Способ получения сернистой кислоты

Сернистая кислота: строение и химические свойства

Сернистая кислота H₂SO₃ – это двухосновная кислородсодержащая кислота. При нормальных условиях — неустойчивое вещество, которое распадается на диоксид серы и воду.

Валентность серы в сернистой кислоте равна IV, а степень окисления +4.

Химические свойства

1. Сернистая кислота H₂SO₃ в водном растворе – двухосновная кислота средней силы. Частично диссоциирует по двум ступеням:

HSO₃ – ↔ SO₃ 2– + H +

2. Сернистая кислота самопроизвольно распадается на диоксид серы и воду:

3. Сернистая кислота взаимодействует с сильными основаниями и их оксидами.

Например , сернистая кислота реагирует с гидроксидами натрия и калия:

4. Наиболее ярко выражены восстановительные свойства сернистой кислоты. При взаимодействии с окислителями степень окисления серы повышается.

Например , сернистая кислота обесцвечивает бромную воду:

Азотная кислота очень легко окисляет сернистую:

Озон также окисляет сернистую кислоту:

Качественная реакция на сернистую кислоту – обесцвечивание раствора перманганата калия:

5. В присутствии сильных восстановителей сернистая кислота может проявлять окислительные свойства.

Например , при взаимодействии с сероводородом сернистая кислота восстанавливается до молекулярной серы:

Источник

Серная кислота

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.

Замечу, что существует олеум — раствор SO₃ в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.

Получение

Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении образовавшегося SO₂ до SO₃ и последующим взаимодействием с водой.

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:

В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:

Химические свойства

В водном растворе диссоциирует ступенчато.

Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли — сульфаты.

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 — кислая соль)

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O (сульфат калия, соотношение 2:1 — средняя соль)

С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие другие кислоты, способна растворять осадки.

Серная кислота окисляет неметаллы — серу и углерод — соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.

Реакции с металлами

Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl. Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после — не реагируют с ней.

Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления. Они окисляются до +2.

Cu + H₂SO_4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)

Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами выделяется H₂S, с металлами средней активности — S, с малоактивными металлами — SO₂.

Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании данных металлов реакция идет.

Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3. В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.

Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц — речь идет об H₂S, если же написано, что выделилось простое вещество — речь о сере (S).

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Серная кислота

Получение серной кислоты

Сернистая кислота

Серная кислота

Серная кислота H₂SO₄ — одна из сильных двухосновных кислот. В разбавленном состоянии она окисляет почти все металлы, кроме золота и платины. Интенсивно реагирует с неметаллами и органическими веществами, превращая некоторые из них в уголь. При приготовлении раствора серной кислоты всегда надо её приливать к воде, а не наоборот, во избежание разбрызгивания и вскипания воды. При 10 °С затвердевает, образуя прозрачную стекловидную массу. При нагревании 100-процентная серная кислота легко теряет серный ангидрид (триокись серы SO₃) до тех пор, пока её концентрация не составит 98 %. Именно в таком состоянии её обычно и используют в лабораториях. В концентрированном (безводном) состоянии серная кислота — бесцветная, дымящаяся на воздухе (из-за паров), маслянистая жидкость с характерным запахом (Т кипения=338 °С). Она является очень сильным окислителем. Это вещество обладает всеми свойствами кислот:

Химические свойства серной кислоты

— химическая реакция с металлами:

2H₂SO₄ + Cu → CuSO₄ + SO₂ +2H₂O — в этом случае кислота является концентрированной.

Получающийся раствор синего цвета — CuSO₄ — раствор медного купороса. Серную кислоту еще называют купоросным маслом, так как при реакциях с металлами и их оксидами образуются купоросы. Например, при химической реакции с железом (Fe) — образуется светло-зелёный раствор железного купороса.

— химическая реакция с основаниями и щелочами (или реакция нейтрализации)

— химическая реакция с серой (кислота — концентрированная, реакция — при нагревании):

— химическая реакция с солями (например, со стиральной содой Na₂CO₃):

Получение серной кислоты

Сернистый ангидрид

Серную кислоту получают окислением серы (S) сначала до оксида серы (сернистого газа SO₂), а затем окислением сернистого газа до триоксида серы (сернистого ангидрида SO₃) (на рисунке слева):

S + O₂ → SO₂
— сернистый газ — с удушливым запахом серы.

SO₂ + O₂ → SO₃. Эта химическая реакция производится на катализаторе (оксиде ванадия V₂O₅). Вещество SO₃ — сернистый ангидрид — очень гигроскопичное кристаллическое прозрачное вещество, жадно поглощающее воду с образованием серной кислоты:

Сернистая кислота

Сернистая кислота — или Н₂SO₃ — так называют водный раствор оксида серы (SO₂) в воде. На самом деле такого химического вещества не существует, его используют лишь для удобства составления химических уравнений реакций.

