), ki ji daje oster vonj.

Žveplova kislina ima vse lastnosti kislin. V raztopini H2SO3 postopoma disociira:

Н2SO3 H+ + HSO4 –

HSO3 -H++ SO3 2-

Kot dvobazična kislina tvori dve vrsti soli - sulfite in hidrosulfite. Sulfiti nastanejo, ko kislino popolnoma nevtraliziramo z alkalijo:

Н2SO3 + 2NаОН = NaHSО4+ 2Н2О

Hidrosulfite dobimo ob pomanjkanju alkalije (v primerjavi s količino, potrebno za popolno nevtralizacijo kisline):

Н2SO3+NаОН = NaНSO3+ Н2О

Tako kot žveplov(IV) oksid so tudi žveplova kislina in njene soli močni reducenti. Hkrati se poveča stopnja oksidacije žvepla. Tako se H2SO3 zlahka oksidira v žveplovo kislino tudi z atmosferskim kisikom:

2H2SO3+O2= 2H2SO4

Zato raztopine žveplove kisline, ki so bile dalj časa shranjene, vedno vsebujejo žveplovo kislino.

Oksidacija žveplove kisline z bromom in kalijevim permanganatom poteka še lažje:

H2SO3+ Br2+ H2O = H2SO4 + 2HBr

5Н2S03+ 2КмnО4= 2Н2SO4+ 2МnSO4+ К2SO4+ 2Н2О

Žveplov (IV) oksid in žveplova kislina razbarvata mnoga barvila in z njimi tvorita brezbarvne spojine. Slednje lahko pri segrevanju ali izpostavljenosti svetlobi ponovno razpadejo, posledično pa se barva obnovi. Zato se belilni učinek SO2 in H2SO4 razlikuje od belilnega učinka klora. Običajno se žveplov (IV) oksid uporablja za beljenje volne, svile in slame (te materiale uniči klorirana voda).

Pomembna aplikacija najde raztopino kalcijevega hidrosulfita Ca(HSO3)2 (sulfitni lug), ki se uporablja za obdelavo lesnih vlaken in papirne mase.

Vodikov sulfid in sulfidi

Vodikov sulfid H2S je brezbarven plin z vonjem po gnilih jajcih. Je dobro topen v vodi (pri 20 °C se 2,5 volumna vodikovega sulfida raztopi v 1 volumnu vode). Raztopino vodikovega sulfida v vodi imenujemo vodikova sulfidna voda ali hidrosulfidna kislina (kaže lastnosti šibke kisline).

Vodikov sulfid je zelo strupen plin, ki lahko poškoduje živčnega sistema. Zato je treba z njim delati v dimnih napah ali s hermetično zaprtimi napravami. Dovoljena vsebnost H2S v industrijskih prostorih je 0,01 mg na 1 liter zraka.

Vodikov sulfid se naravno pojavlja v vulkanskih plinih in v vodah nekaterih mineralnih vrelcev, na primer Pjatigorsk; Matsesta. Nastane med razpadom žveplo vsebujočih organskih snovi različnih rastlinskih in živalskih ostankov. To pojasnjuje značilen neprijeten vonj odpadne vode, greznice in odlagališča smeti.

Vodikov sulfid se lahko proizvede z neposrednim združevanjem žvepla in vodika pri segrevanju:

Vendar se običajno pripravi z delovanjem razredčene klorovodikove ali žveplove kisline na železov (II) sulfid:

2HCl + FeS = FeCl2+ H2S

Ta reakcija se pogosto izvaja v Kippovem aparatu.

H2S je manj stabilna spojina kot voda. To je posledica velika velikost atom žvepla v primerjavi z atomom kisika. Zato je vez H-0 krajša in močnejša H-S povezave. Pri močnem segrevanju vodikov sulfid skoraj popolnoma razpade na žveplo in vodik:

Plinasti H2S gori na zraku z modrim plamenom, pri čemer nastane žveplov (IV) oksid in voda:

2H2S+ 3O2= 2SO2+ 2H2O

Ob pomanjkanju kisika nastaneta žveplo in voda:

2H2S+O2= 2S+ 2H2O

Ta reakcija se uporablja za proizvodnjo žvepla iz vodikovega sulfida v industrijskem obsegu.

Vodikov sulfid je dokaj močno redukcijsko sredstvo. To njegovo pomembno kemično lastnost je mogoče pojasniti na naslednji način. V raztopini H2S relativno zlahka odda elektrone molekulam kisika v zraku:

Н2S - 2е- = S + 2H + 2

O2 + 4e- = 2O 2- 1

V tem primeru se H2S z atmosferskim kisikom oksidira v žveplo, zaradi česar postane vodikov sulfid moten. Povzetek enačbe reakcije:

2H2S + O2 = 2S + 2H2O

To pojasnjuje dejstvo, da se vodikov sulfid ne kopiči v zelo velike količine V naravi, ko organske snovi gnijejo, jih zračni kisik oksidira v prosto žveplo.

