Структурная формула h2so4. Серная кислота и ее химические свойства. Приключения Серной кислоты

Цель: Ознакомиться со строением, физическими и химическими свойствами, применением серной кислоты.

Образовательные задачи: Рассмотреть физические и химические свойства (общие с другими кислотами и специфические) серной кислоты,получение, показать большое значение серной кислоты и её солей в народном хозяйстве.

Воспитательные задачи: Продолжить формирование у учащихся диалектико-материалистического понимания природы.

Развивающие задачи: Развитие общеучебных умений и навыков, работа с учебником и дополнительной литературой, правила работы на рабочем столе, умение систематизировать и обобщать, устанавливать причинно-следственные связи, доказательно и грамотно излагать свои мысли, делать выводы, составлять схемы, зарисовывать.

Ход урока

1. Повторение пройденного.

Фронтальный опрос класса. Сравнить свойства кристаллической и пластической серы. Пояснить сущность аллотропии.

2. Изучение нового материала.

Внимательно прослушав сказку, мы в конце урока объясним, почему серная кислота вела себя странно с водой, деревом и золотым кольцом.

Звучит аудиозапись.

Приключения Серной кислоты.

В одном химическом королевстве жила волшебница, звали её Серной кислотой . С виду она была не так уж и плоха: бесцветная жидкость, вязкая как масло, без запаха. Серная кислота хотела быть знаменитой, поэтому отправилась в путешествие.

Она шла уже 5 часов, а так как день был слишком жаркий, ей очень захотелось пить. И вдруг она увидела колодец. «Вода!» – воскликнула кислота и, подбежав к колодцу, прикоснулась к воде. Вода страшно зашипела. С криком испуганная волшебница бросилась прочь. Конечно же, молодая кислота не знала, что при смешивании серной кислоты с водой выделяется большое количество теплоты.

«Если вода соприкасается с серной кислотой , то вода, не успев смешаться с кислотой, может закипеть и выбросить брызги серной кислоты . Эта запись появилась в дневнике молодой путешественницы, а затем вошла в учебники.

Так как кислота не утолила жажду, то, раскидистое дерево, решила прилечь и отдохнуть в тени. Но и это у неё не получилось. Как только Серная кислота дотронулась до дерева, оно стало обугливаться. Не зная причины этого, испуганная кислота убежала прочь.

Вскоре она пришла в город и решила зайти в первый попавшийся на её пути магазин. Им оказался ювелирный. Подойдя к витринам, кислота увидела множество прекрасных колец. Серная кислота решила померить одно колечко. Попросив у продавца золотое кольцо, путешественница надела его на свой длинный красивый палец. Волшебнице очень понравилось кольцо и она решила его купить. Вот чем она могла похвастаться перед своими друзьями!

Выйдя из города, кислота отправилась домой. В пути её не оставляла мысль, почему же вода и дерево вели себя так странно при прикосновении с ней, а с этой золотой вещицей ничего не произошло? «Да потому, что золото в серной кислоте не окисляется». Это были последние слова, записанные кислотой в своём дневнике.

Объяснения учителя.

Электронная и структурная формулы серной кислоты.

Так сера находится в 3-м периоде периодической системы, то правило октета (восьми электронная структура) не соблюдается и атом серы может приобрести до двенадцати электронов. Электронная и структурная формулы серной кислоты следующие:

(Шесть электронов серы обозначены звёздочкой)

Получение.

Серная кислота образуется при взаимодействии оксида серы (5) с водой (SO 3 +H 2 O —> H 2 SO 4).

Физические свойства.

Серная кислота – бесцветная, тяжёлая, нелетучая жидкость. При растворении её в воде происходит очень сильное разогревание. Помните, что нельзя вливать воду в концентрированную серную кислоту!

Концентрированная серная кислота поглощает из воздуха водяные пары. В этом можно убедиться, если открытый сосуд с концентрированной серной кислотой уравновесить на весах: через некоторое время чашка с сосудом опустится.

Химические свойства.

Разбавленная серная кислота обладает общими свойствами, характерными для всех кислот. Кроме того, серная кислота имеет специфические свойства.

Химические свойства серной – Приложение .

Демонстрация учителем занимательного опыта.

Краткий инструктаж по технике безопасности.

Эскимо (Уголь из сахара)

Оборудование	План опыта	Вывод
Сахарная пудра. Концентрированная серная кислота. Два химических стакана по 100-150 мл. Стеклянная палочка. Весы.	30 г сахарной пудры пересыпать в химический стакан. Отмерить мензуркой 12 мл концентрированной серной кислоты. Смешать в стакане стеклянной палочкой сахар и кислоту в кашеобразную массу (стеклянную палочку вынуть и положить в стакан с водой). Через некоторое время смесь темнеет, разогревается и вскоре из стакана начинает выползать пористая угольная масса – эскимо	Обугливание сахара серной кислотой (концентрированной) объясняется окислительными свойствами этой кислоты. Восстановителем является углерод. Процесс экзотермический. 2Н 2 SO 4 +C 12 О 11 + Н22 —> 11С+2SO 2 +13Н 2 О+СО 2

Заполнение учащимися таблицы с занимательным опытом в тетрадь.

Рассуждения учащихся о том, почему Серная кислота вела себя так странно с водой, деревом и золотом.

Применение.

Благодаря своим свойствам (способность поглощать воду, окислительные свойства, нелетучесть) серную кислоту широко применяют в народном хозяйстве. Она относится к основным продуктам химической промышленности.

1. получение красителей;
2. получение минеральных удобрений;
3. очистка нефтепродуктов;
4. электролитическое получение меди;
5. электролит в аккумуляторах;
6. получение взрывчатых веществ;
7. получение красителей;
8. получение искусственного шёлка;
9. получение глюкозы;
10. получение солей;
11. получение кислот.

Соли серной кислоты широко используют, например

Na 2 SO 4 * 10H 2 O – кристаллогидрат сульфата натрия (глауберова соль) - применяют в производстве соды, стекла, в медицине и ветеринарии.

CaSO 4 * 2H 2 O – кристаллогидрат сульфата кальция (природный гипс) - применяют для получения полуводного гипса, необходимого в строительстве, а в медицине - для накладывания гипсовых повязок.

CuSO 4 * 5H 2 O – кристаллогидрат сульфата меди (2) (медный купорос) - используют в борьбе с вредителями и болезнями растений.

Работа учащихся с внетекстовым компонентом учебника.

Это интересно

…в заливе Кара-Богаз-Гол в воде содержится 30% глауберовой соли при температуре +5°С эта соль выпадает в виде белого осадка, как снег, а с наступлением тёплого времени соль снова растворяется. Так как в этом заливе глауберова соль то появляется, то исчезает, она была названа мирабилитом , что означает «удивительная соль».

3. Вопросы на закрепление учебного материала, записанные на доске.

1. Зимой между рамами окон иногда помещают сосуд с концентрированной серной кислотой. С какой целью это делают, почему сосуд нельзя заполнять кислотой доверху?
2. Почему серную кислоту называют «хлебом» химии?

Домашнее задание и инструктаж по его выполнению.

Где это требуется, составьте уравнения в ионном виде.

Вывод по уроку, выставление и комментирование отметок.

Использованная литература.

1. Рудзитис Г.Е.Фельдман Ф.Г., Химия: Учебное пособие для 7-11 классов вечерней (сменной) средней общеобразовательной школы в 2 ч. Ч 1-3 -е издание - М.: Просвещение, 1987.
2. Химия в школе №6, 1991.
3. Штремплер Генрих Иванович, Химия на досуге: Кн. для учащихся сред. и стар. возраста /Рис. авт. при участии В.Н. Растопчины.- Ф.: Гл. ред. КСЭ, 1990.

Физические свойства серной кислоты:
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);
плотность 1,84 г/см3; 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).

Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

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 (олеум)

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое «. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO 2 , O 2 , пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).
В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 (пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С (т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3

Химические свойства серной кислоты:

H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1) В водном растворе серная кислота диссоциирует , образуя ион водорода и кислотный остаток:
H 2 SO 4 = H + + HSO 4 — ;
HSO 4 — = H + + SO 4 2- .
Суммарное уравнение:
H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2- .

2) Взаимодействие серной кислоты с металлами :
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (разб) → Zn +2 SO 4 + H 2

3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:
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) Обменные реакции с солями:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO 4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H 2 SO 4:

1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем ; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S +4 O 2 , S 0 или H 2 S -2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления , чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe 0 → Fe 3+ , Cr 0 → Cr 3+ , Mn 0 → Mn 4+ ,Sn 0 → Sn 4+

Активный металл

8 Al + 15 H 2 SO 4(конц.) →4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
4│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление

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

Металл средней активности

2Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ — окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H 2 SO 4(конц.) → Bi 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O + 3SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ — восстановление

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

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O 2:

С + 2H 2 SO 4 (конц) → CO 2 ­ + 2SO 2 ­ + 2H 2 O

S+ 2H 2 SO 4 (конц) → 3SO 2 ­ + 2H 2 O

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

3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н 2 SO 4 = К 2 SО 4 + SO 2 + Вr 2 + 2Н 2 О
2 КI + 2Н 2 SО 4 = К 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2Н 2 О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н 2 SO 4 (конц.) = NаНSO 4 + НСl

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С 2 Н 5 ОН = С 2 Н 4 + Н 2 О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 = 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2 .

