H2so4 elektrooniline ja struktuurvalem. Väävelhape - keemilised omadused ja tööstuslik tootmine. Koostoime veega

Uus teema: Väävelhape -H 2 NII 4

1. Väävelhappe elektroonilised ja struktuurvalemid

*S - väävel on ergastatud olekus 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 3 3d 2

Väävelhappe molekuli elektrooniline valem:

Väävelhappe molekuli struktuurivalem:

1H--2O-2O

1H--2O-2O

2. Kviitung:

Väävelhappe tootmise keemilisi protsesse saab kujutada järgmise skeemina:

S + O 2 + O 2 + H 2 O

FeS 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4

Väävelhapet toodetakse kolmes etapis:

1 etapp. Toorainena kasutatakse väävlit, raudpüriiti või vesiniksulfiidi.

4 FeS 2 + 11 O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2 etapp. SO 2 oksüdeerimine SO 3-ks hapnikuga, kasutades katalüsaatorit V 2 O 5

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3 + Q

3. etapp. SO 3 väävelhappeks muundamiseks vett ei kasutata. seal on tugev kuumutamine ja kontsentreeritud väävelhappe lahus.

SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

Tulemuseks on oleum – lahusNII 3 väävelhappes.

Seadme skeem(vt õpik lk.105)

3.Füüsikalised omadused.

a) vedel b) värvitu c) raske (vitriool) d) mittelenduv

d) vees lahustamisel tekib tugev kuumenemine ( seega tuleb väävelhapet sisse valadavesi,Amitte vastupidi!)

4. Väävelhappe keemilised omadused.

LahjendatudH 2 NII 4	keskendunudH 2 NII 4
Omab kõiki hapete omadusi	Omab spetsiifilisi omadusi
1.Muudab indikaatori värvi: H 2 SO 4 H + + HSO 4 - HSO 4 - H + + SO 4 2- 2.Reageerib metallidega, mis seisavad vastu vesinikule: Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 3. Reageerib aluseliste ja amfoteersete oksiididega: MgO + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 O 4. Interakteerub alustega (neutraliseerimisreaktsioon) 2NaOH + H2SO4Na2SO4 + 2H2O liigne hape moodustab happelisi sooli NaOH + H 2 SO 4 NaHSO 4 + H 2 O 5. Reageerib kuivade sooladega, tõrjudes neist välja muud happed (see on tugevaim ja mittelenduv hape): 2NaCl+H2SO4Na2S04+2HCl 6. Reageerib soolalahustega, kui tekib lahustumatu sool: BaCl 2 +H 2 NII 4 BaSO 4 +2HCl- valgesete kvalitatiivne reaktsioon ioonileNII 4 2- 7. Kuumutamisel laguneb: H 2 SO 4 H 2 O + SO 3	1. Kontsentreeritud H 2 SO 4 on tugevaim oksüdeerija, kuumutamisel reageerib see kõigi metallidega (va Au ja Pt). Nendes reaktsioonides eraldub sõltuvalt metalli aktiivsusest ja tingimustest S, SO 2 või H 2 S Näiteks: Cu+ konts 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O 2.konts. H2SO4 passiveerib rauda ja alumiiniumi, seetõttu saab seda transportida terasest ja alumiiniumist mahutid. 3. konts. H 2 SO 4 imab hästi vett H 2 SO 4 + H 2 O H 2 SO 4 * 2 H 2 O Seetõttu söestab see orgaanilist ainet

5. Rakendus: Väävelhape on üks olulisemaid tooteid, mida kasutatakse erinevates tööstusharudes. Selle peamised tarbijad on toodang mineraalväetised, metallurgia, naftatoodete puhastus. Väävelhapet kasutatakse muude hapete, pesuainete, lõhkeainete, ravimite, värvide ja pliiakude elektrolüütide valmistamisel. (Õpik lk.103).

6. Väävelhappe soolad

Väävelhape dissotsieerub astmeliselt

H 2 SO 4 H + + HSO 4 -

HSO 4 - H + + SO 4 2-

seetõttu moodustab see kahte tüüpi sooli - sulfaate ja hüdrosulfaate

Näiteks: Na 2 SO 4 - naatriumsulfaat (keskmine sool)

Na HSO 4 - naatriumvesiniksulfaat (happesool)

Kõige laialdasemalt kasutatavad on:

Na 2 SO 4 * 10H 2 O - Glauberi sool (kasutatakse sooda, klaasi tootmisel, meditsiinis ja

veterinaarmeditsiin.

CaSO 4 * 2H 2 O - kips

CuSO 4 * 5H 2 O - vasksulfaat (kasutatakse põllumajanduses).

Laboratoorsed kogemused

Väävelhappe keemilised omadused.

