Sumpor trioksid je obično bezbojna tečnost. Može postojati i kao led, vlaknasti kristali ili plin. Kada je sumpor trioksid izložen vazduhu, počinje da se oslobađa beli dim. Sastavni je element takve reaktivne tvari kao što je koncentrirana sumporna kiselina. To je bistra, bezbojna, uljasta i vrlo korozivna tečnost. Koristi se u proizvodnji đubriva, eksploziva, drugih kiselina, naftnoj industriji i olovnih akumulatora u automobilima.

Koncentrirana sumporna kiselina: svojstva

Sumporna kiselina se dobro otapa u vodi, korozivna je za metale i tkanine, te ugljeni drvo i većinu drugih organskih tvari pri kontaktu. Dugotrajno izlaganje niskim koncentracijama ili kratkoročno izlaganje visokim koncentracijama može rezultirati štetnim zdravstvenim efektima od udisanja.

Koncentrirana sumporna kiselina se koristi za proizvodnju gnojiva i drugih kemikalija, u preradi nafte, u proizvodnji željeza i čelika i za mnoge druge svrhe. Budući da ima dovoljno visoku tačku ključanja, može se koristiti za oslobađanje više hlapljivih kiselina iz njihovih soli. Koncentrirana sumporna kiselina ima jako higroskopno svojstvo. Ponekad se koristi kao sredstvo za sušenje za dehidrataciju (uklanjanje vode hemijskim putem) mnogih spojeva, kao što su ugljikohidrati.

Reakcije sumporne kiseline

Koncentrirana sumporna kiselina na neobičan način reagira na šećer, ostavljajući za sobom krhku spužvastu crnu masu ugljika. Slična reakcija se opaža kada se izloži koži, celulozi i drugim biljnim i životinjskim vlaknima. Kada se koncentrirana kiselina pomiješa s vodom, oslobađa se velika količina topline, dovoljna da odmah proključa. Za razrjeđivanje, treba ga polako dodavati u hladnu vodu uz stalno miješanje kako bi se ograničilo nakupljanje topline. Sumporna kiselina reaguje sa tečnošću, formirajući hidrate sa izraženim svojstvima.

fizičke karakteristike

Tečnost bez boje i mirisa u razblaženom rastvoru ima kiselkast ukus. Sumporna kiselina je izuzetno agresivna kada je izložena koži i svim tkivima tijela, izazivajući teške opekotine pri direktnom kontaktu. U svom čistom obliku, H 2 SO4 nije provodnik električne energije, ali se dodatkom vode situacija mijenja u suprotnom smjeru.

Neke karakteristike su da je molekulska težina 98,08. Tačka ključanja je 327 stepeni Celzijusa, tačka topljenja je -2 stepena Celzijusa. Sumporna kiselina je jaka mineralna kiselina i jedan od glavnih proizvoda hemijske industrije zbog široke komercijalne upotrebe. Nastaje prirodno oksidacijom sulfidnih materijala kao što je željezo sulfid.

Hemijska svojstva sumporne kiseline (H 2 SO4) se manifestuju u različitim hemijskim reakcijama:

1. U interakciji s alkalijama nastaju dvije serije soli, uključujući sulfate.
2. Reaguje sa karbonatima i bikarbonatima i formira soli i ugljen dioksid (CO 2).
3. Različito utiče na metale, zavisno od temperature i stepena razblaženja. Hladno i razblaženo daje vodonik, vruće i koncentrisano daje emisije SO 2.
4. Pri ključanju otopina H 2 SO4 (koncentrovana sumporna kiselina) se razlaže na sumpor trioksid (SO 3) i vodu (H 2 O). Hemijska svojstva također uključuju ulogu jakog oksidacijskog sredstva.

opasnost od požara

Sumporna kiselina je vrlo reaktivna za paljenje finih zapaljivih materijala pri kontaktu. Kada se zagrije, počinju se oslobađati vrlo otrovni plinovi. Eksplozivan je i nekompatibilan sa velikim brojem supstanci. Pri povišenim temperaturama i pritiscima mogu nastati prilično agresivne kemijske promjene i deformacije. Može burno reagirati s vodom i drugim tekućinama, uzrokujući prskanje.