Имеет историческое название: купоросное масло. Изучение кислоты началось с древних времен, в своих трудах ее описывали: греческий врач Диоскорид, римский натуралист Плиний Старший, исламские алхимики Гебер, Рази и Ибн Сина, другие. В Шумерах существовал перечень купоросов, которые классифицировались по цвету вещества. В наше время слово «купорос» объединяет кристаллогидраты сульфатов двухвалентных металлов.

В 17 веке, германо-голландский химик Иоган Глаубер получил серную кислоту путем сжигания серы с (KNO3) в присутствии В 1736 году Джошуа Уорд (фармацевт из Лондона) этот метод использовал в производстве. Это время можно считать точкой отсчета, когда в уже крупных масштабах стала выпускаться серная кислота. Формула ее (H2SO4), как принято считать, была установлена шведским химиком Берцелиусом (1779—1848) немого позже.

Берцелиус при помощи буквенных символов (обозначают химические элементы) и нижних цифровых индексов (указывают на количество в молекуле атомов данного вида) установил, что в одной молекуле содержится 1 атом серы (S), 2 атома водорода (H) и 4 атома кислорода (O). С этого времени стал известен качественный и количественный состав молекулы, то есть на языке химии описана серная кислота.

Показывающая в графическом виде взаимное расположение в молекуле атомов и химических связей между ними (их принято обозначать линиями), информирует, что в центре молекулы находится атом серы, который связан двойными связями с двумя атомами кислорода. С другими двумя атомами кислорода, к каждому из которых прикреплен атом водорода, этот же атом серы соединен одинарными связями.

Свойства

Серная кислота — слегка желтоватая или бесцветная, вязкая жидкость, растворимая в воде при любых концентрациях. Она является сильной минеральной отличается высокой агрессивностью по отношению к металлам (концентрированная не взаимодействует с железом без нагревания, а пассивирует его), горным породам, тканям животных или другим материалам. Характеризуется высокой гигроскопичностью и ярко выраженными свойствами сильного окислителя. При температуре 10,4 оС кислота затвердевает. При нагревании до 300 оС почти 99 % кислота теряет серный ангидрид (SO3).

Свойства ее меняются в зависимости от концентрации ее водного раствора. Существуют общепринятые названия растворов кислоты. Разбавленной кислота считается до 10 %. Аккумуляторная — от 29 до 32 %. При концентрации менее 75 % (как установлено в ГОСТ 2184) ее называют башенной. Если концентрация 98 %, то это будет уже серная кислота концентрированная. Формула(химическая или структурная) во всех случаях остается неизменной.

При растворении в серной кислоте концентрированной серного ангидрида образуется олеум или дымящая серная кислота, формула ее может быть записана так: H2S2O7. Чистая кислота (H2S2O7) является твердым веществом с температурой плавления 36 оС. Реакции гидратации серной кислоты характеризуются выделением тепла в большом количестве.

Разбавленная кислота вступает в реакцию с металлами, реагируя с которыми, проявляет свойства сильного окислителя. При этом восстанавливается серная кислота, формула образованных веществ, содержащих восстановленный (до +4, 0 или -2) атом серы, может быть: SO2, S или H2S.

Реагирует с неметаллами, например, углеродом или серой:

2 H2SO4 + C → 2 SO2 + CO2 + 2 H2O

2 H2SO4 + S → 3 SO2 + 2 H2O

Вступает в реакцию с хлоридом натрия:

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl

Для нее характерна реакция электрофильного замещения атома водорода, присоединенного к бензольному кольцу ароматического соединения, на группу —SO3H.

Получение

В 1831 году был запатентован контактный метод получения H2SO4, являющийся в настоящее время основным. Сегодня большая часть серной кислоты производится с использованием этого метода. В качестве сырья применяется сульфидная руда (чаще железный колчедан FeS2), который обжигают в специальных печах, при этом образуется обжиговый газ. Так как температура газа равняется 900 оС, то его охлаждают серной кислотой с концентрацией 70 %. Затем газ в циклоне и электрофильтре очищают от пыли, в промывных башнях кислотой с концентрацией 40 и 10 % от каталитических ядов (As2O5 и фтора), на мокрых электрофильтрах от аэрозоля кислоты. Далее обжиговый газ, содержащий 9 % сернистого ангидрида (SO2), осушают и подают в контактный аппарат. Пройдя через 3 слоя ванадиевого катализатора, SO2 окисляется в SO3. Для растворения образовавшегося серного ангидрида применяется концентрированная серная кислота. Формула раствора серного ангидрида (SO3) в безводной серной кислоте представляет собой H2S2O7. В таком виде олеум в стальных цистернах транспортируется к потребителю, где его разбавляют до нужной концентрации.

