0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какая связь в молекуле серной кислоты

СЕРНАЯ КИСЛОТА

I. Общая характеристика.

Ниже приведены формулы серной кислоты: эмпирическая (1), структурная (2) и электронная (3):

Л/г = 98; М= 98 г/моль (0,098 кг/моль).

В молекулах серной кислоты реализуется химическая связь: между атомами Н и О — полярная ковалентная, реализуется по обменному механизму; сигма-связь, sр общие электронные пары смещены к атому кислорода; в сульфат-ионе между атомами серы и кислорода связь ковалентная полярная, реализуется по обменному механизму, из шести связей две пи- и четыре сигма-связи, у атома серы происходит з/^-гибридизация, поэтому сигма-связи являются qр, а пространственная конфигурация этого иона — тетраэдр; общие электронные пары смещены к атому кислорода.

II. Физические свойства.

Безводная серная кислота — тяжелая маслянистая жидкость с температурой плавления 10,4 °С, гигроскопична, т. е. жадно поглощает воду. Смешивается с водой в любых отношениях, при этом выделяется большое количество теплоты; р = 1,84 для 98,3%-й кислоты. Эта кислота перегоняется без разложения (является азеотропной смесью). Хорошо растворяет в себе триоксид серы, образуя олеум (раствор триоксида серы в серной кислоте).

III. Химические свойства.

1. Диссоциирует в водных растворах (сильный электролит):

  • 2. Изменяет окраску индикаторов (как, почему?).
  • 3. Реагирует с основными и амфотерными оксидами (напишите по одному уравнению в трех формах).
  • 4. Взаимодействует с основаниями и амфотерными гидроксидами. Закончите следующие схемы процессов’.

5. Реагирует с солями (закончите схемы реакций):

6. Взаимодействует с металлами (составьте уравнения реакций):

7. Концентрированная кислота реагирует с неметаллами:

В лабораторных условиях серную кислоту не получают, так как используют промышленные препараты или товарную кислоту.

В промышленности эту кислоту получают несколькими способами, среди которых наиболее важным является контактный способ. Химизм получения четырехстадиен.

Стадия 1. Получение диоксида серы. Осуществляют при помощи следующих процессов (схемы уравняйте)’.

Технологически эта стадия реализуется в специальных печах или аппаратах, особенностью которых является недопущение попадания диоксида серы во внешнюю среду, с одной стороны, для того, чтобы не было потерь, а с другой — для предотвращения загрязнения окружающей среды.

Стадия 2. Спецочистка диоксида серы. При очистке сернистого газа не происходит химических процессов; при помощи различных аппаратов сернистый газ освобождается от пылевых частиц и воды, так как каталитическое окисление диоксида серы в триоксид требует высокой чистоты сырья.

Стадия 3. Каталитическое окисление диоксида серы в триоксид. Реакция протекает в специальных реакторах при температуре около 450 °С, катализатор — платина или полупятиоксид ванадия:

Стадия 4. Сорбция (поглощение) серного ангидрида. В производственных условиях триоксид серы поглощают концентрированной серной кислотой, при этом образуется олеум, который разбавляют водой до получения товарной кислоты (р = 1,84, содержание 95—98%). Водой поглощать триоксид серы нельзя, так как образуется туманообразная кислота, которую практически невозможно сконденсировать.

Читать еще:  Можно ли есть яблоки на голодный желудок

Принципиальная технологическая схема производства серной кислоты приведена на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Схема производства серной кислоты контактным способом:

I — охладительная башня; 2 — электрофильтр; 3 — осушительная башня; 4 — теплообменник; 5— контактный аппарат; 6 — холодильник; 7— поглотительная башня

В производстве серной кислоты используют следующие научные принципы химического производства:

  • 1. Принцип противотока (при сорбции триоксида серы серной кислотой и в других аппаратах).
  • 2. Принцип теплообмена (газы, идущие на окисление, обогреваются в теплообменниках, через которые для охлаждения пропускают пары триоксида серы после реакции и т. д.).
  • 3. Принцип комплексного использования сырья и отходов (образовавшиеся при обжиге серосодержащего сырья оксиды используют для получения металлов и т. д.).
  • 4. Принцип наибольшего соприкосновения регулирующих веществ (сырье измельчают, теплообменники имеют большое число мелких труб и т. д.).
  • 5. Принцип использования катализаторов.
  • 6. Принцип оптимальных температур и др.

Серная кислота — важнейший продукт основной химической промышленности. По разнообразию областей использования серной кислоты она занимает первое место, и ее образно называют «хлебом химической промышленности». Серную кислоту применяют для получения различных кислот (соляной, фосфорной, азотной, органических кислот), фосфорных и азотных удобрений (простого и двойного суперфосфата, сульфата аммония и др.), при очистке нефтепродуктов, в органическом синтезе при производстве красителей, взрывчатых веществ и в других областях химического производства. Серная кислота находит применение при металлообработке для очистки поверхности металлов, в энергетике при работе аккумуляторов, в сельском хозяйстве и т. д.

  • 1. Поясните, почему сульфат-ион имеет форму тетраэдра.
  • 2. Поясните, что такое олеум и как его получают.
  • 3. Поясните, почему серную кислоту относят и к окислительным, и к неокислительным кислотам (ответ проиллюстрируйте соответствующими уравнениями реакций).
  • 4. Поясните, почему серную кислоту можно использовать для защиты железа и алюминия от коррозии.
  • 5. Поясните, можно или нет поглощать триоксид серы водой (ответ обоснуйте).
  • 6. Приведите три обоснованных примера использования серной кислоты в деятельности человека.
  • 7. Приведите два обоснованных примера, иллюстрирующих экологическую роль серной кислоты.

