Как концентрированная серная кислота реагирует с металлами


Окислительные свойства серной кислоты | Дистанционные уроки

29-Дек-2014 | комментариев 5 | Лолита Окольнова

ОВР в статье специально выделены цветом. Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.

Разбавленная серная ведет себя, как и остальные кислоты, окислительные свои возможности прячет:

 

Zn + h3SO4 → ZnSO4 + h3↑

 

Автор статьи — Саид Лутфуллин

И еще, что надо помнить про разбавленную серную кислоту: она не реагирует со свинцом. Кусок свинца, брошенный в разбавленную h3SO4 покрывается слоем нерастворимого (см. таблицу растворимости) сульфата свинца и реакция моментально прекращается.

 

Pb + h3SO4 ≠

 

 

Концентрированная серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха

 

За счет серы в  степени окисления +6(высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.

 

Правило для задания 24 (по-старому А24) при приготовлении растворов серной кислоты никогда нельзя в нее  лить воду.  Концентрированую серную кислоту нужно тонкой струйкой вливать в воду, постоянно помешивая.

 

 Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами

 

Эти реакции строго стандартизированны и идут по схеме:

h3SO4(конц.) + металл → сульфат металла + h3O + продукт восстановленной серы.

 

Есть два нюанса:

 

1) Алюминий, железо и хром с h3SO4 (конц) в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.

2) С платиной и золотом h3SO4 (конц)  не реагирует вообще.

 

Сера в концентрированной серной кислоте – окислитель

 

  • значит, сама будет восстанавливаться;
  • то, до какой степени окисления будет восстанавливаться сера, зависит от металла.

 

Рассмотрим диаграмму степеней окисления серы:

 

 

  • До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно .

Реакции будут идти вот так:

8Li + 5H2SO4(конц.) → 4Li2SO4 + 4H2O + H2S↑

 

4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + 4H2O + H2S↑

 

8Al + 15H2SO4(конц.) (t)→ 4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S↑

 

  • при взаимодействии h3SO4 (конц) с  металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа, то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0:

 

3Mn + 4H2SO4(конц.) → 3MnSO4 + 4H2O + S↓

 

2Cr + 4H2SO4(конц.) (t)→ Cr2(SO4)3 + 4H2O + S↓

 

3Zn + 4H2SO4(конц.) → 3ZnSO4 + 4H2O + S↓

 

  • все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:

 

2Fe + 6H2SO4(конц.) (t)→ Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

 

(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)

 

Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + 2H2O + SO2

 

2Ag + 2H2SO4(конц.) → Ag2SO4 + 2H2O + SO2

 

 

Конечно, все относительно. Глубина восстановления будет зависеть от многих факторов: концентрации кислоты (90%, 80%, 60%), температуры и т.д. Поэтому совсем уж точно предсказать продукты нельзя. Приведенная выше таблица тоже имеет свой процент приблизительности, но пользоваться ей можно. Еще необходимо помнить, что в ЕГЭ, когда продукт восстановленной серы не указан, и металл не отличается особой активностью, то, скорее всего, составители имеют в виду SO 2. Нужно смотреть по ситуации и искать зацепки в условиях.

 

SO2 – это вообще частый продукт ОВР с участием конц. серной кислоты.

 

h3SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO2:

 

C + 2H2SO4(конц.) → CO2↑ + 2H2O + 2SO2

 

2P + 5H2SO4(конц.) → P2O5 + 5H2O + 5SO2

Свежеобразованный оксид фосфора (V) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:

 

2P + 5H2SO4(конц) → 2H3PO4 + 2H2O + 5SO2

 

То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:

 

2B + 3H2SO4(конц) → 2H3BO3 + 3SO2

 

Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействиеh3SO4 (конц)  с серой (простым веществом) и сероводородом.

Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой. В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:

Сера 0 будет окисляться,  а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.  Будет выделяться сернистый газ:

 

2H2SO4(конц.) + S → 3SO2↑ + 2H2O

 

Но в случае с сероводородом:

 

 

 Образуется и сера (простое вещество), и сернистый газ:

 

H2SO4(конц.) + H2S → S↓ + SO2↑ + 2H2O

 

Этот принцип часто может помочь в определении продукта ОВР, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, в разных степенях окисления. Окислитель и восстановитель «идут навстречу друг другу» по диаграмме степеней окисления.

