Формула серной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Серная кислота (купоросное масло) – сильная минеральная двухосновная кислота, содержащая атом серы в высшей степени окисления (+6).

Химическая и структурная формула серной кислоты

Химическая формула: H₂SO₄

Молекулярная масса: 98,078г/моль.

Физические свойства серной кислоты

При обычных условиях – тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха (может иметь желтоватый оттенок), с кислым «медным» вкусом. Температура кристаллизации чистой серной кислоты +10°С.

Неограниченно смешивается с водой с выделением большого количества тепла, поэтому во избежание «вскипания» раствора всегда следует добавлять серную кислоту в воду, а не наоборот.

Раствор SO₃ в серной кислоте называется олеум. Олеум содержит пиросерные кислоты, образующиеся по реакциям:

$H_{2}SO_{4} + SO_{3} \to H_{2}S_{2}O_{7}$

$H_{2}SO_{4} + 2SO_{3} \to H_{2}S_{3}O_{10}$

Серная кислота – сильная кислота, константа диссоциации К_а = 10³. Образует средние и кислые соли – сульфаты и гидросульфаты.

Химические свойства серной кислоты

Разбавленная серная кислота проявляет типичные свойства кислот:

реагирует с металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений до водорода с образованием сульфатов и выделением водорода:
$Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2} \uparrow$
реагирует с основными оксидами:
$MgO + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + H_{2}O$
и с основаниями с образованием соответствующей соли и воды:
$2NaOH + H_{2}SO_{4} = Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$
вытесняет более слабые кислоты из их солей:
$H_{2}SO_{4} + CH_{3}COONa \to NaHSO_{4} + CH_{3}COOH$

Концентрированная серная активно поглощает пары воды, способна вытеснять воду из органических соединений, с образованием углерода, воды и выделением тепла (обугливание сахара):

$C_{12}H_{22}O_{11} ($ сахароза $) + H_{2}SO_{4}$ _(конц) $\to 12 C($ уголь $) + 11 H_{2}O ($ пар $) + H_{2}SO _{4}$

Концентрированная серная кислота – очень сильный окислитель:
окисляет металлы, вне зависимости от их положения в ряду напряжений (кроме золота и платины) восстанавливаясь при этом до SO₂. Выделения водорода не происходит.
$Cu + 2H_{2}SO_{4}$ _(конц) $= CuSO_{4} + SO_{2} + 2H_{2}O$

$Zn + 2H_{2}SO_{4}$ _(конц) $= ZnSO_{4} + SO_{2} + 2H_{2}O$
реагирует с неметаллами:
$S + 2H_{2}SO_{4}$ _(конц) $= 3SO_{2} + 2H_{2}O$
с оксидами неметаллов:
$CO + H_{2}SO_{4} = CO_{2} + SO_{2} + H_{2}O$
с кислотами – неокислителями:
$2HCl + H_{2}SO_{4} = Cl_{2} + SO_{2} + 2H_{2}O$

Качественная реакция на сульфат-ион – взаимодействие с растворимыми солями бария, с образованием нерастворимого в воде и кислотах белого осадка сульфата бария:

$H_{2}SO_{4} + BaCl_{2} = BaSO_{4} \downarrow + 2HCl$

Концентрированная серная кислота – очень едкое вещество. При попадании на живые ткани дегидрирует углеводороды, выделяя избыточное тепло, что приводит к вторичному термическому ожогу, дополнительно к химическому ожогу. Поэтому повреждения, вызываемые серной кислотой, потенциально более опасны, чем повреждения, вызванные другими кислотами.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитать, сколько мл 96%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,8355 г/см $^{3}$ необходимо взять для приготовления одного литра 30%-ного раствора (плотность 1,219 г/см $^{3}$ )?

Решение

Масса серной кислоты в 1 л 30%-ного раствора равна:

$m_{30\%}(H_{2}SO_{4}) = \rho \cdot V \cdot \omega /100 = 1,219 \cdot 1000 \cdot 30 / 100 = 365,7$ г