3. Серная кислота
Серная кислота (Н2SO4). Безводная серная кислота — тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, затвердевающая при 10,4 град. С. Очень гигроскопична. При нагревании 100 %-ной серной кислоты выше 200 град. С она частично разлагается, выделяя серный ангидрид.
Раствор, содержащий 98,3 % серной кислоты и имеющий плотность 1,841 г/см3, кипит и перегоняется без разделения при 336,5 град. С. Такие растворы называются азеотропными смесями.
Серная кислота поглощает влагу, выделяя огромное количество теплоты. Поэтому нельзя приливать воду к кислоте, так как это может привести к разбрызгиванию раствора и даже к взрыву. Следует приливать кислоту к воде небольшими порциями, помешивая раствор.
Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. Она реагирует с основными оксидами, гидроксидами и солями, в ней растворяются металлы, расположенные в ряду напряжений левее водорода. При растворении металлов в разбавленной серной кислоте образуются сульфаты металлов и выделяется водород:
Zn + Н2SO4(рaзб.) = ZnSO4 + Н2.
При растворении железа, олова и других металлов, проявляющих несколько степеней окисления, образуются сульфаты металлов с низшей степенью окисления. Например:
Fe + Н2SO4 (разб.) = FеSO4 + Н2O;
Sn + Н2SО4 (разб.) = SnSO4 + Н2 ↑.
Концентрированная серная кислота по химическим свойствам резко отличается от разбавленной. Она почти не диссоциирует, без нагревания не взаимодействует с железом (пассивирует его), что позволяет транспортировать и хранить ее в стальных цистернах.
Концентрированная серная кислота обладает сильными окислительными свойствами. Она окисляет некоторые металлы, расположенные в ряду напряжений после водорода (например медь, серебро, ртуть), и многие неметаллы (например углерод, серу, фосфор). При этом выделяется не водород, а продукты восстановления серы (VI): SO2, S или Н2S.
Степень окисления этих продуктов зависит как от концентрации серной кислоты, так и от активности восстановителя: чем сильнее восстановитель, тем глубже процесс восстановления. Так металлы, расположенные в ряду напряжений после водорода в непосредственной близости от него, восстанавливают концентрированную серную кислоту до SO2:
Нg + 2 Н2SO4 = НgSO4 + SO2 + 2 Н2О.
При растворении свинца в горячей концентрированной серной кислоте образуется кислая соль:
Рb + 3 Н2SO4 = Рb(HSO4)2 + SO2 + 2 Н2О.
Железо окисляется горячей концентрированной серной кислотой до степени окисления +3:
2 Fе + 6 Н2SO4 = Fе2(SO4)3 + 3 SO2 + 6 Н2О.
Более активными металлами (Мg, Аl, Zn) концентрированная серная кислота (с концентрацией 25 % и выше) восстанавливается до свободной серы и сероводорода:
Zn + 2 Н2SО4 (конц.) = ZnSO4 + SO2 + 2 Н2О;
3 Zn + 4 Н2SO4 (разб.) = 3 ZnSO4 + S + 4 Н2О;
4 Zn + 5 Н2SО4 (очень разб.) = 4 ZnSО4 + Н2S + 4 Н2О.
Концентрированная серная кислота очень активно взаимодействует с неметаллами.
Реакцию растворения углерода в горячей концентрированной серной кислоте можно представить уравнением:
С + 2 Н2SO4 = СО2 + 2 SO2 + 2 Н2О.
При окислении серы горячей концентрированной серной кислотой в качестве продукта окисления и продукта восстановления образуется диоксид серы:
S + 2 Н2SO4 = 3 SO2 + 2 Н2О.
Концентрированная серная кислота окисляет бромид- и иодид-ионы до свободных брома и иода:
2 КВr + 2 Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О;
2 КI + 2 Н2SО4 = К2SO4 + SO2 + 2 Н2О.
Поэтому НBr и НI нельзя получить по реакции двойного обмена.
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции двойного обмена:
NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl.
Серная кислота отнимает воду у многих органических соединений, содержащих водород и кислород (углеводов, клетчатки и др.), обугливая их.
Серная кислота двухосновная, поэтому образует средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты) соли.
Сульфаты свинца (РbSО4) и кальция (СаSO4), (средние соли) слаборастворимы, а сульфат бария (ВаSО4), и стронция (SrSO4) практически нерастворимы в воде и кислотах.
