Серная кислота

В серной кислоте сера находится в высшей степени окисления S⁺⁶. Бесцветная маслянистая жидкость, неограниченно смешивающаяся с водой. Эта кислота очень гигроскопичная.

Химические свойства серной кислоты во многом зависят от её концентрации.

Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, при этом выделяется водород. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений после водорода, с разбавленной серной кислотой не взаимодействуют.

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем за счет S⁺⁶. Она окисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты обычно являются SO_2,H₂S, S (H₂S и S образуются в реакциях кислоты с активными металлами Mg, Ca, Na, K и др.)

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Mg + 2H₂SO₄ = MgSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

4Mg + 5H₂SO₄ = 4MgSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

Серная кислота высокой концентрации не взаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явление пассивации связано с образованием на поверхности металла прочной пленки, состоящей из оксидов или других соединений. Она препятствует контакту металла с кислотой. Благодаря пассивации, можно хранить и перевозить концентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная серная кислота пассивирует также алюминий, никель, хром, титан.

Концентрированная серная кислота может окислять и неметаллы.

S + 2H₂SO₄ = SO₂↑ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄ = CO₂↑ + SO₂↑ + 2H₂O

Концентрированная серная кислота может окислять сложные вещества.

2KBr + 2H₂SO₄ = Br₂ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

Контактный способ получения серной кислоты

I стадия: 4FeS₂ + 11О₂= 2Fe₂О₃ + 8SO₂↑

II стадия: 2SO₂+ О₂ 2SО₃

III стадия: SО₃+ H₂O = H₂SO₄

Нитрозный способ получения серной кислоты

2NO + O₂ ⇆ 2NO₂

2SO₂+ NO₂ ⇆ 2SO₃ + NO, остальные стадии такие же, как в контактном способе.

Сульфаты – соли серной кислоты

Сульфаты – это ионные соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся катионы металлов и сульфат-анионы. Обычно это бесцветные кристаллы, но некоторым придают окраску ионы металлов. Медный купорос – это ярко-синие кристаллы, железный купорос – кристаллы зеленого цвета (рис. 6).

Рис. 6. Сульфаты – соли серной кислоты

Качественная реакция на сульфаты – это реакция с растворимыми солями бария.

K₂SO₄+ BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2KCl

SF₆

Гексафторид серы SF₆– при обычных условиях газ, несмотря на высокую молярную массу. Он в 5 раз тяжелее воздуха.

Рис. 7

Молекула в целом химически инертна, т. к. реагенты не могут подойти к атому серы, окруженной атомами фтора. При вдыхании гексафторида серы голос становится низким басом, а не писклявым, как в ситуации с вдыханием гелия. Гексафторид серы SF₆ применяют в системах пожаротушения из-за его химической инертности.

Сероводород. Кислоты серы. Титрование

При образовании химических соединений атомы серы склонны к катенации (с латинского – цепеобразование, сцепление). Например, сероводород Н-(S)_n-H – это родоначальник серных кислот, содержащих до 8 атомов серы в цепи. Серосодержащих кислот намного больше, чем вам известно по школьной программе. Явлением катенации обусловлена вулканизация каучука и действие некоторых антиоксидантных систем организма. В серных кислотах может происходить замена атома кислорода на атом серы. Если заменить атом кислорода в серной кислоте, то получается тиосерная кислота H₂S₂O₃. Она образует ряд солей, которые называются тиосульфаты. Тиосульфаты используются для количественного определения йода методом титрования.

Рис. 8

Титрование – это метод, когда концентрацию какого-либо вещества, в раствор которого добавлен специальный индикатор, определяют медленным добавлением другого вещества с известной концентрацией. Этот метод применяется часто, так как позволяет быстро и точно определять концентрации веществ.