Как взаимодействует концентрированная серная кислота 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.) → 3ZnSO 4 + 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)

10 основных промышленных применений серной кислоты - WorldOfChemicals

Серная кислота считается универсальным химическим веществом, королем химикатов из-за многочисленных применений серной кислоты в качестве сырья или технологического агента. Серная кислота является наиболее часто используемым химическим веществом в мире и используется почти во всех отраслях промышленности, таких как

.
  • Удобрения
  • Фармацевтические препараты
  • Бензин
  • Автомобильные аккумуляторы
  • Отбеливание бумаги
  • Сахарное отбеливание
  • Водоподготовка
  • Агенты сульфирования
  • Волокна целлюлозы
  • Производство стали
  • Красители
  • Аминокислотные промежуточные продукты
  • Регенерация ионообменных смол

Серная кислота - важный промышленный химикат, который используется в производственных процессах многих товаров в широком диапазоне применений.Серная кислота, используемая в целлюлозно-бумажной промышленности для образования диоксида хлора, расщепления таллового масла и регулирования pH. Только в Великобритании ежегодно производится более одного миллиона тонн серной кислоты, а в США - еще 40 миллионов тонн. Ежегодное мировое производство серной кислоты составляет около 180 миллионов тонн.

Серная кислота - сильнокислая маслянистая жидкость, которая может быть прозрачной или мутной. Концентрированная серная кислота действует как окислитель и обезвоживает.Серная кислота доступна во многих классах, начиная от класса электролита (33 весовых процента) для батарей, до 93 весовых процентов (66 градусов Бома), 98 весовых процентов и 20-22 весовых процентов дымящего олеума, содержащего избыток растворенного триоксида серы. Наиболее часто отгружаемый сорт составляет 93 весовых процента.

В окружающей среде серная кислота является составной частью кислотных дождей, поскольку она образуется в результате атмосферного окисления диоксида серы в присутствии воды. Атмосферный диоксид серы образуется при сжигании серосодержащих ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть.

Серная кислота когда-то была известна как купоросное масло, ее придумал арабский алхимик VIII века Джабир ибн Хайян. Он был приготовлен Иоганном Ван Гельмонтом в 1600-х годах путем деструктивной перегонки зеленого купороса (сульфата железа) и сжигания серы. Сжигание серы селитрой (нитратом калия) было впервые использовано для приготовления серной кислоты в 17 веке.

К середине 17 века Джон Робак изобрел процесс с использованием свинцовой камеры, в котором в качестве окислителя использовались оксиды азота.Контактный процесс, в котором окисление диоксида серы до триоксида серы осуществляется кислородом (воздухом) над катализатором, был первоначально разработан примерно в 1830 году Перегрином Филлипсом в Англии.

При дискреционном производстве добыча серы или серосодержащих минералов (пирита) является единственной целью, основанной на добровольной разработке дискретных месторождений для получения максимального экономического извлечения. При недискреционном производстве сера или серная кислота извлекаются как вынужденный побочный продукт, количество которого зависит только от спроса на первичный продукт.

В промышленном производстве серной кислоты процесс со свинцовой камерой практически полностью вытеснен контактным процессом. Большая часть серной кислоты, производимой в процессе свинцовой камеры, используется при производстве удобрений, поскольку кислота относительно разбавлена. Напротив, в процессе контакта можно получить кислоту любой желаемой концентрации.

Серная кислота - очень важный товарный химикат, и действительно, производство серной кислоты в стране было достаточно хорошим показателем ее промышленной мощи в течение последнего столетия или около того.

Вот некоторые из растущего числа конечных пользователей и приложений, использующих серную кислоту

Химическое производство

Как очень важное химическое соединение, серная кислота используется в процессе производства ряда хорошо известных химических веществ, включая соляную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту и многие другие промышленные химические вещества.

Нефтепереработка

Процесс очистки сырой нефти требует использования кислоты в качестве катализатора, и для этой цели часто используется серная кислота.Он используется в установке алкилирования SAAU или серной кислоты.

«Травление» - это термин, используемый для описания обработки металлов для удаления примесей, ржавчины или окалины с поверхности, например, при производстве стали. Сегодня использование серной кислоты для этой цели немного уменьшилось, поскольку промышленность теперь поддерживает использование соляной кислоты. Хотя соляная кислота дороже серной, она дает результаты быстрее и сводит к минимуму потери основного металла в процессе травления.

Производство вискозы

Текстильный вискоза изготавливается из целлюлозных волокон, полученных из дерева. Их растворяют в растворе тетрааминовой меди (II), чтобы получить густую синюю жидкость, которую затем вводят в серную кислоту для образования вискозных волокон. Вискоза считается хорошим полусинтетическим текстилем и может соперничать с шелком по драпировке и блеску. Действительно, его иногда называют «художественным шелком». Легко красится, ткань мягкая, прохладная и гладкая. Однако, в отличие от шелка, вискоза не изолирует тепло тела, поэтому идеально подходит для использования во влажных и жарких странах.

Производство свинцово-кислотных аккумуляторов

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобильной промышленности для легковых и грузовых автомобилей. Герметичные свинцово-кислотные батареи были изобретены в 1859 году французом Gaston Plants. Серная кислота используется в разбавленной форме, чтобы действовать как электролит, чтобы позволить потоку электронов между пластинами в батарее. Серная кислота, используемая таким образом, обычно называется аккумуляторной кислотой. Его сила может варьироваться в зависимости от производителя батареи, но обычно составляет от 28 до 32 процентов или от 4.От 2 до 5 молярных.

Уборка картофеля

Фермеры, выращивающие картофель, нанимают специализированных подрядчиков для опрыскивания полей картофеля перед сбором урожая, чтобы зеленые ботвы отмирали и почернели в течение дня или двух. Это помогает высушить стебли и предотвращает их запутывание в уборочной технике. Обычный метод опрыскивания ботвы картофеля - это раствор серной кислоты.

Производство лекарственных средств

Химиотерапевтические препараты используются для лечения различных видов рака.Раковые клетки более чувствительны к повреждению ДНК, чем нормальные клетки, поэтому при химиотерапии раковые клетки разрушаются путем повреждения их ДНК. Этот процесс известен как алкилирование ДНК, и используются лекарства, известные как алкилирующие противоопухолевые средства. При производстве таких препаратов используется серная кислота

Для связи с автором почта: [email protected]

© WOC Статья

.

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 оказывает сильное окислительное действие, 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 с образованием иона 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 атакуются нуклеофилами, оставшимися 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, это позволяет протонировать реакционную смесь, не вызывая в большинстве случаев нежелательных побочных реакций.

В концентрированном виде 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 в концентрации от 95% до 98% по весу в качестве очистителя сточных вод.

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 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 очистителя канализации, которая содержит ~ 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 Зинтля-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), которая будет работать как разрушитель азеотропа. Поместите это в круглодонную колбу, налейте 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 такая утечка произошла, нейтрализуйте ее 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% по массе)), концентрированная серная кислота (более 90% по массе) 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% между 0 и 330 ° C, переполненная колба выльет ее содержимое. 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 уменьшает 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 бутылях 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 ультрафиолетового излучения, например в шкафу. Коммерческие бутылки из ПЭ, используемые для конц. серные кислоты имеют тенденцию быть окрашенными, 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, должна быть сначала сильно разбавлена ​​большим объемом 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

.

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. Эти реакции используются для обсуждения тенденции 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, например, фториду, хлориду, бромиду или йодиду 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 полностью 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, чтобы получить 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 вступает в контакт 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 ощутить его запах «тухлого яйца», если будете достаточно глупы, чтобы почувствовать запах выделяющихся сильно ядовитых газов!

 

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 тогда 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, когда 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 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 логике, лежащей в их основе (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
684 +295 -107 +872

Примечание: В этих цифрах может быть некоторая 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 терминах энергии

Какие отдельные параметры энергии в таблице являются наиболее важными для того, чтобы сделать полуреакцию галогена менее эндотермической по мере того, как вы спускаетесь по группе?

Хлор в йод

Если рассматривать галогены от хлора до иода, 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 по мере увеличения иона, 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, образуя молекулы фтора.(Прокрутите назад и снова посмотрите на таблицу.)

Это происходит из-за низкой энтальпии связи F-F. 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, по направлению к иодид-ионам, 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.Если бы я был на вашем месте, я бы не стал следить за этим, если для этого нет какой-то веской причины!



 
 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

В меню группы 7. . .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню. . .

 

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

.

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 , что является двумя 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.

С разбавленной серной кислотой с концентрацией 50% или ниже легче работать.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