Vodikov sulfid močno reagira z raztopinami halogenov. Na primer:

Н2S + I2 = 2HI + S

Žveplo se sprosti in raztopina joda se obarva.

Vodikova sulfidna kislina kot dibazična kislina tvori dve vrsti soli - srednje (sulfide) in kisle (hidrosulfide). Na primer, Na2S je natrijev sulfid, NaHS je natrijev hidrosulfid. Skoraj vsi hidrosulfidi so dobro topni v vodi. V vodi so topni tudi sulfidi alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin, medtem ko so druge kovine praktično netopne ali slabo topne; nekateri od njih se ne raztopijo v razredčenih kislinah. Zato je mogoče takšne sulfide enostavno dobiti s prehajanjem vodikovega sulfida skozi soli ustrezne kovine, na primer:

CuSO4 + H2S = CuS + H2SO4

Nekateri sulfidi imajo značilno barvo: CuS in РbS - črna, CdS - rumena, ZnS - bela, MnS - roza, SnS - rjava, Sb2S3 - oranžna itd. Temelji na različni topnosti sulfidov in različnih barvah mnogih od njih kvalitativna analiza kationi.

VSTOPNICA št. 39

Žveplova kislina. potrdilo o prejemu. Fizikalne in kemijske lastnosti. Pomen žveplove kisline.

Žveplova kislina H2SO4 je močna dibazična kislina, ki ustreza najvišja stopnja oksidacija žvepla (+6). V normalnih pogojih je koncentrirana žveplova kislina težka, oljnata tekočina, brez barve in vonja, kislega "bakrenega" okusa. V tehnologiji je žveplova kislina zmes vode in žveplovega anhidrida SO3. Če je molsko razmerje SO3:H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 - raztopina SO3 v žveplovi kislini (oleum).

Žveplova kislina H 2 SO 4 je ena izmed močnih dibazičnih kislin. V razredčenem stanju oksidira skoraj vse kovine razen zlata in platine. Intenzivno reagira z nekovinami in organske snovi, nekatere od njih spremeni v premog. Ko pripravljate raztopino žveplove kisline, jo vedno dodajte vodi in ne obratno, da preprečite brizganje kisline in vretje vode. Pri 10 °C se strdi in tvori prozorno steklasto maso. Pri segrevanju 100 % žveplova kislina zlahka izgubi žveplov anhidrid (žveplov trioksid SO3), dokler ni njegova koncentracija 98 %. V tem stanju se običajno uporablja v laboratorijih. V koncentriranem (brezvodnem) stanju je žveplova kislina brezbarvna, na zraku kadeča se (zaradi hlapov) oljnata tekočina z

značilen vonj(Vrelišče = 338 ° C). Je zelo močan oksidant. Ta snov ima vse lastnosti kislin:

Kemijske lastnosti

žveplova kislina

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O - v tem primeru je kislina koncentrirana. H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O Nastala raztopina modra- CuSO 4 - raztopina bakrovega sulfata. Imenuje se tudi žveplova kislina

olje vitriola, saj reakcije s kovinami in njihovimi oksidi tvorijo vitriol. Na primer, med kemično reakcijo z železom (Fe) nastane svetlo zelena raztopina železovega sulfata.

Kemična reakcija

z bazami in alkalijami (ali reakcija nevtralizacije) H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O Žveplova kislina(ali pravilneje, raztopina žveplovega dioksida v vodi) tvori dve vrsti soli: sulfiti in

hidrosulfiti žveplova kislina

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2H 2 O - in ta reakcija poteka s presežkom natrijevega hidroksida

z bazami in alkalijami (ali reakcija nevtralizacije) ima belilni učinek. Vsi vedo, da ima klorirana voda podoben učinek. Toda razlika je v tem, da za razliko od klora žveplov dioksid ne uniči barvil, ampak tvori neobarvano kemične spojine!

Poleg glavnega lastnosti kislin žveplova kislina lahko razbarva raztopino kalijevega permanganata v skladu z naslednjo enačbo:

5H 2 SO 3 +2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O

Pri tej reakciji nastane bledo rožnata raztopina, sestavljena iz kalijevega in manganovega sulfata. Barvo povzroča ravno manganov sulfat.

z bazami in alkalijami (ali reakcija nevtralizacije) lahko razbarva brom

H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr

Pri tej reakciji nastane raztopina, sestavljena iz 2 močne kisline: žveplova in bromova.

Če žveplovo kislino hranimo v prisotnosti zraka, ta raztopina oksidira in se spremeni v žveplovo kislino.

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2

z bazami in alkalijami (ali reakcija nevtralizacije)- nestabilna dibazična anorganska kislina srednje jakosti. Ustreza oksidacijskemu stanju žvepla +4. Kemijska formula $\backslash mathsf(H\_2SO\_3)$.