 

h3SO4 (конц) , так или иначе, взаимодействует с галогенидами. Только вот тут надо понимать, что фтор и хлор – «сами с усами» и с фторидами и хлоридами ОВР не протекает, проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:

 

CaCl2 + H2SO4(конц.) → CaSO4 + 2HCl↑

 

CaF2 + H2SO4(конц.) → CaSO4 + 2HF↑

 

А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:

 

2H2SO4(конц.) + 2NaBr → Na2SO4 + 2H2O + SO2↑ + Br2

 

H2SO4(конц.) + 2HBr → 2H2O + SO2↑ + Br2

 

5H2SO4(конц.) + 8NaI → 4Na2SO4 + 4H2O + H2S↑ + 4I2

H2SO4(конц.) + 8HI → 4H2O + H2S↑ + 4I2

 

Хлороводород и фтороводород (как и их соли) устойчивы к окисляющему действию h3SO4 (конц).

 

И наконец, последнее: для концентрированной серной кислоты это уникально, больше никто так не может. Она обладает водоотнимающим свойством.

 

Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом:

 

Во-первых, осушение веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от вещества и оно «становится сухим».

 

Во-вторых, катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (например, дегидратация и этерификация):

 

H3C–COOH + HO–CH3 (H2SO4(конц.))→ H3C–C(O)–O–CH3 + H2O

 

H3C–CH2–OH (H2SO4(конц.))→ H2C=CH2 + H2O

 

Еще на эту тему:

Обсуждение: "Окислительные свойства серной кислоты"

(Правила комментирования)

Общая характеристика цинка, его реакции с разбавленной и концентрированной серной кислотой

[Депонировать фотографии]

Общие характеристики элемента

Цинк находится в группе 12 периодической таблицы Менделеева и является переходным металлом. Атомный номер элемента 30, а его атомная масса 65.37 г / моль. Электронная конфигурация внешней электронной оболочки атома 4s2. Единственная и постоянная степень окисления +2. Для переходных металлов характерно образование комплексных соединений, они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Это касается и цинка. Он имеет 5 естественно стабильных изотопов с массовыми числами от 64 до 70. Изотоп 65Zn радиоактивен с периодом полураспада 244 дня.

[Викимедиа]

Цинк - это металл голубовато-серебристого цвета, который на воздухе быстро покрывается защитной оксидной пленкой, скрывающей его блеск.При удалении оксидной пленки цинк проявляет свойства металлов - блестит и имеет характерный яркий отблеск. В природе цинк никогда не встречается в металлической форме, но содержится в соединениях, образующих многие минералы и руды. Наиболее распространены клейофан, сфалерит, вюрцит, марматит, каламин, смитсонит, виллемит, цинкит и франклинит.

Смитсонит [Викимедиа]

Цинк содержится в смешанных рудах вместе с его постоянными спутниками: таллием, германием, индийом, галлием и кадмием.В земной коре содержится 0,0076% цинка, а 0,07 мг / л содержится в морской воде в виде солей. Формула цинка как простого элемента - Zn. Тип химической связи - металлический. Кристаллическая решетка гексагональная плотноупакованная.

Физико-химические свойства цинка

Температура плавления цинка 420 ° C, и в обычных условиях металл представляет собой хрупкое вещество. При нагревании до 100-150 ° C пластичность и пластичность цинка повышаются, и из металла можно изготавливать проволоку и фольгу.Температура кипения цинка составляет 900 ° C. Металл - отличный проводник. Начиная с 200 ° C цинк легко измельчается в серый порошок и теряет пластичность. Металл обладает хорошей теплопроводностью и теплоемкостью. Эти физические параметры означают, что цинк можно использовать в соединениях с другими элементами. Латунь - наиболее широко известный цинковый сплав.

Духовые инструменты из латуни [Депонировать фотографии]

В обычных условиях поверхность куска цинка сразу покрывается оксидом цинка в виде тусклого серо-белого налета - это происходит потому, что кислород воздуха окисляет металл.Цинк, как простой элемент, реагирует с халькогенами, галогенами, кислородом, фосфором, щелочами, кислотами, солями аммония и аммиаком. Цинк не вступает в реакцию с азотом, бором, углеродом и кремнием. Химически чистый цинк не вступает в реакцию с растворами кислот и щелочей. Цинк - амфотерный металл, и в реакции со щелочами образует комплексные соединения - гидроксицинкаты. Щелкните здесь, чтобы узнать, какие химические эксперименты с цинком вы можете проводить дома.

Реакция серной кислоты с цинком для получения водорода

Реакция разбавленной серной кислоты с цинком является основным лабораторным методом получения водорода. Используется чистый гранулированный цинк или технический цинк в виде полосок и стружек.

Если цинк очень чистый, то выделение водорода происходит медленно, особенно в начале реакции. Поэтому иногда в разбавленный раствор после охлаждения добавляют немного раствора сульфата меди.Металлическая медь, которая оседает на поверхности цинка, ускоряет реакцию. Наиболее подходящее разбавление кислоты для получения водорода: концентрированная серная кислота плотностью 1,19 г / см3 разбавляется равным объемом воды.

