Концентрированная серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, не летучая, не имеет вкуса и запаха
За счет серы в степени окисления +6(высшей) серная кислота приобретает сильные окислительные свойства.
Правило для задания 24 (по-старому А24) при приготовлении растворов серной кислоты никогда нельзя в нее лить воду. Концентрированую серную кислоту нужно тонкой струйкой вливать в воду, постоянно помешивая.
Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами
Эти реакции строго стандартизированны и идут по схеме:
H2SO4(конц.) + металл → сульфат металла + H2O + продукт восстановленной серы.
Есть два нюанса:
1) Алюминий, железо и хром с H2SO4 (конц) в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.
2) С платиной и золотом H2SO4 (конц) не реагирует вообще.
Сера в концентрированной серной кислоте – окислитель
· значит, сама будет восстанавливаться;
· то, до какой степени окисления будет восстанавливаться сера, зависит от металла.
Рассмотрим диаграмму степеней окисления серы:
· До -2 серу могут восстановить только очень активные металлы — в ряду напряжений до алюминия включительно.
Реакции будут идти вот так:
8Li + 5H2SO4(конц.) → 4Li2SO4 + 4H2O + H2S↑
4Mg + 5H2SO4(конц.) → 4MgSO4 + 4H2O + H2S↑
8Al + 15H2SO4(конц.) (t)→ 4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S↑
· при взаимодействии H2SO4 (конц) с металлами в ряду напряжений после алюминия, но до железа, то есть с металлами со средней активностью сера восстанавливается до 0:
3Mn + 4H2SO4(конц.) → 3MnSO4 + 4H2O + S↓
2Cr + 4H2SO4(конц.) (t)→ Cr2(SO4)3 + 4H2O + S↓
3Zn + 4H2SO4(конц.) → 3ZnSO4 + 4H2O + S↓
· все остальные металлы, начиная с железа в ряду напряжений (включая те, что после водорода, кроме золота и платины, конечно), могут восстановить серу только до +4. Так как это малоактивные металлы:
|
|
2Fe + 6H2SO4(конц.) (t)→ Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2↑
(обратите внимание, что железо окисляется до +3, до максимально возможной, высшей степени окисления, так как оно имеет дело с сильным окислителем)
Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + 2H2O + SO2↑
2Ag + 2H2SO4(конц.) → Ag2SO4 + 2H2O + SO2↑
Конечно, все относительно. Глубина восстановления будет зависеть от многих факторов: концентрации кислоты (90%, 80%, 60%), температуры и т.д. Поэтому совсем уж точно предсказать продукты нельзя. Приведенная выше таблица тоже имеет свой процент приблизительности, но пользоваться ей можно. Еще необходимо помнить, что в ЕГЭ, когда продукт восстановленной серы не указан, и металл не отличается особой активностью, то, скорее всего, составители имеют в виду SO2. Нужно смотреть по ситуации и искать зацепки в условиях.
SO2 – это вообще частый продукт ОВР с участием конц. серной кислоты.
H2SO4 (конц) окисляет некоторые неметаллы (которые проявляют восстановительные свойства), как правило, до максимальной — высшей степени окисления (образуется оксид этого неметалла). Сера при этом тоже восстанавливается до SO2:
C + 2H2SO4(конц.) → CO2↑ + 2H2O + 2SO2↑
2P + 5H2SO4(конц.) → P2O5 + 5H2O + 5SO2↑
Свежеобразованный оксид фосфора (V) реагирует с водой, получается ортофосфорная кислота. Поэтому реакцию записывают сразу:
2P + 5H2SO4(конц) → 2H3PO4 + 2H2O + 5SO2↑
То же самое с бором, он превращается в ортоборную кислоту:
|
|
2B + 3H2SO4(конц) → 2H3BO3 + 3SO2↑
Очень интересны взаимодействие серы со степенью окисления +6 (в серной кислоте) с «другой» серой (находящейся в другом соединении). В рамках ЕГЭ рассматривается взаимодействиеH2SO4 (конц) с серой (простым веществом) и сероводородом.
Начнем с взаимодействия серы (простого вещества) с концентрированной серной кислотой. В простом веществе степень окисления 0, в кислоте +6. В этой ОВР сера +6 будет окислять серу 0. Посмотрим на диаграмму степеней окисления серы:
Сера 0 будет окисляться, а сера +6 будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления. Будет выделяться сернистый газ:
2H2SO4(конц.) + S → 3SO2↑ + 2H2O
Но в случае с сероводородом:
Образуется и сера (простое вещество), и сернистый газ:
H2SO4(конц.) + H2S → S↓ + SO2↑ + 2H2O
Этот принцип часто может помочь в определении продукта ОВР, где окислитель и восстановитель – один и тот же элемент, в разных степенях окисления. Окислитель и восстановитель «идут навстречу друг другу» по диаграмме степеней окисления.
H2SO4 (конц), так или иначе, взаимодействует с галогенидами. Только вот тут надо понимать, что фтор и хлор – «сами с усами» и с фторидами и бромидами ОВР не протекает, проходит обычный ионно-обменный процесс, в ходе которого образуется газообразный галогеноводород:
CaCl2 + H2SO4(конц.) → CaSO4 + 2HCl↑
CaF2 + H2SO4(конц.) → CaSO4 + 2HF↑
А вот галогены в составе бромидов и иодидов (как и в составе соответствующих галогеноводородов) окисляются ей до свободных галогенов. Только вот сера восстанавливается по-разному: иодид является более cильным восстановителем, чем бромид. Поэтому иодид восстанавливает серу до сероводорода, а бромид до сернистого газа:
|
|
2H2SO4(конц.) + 2NaBr → Na2SO4 + 2H2O + SO2↑ + Br2
H2SO4(конц.) + 2HBr → 2H2O + SO2↑ + Br2
5H2SO4(конц.) + 8NaI → 4Na2SO4 + 4H2O + H2S↑ + 4I2↓
H2SO4(конц.) + 8HI → 4H2O + H2S↑ + 4I2↓