Kemijske lastnosti

Kislina srednje jakosti:

$\backslash mathsf(H\_2SO\_3\; \backslash desnoleve\; puščice\; H^+\; +\; HSO\_3^-)$ $\backslash mathsf(HSO\_3^-\; \backslash desnoleve\; puščice\; H^+\; +\; SO\_3^(2-))$

Obstaja samo v razredčeni obliki vodne raztopine(ni označeno v prostem stanju):

$\backslash mathsf(SO\_2+H\_2O\; \backslash rightleftarrows\; H\_2SO\_3\; \backslash rightleftarrows\; H^++HSO\_3^-\; \backslash rightleftarrows\; 2H^+\; +\; SO\_3^(2-))$

Raztopine H 2 SO 3 imajo vedno oster, specifičen vonj po SO 2, ki ni kemično vezan na vodo.

$\backslash mathsf(H\_2SO\_3\; +\; NaOH\; \backslash longrightarrow\; NaHSO\_3\; +\; H\_2O)$ $\backslash mathsf(H\_2SO\_3\; +\; 2NaOH\; \backslash longrightarrow\; Na\_2SO\_3\; +\; 2H\_2O)$

Tako kot žveplov dioksid so žveplova kislina in njene soli močni reducenti:

$\backslash mathsf(H\_2SO\_3\; +\; Br\_2\; +\; H\_2O\; \backslash longrightarrow\; H\_2SO\_4\; +\; 2HBr)$

Pri interakciji s še močnejšimi reducenti lahko igra vlogo oksidanta:

$\backslash mathsf(H\_2SO\_3\; +\; 2H\_2S\; \backslash longrightarrow\; 3S\; \backslash downarrow\; +\; 3H\_2O)$

Kvalitativna reakcija na sulfitne ione - razbarvanje raztopine kalijevega permanganata:

$\backslash mathsf(5SO\_3^(2-)\; +\; 6H^(+)\; +\; 2MnO\_4^(-)\; \backslash longrightarrow\; 5SO\_4^(2-)\; +\; 2Mn^(2+)\; +\; 3H\_2O)$

Aplikacija

Žveplovo kislino in njene soli uporabljamo kot reducente za beljenje volne, svile in drugih materialov, ki ne prenesejo beljenja z močnimi oksidanti (klor). Žveplova kislina se uporablja pri konzerviranju sadja in zelenjave. Kalcijev hidrosulfit (sulfitna tekočina, Ca(HSO 3) 2) se uporablja za predelavo lesa v tako imenovano sulfitno celulozo (raztopina kalcijevega hidrosulfita raztaplja lignin, snov, ki veže celulozna vlakna, zaradi česar se vlakna ločijo od drug drugega; tako obdelan les se uporablja za sprejem papirja).

Napišite oceno o članku "Žveplova kislina"

Literatura

• Kemijska enciklopedija / Uredniški odbor: Knunyants I.L. in drugi - M.: Sovjetska enciklopedija, 1995. - T. 4 (Pol-Three). - 639 str. - ISBN 5-82270-092-4.

Odlomek, ki označuje žveplovo kislino

Od jutra tistega dne Natasha ni imela niti minute svobode in niti enkrat ni imela časa razmišljati o tem, kaj jo čaka.
V vlažnem, mrzlem zraku, v utesnjeni in nepopolni temi majavega se vagona si je prvič živo predstavljala, kaj jo čaka tam, na balu, v razsvetljenih dvoranah - glasba, rože, ples, vladar, vse briljantna mladina Sankt Peterburga. Kar jo je čakalo, je bilo tako lepo, da sploh ni verjela, da se bo zgodilo: tako neskladno z vtisom mrzlega, utesnjenega prostora in teme vagona. Razumela je vse, kar jo čaka, šele ko je, ko je hodila po rdečem ogrinjalu vhoda, stopila na vhod, slekla krzneni plašč in stopila poleg Sonje pred mamo med rožami po osvetljenih stopnicah. Šele takrat se je spomnila, kako se je morala obnašati na balu, in poskušala sprejeti veličasten način, ki se ji je zdel potreben za dekle na balu. Toda na njeno srečo je čutila, da ji oči divjajo: ničesar ni videla jasno, utrip ji je bil stokrat na minuto in kri ji je začela razbijati srce. Ni mogla sprejeti načina, ki bi jo naredil smešno, zato je hodila, zamrznjena od navdušenja in se na vso moč trudila, da bi to skrila. In prav ta način ji je najbolj ustrezal. Spredaj in za njimi so prav tako tiho pogovarjajoče in tudi v plesnih oblekah vstopale gostje. V ogledalih ob stopnicah so se zrcalile dame v belih, modrih, roza oblekah, z diamanti in biseri na odprtih rokah in vratu.