opasnost po zdravlje

Sumporna kiselina nagriza sva tkiva u tijelu. Udisanje para može uzrokovati ozbiljna oštećenja pluća. Oštećenje sluzokože očiju može dovesti do potpunog gubitka vida. Dodir s kožom može uzrokovati tešku nekrozu. Čak i nekoliko kapi može biti fatalno ako kiselina dođe do dušnika. Hronična izloženost može uzrokovati traheobronhitis, stomatitis, konjuktivitis, gastritis. Mogu se pojaviti želučane perforacije i peritonitis, praćeni cirkulatornim kolapsom. Sumporna kiselina je vrlo kaustična supstanca s kojom se mora rukovati izuzetno pažljivo. Znakovi i simptomi nakon izlaganja mogu biti ozbiljni i uključuju slinjenje, intenzivnu žeđ, otežano gutanje, bol, šok i opekotine. Povraćanje je obično boje mlevene kafe. Akutno izlaganje udisanjem može dovesti do kihanja, promuklosti, gušenja, laringitisa, dispneje, iritacije disajnih puteva i bolova u grudima. Mogu se javiti i krvarenje iz nosa i desni, plućni edem, hronični bronhitis i upala pluća. Izlaganje koži može dovesti do teških bolnih opekotina i dermatitisa.

Prva pomoć

1. Premjestiti žrtve na svjež zrak. Osoblje hitne pomoći treba da izbegava izlaganje sumpornoj kiselini dok to radi.
2. Procijenite vitalne znakove, uključujući puls i brzinu disanja. Ako se puls ne otkrije, izvršite reanimaciju, ovisno o dodatnim zadobijenim ozljedama. Ako je disanje prisutno i otežano, pružite respiratornu podršku.
3. Skinite zaprljanu odjeću što je prije moguće.
4. U slučaju kontakta s očima, ispirati toplom vodom najmanje 15 minuta; kožu isprati vodom i sapunom.
5. Prilikom udisanja otrovnih isparenja, ispirati usta sa puno vode, piti i samo izazivati ​​povraćanje je zabranjeno.
6. Povrijeđenog prevesti u medicinsku ustanovu.

Kiselina sa metalom je specifična za ove klase jedinjenja. U svom toku, vodikov proton se obnavlja i, u sprezi sa kiselim anjonom, zamjenjuje se metalnim kationom. Ovo je primjer reakcije stvaranja soli, iako postoji nekoliko vrsta interakcija koje ne slijede ovaj princip. Oni se odvijaju kao redoks i nisu praćeni evolucijom vodonika.

Principi reakcija kiselina sa metalima

Sve reakcije s metalom dovode do stvaranja soli. Jedini izuzetak je, možda, reakcija plemenitog metala s aqua regia, mješavinom klorovodične kiseline, a svaka druga interakcija kiselina s metalima dovodi do stvaranja soli. Ako kiselina nije ni koncentrirana sumporna ni dušična, tada se molekularni vodonik odvaja kao proizvod.

Ali kada koncentrirana sumporna kiselina reagira, interakcija s metalima se odvija prema principu redoks procesa. Zbog toga su eksperimentalno izdvojene dvije vrste interakcija tipičnih metala i jakih anorganskih kiselina:

• interakcija metala s razrijeđenim kiselinama;
• interakcija sa koncentrovanom kiselinom.

Reakcije prvog tipa se odvijaju s bilo kojom kiselinom. Jedini izuzetak je koncentrirana i dušična kiselina bilo koje koncentracije. Reaguju prema drugoj vrsti i dovode do stvaranja soli i produkata redukcije sumpora i dušika.

Tipične interakcije kiselina sa metalima

Metali koji se nalaze lijevo od vodonika u standardnom elektrohemijskom nizu reaguju s drugim kiselinama različitih koncentracija, osim dušične kiseline, stvarajući sol i oslobađajući molekularni vodonik. Metali koji se nalaze desno od vodonika u nizu elektronegativnosti ne mogu reagirati s gore navedenim kiselinama i stupaju u interakciju samo s dušičnom kiselinom, bez obzira na njenu koncentraciju, s koncentriranom sumpornom kiselinom i sa carskom vodom. Ovo je tipična interakcija kiselina sa metalima.

Reakcije metala sa koncentriranom sumpornom kiselinom

Reakcije s razrijeđenom dušičnom kiselinom

Razrijeđena dušična kiselina reagira s metalima lijevo i desno od vodonika. Tijekom reakcije s aktivnim metalima nastaje amonijak, koji se odmah otapa i stupa u interakciju s nitratnim anjonom, formirajući drugu sol. S metalima srednje aktivnosti, kiselina reagira oslobađanjem molekularnog dušika. U neaktivnom stanju, reakcija se nastavlja oslobađanjem dinitričnog oksida. Najčešće se u jednoj reakciji formira nekoliko produkata redukcije sumpora. Primjeri reakcija su predloženi u grafičkom dodatku ispod.