Реакция концентрированной серной кислоты с цинком

[Депонировать фотографии]

В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а сульфат-ион, более сильный окислитель.Он не ведет себя как окислитель в разбавленной серной кислоте из-за сильной гидратации и низкой подвижности, вызываемой ею.

В зависимости от температуры и концентрации возможны реакции концентрированной серной кислоты с цинком. Уравнения реакций:

Zn + 2H₂SO4 = ZnSO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O

3Zn + 4H₂SO4 = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂SO4 = 4ZnSO₄ + H₂S ↑ + 4H₂O

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем из-за S⁶⁺.Он даже взаимодействует с малоактивными металлами, то есть с металлами до и после водорода в ряду реактивности, и в отличие от разбавленной кислоты он никогда не выделяет водород в этих реакциях. В реакциях концентрированной серной кислоты с металлами всегда образуются три продукта: соль, вода и продукт восстановления серы. Концентрированная серная кислота является настолько сильным окислителем, что способна окислять даже некоторые неметаллы (например, углерод, серу, фосфор).

.

окислительно-восстановительные реакции с участием галогенид-ионов и серной кислоты

РЕДОКС-РЕАКЦИИ МЕЖДУ ГАЛИД-ИОНАМИ И КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ

 

Эта страница описывает и объясняет окислительно-восстановительные реакции с участием галогенид-ионов и концентрированной серной кислоты. Он использует эти реакции, чтобы обсудить тенденцию к снижению способности ионов при переходе от фторида к хлориду, от бромида к йодиду.

 

Факты

Существует два различных типа реакции, которые могут происходить, когда концентрированная серная кислота добавляется к твердому ионному галогениду, такому как фторид, хлорид, бромид или йодид натрия.Концентрированная серная кислота может действовать как кислота и как окислитель.

Концентрированная серная кислота, действующая как кислота

Концентрированная серная кислота отдает ион водорода галогенид-иону с образованием галогенида водорода. Поскольку это газ, он немедленно уходит из системы. Если галогенид водорода подвергается воздействию влажного воздуха, вы видите пар.

Например, концентрированная серная кислота реагирует с твердым хлоридом натрия на холоде с образованием хлористого водорода и гидросульфата натрия.

Все галогенид-ионы (фторид, хлорид, бромид и йодид) ведут себя одинаково.


Примечание: Эти реакции образования галогенидов водорода описаны на отдельной странице.

Если вы хотите узнать о них больше, перейдите по этой ссылке и нажмите кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Концентрированная серная кислота, действующая как окислитель

С ионами фтора или хлорида

Концентрированная серная кислота не является достаточно сильным окислителем для окисления ионов фтора или хлорида.В таких случаях все, что вы получаете, - это пары галогенида водорода - фтороводорода или хлористого водорода.

Вы можете взглянуть на это иначе - с точки зрения галогенид-ионов. Ионы фтора и хлора недостаточно сильные восстановители, чтобы восстановить серную кислоту.

Как ни крути, все, что вы видите, - это галогенид водорода!

Но это не так с бромидами и йодидами.

С бромид-ионами

Бромид-ионы являются достаточно сильными восстановителями для восстановления концентрированной серной кислоты.При этом ионы бромида окисляются до брома.

Бромид-ионы восстанавливают серную кислоту до газообразного диоксида серы. Это снижение степени окисления серы с +6 в серной кислоте до +4 в диоксиде серы.

Вы можете объединить эти два полууравнения, чтобы получить общее ионное уравнение для реакции:


Примечание: Если вы не уверены в окислительно-восстановительных реакциях, уравнениях электронной половины и состояниях окисления, вам действительно следует перейти по этой ссылке, прежде чем идти дальше.


То, что вы видите в этой реакции, - это пары бромистого водорода, загрязненные коричневым цветом паров брома. Диоксид серы - это бесцветный газ, поэтому вы не можете непосредственно наблюдать его присутствие.

С иодид-ионами

Иодид-ионы являются более сильными восстановителями, чем бромид-ионы. Они окисляются до йода концентрированной серной кислотой.

Восстановление серной кислоты сложнее, чем раньше.Иодид-ионы являются достаточно мощными восстановителями, чтобы восстановить его

  • сначала диоксид серы (степень окисления серы = +4)

  • затем на саму серу (степень окисления = 0)

  • и вплоть до сероводорода (степень окисления серы = -2).

Наиболее важным из этой смеси продуктов восстановления, вероятно, является сероводород. Полуравнение для его образования:

Объединение этих двух последних полууравнений дает:


Важно! Не пытайтесь запомнить это уравнение - шансы, что оно вам когда-нибудь понадобится на экзамене, очень мала.Узнайте, как составить электронные полууравнения и объединить их в общее уравнение. Немного времени на приобретение этого навыка сэкономит вам много бессмысленного обучения.