Varustus: Katseklaasid.

Reaktiivid: väävelhape, metüüloranž, tsink, magneesiumoksiid, naatriumhüdroksiid ja fenoolftaleiin, naatriumkarbonaat, baariumkloriid.

b) Täida tähelepanekute tabel

Väävelhappe füüsikalised omadused:
Raske õline vedelik ("vitriool");
tihedus 1,84 g/cm3; mittelenduv, vees hästi lahustuv - tugeva kuumutamisega; t°pl. = 10,3 °C, bp \u003d 296 ° C, väga hügroskoopne, vett eemaldavate omadustega (paberi, puidu, suhkru söestumine).

Niisutussoojus on nii suur, et segu võib keema minna, pritsida ja põhjustada põletusi. Seetõttu tuleb veele lisada hapet, mitte vastupidi, kuna happele vee lisamisel jääb happe pinnale kergem vesi, kuhu koondub kogu eralduv soojus.

Väävelhappe tööstuslik tootmine (kontaktmeetod):

1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2) 2SO 2 + O 2 V 2 O 5 → 2SO 3

3) nSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3 (oleum)

Purustatud puhastatud märg püriit (väävelpüriit) valatakse ülalt ahju põletamiseks. keevkiht". Altpoolt (vastuvoolu põhimõte) juhitakse läbi hapnikuga rikastatud õhku.
Ahjust väljub ahjugaas, mille koostis on: SO 2, O 2, veeaur (püriit oli märg) ja tuha väikseimad osakesed (raudoksiid). Gaas puhastatakse tahkete osakeste lisanditest (tsüklonis ja elektrostaatilises filtris) ja veeaurust (kuivatustornis).
Kontaktaparaadis oksüdeeritakse vääveldioksiid reaktsioonikiiruse suurendamiseks V 2 O 5 katalüsaatori (vanaadiumpentoksiidi) abil. Ühe oksiidi oksüdeerumisprotsess teiseks on pöörduv. Seetõttu nad valivad optimaalsed tingimused otsese reaktsiooni käik kõrge vererõhk(kuna otsereaktsioon kulgeb kogumahu vähenemisega) ja temperatuur ei ole kõrgem kui 500 C (kuna reaktsioon on eksotermiline).

Absorptsioonitornis neelab vääveloksiid (VI) kontsentreeritud väävelhappega.
Veeimamist ei kasutata, kuna vääveloksiid lahustub vees suure soojushulga vabanemisega, mistõttu tekkiv väävelhape keeb ja muutub auruks. Väävelhappeudu tekkimise vältimiseks kasutage 98% kontsentreeritud väävelhapet. Vääveloksiid lahustub sellises happes väga hästi, moodustades oleumi: H 2 SO 4 nSO 3

Väävelhappe keemilised omadused:

H 2 SO 4 on tugev kahealuseline hape, üks tugevamaid mineraalhappeid, kuna suure polaarsuse tõttu puruneb H-O side kergesti.

1) Väävelhape dissotsieerub vesilahuses , moodustades vesinikuiooni ja happejäägi:
H2SO4 \u003d H+ + HSO 4-;
HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.
Kokkuvõttev võrrand:
H 2SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

2) Väävelhappe vastastikmõju metallidega:
Lahjendatud väävelhape lahustab metalle ainult vesinikust vasakul asuvas pingereas:
Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (razb) → Zn + 2 SO 4 + H 2

3) Väävelhappe koostoimealuseliste oksiididega:
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

4) Väävelhappe koostoime kooshüdroksiidid:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O

5) Vahetusreaktsioonid sooladega:
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Väävelhappe ja lahustuvate sulfaatide tuvastamiseks kasutatakse valge BaSO 4 sademe moodustumist (hapetes lahustumatu) (sulfaadioonide kvalitatiivne reaktsioon).

Kontsentreeritud H 2 SO 4 eriomadused:

1) keskendunud väävelhape on tugev oksüdeerija ; kokkupuutel metallidega (va Au, Pt) taastuvad S +4 O 2, S 0 või H 2 S -2 sõltuvalt metalli aktiivsusest. Ilma kuumutamiseta ei reageeri Fe, Al, Cr - passiveerimine. Muutuva valentsiga metallidega suhtlemisel viimased oksüdeeruvad kõrgematele oksüdatsiooniastmetele kui lahjendatud happelahuse puhul: Fe0→ Fe 3+, Cr 0→ Cr 3+, Mn 0→Mn4+,sn 0→ sn 4+

aktiivne metall

8 Al + 15 H2SO4 (konts.) → 4Al 2 (SO 4) 3 + 12H 2 O + 3 H2S
4│2Al 0–6 e- → 2Al 3+ - oksüdatsioon
3│ S 6+ + 8e → S 2– taastumine