Раствор SO₂ в воде, имеет кислую среду. Такому раствору присущи все свойства кислот, в том числе реакция нейтрализации.

Сернистая кислота (или правильнее сказать — раствор сернистого газа в воде) образует два вида солей: сульфиты и гидросульфиты. Эти соли являются восстановителями.

Н₂SO₄ + NaOH → NaНSO₃ + Н₂O — такая реакция протекает при избытке сернистой кислоты

Сернистая кислота обладает отбеливающим действием. Всем известно, что подобным действием обладает и хлорная вода. Но отличие заключается в том, что в отличии от хлора сернистый газ не разрушает красители, а образует с ними неокрашенные химические соединения!

Кроме основных свойств кислот сернистая кислота способна обесцвечивать раствор марганцовки по следующему уравнению:

В этой реакции образуется бледно-розовый раствор, состоящий из сульфатов калия, марганца. Окраска обусловлена именно сульфатом марганца.

Сернистая кислота способна обесцветить бром

В этой реакции образуется раствор, состоящий сразу из 2-х сильных кислот: серной и бромной.

Если хранить сернистую кислоту при доступе воздуха, то этот раствор окисляется и превращается в серную кислоту

Источник

Способ получения сернистой кислоты

SO ₂ (сернистый ангидрид; сернистый газ)

Бесцветный газ с резким запахом; хорошо растворим в воде (1: 40 ); более чем в два раза тяжелее воздуха, ядовит; t ° пл. = -75,5 ° C ; t ° кип. = -10 ° С. Обесцвечивает многие красители, убивает микроорганизмы.

1) При сжигании серы в кислороде:

2) Окислением сульфидов

3) Обработкой солей сернистой кислоты минеральными кислотами:

Na 2 SO 3 + 2 HCl → 2 NaCl + SO 2 ­ + H 2 O

4) При окислении металлов концентрированной серной кислотой:

Химические свойства сернистого газа

1) Сернистый газ — кислотный оксид, при взаимодействии с водой образует слабую и неустойчивую сернистую кислоту H 2 SO 3 (существует только в водном растворе)

H ₂ SO ₃ ↔ H + + HSO ₃ — (первая ступень, образуется гидросульфит – анион)

HSO ₃ — ↔ H + + SO ₃ 2- (вторая ступень, образуется анион сульфит)

H ₂ SO ₃ образует два ряда солей — средние (сульфиты) и кислые (гидросульфиты).

Качественной реакцией на соли сернистой кислоты является взаимодействие соли с сильной кислотой, при этом выделяется газ SO ₂ с резким запахом:

Оксид серы ( VI ) — SO ₃ (серный ангидрид)

Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t °пл. = 17° C ; t °кип. = 66°С; на воздухе «дымит», сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах).

SO ₃ хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом.

1) Серный ангидрид — кислотный оксид. При взаимодействии с водой образует сильную двухосновную серную кислоту:

Диссоциация протекает ступенчато:

H ₂ SO ₄→ H + + HSO ₄ — (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO ₄ — → H + + SO ₄ 2- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H ₂ SO ₄ образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

2). Взаимодействие SO₃ со щелочами

NaOH + SO ₃ (избыток) → NaHSO ₄

Источник

Сернистая кислота. Химические свойства, получение

Химические свойства и методы получения

Видео

Классификация кислот

По содержанию кислорода
Кислородсодержащие (H2SO4)	Бескислородные (HCl)

По количеству содержащихся катионов водорода (H+)
Одноосновные (HCl)	Двухосновные (H2SO4)	Трёхосновные (H3PO4)

Понятие «одноосновная кислота» произошло по причине того, что для нейтрализации одной молекулы одноосновной кислоты нам понадобится одна молекула основания. для двухосновной — соответственно две молекулы и т. д.

По растворимости (в воде)
Растворимые (HCl)	Нерастворимые (H2SiO3)

По силе (степени диссоциации)
Сильные (H2SO4)	Слабые (CH3COOH)

По летучести
Летучие (H2S)	Нелетучие (H2SO4)

По устойчивости
Устойчивые (H2SO4)	Неустойчивые (H2CO3)

Получение кислот

• Взаимодействие кислотного оксида с водой:

H₂O + SO₃ →H₂SO₄

• Взаимодействие водорода и неметалла:

H₂ + Cl₂ → 2HCl

• Вытеснение слабой кислоты из солей, более сильной кислотой:

3H₂SO₄ + 2K₃PO₄ → 3K₂SO₄ + H₃PO₄

Химические и физические свойства

Сернистый ангидрид SO2 представляет собой бесцветный газ и обладает резким запахом.

Физические свойства сернистой кислоты:не имеет цвета;существует только в водном растворе;имеет характерный резкий запах;хорошо растворяется в воде;при контакте с красителями обесцвечивает их;убивает микроорганизмы.