Reakcije s koncentriranom dušičnom kiselinom

U ovom slučaju, dušik djeluje i kao oksidant. Sve reakcije završavaju stvaranjem soli i izolacijom. U grafičkoj aplikaciji su predložene šeme toka redoks reakcija. U ovom slučaju, reakcija s neaktivnim elementima zaslužuje posebnu pažnju. Takva interakcija kiselina sa metalima je nespecifična.

Reaktivnost metala

Metali vrlo lako reagiraju s kiselinama, iako postoji nekoliko inertnih tvari. To su elementi koji imaju visok standard elektrohemijskog potencijala. Postoji niz metala koji su izgrađeni na osnovu ovog indikatora. To se zove niz elektronegativnosti. Ako je metal u njemu lijevo od vodonika, tada je u stanju reagirati s razrijeđenom kiselinom.

Postoji samo jedan izuzetak: željezo i aluminij, zbog stvaranja trovalentnih oksida na njihovoj površini, ne mogu reagirati s kiselinom bez zagrijavanja. Ako se smjesa zagrije, tada u reakciju u početku ulazi oksidni film metala, a zatim se otapa u samoj kiselini. Metali koji se nalaze desno od vodonika u elektrohemijskom nizu aktivnosti ne mogu reagirati s anorganskom kiselinom, uključujući razrijeđenu sumpornu kiselinu. Postoje dva izuzetka od pravila: ovi metali se otapaju u koncentrovanoj i razrijeđenoj dušičnoj kiselini i carskoj vodici. U potonjem se ne mogu rastvoriti samo rodijum, rutenijum, iridijum i osmijum.

Fizička svojstva sumporne kiseline:
Teška uljasta tečnost ("vitriol");
gustina 1,84 g/cm3; nehlapljiv, vrlo topljiv u vodi - uz jako zagrijavanje; t°pl. = 10,3°C, bp \u003d 296 ° C, vrlo higroskopan, ima svojstva uklanjanja vode (ugljenje papira, drveta, šećera).

Toplota hidratacije je tolika da smjesa može proključati, prskati i uzrokovati opekotine. Stoga je potrebno dodati kiselinu u vodu, a ne obrnuto, jer kada se voda doda kiselini, lakša voda će biti na površini kiseline, gdje će se koncentrirati sva oslobođena toplina.

Industrijska proizvodnja sumporne kiseline (kontaktna metoda):

1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (oleum)

Zdrobljeni pročišćeni vlažni pirit (sumporni pirit) se sipa odozgo u peć za pečenje u " fluidizovani sloj". Odozdo (princip protivtoka) prolazi vazduh obogaćen kiseonikom.
Iz peći izlazi plin iz peći, čiji je sastav: SO 2, O 2, vodena para (pirit je bio mokar) i najsitnije čestice pepela (gvozdeni oksid). Gas se prečišćava od nečistoća čvrstih čestica (u ciklonu i elektrofilteru) i vodene pare (u tornju za sušenje).
U kontaktnom aparatu, sumpor dioksid se oksidira pomoću V 2 O 5 katalizatora (vanadijev pentoksid) kako bi se povećala brzina reakcije. Proces oksidacije jednog oksida u drugi je reverzibilan. Zbog toga se biraju optimalni uslovi za tok direktne reakcije - povišen pritisak (jer direktna reakcija teče smanjenjem ukupnog volumena) i temperatura ne viša od 500 C (jer je reakcija egzotermna).

U apsorpcionom tornju, sumpor oksid (VI) se apsorbuje koncentrovanom sumpornom kiselinom.
Apsorpcija vode se ne koristi, jer se sumporov oksid otapa u vodi uz oslobađanje velike količine toplote, pa nastala sumporna kiselina ključa i pretvara se u paru. Kako biste izbjegli stvaranje magle sumporne kiseline, koristite 98% koncentriranu sumpornu kiselinu. Sumporov oksid se vrlo dobro rastvara u takvoj kiselini, formirajući oleum: H 2 SO 4 nSO 3

Hemijska svojstva sumporne kiseline:

H 2 SO 4 je jaka dvobazna kiselina, jedna od najjačih mineralnih kiselina, zbog visokog polariteta, H - O veza se lako prekida.