4Mg + 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Keskmise aktiivsusega metall

2Cr + 4 H 2 SO 4 (konts.) → Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 - 6e → 2Cr 3+ - oksüdatsioon
1│ S 6+ + 6e → S 0 - taastumine

Metall mitteaktiivne

2Bi + 6H2SO4 (konts.) → Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 - 6e → 2Bi 3+ - oksüdatsioon
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - taastumine

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

2) Kontsentreeritud väävelhape oksüdeerib mõned mittemetallid reeglina maksimaalse oksüdatsiooniastmeni, see ise redutseeritakseS+4O2:

C + 2H 2SO 4 (konts.) → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

S+ 2H2SO4 (konts.) → 3SO2 + 2H2O

2P+ 5H2SO4 (konts.) → 5SO2 + 2H3PO4 + 2H2O

3) Keeruliste ainete oksüdatsioon:
Väävelhape oksüdeerib HI ja HBr vabadeks halogeenideks:
2 KBr + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + Br 2 + 2 H 2 O
2 KI + 2H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + SO 2 + I 2 + 2 H 2 O
Kontsentreeritud väävelhape ei saa oksüdeerida kloriidioone vabaks klooriks, mis võimaldab vahetusreaktsioonil saada HCl-i:
NaCl + H2SO4 (konts.) = NaHS04 + Hcl

Väävelhape eemaldab hüdroksüülrühmi sisaldavatest orgaanilistest ühenditest keemiliselt seotud vee. Etüülalkoholi dehüdratsioon kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul põhjustab etüleeni tootmist:
C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.

Suhkru, tselluloosi, tärklise ja muude süsivesikute söestumine kokkupuutel väävelhappega on seletatav ka nende dehüdratsiooniga:
C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.

Lahjendamata väävelhape on kovalentne ühend.

Molekulis on väävelhape tetraeedriliselt ümbritsetud nelja hapnikuaatomiga, millest kaks on osa hüdroksüülrühmadest. S-O-sidemed on kaksiksidemed ja S-OH-sidemed on üksiksidemed.

Värvitutel jääsarnastel kristallidel on kihiline struktuur: iga H 2 SO 4 molekul on ühendatud nelja külgneva tugeva vesiniksidemega, moodustades ühtse ruumilise raamistiku.

Vedela väävelhappe struktuur on sarnane tahke happe struktuuriga, ainult ruumilise raami terviklikkus on katki.

Väävelhappe füüsikalised omadused

Tavatingimustes on väävelhape raske õline vedelik, värvitu ja lõhnatu. Inseneriteaduses nimetatakse väävelhapet selle segudeks nii vee kui ka väävelhappe anhüdriidiga. Kui SO 3:H 2 O molaarsuhe on väiksem kui 1, siis on tegemist väävelhappe vesilahusega, kui suurem kui 1, siis SO 3 lahusega väävelhappes.

100% H2S04 kristalliseerub 10,45 °C juures; T bp = 296,2 °C; tihedus 1,98 g/cm3. H 2 SO 4 seguneb H 2 O ja SO 3-ga mis tahes vahekorras, moodustades hüdraate, hüdratatsioonisoojus on nii suur, et segu võib keema minna, pritsida ja põhjustada põletusi. Seetõttu tuleb veele lisada hapet, mitte vastupidi, kuna happele vee lisamisel jääb happe pinnale kergem vesi, kuhu koondub kogu eralduv soojus.

Kuni 70% H 2 SO 4 sisaldavate väävelhappe vesilahuste kuumutamisel ja keetmisel eraldub aurufaasi ainult veeaur. Väävelhappeaurud ilmuvad ka kontsentreeritumate lahuste kohale.

Struktuuriomaduste ja kõrvalekallete poolest sarnaneb vedel väävelhape veega. Siin on sama vesiniksidemete süsteem, peaaegu sama ruumiline raamistik.

Väävelhappe keemilised omadused

Väävelhape on üks tugevamaid mineraalhappeid, tänu kõrgele polaarsusele puruneb H-O side kergesti.

Väävelhape dissotsieerub vesilahuses , moodustades vesinikuiooni ja happejäägi:

H2SO4 \u003d H+ + HSO 4-;

HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.

Kokkuvõttev võrrand:

H 2SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

Näitab hapete omadusi , reageerib metallide, metallioksiidide, aluste ja sooladega.

Lahjendatud väävelhappel ei ole oksüdeerivaid omadusi, selle kokkupuutel metallidega eraldub vesinik ja sool, mis sisaldab metalli kõige madalamas oksüdatsiooniastmes. Külmas on hape inertne selliste metallide nagu raud, alumiinium ja isegi baarium suhtes.

