Тема 2.10. Сульфатна кислота та її солі

План

1. Сульфатна кислота.**

2. Контактний спосіб добування сульфатної кислоти.**

3. Сульфати.*

1. Молекулярна формула - H₂SO₄

Структурна формула

Фізичні властивості: безводна сульфатна кислота – важка, безбарвна, оліїста рідина. Густина її концентрованого розчину (w(H₂SO₄) = 98%) за стандартних умов 1,84 г/см³. Вона нелетка, запаху не має. Надзвичайно гігроскопічна, активно вбирає вологу. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Розчинення сульфатної кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Сульфатна кислота – їдка рідина, роз’їдає папір, шкіру, тканини тощо.

Хімічні властивості багато в чому залежать від її концентрації.

Розбавленасульфатна кислота виявляє всі хімічні властивості, характерні для кислот:

1) змінює колір індикатора – лакмус стає червоним, метиловий оранжевий – рожевим, фенолфталеїн залишається безбарвним;

2) як сильна двохосновна кислота у водному розчині повністю дисоціює на йони (ступінчасто):

тому здатна утворювати два ряди солей: середні солі – сульфати і кислі солі – гідрогенсульфати;

3) взаємодіє з основами:

Реакції між основами і кислотами, внаслідок яких утворюються сіль і вода, називаються реакціями нейтралізації. Вони належать до реакцій обміну.

4) взаємодіє з оксидами металів:

5) взаємодіє із солями. Як сильна, нелетка і найстійкіша з відомих мінеральних кислот, вона здатна витісняти із солей слабкіші, або леткі, або навіть сильні кислоти, якщо вони менш стійкі:

Останнє рівняння відображує якісну реакціюна сульфатну кислоту та її солі.

6) взаємодіє з металами, що стоять у ряду активності металів лівіше водню:

Малоактивні метали (мідь, срібло, золото) з розбавленою сульфатною кислотою не реагують.

Концентрованасульфатна кислота – сильний окисник:

1) взаємодіє з малоактивними металами (крім золота та платини) з виділенням сульфур(IV) оксиду:

2) взаємодіє з активними металами з виділенням H₂S і SO₂ :

Із залізом, кобальтом, нікелем 100% сульфатна кислота не реагую, реагує тільки 70%:

3) взаємодіє з неметалами (P, C, S):

Застосування. Сульфатну кислоту застосовують для:

1) добування мінеральних добрив (суперфосфату, амоній сульфату);

2) виробництва купоросів (залізного, мідного);

3) одержання барвників, пластмас, штучного волокна, лікарських і вибухових речовин, летких кислот;

4) сушіння різних речовин (як водовідбираючий засіб), очищення нафтопродуктів та поверхонь металів від оксидів.

2.Найсучасніший спосіб добування сульфатної кислоти – це контактний. Як сировина використовується пірит, або залізний колчедан.

Він складається з таких стадій:

Перша стадія – випалювання колчедану і добування сульфур (IV) оксиду:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂; ∆H = -13476 кДж

Процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить випалювальний газ. Він містить, крім SO₂, різні домішки. Його очищують, висушують і подають у контактний апарат.

Друга стадія – окиснення сульфур (IV) оксиду і добування сульфур (VІ) оксиду:

Окиснення відбувається в контактному апараті за наявності каталізатора і високої температури, незважаючи на те, що реакція екзотермічна. Це пояснюється тим, що каталізатор стає активним лише при температурі 450^ºC. Теплоту відводять і використовують для нагрівання випалювального газу, який в очисних спорудах встигає охолонути.

Третя стадія – поглинання сульфур (VІ) оксиду й утворення сульфатної кислоти.

В абсорбері сульфур (VІ) оксид поглинається концентрованою сульфатною кислотою (w(H₂SO₄) = 96-98%). Тут він взаємодіє з водою, що є в концентрованій сульфатній кислоті, утворюючи безводну, 100%-ву сульфатну кислоту – моногідрат:

Чистою водою поглинати сульфур (VІ) оксид не можна, бо утворюється стійкий „туман” із дрібних крапель сульфатної кислоти, який майже не конденсується.

Кінцевий продукт виробництва – олеум, тобто розчин сульфур (VІ) оксиду в моногідраті. Його розбавляють водою до потрібної концентрації.

3.Більшість солей сульфатної кислоти легко розчиняються у воді. Малорозчинними є плюмбум сульфат і кальцій сульфат, практично нерозчинними у воді та кислотах є барій сульфат і стронцій сульфат.

Якісна реакція на розчинні сульфати – взаємодія з розчинними солями Барію - BaCl₂, Ba(NO₃)₂

Багато солей сульфатної кислоти кристалізуються із розчинів у вигляді кристалогідратів, які називаються купоросами.

Купороси– технічна назва кристалогідратів сульфатів деяких важких металів, тобто солей сульфатної кислоти, які містять кристалізаційну воду. В основному це солі Купруму, Феруму, Ніколу, Кобальту і Цинку:

Гіпс CaSO₄ · 2H₂O до купоросів не належить, оскільки Кальцій не є важким металом.

Гіпс CaSO₄ · 2H₂O так само, як і безводний кальцій сульфат CaSO₄ використовують у будівництві, в медицині тощо.

Натрій сульфат Na₂SO₄ – у виробництві скла, а його кристалогідрат Na₂SO₄·10H₂O – глауберову сіль використовують як проносний засіб у медицині.

Калій сульфат К₂SO₄ та амоній сульфат (NН₄)₂SO₄ служать добривами.

Барій сульфат BaSO₄ застосовують у виробництві паперу, гуми та білої мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку („Барієва каша”).

Контрольні запитання:

1. Наведіть структурну формулу сульфатної кислоти?

2. Які фізичні властивості сульфатної кислоти?

3. Напишіть хімічні реакції, які характеризують властивості сульфатної кислоти.

4. Охарактеризуйте контактний спосіб одержання сульфатної кислоти.

5. Що називають олеумом?

6. Де використовується сульфатна кислота? Які речовини називаються купоросами?

7. Визначте масову частку кристалізаціонної води у залізному купоросі.

Література:

1. Данильченко В.Є., Фрадіна Н.В. Хімія. 10 – 11 класи: Навч. посібник. – Х.: Країна мрій™, 2003. - с. 15-16.

2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. ІІ, Гл. 9, § 77, с. 91-92.

3. Стахеєв О.Ю. Хімія. Узагальнюючі схеми і таблиці. – Тернопіль.: «Богдан», 1998. – с. 25.