1) Sumporna kiselina disocira u vodenom rastvoru , formirajući ion vodonika i kiselinski ostatak:
H 2 SO 4 \u003d H + + HSO 4 -;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Rezime jednadžbe:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

2) Interakcija sumporne kiseline sa metalima:
Razrijeđena sumporna kiselina otapa samo metale u nizu napona lijevo od vodonika:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razb) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Interakcija sumporne kiselinesa osnovnim oksidima:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Interakcija sumporne kiseline sahidroksidi:
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 → CuSO 4 + 2H 2 O

5) Reakcije razmjene sa solima:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Formiranje bijelog precipitata BaSO 4 (nerastvorljivog u kiselinama) koristi se za detekciju sumporne kiseline i rastvorljivih sulfata (kvalitativne reakcije za sulfatni jon).

Posebna svojstva koncentrovanog H 2 SO 4:

1) koncentrirano sumporna kiselina je jak oksidant ; pri interakciji sa metalima (osim Au, Pt) oporavljaju se na S +4 O 2 , S 0 ili H 2 S -2 u zavisnosti od aktivnosti metala. Bez zagrevanja ne reaguje sa Fe, Al, Cr - pasivacijom. U interakciji s metalima promjenjive valencije, potonji se oksidiraju do viših oksidacionih stanja nego u slučaju razrijeđene otopine kiseline: Fe0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+

aktivni metal

8 Al + 15 H 2 SO 4 (konc.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H 2 S
4│2Al 0 – 6 e- → 2Al 3+ - oksidacija
3│ S 6+ + 8e → S 2– oporavak

4Mg+ 5H 2 SO 4 → 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Metal srednje aktivnosti

2Cr + 4 H 2 SO 4 (konc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - oksidacija
1│ S 6+ + 6e → S 0 - restauracija

Metal neaktivan

2Bi + 6H 2 SO 4 (konc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - oksidacija
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - oporavak

2Ag + 2H 2 SO 4 → Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

2) Koncentrirana sumporna kiselina oksidira neke nemetale, po pravilu, do maksimalnog oksidacijskog stanja, sama se reducira naS+4O2:

C + 2H 2 SO 4 (konc) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (konc) → 3SO 2 + 2H 2 O

2P+ 5H 2 SO 4 (konc) → 5SO 2 + 2H 3 PO 4 + 2H 2 O

3) Oksidacija složenih supstanci:
Sumporna kiselina oksidira HI i HBr u slobodne halogene:
2 KBr + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2H 2 O
Koncentrirana sumporna kiselina ne može oksidirati kloridne ione u slobodni klor, što omogućava dobivanje HCl reakcijom izmjene:
NaCl + H 2 SO 4 (konc.) = NaHSO 4 + HCl

Sumporna kiselina uklanja hemijski vezanu vodu iz organskih jedinjenja koja sadrže hidroksilne grupe. Dehidracija etil alkohola u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline dovodi do proizvodnje etilena:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.

Pougljenje šećera, celuloze, škroba i drugih ugljikohidrata u kontaktu sa sumpornom kiselinom objašnjava se i njihovom dehidracijom:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 \u003d 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

OVR u članku je posebno istaknut bojom. Obratite posebnu pažnju na njih. Ove jednačine se mogu uhvatiti na ispitu.

Razrijeđena sumporna kiselina se ponaša kao i druge kiseline, skrivajući svoje oksidativne sposobnosti:

I još jedna stvar koju treba zapamtiti razrijeđena sumporna kiselina: ona je ne reaguje sa olovom. Komad olova bačen u razrijeđeni H2SO4 prekriven je slojem nerastvorljivog (vidi tabelu rastvorljivosti) olovnog sulfata i reakcija se odmah zaustavlja.

Oksidirajuća svojstva sumporne kiseline

- teška uljasta tečnost, neisparljiva, bez ukusa i mirisa

Zbog sumpora u +6 (višem) oksidacionom stanju, sumporna kiselina dobija jaka oksidaciona svojstva.

Pravilo za zadatak 24 (stari A24) za pripremu rastvora sumporne kiseline nikada ne sipajte vodu u njega. Koncentrovanu sumpornu kiselinu u tankom mlazu sipati u vodu uz stalno mešanje.

Interakcija koncentrovane sumporne kiseline sa metalima

Ove reakcije su strogo standardizirane i slijede shemu:

H2SO4(konc.) + metal → metalni sulfat + H2O + redukovani sumporni produkt.

Postoje dvije nijanse:

1) aluminijum, gvožđe i hrom ne reaguju sa H2SO4 (konc) u normalnim uslovima zbog pasivacije. Treba se zagrijati.

2) C platina i zlato H2SO4 (konc) uopšte ne reaguje.

Sumpor in koncentrovane sumporne kiseline- oksidant

• to znači da će se sama oporaviti;
• stepen oksidacije do kojeg će se reducirati sumpor zavisi od metala.

Razmislite dijagram stanja oksidacije sumpora:

• Prije -2 sumpor se može reducirati samo vrlo aktivnim metalima - u nizu napona do i uključujući aluminijum.

Reakcije će ići ovako:

8Li + 5H 2 SO 4( konc .) → 4Li 2 SO 4 + 4H 2 O+H 2 S

4Mg + 5H 2 SO 4( konc .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O+H 2 S

8Al + 15H 2 SO 4( konc .) (t) → 4Al 2 (TAKO 4 ) 3 + 12H 2 O+3H 2 S

• u interakciji H2SO4 (konc) sa metalima u nizu napona posle aluminijuma, ali pre gvožđa, odnosno kod metala sa prosječnom aktivnošću, sumpor se reducira na 0 :

3Mn+4H 2 SO 4( konc .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O+S↓

2Cr+4H 2 SO 4( konc .) (t) → Kr 2 (TAKO 4 ) 3 + 4H 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 SO 4( konc .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O+S↓

• svi ostali metali počevši od gvožđa u nizu napona (uključujući i one nakon vodonika, osim zlata i platine, naravno), mogu smanjiti sumpor samo do +4. Pošto su to neaktivni metali:

2 Fe + 6 H 2 SO 4 (konc.) ( t)→ Fe 2 ( SO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 SO 2

(imajte na umu da gvožđe oksidira do +3, najviše moguće, najviše oksidaciono stanje, jer ima posla sa jakim oksidacionim agensom)

Cu+2H 2 SO 4( konc .) → CuSO 4 + 2H 2 O+SO 2

2Ag + 2H 2 SO 4( konc .) → Ag 2 SO 4 + 2H 2 O+SO 2

Naravno, sve je relativno. Dubina redukcije zavisiće od mnogih faktora: koncentracije kiseline (90%, 80%, 60%), temperature itd. Stoga je nemoguće precizno predvidjeti proizvode. Gornja tabela takođe ima svoj procenat aproksimacije, ali je možete koristiti. Također je potrebno zapamtiti da u Jedinstvenom državnom pregledu, kada proizvod reduciranog sumpora nije naznačen, a metal nije posebno aktivan, tada, najvjerovatnije, sastavljači misle na SO 2. Morate sagledati situaciju i tražiti tragove u uslovima.

SO 2 - ovo je generalno čest proizvod OVR-a uz učešće konc. sumporna kiselina.

H2SO4 (konc) neke oksidira nemetali(koji pokazuju redukciona svojstva), po pravilu, do maksimuma - najvišeg stepena oksidacije (nastaje oksid ovog nemetala). Sumpor se takođe redukuje na SO2:

C+2H 2 SO 4( konc .) → CO 2 + 2H 2 O+2SO 2

2P+5H 2 SO 4( konc .) → P 2 O 5 + 5H 2 O+5SO 2

Svježe formirani fosforov oksid (V) reagira s vodom i dobije se ortofosforna kiselina. Stoga se reakcija odmah bilježi:

2P+5H 2 SO 4( konc ) → 2H 3 PO 4 + 2H 2 O+5SO 2

Isto je i sa borom, pretvara se u ortobornu kiselinu:

2B+3H 2 SO 4( konc ) → 2H 3 BO 3 + 3SO 2

Vrlo je zanimljiva interakcija sumpora sa oksidacijskim stanjem +6 (u sumpornoj kiselini) sa "drugim" sumporom (koji se nalazi u drugom spoju). U okviru ispita razmatra se interakcija H2SO4 (konc). sa sumporom (jednostavna supstanca) i vodonik sulfidom.

Počnimo sa interakcijom sumpor (jednostavna tvar) s koncentriranom sumpornom kiselinom. U jednostavnoj tvari, oksidacijsko stanje je 0, u kiselini +6. U ovom OVR-u, sumpor +6 će oksidirati sumpor 0. Pogledajmo dijagram stanja oksidacije sumpora:

Sumpor 0 će se oksidirati, a sumpor +6 će se reducirati, odnosno sniziti oksidacijsko stanje. Sumpor dioksid će se emitovati:

2 H 2 SO 4 (konc.) + S → 3 SO 2 + 2 H 2 O

Ali u slučaju vodonik sulfida:

Nastaju i sumpor (jednostavna tvar) i sumpor dioksid:

H 2 SO 4( konc .) + H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O

Ovaj princip često može pomoći u određivanju OVR proizvoda gdje su oksidacijski agens i redukcijski agens isti element, u različitim oksidacijskim stanjima. Oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo "idu jedno prema drugom" na dijagramu oksidacijskog stanja.