Kontsentreeritud happel on oksüdeerivad omadused. Võimalikud interaktsioonitooted lihtsad ained kontsentreeritud väävelhappega on toodud tabelis. Näidatakse redutseerimisprodukti sõltuvust happe kontsentratsioonist ja metalli aktiivsuse astmest: mida aktiivsem metall, seda sügavamalt taandab see väävelhappe sulfaadiooni.

Koostoime oksiididega:

CaO + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 \u003d H 2 O.

Koostoime alustega:

2NaOH + H2SO4 \u003d Na2SO4 + 2H2O.

Koostoime sooladega:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

Oksüdeerivad omadused

Väävelhape oksüdeerib HI ja HBr vabadeks halogeenideks:

H 2 SO 4 + 2 HI \u003d I 2 + 2 H 2 O + SO 2.

Väävelhape eemaldab hüdroksüülrühmi sisaldavatest orgaanilistest ühenditest keemiliselt seotud vee. Etüülalkoholi dehüdratsioon kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul põhjustab etüleeni tootmist:

C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.

Suhkru, tselluloosi, tärklise ja muude süsivesikute söestumine kokkupuutel väävelhappega on seletatav ka nende dehüdratsiooniga:

C6H12O6 + 12H2SO4 \u003d 18H2O + 12SO2 + 6CO2.

Sihtmärk: Tutvuda väävelhappe ehituse, füüsikaliste ja keemiliste omadustega, kasutamisega.

Õppeülesanded: Arvesta füüsilise ja Keemilised omadused(ühine teiste hapetega ja spetsiifiline) väävelhape, saamine, näitab väävelhappe ja selle soolade suurt tähtsust rahvamajanduses.

Õppeülesanded: Jätkata õpilastes dialektilis-materialistliku loodusmõistmise kujundamist.

Arendusülesanded:Üldhariduslike oskuste ja vilumuste arendamine, töö õpiku ja lisakirjandusega, töölaual töötamise reeglid, süstematiseerimis- ja üldistusoskus, põhjus-tagajärg seoste loomine, oma mõtete lõplik ja asjatundlik väljendamine, järelduste tegemine, diagrammide koostamine. , eskiis.

Tundide ajal

1. Mineviku kordamine.

Frontaalne klassi uuring. Võrrelge kristallilise ja plastilise väävli omadusi. Selgitage allotroopia olemust.

2. Uue materjali õppimine.

Pärast loo hoolikat kuulamist selgitame tunni lõpus, miks väävelhape vee, puidu ja kuldsõrmusega veidralt käitus.

Kõlab nagu helisalvestis.

Väävelhappe seiklused.

Ühes keemiakuningriigis elas nõid, tema nimi oli väävelhape. See ei näinud nii hull välja, oli värvitu vedelik, viskoosne nagu õli, lõhnatu. Väävelhape Tahtsin kuulsaks saada ja läksin reisile.

Ta oli juba 5 tundi kõndinud ja kuna päev oli liiga palav, oli tal suur janu. Ja äkki nägi ta kaevu. "Vesi!" hüüdis hape ja kaevu juurde jookstes puudutas ta vett. Vesi susises kohutavalt. Hirmunud nõid tormas nutuga minema. Seda noor hape muidugi segades ei teadnud väävelhape vesi eraldab suurel hulgal soojust.

"Kui vesi puutub kokku väävelhape, siis võib vesi, millel pole aega happega seguneda, keema ja pritsmed välja paiskuda väävelhape. See sissekanne ilmus noore reisija päevikusse ja seejärel õpikutesse.

Kuna hape nende janu ei kustutanud, otsustas laialivalguv puu pikali heita ja varjus puhata. Kuid ka tal ei õnnestunud. Niipea kui Väävelhape puud puudutades hakkas see söestuma. Teadmata selle põhjust, jooksis ehmunud hape minema.

Varsti tuli ta linna ja otsustas minna esimesse poodi, mis talle ette sattus. Need osutusid ehteks. Vaateakendele lähenedes nägi hape palju ilusaid rõngaid. Väävelhape Otsustasin proovida ühte sõrmust. Küsides müüjalt kuldsõrmust, pani reisija selle oma pikale ilusale sõrmele. Sõrmus meeldis nõiale väga ja ta otsustas selle osta. Sellega sai ta oma sõpradele kiidelda!

Linnast lahkudes läks hape koju. Teel ei jätnud teda mõte, miks vesi ja puit temaga katsudes nii imelikult käitusid, aga selle kuldse asjaga ei juhtunud midagi? "Jah, sest kuld on sees väävelhape ei oksüdeeru. Need olid viimased sõnad, mille acid tema päevikusse kirjutas.