Какая связь в молекуле серной кислоты

Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t °пл. = 17° C ; t °кип. = 66°С; на воздухе «дымит», сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах).

SO 3 хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом.

1) 2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 (катализатор – V 2 O 5 , при 450˚С)

1) Серный ангидрид — кислотный оксид.

Взаимодействие с водой

При растворении в воде дает сильную двухосновную серную кислоту:

Диссоциация протекает ступенчато:

H 2 SO 4 → H + + HSO 4 — (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO 4 — → H + + SO 4 2- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

Читать еще:  Почему появляется белый налет после удаления зуба

H 2 SO 4 образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

Взаимодействие со щелочами

NaOH + SO 3 (избыток) → NaHSO 4

Взаимодействие с основными оксидами

Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»); r = 1,84 г/см 3 ; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t °пл. = 10,3° C , t °кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).

Помните!
Кислоту вливать малыми порциями в воду, а не наоборот!

Производство серной кислоты

1-я стадия. Печь для обжига колчедана

1) измельчение железного колчедана (пирита)

2) метод «кипящего слоя»

3) 800°С; отвод лишнего тепла

4) увеличение концентрации кислорода в воздухе

После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450°С – 500°С; катализатор V 2 O 5 ):

3-я стадия . Поглотительная башня

Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока.

Химические свойства разбавленной серной кислоты

H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, водный раствор изменяет окраску индикаторов (лакмус и универсальный индикатор краснеют)

1) Диссоциация протекает ступенчато:

H 2 SO 4 → H + + HSO 4 — (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO 4 — → H + + SO 4 2- (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H 2 SO 4 образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

2) Взаимодействие с металлами:

Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn 0 + 2 H + → Zn 2+ + H 2 0 ↑

3) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:

CuO + 2H + → Cu 2+ + H2O

4) Взаимодействие с основаниями:

· H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2 H 2 O (реакция нейтрализации)

Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

2 H + + Cu ( OH )2 → Cu 2+ + 2 H 2 O

5) Обменные реакции с солями:

Качественная реакция на сульфат-ион:

Образование белого осадка BaSO 4 (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.

образование газа — как сильная нелетучая кислота серная вытесняет из солей другие менее сильные кислоты, например, угольную

Серную кислоту применяют

  • в производстве минеральных удобрений;
  • как электролит в свинцовых аккумуляторах;
  • для получения различных минеральных кислот и солей;
  • в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
  • в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
  • в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
  • в промышленном органическом синтезе в реакциях:
    • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
    • гидратации (получение этанола);
    • сульфирования (получение СМС и промежуточные продукты в производстве красителей);
    • и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P ₂ O ₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH ₄ ) ₂ SO ₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Читать еще:  Что такое гранола

Применение солей серной кислоты

Железный купорос FеSО4•7Н2O применяли раньше для лечения чесотки, гельминтоза и опухолей желез, в настоящее время используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.

Медный купорос CuSO4•5Н2O широко используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений.

«Глауберова соль» (мирабилит) Nа2SO4•10Н2O была получена немецким химиком И. Р. Глаубером при действии серной кислоты на хлорид натрия, в медицине ее используют как слабительное средство.

«Бариевая каша» BaSO4 обладает способностью задерживать рентгеновские лучи в значительно большей степени, чем ткани организма. Это позволяет рентгенологам при заполнении «бариевой кашей» полых органов определить в них наличие анатомических изменений.

Гипс СаSO4•2Н2O находит широкое применение в строительном деле, в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок, для изготовления гипсовых скульптур.

CHEMEGE.RU

Подготовка к ЕГЭ по химии и олимпиадам

Химия серы

Положение в периодической системе химических элементов

Сера расположена в главной подгруппе VI группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение серы

Электронная конфигурация серы в основном состоянии :

Атом серы содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и две неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом серы может образовывать 2 связи по обменному механизму, как и кислород. Однако, в отличие от кислорода, за счет вакантной 3d орбитали атом серы может переходить в возбужденные энергетические состояния. Электронная конфигурация серы в первом возбужденном состоянии:

Электронная конфигурация серы во втором возбужденном состоянии:

Таким образом, максимальная валентность серы в соединениях равна VI (в отличие от кислорода). Также для серы характерна валентность — IV.

Степени окисления атома серы – от -2 до +4. Характерные степени окисления -2, 0, +4, +6.

Физические свойства и нахождение в природе

Сера образует различные простые вещества (аллотропные модификации).

Наиболее устойчивая модификация серы – ромбическая сера S8. Это хрупкое вещество желтого цвета .

Моноклинная сера – это аллотропная модификация серы, в которой атомы соединены в циклы в виде «короны» . Это твердое вещество, состоящее из темно-желтых игл, устойчивое при температуре более 96 о С, а при обычной температуре превращающееся в ромбическую серу.

Пластическая сера это вещество, состоящее из длинных полимерных цепей. Коричневая резиноподобная аморфная масса, нерастворимая в воде.

В природе сера встречается:

  • в самородном виде;
  • в составе сульфидов (сульфид цинка ZnS, пирит FeS2, сульфид ртути HgS — киноварь и др.)
  • в составе сульфатов (CaSO4·2H2O гипс, Na2SO4·10H2O — глауберова соль)

Источники:

http://studme.org/285096/matematika_himiya_fizik/sernaya_kislota
http://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/9-klass—vtoroj-god-obucenia/urok-no20-oksid-sery-vi-sernaa-kislota-i-eee-soli
http://chemege.ru/sera/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector