Химия. 11 класс

Химические свойства

Свойства разбавленной и концентрированной серной кислот существенно различаются.

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↓.

Химические свойства концентрированной серной кислоты. В сильно концентрированных растворах диссоциация серной кислоты протекает лишь по первой ступени: . 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.

Из-за особенности концентрированной серной кислоты образовывать гидраты H₂SO₄ · nH₂O её широко используют как сильное водоотнимающее средство, а также как катализатор в органическом синтезе.