60. Свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты. Олеум. Соли и их практическое применение

Химические свойства разбавленной серной кислоты. Разбавленная серная кислота — сильный электролит, она проявляет общие свойства кислот: меняет цвет индикаторов и образует соли в реакциях с металлами, основными и амфотерными оксидами, гидроксидами металлов, другими солями. Рассмотрим конкретные примеры.

1. Индикаторы лакмус и метилоранж окрашивают раствор серной кислоты в красный цвет. В разбавленных растворах серная кислота диссоциирует согласно схеме:

2. Образование солей:

а) металлы, расположенные в ряду активности до водорода, вытесняют его из разбавленных растворов серной кислоты:

Zn + Н2SO4 = ZnSO4 + H2↑; Fe + Н2SO4 = FeSO4 + H2↑;

б) реакции серной кислоты с основными и амфотерными оксидами, как правило, требуют небольшого нагревания для увеличения скорости:

СuO + Н2SO4 = CuSO4 + H2O; Al2O3 + 3Н2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O;

в) в реакциях со щелочами и нерастворимыми основаниями образуются соли и вода (нейтрализация):

2NaOH + Н2SO4 = Na2SO4 + 2H2O или NaOH + Н2SO4 = NaНSO4 + H2O; Сa(OH)2 + Н2SO4 = СаSO4↓ + 2H2O.

Отметим, что при мольном соотношении щёлочи NaOH и кислоты Н2SO4 2 : 1 или избытке NaOH образуется средняя соль (сульфат), а при их соотношении 1 : 1 — кислая соль (гидросульфат). Следовательно, избыток многоосновной (двухосновной) кислоты Н2SO4 приводит к образованию кислых солей;

г) реакции растворов серной кислоты с солями протекают в полном соответствии с условиями реакций ионного обмена:

H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2O + CO2↑; H2SO4 + Na2SiO3 = Na2SO4 + H2SiO3↓.

Концентрированная серная кислота — более сильный окислитель, чем разбавленная. Её окислительные свойства проявляются прежде всего в реакциях с металлами. Отметим несколько важных моментов.

Во-первых, происходит восстановление не водорода, а атомов серы. Продуктами восстановления являются SO2, S и Н2S. Состав преимущественно образующихся продуктов зависит как от концентрации кислоты, так и от активности металла как восстановителя. Чем меньше концентрация кислоты и выше активность металла, тем сильнее восстанавливаются атомы серы. В общем виде взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами можно представить схемой:

Так, в реакции с металлами, находящимися в ряду активности после водорода (кроме золота и платины), образуется оксид серы(IV) SO2, например:

В реакциях с металлами, расположенными в ряду активности до водорода, могут образовываться и SO2, и S, и Н2S. Например, cхемы реакций, протекающих при взаимодействии цинка с серной кислотой по мере увеличения её концентрации, выглядят так:

Во-вторых, некоторые сравнительно активные металлы (например, железо, алюминий, хром) концентрированной серной кислотой при комнатной температуре пассивируются: на поверхности металла образуется плотная оксидная плёнка. Благодаря пассивации железа возможна перевозка кислоты в стальных цистернах.

Среди других особенностей концентрированной серной кислоты можно отметить следующие. Она способна вытеснять менее сильные или более летучие кислоты (НСl, HNO3, H3PO4, CH3COOH) из их солей:

Концентрированная кислота окисляет сложные органические вещества: обугливает бумагу, древесину, кожу, поэтому необходимо крайне осторожное обращение.

В промышленности серную кислоту получают окислением диоксида серы (сернистый газ, образующийся в процессе сжигания серы или серного колчедана) до триоксида (серного ангидрида) с последующим взаимодействием SO3 с водой. Получаемую данным способом серную кислоту также называют «контактной» (концентрация 92-94 %).

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

H₂O + SO₃ = H₂SO₄

{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+SO_{3}=H_{2}SO_{4}}}}

О́леум – это масляный раствор серного ангидрида SO3 в 100%-й серной кислоте H2SO4.

Олеум представляет собой вязкую маслянистую бесцветную жидкость или легкоплавкие кристаллы, которые, однако, могут приобретать самые различные оттенки вследствие наличия примесей. Входит в состав серной кислоты, сера – основной компонент кислоты. Олеум – крайне едкое вещество: оставляет сильные ожоги на коже, быстро разъедает многие материалы, за исключением наименее реакционноспособных. Тем не менее, вследствие эффекта пассивации может храниться в стальных ёмкостях. Олеум нельзя разбавлять водой или выливать его в воду из-за сильно экзотермической реакции. Разбавление олеума производится прибавлением его к серной кислоте. При приливании в воду жидкость закипает, образуя туман из серной кислоты. Применяется в промышленности при производстве серной кислоты, капролактама и многих других веществ. В органической химии применяется как сульфирующий, водоотнимающий или окисляющий реагент.