Применение

Благодаря различным химическим свойствами, H2SO4 имеет широкий спектр применения. В производстве самой кислоты, как электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах, для изготовления различных чистящих средств, также является важным реагентом в химической промышленности. Она используется также в производстве: спиртов, пластмасс, красителей, резины, эфира, клеев, мыла и моющих средств, фармацевтической продукции, целлюлозы и бумаги, нефтепродуктов.

Новая тема: Серная кислота – H 2 SO 4

1. Электронная и структурная формулы серой кислоты

*S - сера находится в возбуждённом состоянии 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2

Электронная формула молекулы серной кислоты:

Структурная формула молекулы серной кислоты:

1 H - -2 O -2 O

1 H - -2 O -2 O

2.Получение:

Химические процессы производства серной кислоты можно представить в виде следующей схемы:

S +O 2 +O 2 +H 2 O

FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4

Получают серную кислоту в три стадии:

1стадия. В качестве сырья применяют серу, железный колчедан или сероводород.

4 FeS 2 + 11 O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2 стадия . Окисление SO 2 до SO 3 кислородом при помощи катализатора V 2 O 5

2SO 2 +O 2 =2SO 3 +Q

3стадия . Для превращения SO 3 в серную кислот применяют не воду т.к. происходит сильное разогревание, а концентрированный раствор серной кислоты.

SO 3 +H 2 O H 2 SO 4

В результате получают олеум – раствор SO 3 в серной кислоте.

Схема цепи аппаратов (см.учебник стр.105)

3.Физические свойства.

а) жидкость б) бесцветная в)тяжелая (купоросное масло) г)нелетучая

г) при растворении в воде происходит сильное разогревание (поэтому серную кислоту непременно нужно наливать в воду ,а не наоборот!)

4. Химические свойства Серной кислоты.

Разбавленная H 2 SO 4	Концентрированная H 2 SO 4
Обладает всеми свойствами кислот	Обладает специфическими свойствами
1.Изменяет окраску индикатора: H 2 SO 4 H + +HSO 4 - HSO 4 - H + +SO 4 2- 2.Реагирует с металлами, стоящими до водорода: Zn+ H 2 SO 4 ZnSO 4 +H 2 3.Реагирует с основными и амфотерными оксидами: MgO+ H 2 SO 4 MgSO 4 +H 2 O 4.Взаимодействует с основаниям (реакция нейтрализации) 2NaOH+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2H 2 O при избытке кислоты образуются кислые соли NaOH+H 2 SO 4 NaHSO 4 +H 2 O 5.Реагирует с сухими солями, вытесняя из них другие кислоты (это самая сильная и нелетучая кислота): 2NaCl+H 2 SO 4 Na 2 SO 4 +2HCl 6.Реагирует с растворами солей, если при этом образуется нерастворимая соль: BaCl 2 +H 2 SO 4 BaSO 4 +2HCl - белый осадок качественная реакция на ион SO 4 2- 7.При нагревании разлагается: H 2 SO 4 H 2 O+SO 3	1.Концентрированная H 2 SO 4 - сильнейший окислитель, при нагревании она реагирует со всеми металлами (кроме Au и Pt). В этих реакциях в зависимости от активности металла и условий выделяется S,SO 2 или H 2 S Например: Cu+ конц 2H 2 SO 4 CuSO 4 +SO 2 +H 2 O 2.конц. H 2 SO 4 пассивирует железо и алюминий, поэтому её можно перевозить в стальных и алюминиевых цистернах. 3. конц. H 2 SO 4 хорошо поглощает воду H 2 SO 4 +H 2 O H 2 SO 4 *2H 2 O Поэтому она обугливает органические вещества

5.Применение : Серная кислота -один из важнейших продуктов, используемых в различных отраслях промышленности. Основными её потребителями являются производство минеральных удобрений, металлургия, чистка нефтепродуктов. Серная кислота применяется при производстве других кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарств, красок, в качестве электролитов для свинцовых аккумуляторов. (Учебник стр.103).

6.Соли серной кислоты

Серная кислота диссоциирует ступенчато

H 2 SO 4 H + +HSO 4 -

HSO 4 - H + +SO 4 2-

поэтому она образует два вида солее – сульфаты и гидросульфаты

Например: Na 2 SO 4 - сульфат натрия (средняя соль)

Na HSO 4 - гидросульфат натрия (кислая соль)

Наибольшее применение находят:

Na 2 SO 4 * 10H 2 O –глауберова соль (применяется при производстве соды, стекла, в медицине и

ветеринарии.

СaSO 4 *2H 2 O –гипс

СuSO 4 *5H 2 O –медный купорос(применяется в сельском хозяйстве).

Лабораторный опыт

Химические свойства серной кислоты.

Оборудование : Пробирки.

Реактивы: серная кислота, метиловый – оранжевый, цинк, оксид магния, гидроксид натрия и фенолфталеин, карбонат натрия, хлорид бария.

б) Заполни таблицу наблюдений