Номер 12, страница 111 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 25. Кислоты, их классификация и химические свойства. Глава 3. Основные классы неорганических соединений - номер 12, страница 111.

12. Подготовьте сообщение о получении, свойствах и применении одной из кислот. Аргументируйте выбор кислоты.

В качестве кислоты для сообщения выбрана серная кислота ($H_2SO_4$).

Аргументация выбора кислоты

Выбор серной кислоты обусловлен ее исключительной важностью для мировой экономики и химической промышленности. Объем ее мирового производства является одним из ключевых показателей уровня развития химической индустрии страны. Серную кислоту не зря называют «хлебом химической промышленности» и «королевой кислот», так как она используется в огромных количествах в самых разных отраслях: от производства удобрений до нефтепереработки и металлургии. Ее получение и свойства являются классическими примерами, изучаемыми в курсе химии, и наглядно демонстрируют основные промышленные и химические принципы.

Получение

В промышленности серную кислоту получают преимущественно контактным способом, который включает в себя три основные стадии:

1. Получение оксида серы(IV) $SO_2$. Сырьем может служить сера, сероводород или сульфидные руды, например, пирит $FeS_2$. Основной метод — сжигание серы в избытке воздуха:
   $S + O_2 \rightarrow SO_2$
   Или обжиг пирита:
   $4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2. Окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) $SO_3$. Это ключевая стадия процесса. Очищенный от примесей $SO_2$ смешивают с воздухом и пропускают через контактный аппарат с катализатором при температуре $450-500$ °C. В качестве катализатора чаще всего используют оксид ванадия(V) $V_2O_5$. Реакция является обратимой и экзотермической:
   $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$

3. Поглощение оксида серы(VI) и получение серной кислоты. Оксид серы(VI) не растворяют напрямую в воде, так как при этом выделяется большое количество тепла, и образуется трудноконденсируемый «туман» из мельчайших капелек серной кислоты. Поэтому $SO_3$ поглощают концентрированной (98%) серной кислотой, получая олеум — раствор $SO_3$ в безводной серной кислоте.
   $SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2S_2O_7 \text{ (олеум)}$
   Затем олеум аккуратно разбавляют водой до нужной концентрации:
   $H_2S_2O_7 + H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$

Свойства

Серная кислота обладает разнообразными физическими и химическими свойствами.

• Физические свойства. Чистая серная кислота — это тяжелая, маслянистая, бесцветная жидкость без запаха. Она гигроскопична, то есть активно поглощает влагу из воздуха. Смешивается с водой в любых соотношениях с выделением огромного количества теплоты. Важное правило техники безопасности: при разбавлении необходимо лить кислоту в воду тонкой струйкой, а не наоборот!

• Химические свойства.

  1. Сильная кислота (в разбавленных растворах). Проявляет все типичные свойства кислот: реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями более слабых кислот.
  С металлом: $Mg + H_2SO_{4(разб.)} \rightarrow MgSO_4 + H_2\uparrow$
  С основным оксидом: $CaO + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O$
  С основанием (реакция нейтрализации): $2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

  2. Окислительные свойства (в концентрированном виде). Концентрированная серная кислота — сильный окислитель, особенно при нагревании. Она реагирует со многими металлами (включая стоящие после водорода, например, медь) и неметаллами. При этом сама кислота восстанавливается обычно до $SO_2$.
  С металлом: $Cu + 2H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
  С неметаллом: $S + 2H_2SO_{4(конц.)} \xrightarrow{t} 3SO_2\uparrow + 2H_2O$
  Некоторые металлы, такие как железо и алюминий, пассивируются холодной концентрированной серной кислотой, что позволяет перевозить ее в стальных цистернах.

  3. Водоотнимающие (дегидратирующие) свойства. Концентрированная $H_2SO_4$ способна отнимать воду от органических соединений. Например, при действии на сахар (сахарозу) происходит его обугливание:
  $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4(конц.)} 12C + 11H_2O$

Применение

Области применения серной кислоты чрезвычайно широки:

• Производство минеральных удобрений (основной потребитель) — получение суперфосфата, сульфата аммония.
• Химическая промышленность — производство других кислот (соляной, фосфорной, азотной), солей, красителей, взрывчатых веществ, синтетических волокон (вискоза), моющих средств.
• Металлургия — для травления (очистки поверхности) металлов от оксидов перед нанесением покрытий.
• Нефтепереработка — для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных соединений.
• Электротехника — в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах.
• Пищевая промышленность — зарегистрирована как пищевая добавка E513 (эмульгатор, регулятор кислотности).
• Органический синтез — в качестве водоотнимающего средства и катализатора.

Ответ: Серная кислота ($H_2SO_4$) — одно из важнейших веществ в химической промышленности, что и является аргументом для её выбора. Основной метод её получения — контактный процесс, включающий окисление $SO_2$ в $SO_3$ с последующим поглощением $SO_3$ и получением кислоты. Ключевые свойства серной кислоты: свойства сильной кислоты (в разбавленном виде), сильные окислительные и водоотнимающие свойства (в концентрированном виде). Благодаря этим свойствам она находит широчайшее применение в производстве удобрений, в металлургии, нефтепереработке, в качестве электролита в аккумуляторах и как сырье для многих других химических производств.