Сернистая кислота в водном растворе является слабым электролитом. Диссоциация протекает обратимо по двум ступеням. H2SO3↔HSO3–+H+ HSO3–↔SO32–+H+

В процессе самопроизвольного распада сернистой кислоты образуются диоксид серы и вода. H2SO3↔SO2+H2O

Сернистая кислота вступает в химическую реакцию с сильными основаниями и их оксидами. Взаимодействие сернистой кислоты с гидроксидами таких щелочных металлов, как натрий и калий, описывается уравнениями: H2SO3+КОН→KHSО3+H2O H2SO3+2КОН→К2SО3+2H2O

Среди всех химических свойств сернистой кислоты наиболее ярко выражены ее восстановительные свойства. Взаимодействуя с окислителями, сера повышают собственную степень окисления. Обесцвечивание бромной воды с помощью сернистой кислоты: H2SO3+Br2+H2O→H2SO4+2HBr

Процесс окисления сернистой кислоты азотной протекает достаточно легко по уравнению: H2SO3+2HNO3→H2SO4+2NO2+H2O

Окисление сернистой кислоты с помощью озона: H2SO3+O3→H2SO4+O2

При контакте с сильными восстановителями могут проявляться окислительные свойства сернистой кислоты.

Взаимодействие сернистой кислоты и сероводорода сопровождается ее восстановлением до элементарной серы: H2SO3+2Н2S→3S+3H2O

Химическая формула сернистой кислоты

Химическая формула сернистой кислоты H₂SO₃. Она показывает, что в состав данной молекулы входят два атома водорода (Ar = 1 а.е.м.), один атом серы (Ar = 32 а.е.м.) и три атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу сернистой кислоты:

Mr(H₂SO₃) = 2×1 + 32 + 3×16= 2 + 32 + 48 = 82

Примеры решения задач

Задание При сжигании 6,5 г газообразного органического соединения получено 11,2 л (н.у.) углекислого газа и 4,5 г воды. Относительная плотность этого соединения по водороду равна 13. Выведите его химическую формулу. Решение Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно: CxHyOz →CO2 + H2O Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(CO2) = [V(CO2) / Vm]×M(CO2); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = [2×n(H2O) / M(H2O)]×M(H) Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль Тогда, m(C) = [11,2 / 22,4]×44 = 6 г; m(H) = [2×4,5 / 18] ×1 = 0,5 г m(O) = m(CxHyOz) – m(C) – m(H) = 6,5 – 6 – 0,5 = 0, что свидетельствует о том, что в составе данного органического вещества нет. Определим химическую формулу соединения как CxHy: x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H); x:y =6/12 :0,5/1; x:y = 0,5 : 0,5 = 1: 1 Значит простейшая формула соединения CH и молярную массу 13 г/моль [M(CH) = Ar(C) + Ar(H)= 12 + 1 = 13 г/моль]. Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду: Msubstance = M(H2) × D(H2); Msubstance = 2 × 13 = 26 г/моль Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс: Msubstance / M(CH) = 26 / 13 = 2 Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 2 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C2H2. Это ацетилен. Ответ C2H2

Задание В результате сгорания кислородсодержащего органического соединения в избытке воздуха собрано 1,584 г углекислого газа и 0,972 мл воды. Плотность пара этого соединения по воздуху равна 1,5865. Выведите химическую формулу соединения, если она содержит два одноименных радикала. Решение Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно: CxHyOz+ Oz→CO2 + H2O Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = [m(CO2) / M(CO2)]/M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = [2×m(H2O) / M(H2O)]×M(H); m(H) =[2×V(H2O)×M(H) / M(H2O)×1 (г/мл)] Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль Тогда, m(C) = [1,584 / 44]/12 = 0,432 г; m(H) = [2×0,971 ×1 / 18 ×1 (г/мл)] = 0,108 г Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по воздуху: Msubstance = Mair × Dair; Msubstance = 29 × 1,5862 = 46 г/моль Найдем число атомов углерода и водорода в соединении: x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H); x:y = 0,432/12 :0,108/1; x:y = 0,036 : 0,108 = 1: 3 Значит простейшая формула углеводородного радикала этого соединения имеет вид CH3и молярную массу 15 г/моль [M(CH) = Ar(C) + 3×Ar(H)= 12 + 3×1 = 12 + 3 = 15 г/моль]. Это означает, что на кислород приходится [46-15 = 31 г/моль], что невозможно. Учитывая условие задачи про два одноименных радикала 2×М(CH3) = 2×15 = 30 г/моль, получаем, что на кислород приходится [46-30 = 16 г/моль], т.е. органическое кислородсодержащее соединение имеет вид CH3-O-CH3. Это ацетон (диметилкетон). Ответ CH3-O-CH3

Источник