Õpetaja selgitus.

Väävelhappe elektroonilised ja struktuurvalemid.

Kuna väävel on perioodilise süsteemi 3. perioodis, ei järgita okteti reeglit (kaheksa elektronstruktuuri) ja väävliaatom võib omandada kuni kaksteist elektroni. Väävelhappe elektroonilised ja struktuurvalemid on järgmised:

(Kuus väävli elektroni on tähistatud tärniga)

Kviitung.

Väävelhape tekib vääveloksiidi (5) interaktsioonil veega (SO 3 + H 2 O -> H 2 SO 4).

füüsikalised omadused.

Väävelhape on värvitu, raske, mittelenduv vedelik. Vees lahustamisel tekib väga tugev kuumenemine. mäleta seda ärge valage vett kontsentreeritud väävelhappesse!

Kontsentreeritud väävelhape neelab õhust veeauru. Seda on näha, kui avatud anum kontsentreeritud väävelhappega on skaalal tasakaalus: mõne aja pärast vajub nõuga tass ära.

Keemilised omadused.

Lahjendatud väävelhappel on kõikidele hapetele ühised omadused. Lisaks on väävelhappel spetsiifilised omadused.

Väävelhappe keemilised omadused - Rakendus .

Õpetaja demonstreerib meelelahutuslikku kogemust.

Lühike ohutusjuhend.

Eskimo (süsi suhkrust)

Varustus	Kogemuste plaan	Järeldus
Tuhksuhkur. kontsentreeritud väävelhape. Kaks keemilist klaasi 100-150 ml. Klaasist varras. Kaalud.	Valage keeduklaasi 30 g tuhksuhkrut. Mõõtke keeduklaasiga välja 12 ml kontsentreeritud väävelhapet. Sega suhkur ja hape klaasis klaaspulgaga pudruseks massiks (eemalda klaaspulk ja pane klaasi vette). Mõne aja pärast segu tumeneb, soojeneb ja varsti hakkab klaasist välja roomama poorne kivisöe mass - paprika	Suhkru karboniseerimine väävelhappega (kontsentreeritud) on seletatav selle happe oksüdeerivate omadustega. Redutseerija on süsinik. Protsess on eksotermiline. 2H 2SO 4 + C 12 O 11 + H22 -> 11 C + 2SO 2 + 13 H 2 O + CO 2

Õpilased täidavad vihikusse meelelahutusliku kogemusega tabeli.

Õpilaste mõttekäik, miks väävelhape vee, puidu ja kullaga nii imelikult käitus.

Rakendus.

Tänu oma omadustele (võime vett imada, oksüdeerivad omadused, mittelenduvus) kasutatakse väävelhapet rahvamajanduses laialdaselt. See kuulub keemiatööstuse peamiste toodete hulka.

1. värvainete vastuvõtmine;
2. mineraalväetiste saamine;
3. naftatoodete puhastamine;
4. vase elektrolüütiline tootmine;
5. elektrolüüt akudes;
6. lõhkeainete vastuvõtmine;
7. värvainete vastuvõtmine;
8. kunstsiidi saamine;
9. glükoosi saamine;
10. soolade saamine;
11. hapete saamine.

Laialdaselt kasutatakse näiteks väävelhappe sooli

Na2SO4*10H2O- naatriumsulfaadi kristalne hüdraat (Glauberi sool)- kasutatakse sooda, klaasi tootmisel, meditsiinis ja veterinaarmeditsiinis.

CaSO4*2H2O- hüdraatunud kaltsiumsulfaat (looduslik kips)- kasutatakse ehituses vajaliku poolvesikipsi saamiseks ja meditsiinis - kipssidemete paigaldamiseks.

CuSO4*5H2O– hüdraatunud vasksulfaat (2) (vasksulfaat)- kasutatakse kahjurite ja taimehaiguste vastu võitlemisel.

Õpilaste tööd õpiku tekstivälise komponendiga.

See on huvitav

…Kara-Bogaz-Goli lahes sisaldab vesi temperatuuril +5 °C 30% Glauberi soola, see sool sadestub valge sadena nagu lumi ja sooja ilmaga sool lahustub. uuesti. Kuna Glauberi sool selles lahes ilmub ja kaob, sai see nime imelik, mis tähendab "imelist soola".

3. Küsimused õppematerjali kinnistamiseks, kirjutatud tahvlile.

1. Talvel asetatakse mõnikord aknaraamide vahele anum kontsentreeritud väävelhappega. Mis on selle tegemise eesmärk, miks ei saa anumat happega lõpuni täita?
2. Miks nimetatakse väävelhapet keemia "leivaks"?

Kodutöö ja juhised selle teostamiseks.

Vajadusel kirjutage võrrandid ioonsel kujul.

Tunni kokkuvõte, hinnete panemine ja kommenteerimine.

Viited.

1. Rudzitis G.E. Feldman F.G., Keemia: õpik õhtuse (vahetus)keskkooli 7.-11. klassile 2 tunniga. Osa 1-3 väljaanne - M .: Haridus, 1987.
2. Keemia koolis nr 6 1991. a.
3. Strempler Genrikh Ivanovitš, Keemia vabal ajal: raamat. õpilastele kolmapäeviti. ja vana. vanus /Joon. toim. osavõtul V.N. Rastopchiny.- F .: Ch. toim. KSE, 1990.

Struktuurivalem

Tõene, empiiriline või brutovalem: H2SO4

Väävelhappe keemiline koostis

Molekulmass: 98,076

Väävelhape H 2 SO 4 on tugev kahealuseline hape, mis vastab väävli kõrgeimale oksüdatsiooniastmele (+6). Normaaltingimustes on kontsentreeritud väävelhape raske õline vedelik, värvitu ja lõhnatu, hapu "vase" maitsega. Tehnoloogias nimetatakse väävelhapet selle segudeks nii vee kui ka väävelhappe anhüdriidiga SO 3. Kui SO 3: H 2 O molaarsuhe on väiksem kui 1, siis on see väävelhappe vesilahus, kui rohkem kui 1 - SO 3 lahus väävelhappes (oleumis).

Nimi

XVIII-XIX sajandil toodeti püssirohu väävlit vitriolitehastes väävelpüriitidest (püriidist). Väävelhapet kutsuti tollal "vitriooliõliks" (reeglina oli see kristalne hüdraat, mis meenutas konsistentsilt õli), selle soolade (õigemini kristallhüdraatide) nimetus - vitriool on ilmselt pärit siit.

Väävelhappe saamine

Tööstuslik (kontakt)meetod

Tööstuses toodetakse väävelhapet vääveldioksiidi (väävli või väävelpüriidi põlemisel tekkiv väävelgaas) oksüdeerimisel trioksiidiks (väävelanhüdriidiks), millele järgneb SO 3 interaktsioon veega. Selle meetodiga saadud väävelhapet nimetatakse ka kontaktiks (kontsentratsioon 92-94%).

Lämmastik (torn) meetod

Varem saadi väävelhapet eranditult lämmastikmeetodil spetsiaalsetes tornides ja hapet nimetati tornihappeks (75% kontsentratsioon). Selle meetodi põhiolemus on vääveldioksiidi oksüdeerimine lämmastikdioksiidiga vee juuresolekul.

Teine tee

Nendel harvadel juhtudel, kui vesiniksulfiid (H 2 S) tõrjub soolast välja sulfaadi (SO 4 -) (metallidega Cu, Ag, Pb, Hg), on väävelhape kõrvalsaadus. Nende metallide sulfiididel on suurim tugevus ja iseloomulik must värv.

Füüsikalised ja füüsikalis-keemilised omadused

Väga tugev hape, temperatuuril 18 o C pKa (1) \u003d -2,8, pK a (2) \u003d 1,92 (K z 1,2 10 -2); sideme pikkused molekulis S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, nurk HOSOH 104°, OSO 119°; keeb, moodustades aseotroopse segu (98,3% H 2 SO 4 ja 1,7% H 2 O keemistemperatuuriga 338,8 ° C). Väävelhape, mis vastab 100% H 2 SO 4 sisaldusele, on koostisega (%): H 2 SO 4 99,5, HSO 4 - - 0,18, H 3 SO 4 + - 0,14, H 3 O + - 0,09, H 2 S 2 O 7, - 0,04, HS 2 O 7 - - 0,05. Seguneb kõigis vahekordades vee ja SO 3 -ga. Vesilahustes dissotsieerub väävelhape peaaegu täielikult H 3 O + , HSO 3 + ja 2HSO 4 - . Moodustab hüdraate H 2 SO 4 nH 2 O, kus n = 1, 2, 3, 4 ja 6,5.

Oleum

Väävelhappe anhüdriidi SO 3 lahuseid väävelhappes nimetatakse oleumiks, need moodustavad kaks ühendit H 2 SO 4 SO 3 ja H 2 SO 4 2SO 3. Oleum sisaldab ka püroväävelhappeid. Väävelhappe vesilahuste keemistemperatuur tõuseb selle kontsentratsiooni suurenedes ja saavutab maksimumi 98,3% H 2 SO 4 sisaldusega. Ooleumi keemistemperatuur langeb SO 3 sisalduse suurenemisega. Väävelhappe vesilahuste kontsentratsiooni suurenemisega väheneb kogu aururõhk lahuste kohal ja H 2 SO 4 sisaldusega 98,3% jõuab miinimumini. SO 3 kontsentratsiooni suurenemisega oleumis suureneb selle kohal olev auru üldrõhk. Väävelhappe ja oleumi vesilahuste aururõhu saab arvutada võrrandiga:

log p=A-B/T+2,126

koefitsientide A ja B väärtused sõltuvad väävelhappe kontsentratsioonist. Väävelhappe vesilahuste kohal olev aur koosneb veeauru, H 2 SO 4 ja SO 3 segust, samal ajal kui auru koostis erineb vedeliku koostisest kõigis väävelhappe kontsentratsioonides, välja arvatud vastav aseotroopne segu. Temperatuuri tõustes dissotsiatsioon suureneb. Oleumil H 2 SO 4 · SO 3 on maksimaalne viskoossus, temperatuuri tõustes η väheneb. Väävelhappe elektritakistus on minimaalne SO 3 ja 92% H 2 SO 4 kontsentratsiooni korral ning maksimaalne kontsentratsioonil 84 ja 99,8% H 2 SO 4 . Oleumi puhul on minimaalne ρ kontsentratsioonil 10% SO 3 . Temperatuuri tõustes väävelhappe ρ suureneb. 100% väävelhappe dielektriline konstant 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); krüoskoopiline konstant 6,12, ebulioskoopiline konstant 5,33; väävelhappe aurude difusioonikoefitsient õhus muutub sõltuvalt temperatuurist; D = 1,67 10-⁵T3/2 cm²/s.

Keemilised omadused

Väävelhape kontsentreeritud kujul on kuumutamisel üsna tugev oksüdeerija. Oksüdeerib HI ja osaliselt HBr vabadeks halogeenideks. Oksüdeerib paljusid metalle (erandid: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). Sel juhul taandatakse kontsentreeritud väävelhape SO 2 -ks. Külmas kontsentreeritud väävelhappes passiveeritakse Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba ja reaktsioonid ei toimu. Tugevamate redutseerivate ainetega redutseeritakse kontsentreeritud väävelhape S-ks ja H2S-ks. Kontsentreeritud väävelhape neelab veeauru, mistõttu kasutatakse seda gaaside, vedelike ja vedelike kuivatamiseks. tahked ained näiteks eksikaatorites. Kontsentreeritud H 2 SO 4 aga taandub osaliselt vesiniku toimel, mistõttu ei saa seda kasutada kuivatamiseks. Lõhestades vett orgaanilistest ühenditest ja jättes samal ajal musta süsinikku (kivisüsi), viib kontsentreeritud väävelhape puidu, suhkru ja muude ainete karboniseerumiseni. Lahjendatud H 2 SO 4 interakteerub selle vabanemisega kõigi metallidega, mis on elektrokeemilises pingereas vesinikust vasakul. Lahjendatud H 2 SO 4 oksüdeerivad omadused ei ole iseloomulikud. Väävelhape moodustab kaks soolade seeriat: keskmised - sulfaadid ja happelised - hüdrosulfaadid, samuti estrid. Tuntud on peroksomonoväävelhape (või Caro hape) H 2 SO 5 ja peroksodiväävelhape H 2 S 2 O 8. Väävelhape reageerib ka aluseliste oksiididega, moodustades sulfaadi ja vee. Metallitöötlemistehastes kasutatakse väävelhappe lahust metalloksiidikihi eemaldamiseks metalltoodete pinnalt, mis on tootmisprotsessi käigus tugevasti kuumutatud. Niisiis eemaldatakse raudoksiid lehtraua pinnalt kuumutatud väävelhappe lahuse toimel. Kvalitatiivne reaktsioon väävelhappele ja selle lahustuvatele sooladele on nende interaktsioon lahustuvate baariumisooladega, mille tulemusena moodustub baariumsulfaadi valge sade, mis ei lahustu näiteks vees ja hapetes.

Rakendus

Väävelhapet kasutatakse:

• maakide töötlemisel, eriti haruldaste elementide, sealhulgas uraani, iriidiumi, tsirkooniumi, osmiumi jne ekstraheerimisel;
• mineraalväetiste tootmisel;
• elektrolüüdina pliiakudes;
• erinevate mineraalhapete ja soolade saamiseks;
• keemiliste kiudude, värvainete, suitsu moodustavate ja plahvatusohtlike ainete tootmisel;
• õli-, metalli-, tekstiili-, naha- ja muudes tööstusharudes;
• V Toidutööstus- registreeritud kui toidu lisaaine E513 (emulgaator);
• tööstuslikus orgaanilises sünteesis reaktsioonides:
• dehüdratsioon (dietüüleetri, estrite saamine);
• hüdratsioon (etüleenist etanool);
• sulfoneerimine (sünteetiline pesuvahendid ja vahesaadused värvainete tootmisel);
• alküülimine (isooktaani, polüetüleenglükooli, kaprolaktaami saamine) jne.
• Vaikude taaskasutamiseks filtrites destilleeritud vee tootmisel.

