Номер 9, страница 63 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 13. Серный ангидрид и серная кислота. Глава 1. Неметаллы - номер 9, страница 63.

Условие.

9. Заполните пропуски в таблице 3, сравнив свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты.

Решение.

Решение 2.

Поскольку в вопросе не приведена сама таблица 3 с пропусками, ниже представлено развернутое сравнение свойств разбавленной и концентрированной серной кислоты по ключевым пунктам, которые обычно включаются в подобные таблицы.

Окислительные свойства и взаимодействие с металлами

Основное различие в химических свойствах разбавленной и концентрированной серной кислоты заключается в их окислительной способности и, как следствие, в продуктах реакции с металлами.

Разбавленная $H_2SO_4$: Проявляет свойства типичной кислоты-неокислителя. Окислителем в ее растворе выступает катион водорода ($H^+$). Она реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода (например, $Mg, Al, Zn, Fe$). В результате реакции выделяется газообразный водород ($H_2$) и образуется соответствующая соль (сульфат).
Пример: $Fe + H_2SO_4(разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

Концентрированная $H_2SO_4$: Является сильным окислителем за счет атома серы в высшей степени окисления $+6$ ($S^{+6}$). Она окисляет почти все металлы (за исключением золота $Au$ и платины $Pt$). При этом водород никогда не выделяется. Продукты восстановления серы зависят от активности металла и условий реакции (концентрации кислоты, температуры).
- С активными металлами (например, $Zn, Mg, Al$) сера может восстанавливаться до элементарной серы $S$ или сероводорода $H_2S$:
$4Zn + 5H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} 4ZnSO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$
- С металлами средней активности и неактивными (например, $Cu, Ag, Hg$) сера, как правило, восстанавливается до диоксида серы $SO_2$:
$Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
Важной особенностью является то, что на холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы (железо $Fe$, алюминий $Al$, хром $Cr$), образуя на их поверхности плотную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшей реакции. При нагревании эта пленка разрушается, и реакция протекает.

Ответ: В разбавленной $H_2SO_4$ окислителем является ион $H^+$, она реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением $H_2$. В концентрированной $H_2SO_4$ окислителем является атом $S^{+6}$, она реагирует с большинством металлов без выделения водорода, образуя продукты восстановления серы ($SO_2, S, H_2S$) и пассивируя $Fe, Al, Cr$ на холоде.

Взаимодействие с неметаллами

Разбавленная $H_2SO_4$: Не обладает достаточной окислительной силой, чтобы реагировать с неметаллами.

Концентрированная $H_2SO_4$: Являясь сильным окислителем, особенно при нагревании, способна окислять многие неметаллы, такие как углерод ($C$), сера ($S$) и фосфор ($P$). Неметаллы при этом окисляются до соответствующих оксидов или кислот, а сера из кислоты восстанавливается, как правило, до $SO_2$.
- Реакция с углеродом: $C + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$
- Реакция с серой: $S + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} 3SO_2\uparrow + 2H_2O$
- Реакция с фосфором: $2P + 5H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} 2H_3PO_4 + 5SO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Разбавленная $H_2SO_4$ не реагирует с неметаллами. Концентрированная $H_2SO_4$ при нагревании окисляет многие неметаллы ($C, S, P$) до их оксидов или кислот.

Водоотнимающие свойства

Разбавленная $H_2SO_4$: Не проявляет водоотнимающих свойств, так как сама является водным раствором.

Концентрированная $H_2SO_4$: Является очень сильным водоотнимающим (гигроскопичным) средством. Она способна активно поглощать водяные пары из воздуха и химически отщеплять воду от многих органических и неорганических соединений. Это свойство используется для осушения газов (которые с ней не реагируют, например, $O_2, N_2, CO_2$) и для проведения реакций дегидратации.
Ярким примером водоотнимающего действия является обугливание органических веществ, например, сахара. Концентрированная серная кислота отнимает от молекулы сахарозы ($C_{12}H_{22}O_{11}$) молекулы воды, оставляя чистый углерод.
$C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} 12C + 11H_2O$

Ответ: Разбавленная $H_2SO_4$ не является водоотнимающим средством. Концентрированная $H_2SO_4$ — сильное водоотнимающее средство, способное осушать вещества и обугливать органические соединения, например, углеводы.

Взаимодействие с солями

Разбавленная $H_2SO_4$: Вступает в типичные реакции ионного обмена с растворами солей, если в результате образуется нерастворимое вещество (осадок) или выделяется газ. Наиболее известная реакция — взаимодействие с солями бария, которая является качественной на сульфат-ион.
$BaCl_2 + H_2SO_4(разб.) \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$

Концентрированная $H_2SO_4$: Обладает двумя важными свойствами при взаимодействии с солями.
1. Как нелетучая кислота, она способна вытеснять летучие кислоты из их твердых солей при нагревании.
$NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HCl\uparrow$
$NaNO_3(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} NaHSO_4 + HNO_3\uparrow$
2. Как сильный окислитель, она может вступать в окислительно-восстановительные реакции с солями, содержащими анион-восстановитель (например, бромиды, иодиды, сульфиды).
$2KBr(тв.) + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} Br_2 + SO_2\uparrow + K_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ: Разбавленная $H_2SO_4$ вступает с солями в реакции ионного обмена. Концентрированная $H_2SO_4$, являясь нелетучей кислотой, вытесняет летучие кислоты из их солей, а как сильный окислитель — реагирует с солями, содержащими анионы-восстановители ($Br^-, I^-$).