H2SO4 (konc), na ovaj ili onaj način, stupa u interakciju sa halogenidima. Samo ovdje morate shvatiti da su fluor i hlor "sami s brkovima" i OVR ne curi sa fluoridima i hloridima, prolazi kroz uobičajeni proces jonske izmjene, tokom kojeg nastaje plinoviti halogen vodonik:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HF

Ali halogeni u sastavu bromida i jodida (kao i u sastavu odgovarajućih halogenovodonika) se njime oksidiraju u slobodne halogene. Tek sada se sumpor redukuje na različite načine: jodid je jači reduktor od bromida. Prema tome, jodid redukuje sumpor u vodonik sulfid, a bromid u sumpor dioksid:

2H 2 SO 4( konc .) + 2NaBr → Na 2 SO 4 + 2H 2 O+SO 2 +Br 2

H 2 SO 4( konc .) + 2HBr → 2H 2 O+SO 2 +Br 2

5H 2 SO 4( konc .) + 8NaI → 4Na 2 SO 4 + 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

H 2 SO 4( konc .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

Hlorovodonik i fluorovodik (kao i njihove soli) otporni su na oksidaciono dejstvo H2SO4 (konc.).

I na kraju, posljednja stvar: za koncentriranu sumpornu kiselinu, ovo je jedinstveno, niko drugi to ne može učiniti. Ona poseduje svojstvo uklanjanja vode.

To vam omogućava da koristite koncentriranu sumpornu kiselinu na različite načine:

Prvo, dehidracija tvari. Koncentrovana sumporna kiselina oduzima vodu iz supstance i ona "postaje suva".

Drugo, katalizator u reakcijama u kojima se voda odvaja (na primjer, dehidracija i esterifikacija):

H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (konc.)) → H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O

H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (konc.)) → H 2 C \u003d CH 2 + H 2 O

ODNOS METALA I KISELINA

Najčešće se u hemijskoj praksi koriste jake kiseline kao što je sumporna kiselina. H 2 SO 4, hlorovodonična HCl i azotna HNO 3 . Zatim razmotrite omjer različitih metala prema navedenim kiselinama.

hlorovodonična kiselina ( HCl)

Hlorovodonična kiselina je tehnički naziv za hlorovodoničnu kiselinu. Dobija se otapanjem gasovitog hlorovodonika u vodi - HCl . Zbog niske rastvorljivosti u vodi, koncentracija hlorovodonične kiseline u normalnim uslovima ne prelazi 38%. Stoga, bez obzira na koncentraciju klorovodične kiseline, proces disocijacije njenih molekula u vodenoj otopini teče aktivno:

HCl H + + Cl -

Ioni vodonika nastali u ovom procesu H+ djeluju kao oksidacijski agens metali u seriji aktivnosti lijevo od vodonika . Interakcija se odvija prema shemi:

Ja + HClsol +H 2

U ovom slučaju, sol je metalni hlorid ( NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), u kojem broj kloridnih jona odgovara oksidacijskom stanju metala.

Hlorovodonična kiselina je slabo oksidaciono sredstvo, pa se metali sa promenljivom valentnošću oksidiraju u nju do niža pozitivna oksidaciona stanja:

Fe0 → Fe2+

Co0 → Co2+

Ni 0 → Ni2+

cr 0 →Cr2+

Mn 0 → Mn2+ i drugi .

primjer:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│ Al 0 - 3 e- → Al 3+ - oksidacija

3│2 H + + 2 e- → H2 - oporavak

Hlorovodonična kiselina pasivira olovo ( Pb ). Pasivacija olova nastaje zbog stvaranja na njegovoj površini olovnog hlorida koji je slabo rastvorljiv u vodi ( II ), koji štiti metal od daljeg napada kiseline:

Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H2

sumporna kiselina (H 2 SO 4 )

U industriji se dobijaju veoma visoke koncentracije sumporne kiseline (do 98%). Treba uzeti u obzir razliku u oksidacijskim svojstvima razrijeđene otopine i koncentrirane sumporne kiseline u odnosu na metale.

Razrijeđena sumporna kiselina

U razrijeđenoj vodenoj otopini sumporne kiseline, većina njenih molekula se disocira:

H 2 SO 4 H + + HSO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

Formirani joni H+ obavljati funkciju oksidaciono sredstvo .