На этот раз вы видите следы паров йодистого водорода, но в основном йода. Реакция является экзотермической, поэтому образуются пурпурные пары йода и, вероятно, темно-серый твердый йод, конденсирующийся вокруг верха пробирки. Также будут красные цвета там, где йод контактирует с твердым йодидом.

Красный цвет обусловлен ионом I 3 - , образованным в результате реакции между молекулами I 2 и ионами I - .

Вы не увидите бесцветный сероводород, но можете почувствовать его запах «тухлых яиц», если будете достаточно глупы, чтобы почувствовать выделяющиеся сильно ядовитые газы!

 

Краткое изложение тенденции снижения способности

  • Ионы фтора и хлорида не восстанавливают концентрированную серную кислоту.

  • Бромид-ионы восстанавливают серную кислоту до диоксида серы. При этом ионы бромида окисляются до брома.

  • Иодид-ионы восстанавливают серную кислоту до смеси продуктов, включая сероводород. Иодид-ионы окисляются до йода.

  • Восстановительная способность галогенид-ионов увеличивается по мере продвижения вниз по группе.

 

Объяснение тенденции

Чрезмерно упрощенное объяснение

Это работает (и даже не очень хорошо!), Если вы игнорируете фторид-ионы.Аргумент такой:

Когда галогенид-ион действует как восстановитель, он отдает электроны чему-то другому. Это означает, что сам галогенид-ион должен терять электроны.

Чем больше галогенид-ион, тем дальше внешние электроны от ядра и тем больше они экранируются от него внутренними электронами. Поэтому галогенид-ионам становится легче терять электроны по мере того, как вы спускаетесь по группе, потому что между внешними электронами и ядром меньше притяжения.

Звучит убедительно, но рассказывает только часть истории. Нам нужно более подробно рассмотреть энергетику изменений.


Важно! Вам действительно нужно выяснить, какое (если есть) объяснение ваши экзаменаторы ожидают от вас. Если их схемы выставления оценок (или то, как они формулируют свои вопросы) предполагают, что им нужно это упрощенное объяснение, тогда вам придется дать им это.

Остальная часть этой страницы будет довольно сложной.Стоит выяснить, нужно ли вам, , знать об этом. (Хотя чем ближе вы к истине, тем приятнее становится!)

UK Студенты уровня A 'должны искать свои учебные программы, прошлые экзаменационные работы, схемы оценок и любые другие вспомогательные материалы, доступные в их экзаменационной комиссии. Если у вас ничего из этого нет, вы можете найти веб-адрес своей экзаменационной комиссии, перейдя по этой ссылке. Студенты из других стран должны найти эквивалентную информацию из своих собственных источников.



Более подробное объяснение

Посмотрите, как изменяется энтальпия от галогена к галогену

Нам нужно сравнить количество тепла, выделяемого или поглощаемого при преобразовании твердого галогенида (например, хлорида натрия) в молекулы галогена.

На примере хлорида натрия:

  • Нам нужно подать энергию, чтобы разрушить притяжение между ионами в хлориде натрия.Другими словами, нам нужно указать энтальпию решетки.

  • Нам нужно подать энергию, чтобы удалить электрон из хлорид-иона. Это обратное сродству хлора к электрону. Вы можете получить это число, посмотрев сродство к электрону в книге данных и поставив ему положительный, а не отрицательный знак.

  • Затем мы восстанавливаем часть энергии, когда атомы хлора превращаются в молекулы хлора. Энергия высвобождается при образовании связей.

    Хлор прост, потому что это газ. С бромом и йодом тепло также будет выделяться, когда они конденсируются в жидкость или твердое тело. Чтобы учесть это, лучше думать об этом с точки зрения энергии атомизации, а не энергии связи. Нам нужно число, обратное энергии распыления.

    Энергия атомизации - это энергия, необходимая для производства 1 моля изолированных газообразных атомов, начиная с элемента в его стандартном состоянии (газ для хлора и жидкость для брома, например - оба значения X 2 ).

Внимательно посмотрите на диаграмму, чтобы увидеть, как все это сочетается:


Примечание: Термин «энтальпия решетки», используемый здесь, следует более точно описать как «энтальпия диссоциации решетки».

Если вы не уверены в энергетических циклах и их логике (закон Гесса), вы можете изучить раздел «Энергетика» в Chemguide или мою книгу расчетов по химии.



Что нам нужно сделать, так это вычислить изменение энтальпии, показанное зеленой стрелкой на диаграмме для каждого из галогенов, чтобы мы могли провести сравнение.Диаграмма показывает, что общее изменение с участием галогенид-ионов является эндотермическим - зеленая стрелка указывает вверх в сторону более высокой энергии.

