Химические свойства серной кислоты
Физические свойства серной кислоты
При обычных условиях серная кислота – тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом. Если молярное отношение SO3: Н2О меньше 1, то это водный раствор серной кислоты, если больше 1, – раствор SO3 в серной кислоте.
100 %-ная H2SO4 кристаллизуется при 10,45 °С; Ткип = 296,2 °С; плотность 1,98 г/см3. H2SO4 смешивается с Н2О и SO3 в любых соотношениях с образованием гидратов, 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.
При нагревании и кипении водных растворов серной кислоты, содержащих до 70 % H2SO4, в паровую фазу выделяются только пары воды. Над более концентрированными растворами появляются и пары серной кислоты.
По структурным особенностям и аномалиям жидкая серная кислота похожа на воду. Здесь та же система водородных связей, почти такой же пространственный каркас.
Серная кислота – одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.
- В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:
H2SO4 = H+ + HSO4-;
HSO4- = H+ + SO42-.
Суммарное уравнение:
H2SO4 = 2H+ + SO42-.
- Проявляет свойства кислот, реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями и солями.
Разбавленная серная кислота не проявляет окислительных свойств, при ее взаимодействии с металлами выделяется водород и соль, содержащая металл в низшей степени окисления. На холоде кислота инертна по отношению к таким металлам, как железо, алюминий и даже барий.
Концентрированная кислота обладает окислительными свойствами. Возможные продукты взаимодействия простых веществ с концентрированной серной кислотой приведены в таблице. Показана зависимость продукта восстановления от концентрации кислоты и степени активности металла: чем активнее металл, тем глубже он восстанавливает сульфат-ион серной кислоты.
1. Взаимодействие с оксидами:
CaO + H2SO4 = CaSO4 = H2O.
Взаимодействие с основаниями:
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O.
Взаимодействие с солями:
Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2 + H2O.
- Окислительные свойства
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
H2SO4 + 2HI = I2 + 2H2O + SO2.
Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.
Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.