Poput hlorovodonične kiseline, razrijeđen reaguje rastvor sumporne kiseline samo sa aktivnim metalima i prosječna aktivnost (nalazi se u nizu aktivnosti do vodonika).

Hemijska reakcija se odvija prema shemi:

Ja+ H2SO4(razb .) → sol+H2

primjer:

2 Al + 3 H 2 SO 4 (dif.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

1│2Al 0 – 6 e- → 2Al 3+ - oksidacija

3│2 H + + 2 e- → H2 - oporavak

Metali promjenljive valencije oksidiraju se razrijeđenim rastvorom sumporne kiseline do niža pozitivna oksidaciona stanja:

Fe0 → Fe2+

Co0 → Co2+

Ni 0 → Ni2+

cr 0 → Cr2+

Mn 0 → Mn2+ i drugi .

Olovo ( Pb ) ne otapa se u sumpornoj kiselini (ako je njena koncentracija ispod 80%) , od nastale soli PbSO4 nerastvorljiv i stvara zaštitni film na metalnoj površini.

koncentrovane sumporne kiseline

U koncentrovanoj otopini sumporne kiseline (iznad 68%) većina molekula je u nerazdvojen stanje, dakle sumpor djeluje kao oksidacijsko sredstvo , koji je u najvišem oksidacionom stanju ( S+6 ). koncentrirano H2SO4 oksidira sve metale čiji je standardni elektrodni potencijal manji od potencijala oksidacijskog sredstva - sulfatnog jona SO 4 2- (0,36 V). S tim u vezi, sa koncentrirano reagiraju sa sumpornom kiselinom i neki neaktivni metali .

Proces interakcije metala s koncentriranom sumpornom kiselinom u većini slučajeva odvija se prema shemi:

Ja + H 2 SO4 (konc.)sol + voda + proizvod za oporavak H 2 SO 4

Proizvodi za oporavak sumporna kiselina može biti sljedeća jedinjenja sumpora:

Praksa je pokazala da kada metal stupi u interakciju s koncentriranom sumpornom kiselinom, oslobađa se mješavina redukcijskih produkata, koja se sastoji od H 2 S, S i SO 2. Međutim, jedan od ovih proizvoda se formira u pretežnoj količini. Određuje se priroda glavnog proizvoda metalna aktivnost : što je veća aktivnost, dublji je proces redukcije sumpora u sumpornoj kiselini.

Interakcija metala različite aktivnosti s koncentriranom sumpornom kiselinom može se predstaviti shemom:

Aluminijum (Al ) i gvožđe ( Fe ) ne reaguju sa hladno koncentrirano H2SO4 , postajući prekriveni gustim oksidnim filmovima, međutim, kada se zagrije, reakcija se nastavlja.

Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ne reaguju sa sumpornom kiselinom.

koncentrirano sumporna kiselina je jak oksidant , dakle, kada metali s promjenjivom valentnošću stupe u interakciju s njim, potonji se oksidiraju do viših oksidacionih stanja nego u slučaju razrijeđene otopine kiseline:

Fe0→ Fe3+,

cr 0→ Cr3+,

Mn 0→Mn4+,

sn 0→ sn 4+

Olovo ( Pb ) oksidira do dvovalentan stanje sa stvaranjem rastvorljivog hidrosulfata olovaPb ( HSO 4 ) 2 .

primjeri:

Aktivan metal

8 A1 + 15 H 2 SO 4 (konc.) →4A1 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S

4│2 Al 0 – 6 e- → 2 Al 3+ - oksidacija

3│ S 6+ + 8 e → S 2- - oporavak

Metal srednje aktivnosti

2 Cr + 4 H 2 SO 4 (konc.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S

1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - oksidacija

1│ S 6+ + 6 e → S 0 - oporavak

Metal neaktivan

2Bi + 6H 2 SO 4 (konc.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2

1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – oksidacija

3│ S 6+ + 2 e → S 4+ - oporavak

azotna kiselina ( HNO 3 )

Karakteristika dušične kiseline je taj dušik koji je dio NE 3 - ima najviše oksidaciono stanje od +5 i stoga ima jaka oksidaciona svojstva. Maksimalna vrijednost elektrodnog potencijala za nitratni ion je 0,96 V, stoga je dušična kiselina jači oksidant od sumporne kiseline. Ulogu oksidacionog agensa u reakcijama interakcije metala sa dušičnom kiselinom igra N 5+ . shodno tome, vodonik H 2 nikad se ne ističe u interakciji metala sa azotnom kiselinom ( bez obzira na koncentraciju ). Proces se odvija prema shemi:

Ja + HNO 3 sol + voda + proizvod za oporavak HNO 3

Proizvodi za oporavak HNO 3 :

Obično reakcija dušične kiseline s metalom proizvodi mješavinu redukcijskih produkata, ali u pravilu jedan od njih prevladava. Koji će od proizvoda biti glavni ovisi o koncentraciji kiseline i aktivnosti metala.