Это - не полное изменение энтальпии для всей реакции. Тепло выделяется, когда происходят изменения, связанные с серной кислотой. Это будет одинаково независимо от того, о каком галогене вы говорите. Общее изменение энтальпии будет суммой изменений энтальпии для полуреакции галогенид-иона и полуреакции серной кислоты.

В таблице показаны изменения энергии, которые варьируются от галогена к галогену. Мы предполагаем, что вы начнете с твердого галогенида натрия . Значения энтальпии решетки для других твердых галогенидов будут другими, но картина все равно останется той же.

тепло, необходимое для разрушения решетки NaX
(кДж моль -1 )
тепло, необходимое для отвода электрона от галогенид-иона
(кДж моль -1 )
тепло, выделяющееся при образовании молекул галогена
( кДж моль -1 )
сумма этих
(кДж моль -1 )
F +902 +328 -79 +1151
Cl +771 +349 -121 +999
Br +733 +324 -112 +945
+945
000 684 +295 -107 +872

Примечание: Вероятно, в этих цифрах есть ошибка.Они поступают из разных источников - одни надежнее других!


Общее изменение энтальпии для полуреакции галогенида:

Посмотрите на последний столбец цифр.

Обратите внимание, что сумма этих изменений энтальпии становится менее эндотермической по мере того, как вы спускаетесь по группе. Это означает, что полное изменение (включая серную кислоту) станет легче по мере того, как вы спускаетесь по группе.

Количество тепла, выделяемого половинной реакцией с участием серной кислоты, должно быть достаточно большим, чтобы сделать возможными реакции с бромидом или йодидом, но не достаточно, чтобы компенсировать более положительные значения, производимые полуреакциями фторида и хлорида. .

Я не знаю, какова реальная ценность полуреакции серной кислоты с образованием диоксида серы, но она должна быть примерно -980 кДж / моль -1 . Попробуйте объединить это значение с общими значениями в таблице, чтобы увидеть, что происходит с общим изменением энтальпии реакции для каждого галогена.

 

Изучение изменений в различных показателях энергии

Какие отдельные параметры энергии в таблице являются наиболее важными для того, чтобы сделать полуреакцию галогена менее эндотермической при спуске по группе?

Хлор в йод

Если рассматривать галогены от хлора до йода, то больше всего упала энтальпия решетки.Оно падает на 87 кДж / моль -1 . Напротив, количество тепла, необходимое для удаления электрона, уменьшилось всего на 54 кДж / моль -1 .

Оба эти члена имеют значение, но падение энтальпии решетки является более важным. Он падает, потому что ионы становятся больше. Это означает, что они не так близки друг к другу, и поэтому притяжение между положительными и отрицательными ионами в твердой решетке становится меньше.

Упрощенное объяснение, о котором мы упоминали ранее, концентрируется на менее важном уменьшении количества энергии, необходимой для удаления электрона из иона.Это заблуждение!

Фтор

Ионы фтора очень трудно окисляются до фтора. Таблица показывает, что это не имеет ничего общего с количеством энергии, необходимой для удаления электрона из фторид-иона. На самом деле легче, , удалить электрон из фторид-иона, чем из хлорид-иона. В этом случае делать обобщение, что электрон становится легче удалить, когда ион становится больше, просто неправильно!

Ионы фтора настолько малы, что электроны испытывают необычное отталкивание друг от друга.Это перевешивает эффект их близости к ядру и облегчает их удаление, чем вы могли ожидать.

Есть две важные причины, по которым фторид-ионы так трудно окисляются.

Во-первых, это сравнительно очень высокая энтальпия решетки твердого фторида. Это связано с небольшим размером фторид-иона, что означает, что положительные и отрицательные ионы расположены очень близко друг к другу и так сильно притягиваются друг к другу.

Другой фактор - небольшое количество тепла, которое выделяется, когда атомы фтора объединяются в молекулы фтора.(Прокрутите назад и снова посмотрите на таблицу.)

Это связано с низкой энтальпией связи F-F связи. Причина такой низкой энтальпии связи обсуждается на отдельной странице.


Примечание: Если вы не читали об этом в последнее время, вы найдете его на странице об атомных и физических свойствах галогенов


 

Что, если бы ионы галогенидов находились в растворе, а не в твердом теле?

Мы сосредоточились на энергетике процесса, начиная с твердых галогенид-ионов, потому что это то, что вы используете, если пытаетесь окислить их с помощью концентрированной серной кислоты.А как насчет их окисления в растворе с помощью другого окислителя?

Тенденция точно такая же. Ионы фтора окисляются с трудом, и по мере того, как вы спускаетесь вниз по группе в сторону йодид-ионов, становится легче. С другой стороны, ионы фтора не являются хорошими восстановителями, в отличие от ионов йода.

