Номер 1, страница 62 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 13. Серный ангидрид и серная кислота. Глава 1. Неметаллы - номер 1, страница 62.

Условие.

1. Опишите свойства серной кислоты.

Решение.

Решение 2.

Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная двухосновная кислота, одно из важнейших веществ в химической промышленности. Её свойства сильно зависят от концентрации.

Физические свойства

• В безводном состоянии серная кислота представляет собой тяжёлую, маслянистую, бесцветную и нелетучую жидкость без запаха.
• Плотность 100%-ной серной кислоты составляет $1,8305$ г/см³ (при 20°C).
• Температура плавления $10,38$ °C, температура кипения $296,2$ °C (при этом она частично разлагается).
• Смешивается с водой и диоксидом серы (VI) ($SO_3$) в любых соотношениях. Процесс смешивания с водой является сильно экзотермическим (сопровождается выделением большого количества теплоты), поэтому при разбавлении кислоты необходимо осторожно приливать кислоту к воде, а не наоборот.
• Концентрированная серная кислота обладает сильным водоотнимающим (гигроскопическим) свойством, она жадно поглощает водяные пары из воздуха и отнимает воду от многих органических и неорганических соединений.

Химические свойства

Химические свойства серной кислоты зависят от её концентрации. Различают свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты.

Свойства разбавленной серной кислоты

Разбавленная серная кислота проявляет типичные свойства сильных кислот:

• Диссоциирует в водных растворах на ионы. Диссоциация идет ступенчато и по первой ступени практически полностью:
  $H_2SO_4 \rightleftharpoons H^+ + HSO_4^-$
  $HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$
• Взаимодействует с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с выделением водорода и образованием соли (сульфата):
  $Zn + H_2SO_{4(разб.)} \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$
• Реагирует с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:
  $MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$
  $Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$
• Вступает в реакцию нейтрализации с основаниями и амфотерными гидроксидами:
  $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$
  $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$
• Реагирует с солями более слабых или летучих кислот, вытесняя их:
  $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

Свойства концентрированной серной кислоты

Концентрированная серная кислота ($w(H_2SO_4) > 70\%$) является сильным окислителем за счёт серы в высшей степени окисления +6.

• Окислительные свойства:
  • Окисляет многие металлы (в том числе стоящие в ряду активности после водорода, например, медь, серебро, ртуть). При этом водород не выделяется, а образуются продукты восстановления серы ($SO_2, S, H_2S$), соль и вода. Продукт восстановления зависит от активности металла и условий реакции.
    С малоактивными металлами: $Cu + 2H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
    С активными металлами: $4Mg + 5H_2SO_{4(конц.)} \rightarrow 4MgSO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$
  • На холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы (например, железо, алюминий, хром), образуя на их поверхности плотную оксидную плёнку, что позволяет перевозить её в стальных цистернах. При нагревании реакция идёт:
    $2Fe + 6H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O$
  • Окисляет неметаллы (углерод, серу, фосфор):
    $C + 2H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$
    $S + 2H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} 3SO_2\uparrow + 2H_2O$
  • Окисляет сложные вещества, например, сероводород или галогеноводороды:
    $H_2S + 3H_2SO_{4(конц.)} \rightarrow 4SO_2\uparrow + 4H_2O$
    $2HBr + H_2SO_{4(конц.)} \rightarrow Br_2 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

• Водоотнимающие свойства:
  • Отнимает воду у органических соединений, например, у углеводов, вызывая их обугливание:
    $C_{12}H_{22}O_{11} (сахар) \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} 12C + 11H_2O$
  • Используется как дегидратирующий агент в реакциях этерификации и дегидратации спиртов:
    $C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t>140^\circ C} C_2H_4\uparrow + H_2O$

Качественная реакция на сульфат-ион

Качественной реакцией на серную кислоту и её соли (сульфаты) является взаимодействие с растворимыми солями бария ($BaCl_2, Ba(NO_3)_2$) в кислой среде. В результате реакции образуется белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется ни в воде, ни в кислотах.

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$
В ионном виде: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Ответ:

Серная кислота $H_2SO_4$ — тяжёлая маслянистая жидкость, смешивающаяся с водой с выделением тепла. Её свойства зависят от концентрации:
1. Разбавленная $H_2SO_4$ — типичная сильная кислота: реагирует с металлами до $H_2$, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот.
2. Концентрированная $H_2SO_4$ — сильный окислитель и водоотнимающее средство. Окисляет металлы (включая неактивные) и неметаллы, не выделяя водород, а образуя продукты восстановления серы ($SO_2, S, H_2S$). Пассивирует на холоде Fe, Al, Cr. Отнимает воду у органических веществ (обугливание сахара) и используется как дегидратирующий агент.
3. Качественная реакция на сульфат-ион $SO_4^{2-}$ — образование белого, нерастворимого в кислотах осадка $BaSO_4$ при добавлении солей бария.