Väävelhappe tootmine maailmas ca. 160 miljonit tonni aastas. Suurim väävelhappe tarbija on mineraalväetiste tootmine. P 2 O 5 fosfaatväetiste puhul kulub massi järgi 2,2-3,4 korda rohkem väävelhapet ja (NH 4) 2 SO 4 väävelhappe puhul 75% tarbitava (NH 4) 2 SO 4 massist. Seetõttu kiputakse väävelhappetehaseid ehitama koos mineraalväetiste tootmise tehastega.

Ajalooline teave

Väävelhape on tuntud juba iidsetest aegadest ja seda leidub looduslikult aastal vaba vorm näiteks järvede kujul vulkaanide läheduses. Võib-olla on esimene mainimine maarja või raudsulfaadi "rohelise kivi" kaltsineerimisel saadud happeliste gaaside kohta araabia alkeemikule Jabir ibn Hayyanile omistatud kirjutistes. 9. sajandil kaltsineeris Pärsia alkeemik Ar-Razi raua ja sinine vitriool(FeSO 4 7H 2 O ja CuSO 4 5H 2 O), sai ka väävelhappe lahust. Selle meetodi täiustas Euroopa alkeemik Albert Magnus, kes elas 13. sajandil. Raud(II)sulfaadist väävelhappe tootmise skeem - raud(II)sulfaadi termiline lagundamine, millele järgneb segu jahutamine. Alkeemik Valentine’i (XIII sajand) töödes kirjeldatakse väävelhappe tootmise meetodit väävli- ja soolapulbrite segu veega põletamisel vabaneva gaasi (väävelanhüdriidi) absorbeerimise teel. Järgnevalt pani see meetod aluse nn. "kamber" meetod, mis viiakse läbi väikestes kambrites, mis on vooderdatud pliiga, mis ei lahustu väävelhappes. NSV Liidus kehtis selline meetod aastani 1955. 15. sajandi alkeemikud teadsid ka meetodit väävelhappe saamiseks püriidist - väävelpüriiti, väävlist odavamat ja levinumat toorainet. Väävelhapet toodeti sel viisil 300 aastat, väikestes kogustes klaasretortides. Hiljem, tänu katalüüsi arengule, asendas see meetod väävelhappe sünteesi kambermeetodi. Praegu toodetakse väävelhapet vääveloksiidi (IV) katalüütilise oksüdeerimisega (V 2 O 5 peal) vääveloksiidiks (VI) ja sellele järgneval vääveloksiidi (VI) lahustamisel 70% väävelhappes, et moodustada oleum. Venemaal korraldati väävelhappe tootmine esmakordselt 1805. aastal Moskva lähedal Zvenigorodi rajoonis. 1913. aastal oli Venemaa väävelhappe tootmises maailmas 13. kohal.

Lisainformatsioon

Väikseimad väävelhappe tilgad võivad tekkida keskmises ja ülemised kihid atmosfääri veeauru ja sisaldava vulkaanilise tuha reaktsiooni tulemusena suured hulgad väävel. Väävelhappepilvede kõrge albeedo tõttu on tekkiv suspensioon raskesti ligipääsetav päikesekiired planeedi pinnale. Seetõttu (ja ka suure hulga pisikeste vulkaanilise tuha osakeste tõttu atmosfääri ülakihtides, mis raskendavad juurdepääsu päikesevalgus planeedile) pärast eriti tugevaid vulkaanipurskeid võivad toimuda olulised kliimamuutused. Näiteks Ksudachi vulkaani (Kamtšatka poolsaar, 1907) purske tagajärjel püsis tolmu suurenenud kontsentratsioon atmosfääris umbes 2 aastat ning iseloomulikke hõbedasi väävelhappepilvi täheldati isegi Pariisis. Pinatubo vulkaani plahvatus 1991. aastal, mis paiskas atmosfääri 3 10 7 tonni väävlit, viis selleni, et 1992. ja 1993. aasta olid tunduvalt külmemad kui 1991. ja 1994. aastal.

Standardid

• Väävelhape tehniline GOST 2184-77
• Väävelhappe aku. Tehnilised andmed GOST 667-73
• Erilise puhtusega väävelhape. Tehnilised andmed GOST 1422-78
• Reaktiivid. Väävelhape. Tehnilised andmed GOST 4204-77