На этот раз объяснение должно начинаться с гидратированных ионов в растворе, а не с твердых ионов. В некотором смысле это уже было сделано на другой странице.

Фтор - очень мощный окислитель, потому что он очень легко образует отрицательный ион в растворе.Значит, обратить процесс вспять будет энергетически сложно.

Напротив, по энергетическим причинам, которые вы найдете выше, йод относительно неохотно образует свой отрицательный ион в растворе. Это означает, что его будет относительно легко убедить снова вернуться к молекулам йода.


Примечание: Вы найдете подробное описание окислительной способности галогенов, перейдя по этой ссылке.

Поскольку теперь вы думаете об обратном процессах, описанных на этой странице, вам придется изменить знак всех исследованных энергетических изменений.На вашем месте я бы не стал следить за этим, если для этого нет веской причины!



 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню группы 7. . .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк, 2002 (изменено в июне 2015 г.)

.

Серная кислота - Sciencemadness Wiki

Серная кислота (альтернативное написание серная кислота ), представленная молекулярной формулой H 2 SO 4 , является одной из самых важных кислот в химии и наиболее важной химическая промышленность в мире. Это самая сильная легкодоступная кислота с pK , равным -3 .

Недвижимость

Химические свойства

Серная кислота - дипротонная кислота, способная отдавать два протона (H + ).Сначала он диссоциирует с образованием гидроксония и гидросульфата с pKa -3, что указывает на сильную кислоту:

H 2 SO 4 + H 2 O → H 3 O + HSO 4 -

При второй диссоциации образуется сульфат и другой ион гидроксония из иона сероводорода. Он имеет pKa 1,99, что указывает на кислоту средней силы, и происходит следующим образом:

HSO 4 - + H 2 O ⇌ H 3 O + + SO 4 2-

Концентрированная серная кислота также обладает сильным окислительным действием, превращая неметаллы, такие как углерод и сера превращаются в диоксид углерода и диоксид серы, соответственно, восстанавливая серную кислоту до диоксида серы и воды в процессе.

2 H 2 SO 4 + C → CO 2 + SO 2 + H 2 O + H 2 SO 4
2 H 2 SO 4 + S → 2 SO 2 + H 2 O + H 2 SO 4

Это свойство полезно для производства больших количеств диоксида серы для использования в качестве восстановителя при постоянном удалении воды. Тепло ускоряет этот процесс.

Серная кислота достаточно сильна, чтобы протонировать азотную кислоту, образуя ион нитрония, который можно использовать в смеси для нитрования для получения алкилнитратов.

В органической химии серная кислота является наиболее практичной кислотой в большинстве случаев, когда требуется источник ионов H 3 O + , поскольку она вносит наименьшее количество воды. Органические соединения часто легко подвергаются атаке нуклеофилов, оставшихся после диссоциации кислот, таких как HCl, после чего остаются ионы Cl - , которые могут легко атаковать многие органические соединения. Однако сульфат-ионы, оставшиеся после диссоциации серной кислоты, гораздо менее реакционноспособны, чем ионы, оставленные большинством кислот, что позволяет протонировать реакционную смесь, не вызывая в большинстве случаев нежелательных побочных реакций.

В концентрированном состоянии он сильно гигроскопичен и обладает сильными обезвоживающими свойствами. Он может разрушить большинство органических молекул, содержащих группы OH - , чтобы использовать их для образования воды, оставляя только углерод. Это свойство используется в знаменитой демонстрации «черной змеи», где серная кислота обезвоживает сахарозу (столовый сахар), образуя воду с атомами водорода и кислорода и оставляя аморфный углерод.

Физические свойства

Температура кипения h3SO4 VS концентрация

Серная кислота - маслянистая жидкость при комнатной температуре.Он бесцветен, но часто имеет очень светло-желтый цвет при небольшом загрязнении железом или углеродом из органических веществ, таких как пыль. Даже очень небольшое количество растворенного органического вещества может изменить цвет концентрированной серной кислоты на бледно-желтый или розовый, красный, коричневый и даже черный. Обычно он продается в разбавленном виде примерно на 35% по весу в качестве кислоты для автомобильного аккумулятора и с концентрацией от 95% до 98% по весу в качестве очистителя канализации.

Температура кипения серной кислоты повышается с увеличением концентрации, как показано на этом рисунке справа.Азеотроп образуется при 98% мас. / Мас.

При комнатной температуре серная кислота не дымится и не имеет запаха. Известно, что горячая серная кислота обильно дымит и пахнет смесью обожженных спичек и чистой боли (это происходит из-за ее частичного разложения в горячем состоянии; запахи соответствуют диоксиду серы и триоксиду соответственно).