Koncentrovana azotna kiselina

Smatra se da koncentrovani rastvor kiseline ima gustinuρ > 1,25 kg / m 3, što odgovara
koncentracije > 40%. Bez obzira na aktivnost metala, reakcija interakcije sa HNO 3 (konc.) se odvija prema šemi:

Ja + HNO 3 (konc.)→ sol + voda + NO 2

Plemeniti metali ne stupaju u interakciju s koncentriranom dušičnom kiselinom (Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt ), i brojni metali (Al , Ti , Cr , Fe , co , Ni ) at niske temperature pasiviran koncentrovanom azotnom kiselinom. Reakcija je moguća s povećanjem temperature, odvija se prema gore prikazanoj shemi.

Primjeri

aktivni metal

Al + 6 HNO 3 ( konc.) → Al (NO 3 ) 3 + 3 H 2 O + 3 NO 2

1│ Al 0 - 3 e → Al 3+ - oksidacija

3│ N 5+ + e → N 4+ - oporavak

Metal srednje aktivnosti

Fe + 6 HNO 3 (konc.) → Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O + 3NO

1│ Fe 0 - 3e → Fe 3+ - oksidacija

3│ N 5+ + e → N 4+ - oporavak

Metal neaktivan

Ag + 2HNO 3 (konc.) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2

1│ Ag 0 - e → Ag + - oksidacija

1│ N 5+ + e → N 4+ - oporavak

Razrijeđena dušična kiselina

Proizvod za oporavak dušična kiselina u razrijeđenom rastvoru zavisi od metalna aktivnost učestvuju u reakciji:

primjeri:

aktivni metal

8 Al + 30 HNO 3 (razl.) → 8Al(NO 3) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3

8│ Al 0 - 3e → Al 3+ - oksidacija

3│ N 5+ + 8 e → N 3- - oporavak

Amonijak koji se oslobađa pri redukciji dušične kiseline odmah stupa u interakciju s viškom dušične kiseline, formirajući sol - amonijum nitrat NH4NO3:

NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3.

Metal srednje aktivnosti

10Cr + 36HNO 3( dec.) → 10Cr(NO 3) 3 + 18H 2 O + 3N 2

10│ Cr 0 - 3 e → Cr 3+ - oksidacija

3│ 2 N 5+ + 10 e → N 2 0 - oporavak

Osim molekularni azot ( N 2 ) kada metali srednje aktivnosti stupe u interakciju s razrijeđenom dušičnom kiselinom, ona nastaje u jednakoj količini dušikov oksid ( I) - N 2 O . U jednadžbi reakcije trebate napisati jedna od ovih supstanci .

Metal neaktivan

3Ag + 4HNO 3 (deb.) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO

3│ Ag 0 - e → Ag + - oksidacija

1│ N 5+ + 3 e → N 2+ - oporavak

"carska voda"

"Aqua regia" (ranije nazvana votka kiselina) je mješavina jedne zapremine dušične kiseline i tri do četiri zapremine koncentrirane hlorovodonične kiseline, koja ima vrlo visoku oksidativnu aktivnost. Takva mješavina je sposobna otopiti neke niskoaktivne metale koji ne stupaju u interakciju s dušičnom kiselinom. Među njima je i "kralj metala" - zlato. Ovaj efekat "aqua regia" objašnjava se činjenicom da dušična kiselina oksidira klorovodičnu kiselinu uz oslobađanje slobodnog klora i stvaranje dušikovog hlor oksida ( III ), ili nitrozil hlorid - NOCl :

HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl

2 NOCl → 2 NO + Cl 2

Klor se u trenutku oslobađanja sastoji od atoma. Atomski hlor je najjači oksidant, koji omogućava "kraljevskoj votki" da deluje čak i na najinertnije "plemenite metale".

Reakcije oksidacije zlata i platine odvijaju se prema sljedećim jednadžbama:

Au + HNO 3 + 4 HCl → H + NO + 2H 2 O

3Pt + 4HNO 3 + 18HCl → 3H 2 + 4NO + 8H 2 O

Na Ru, Os, Rh i Ir "kraljevska votka" ne radi.

E.A. Nudnova, M.V. Andriukhova