Источники, производство и концентрация

Серная кислота - широко используемый химикат для свинцово-кислотных аккумуляторов и очистки стоков. Аккумуляторная кислота часто продается в автомагазинах или универмагах и содержит примерно 35% серной кислоты по весу.Этого достаточно для большинства химиков-любителей. Если требуется более концентрированная серная кислота, можно поискать в хозяйственных магазинах средство для очистки канализации, которое может содержать более 90% серной кислоты по весу. В целях безопасности эта концентрация серной кислоты может содержать краситель. Другие формы серной кислоты могут быть загрязнены различными химическими веществами и будут иметь желтый, черный или красный цвет.

Тем не менее, существует по крайней мере одна марка очистителей для сливов, которые содержат ~ 95% серной кислоты без каких-либо добавок красителей.

Некоторым любителям может быть трудно найти концентрированную серную кислоту, поскольку кислотные очистители сточных вод запрещены (в результате выброса кислоты или незаконного производства наркотиков) или очень загрязнены в некоторых странах. Итак, здесь мы предоставим краткий список доступных методов получения серной кислоты.

Самый проверенный метод концентрирования серной кислоты описан в подпункте: Кипячение летучей мыши.

  • Если у вас серная кислота технической чистоты с концентрацией от 80% до 94%, ее можно превратить в чистое соединение перегонкой Цинтля-Карякина.Этот процесс дает серную кислоту высшего качества и с концентрацией выше азеотропа. Однако это требует больших затрат на стеклянную посуду и очень рискованно, если выполнять ее дома. Для выполнения этой перегонки вам понадобится триоксид хрома или дихроматная соль (подойдет любой, , кроме аммония : дихромат аммония разлагается при нагревании, и у вас будет зеленая мутная кислота, загрязненная оксидом хрома (III) и сульфатом хрома), будет работать как разрушитель азеотропа. Поместите это в круглодонную колбу, влейте кислоту и подключите к конденсатору с воздушным охлаждением.Поместите на колбу теплоизоляцию (асбест, минеральную вату) и начните ее нагревать. Откажитесь от первых нескольких граммов дистиллята, пока его плотность не достигнет 1,84; после этого соберите каждую каплю. Это дает чистую серную кислоту с концентрацией выше 98%. Остерегайтесь утечки шестивалентного хрома, это канцероген! Если такое разливание произошло, нейтрализуйте его любым восстанавливающим раствором, например йодидом калия.

Серную кислоту можно дополнительно концентрировать, добавляя триоксид серы, который реагирует с оставшейся водой с образованием чистой серной кислоты.Триоксид серы можно продолжать добавлять в раствор с образованием олеума, который дымится на воздухе с образованием капель серной кислоты. При добавлении серной кислоты и триоксида серы в эквимолярной концентрации образуется пиросерная кислота, которая при комнатной температуре является твердым веществом. Триоксид серы можно легко получить пиролизом сульфата меди (II).

Проектов

Обработка

Безопасность

В то время как с серной кислотой низкой концентрации относительно безопасно работать (менее 40% масс.), Концентрированная серная кислота (более 90% масс.) Чрезвычайно агрессивна и опасна.Он не только вызывает химические ожоги, но и вызывает ожоги в результате обезвоживания органических материалов (например, кожи), разрушая молекулы с образованием воды с группами -ОН в них. При работе с концентрированной серной кислотой необходимо соблюдать меры безопасности и прикрывать всю кожу.

При нагревании серной кислоты важно НЕ ПЕРЕПОЛНЯТЬ КОЛБКУ. Объем концентрированной серной кислоты увеличивается почти на 16% при температуре от 0 до 330 ° C, при переполненной колбе ее содержимое выливается. Кроме того, серная кислота, даже в разбавленном виде, имеет тенденцию биться при кипении, накапливая тепло, время от времени выделяя сильный выброс пара.Использование кипящей щепы снижает это явление, но полностью остановить его невозможно. Рекомендуется принять меры для предотвращения разливов, так как адаптер для защиты от брызг с соединением матового стекла является очень удобным вариантом.

Горячая концентрированная серная кислота может разлагаться с образованием диоксида серы и триоксида серы, которые являются токсичными и едкими соответственно. В горячем состоянии он обильно дымит, пары состоят из капель серной кислоты и смеси SOx. Эти пары очень опасны и являются канцерогеном для легких.

При переноске стеклянных бутылок с серной кислотой, если вы беспокоитесь, что можете разбить их, рекомендуется носить их в (пластиковом) ведре, частично заполненном песком.

Хранилище

Серную кислоту следует хранить в закрытых флаконах. В то время как стеклянные бутылки, будучи инертными, хороши для хранения концентрированной серной кислоты, концентрированная (80-98%) серная кислота часто хранится в бутылках из полиэтилена (точнее, UDPE или UHDPE), поскольку полиэтилен не является хрупким, поэтому в случае падения бутылка на твердой поверхности, она не расколется и не разбрызгивает конц.серная повсюду. К сожалению, полиэтиленовые бутылки чувствительны к свету и со временем разлагаются под воздействием солнечного света, поэтому их необходимо хранить в темном месте, вдали от УФ-излучения, например в шкафу. Коммерческие полиэтиленовые бутылки, используемые для конц. серные кислоты имеют тенденцию к окрашиванию, что помогает ограничить разложение от яркого света и кислорода. Однако, если вы планируете хранить кислоту более нескольких лет, рекомендуется использовать стеклянные бутылки.

Утилизация

Серная кислота может быть нейтрализована любым основанием или карбонатом, предпочтительно гидроксидом или карбонатом кальция.

Концентрированная серная кислота, как и любую концентрированную кислоту, следует сначала сильно разбавить в большом объеме воды, прежде чем нейтрализовать ее основанием. Другой метод - добавить его в кислотоупорный контейнер с крышкой, медленно добавить куски твердого гидроксида / карбоната кальция или бикарбоната натрия и закрыть крышку, чтобы предотвратить разбрызгивание. Подождите, пока он перестанет шипеть, затем продолжайте добавлять, пока он не перестанет реагировать. Будьте осторожны, чем гуще раствор, тем сильнее пенится.

Список литературы

Соответствующие темы Sciencemadness

.

Как нейтрализовать серную кислоту? (с иллюстрациями)

Существует несколько различных подходов к нейтрализации серной кислоты - H 2 SO 4 - в зависимости от того, насколько точно нужно контролировать процесс и как обращаться с конечным продуктом. Концентрированная серная кислота, как и любой другой тип кислоты, может быть наиболее легко нейтрализована путем объединения ее с материалом, имеющим щелочную природу по шкале pH, с карбонатом кальция, CaCO 3 , и гидроксидом кальция, CaOH 2 , т.е. из наиболее часто используемых соединений.Другой распространенный и эффективный способ нейтрализации серной кислоты - это медленно смешивать ее с равным или большим количеством воды, так как чистая вода находится точно в середине шкалы pH с рейтингом 7.

Нейтрализация - это процесс доведения кислотного или основного соединения до нейтрального уровня pH около 7.

Любая нейтрализация относится к процессу доведения либо кислоты, либо основного соединения до нейтрального или среднего уровня по шкале pH с точным нейтральным показанием, равным 7. Когда кислота с pH ниже-7 повышенный до нейтрального уровня, это часто называют кислотонейтрализующей способностью или ANC. Когда уровень pH раствора основания понижается с уровня выше 7 до нейтрального, это называется понижением его щелочности или положительным значением ANC.

Серную кислоту можно нейтрализовать, объединив ее с основанием, таким как карбонат кальция.

Поскольку серная кислота опасна для здоровья, она может вызвать серьезные ожоги кожи или слизистых оболочек и быстрые химические реакции с металлами при контакте, поэтому важно, чтобы даже с разбавленной серной кислотой обращались осторожно. Раствор серной кислоты обычно продается в концентрации 98%. Чтобы нейтрализовать серную кислоту водой, чтобы ее можно было безопасно утилизировать, рекомендуется медленно добавлять кислоту в объем холодной воды, который в десять раз превышает объем кислоты.Затем кислоту можно вывести за пределы нейтрального pH, равного 7, путем добавления таких соединений, как карбонат натрия или гидроксид натрия, которые при необходимости могут повысить его уровень основания до pH 9.

Легче работать с разбавленной серной кислотой с концентрацией 50% или ниже.Один из рекомендуемых методов нейтрализации слабых концентраций серной кислоты заключается в добавлении в жидкость небольшого количества бикарбоната натрия, более известного как пищевая сода, и наблюдении за результатами. Кислота будет вспениваться, поскольку она вступает в реакцию с бикарбонатом натрия, и, когда этот процесс пенообразования больше не наблюдается, раствор достигает безопасного уровня pH от нейтрального до щелочного от 6 до 9.

Хотя для нейтрализации серной кислоты можно использовать множество соединений, часто используются несколько распространенных.Некоторые из них больше подходят для лабораторных условий, поскольку сами по себе опасны, например, каустическая сода, NaOH. Соединения аммиака также являются обычными нейтрализаторами основного характера, такими как гидроксид аммония, NH 4 OH. Химические вещества, которые широко распространены и легко доступны, включают карбонат кальция, который чаще называют известью или известняком, и гидроксид кальция.

Ожог серной кислотой следует обильно промыть водой..

Смотрите также