Номер 3, страница 85 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Дайте характеристику серной кислоты и её солей. Как распознать сульфат-ион?

Характеристика серной кислоты

Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная неорганическая двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6).

Физические свойства: Безводная серная кислота — это тяжёлая, бесцветная, маслянистая жидкость без запаха. Она является очень гигроскопичной, то есть активно поглощает водяные пары из воздуха, а также способна отнимать воду у других соединений. Процесс её растворения в воде является сильно экзотермическим (сопровождается выделением большого количества теплоты), поэтому при разбавлении кислоты необходимо медленно вливать кислоту в воду, а не наоборот, чтобы избежать закипания и разбрызгивания.

Химические свойства:

1. Как сильная кислота, в водных растворах она практически полностью диссоциирует по первой ступени с образованием катиона водорода и гидросульфат-аниона: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$. Диссоциация по второй ступени является обратимой и протекает в меньшей степени: $HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$.

2. Разбавленная серная кислота проявляет типичные свойства кислот:

• реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода, с выделением водорода: $Fe + H_2SO_4(разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$;
• взаимодействует с основными и амфотерными оксидами: $MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$;
• реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами (реакция нейтрализации): $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$;
• взаимодействует с солями, если образуется осадок, газ или более слабая кислота: $BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$.

3. Концентрированная серная кислота обладает особыми свойствами, являясь сильным окислителем. Она окисляет многие металлы (в том числе малоактивные, такие как медь) и неметаллы (углерод, сера, фосфор). При этом продуктами восстановления серы могут быть $SO_2$, $S$ или $H_2S$ в зависимости от активности восстановителя и условий реакции.

• $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
• $C + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$

На холоде концентрированная $H_2SO_4$ пассивирует железо, алюминий и хром.

Ответ: Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная, двухосновная, кислородсодержащая кислота. Это тяжелая маслянистая жидкость, проявляющая сильные гигроскопические и водоотнимающие свойства. В разбавленном виде проявляет типичные свойства кислот, а в концентрированном является сильным окислителем.

Характеристика солей серной кислоты

Серная кислота, будучи двухосновной, образует два ряда солей:

1. Сульфаты — средние соли, содержащие сульфат-анион $SO_4^{2-}$. Большинство сульфатов являются кристаллическими веществами, хорошо растворимыми в воде. Нерастворимыми или малорастворимыми являются сульфаты бария ($BaSO_4$), стронция ($SrSO_4$), свинца(II) ($PbSO_4$) и кальция ($CaSO_4$).

2. Гидросульфаты — кислые соли, содержащие гидросульфат-анион $HSO_4^{-}$. Все гидросульфаты хорошо растворимы в воде. Их водные растворы имеют кислую среду из-за диссоциации аниона $HSO_4^{-}$.

Многие сульфаты образуют кристаллогидраты, то есть включают в состав своего кристалла молекулы воды. Известными примерами являются:

• Медный купорос $CuSO_4 \cdot 5H_2O$
• Железный купорос $FeSO_4 \cdot 7H_2O$
• Гипс $CaSO_4 \cdot 2H_2O$
• Глауберова соль $Na_2SO_4 \cdot 10H_2O$

Сульфаты широко применяются в различных отраслях: в строительстве (гипс), в медицине (сульфат бария, сульфат магния), в сельском хозяйстве (сульфат меди, сульфат аммония), в химической промышленности (сульфат натрия).

Ответ: Соли серной кислоты — сульфаты (средние соли с ионом $SO_4^{2-}$) и гидросульфаты (кислые соли с ионом $HSO_4^{-}$). Большинство сульфатов растворимо в воде, за исключением солей $Ba^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Sr^{2+}$ и $Ca^{2+}$ (малорастворим). Многие образуют кристаллогидраты и имеют большое практическое значение.

Как распознать сульфат-ион?

Для обнаружения сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$) в растворе используется качественная реакция. Качественным реактивом на сульфат-ион являются растворимые соединения бария, содержащие ион $Ba^{2+}$ (например, растворы хлорида бария $BaCl_2$, нитрата бария $Ba(NO_3)_2$ или гидроксида бария $Ba(OH)_2$).

При добавлении реактива к исследуемому раствору, содержащему сульфат-ионы, происходит реакция ионного обмена, в результате которой выпадает характерный белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции в молекулярном виде (на примере сульфата натрия):
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Уравнение реакции в полном ионном виде:
$2Na^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^-$

Уравнение реакции в сокращенном ионном виде:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Важным условием для подтверждения наличия именно сульфат-иона является проверка нерастворимости полученного белого осадка в сильных кислотах (например, в $HCl$ или $HNO_3$). Это позволяет отличить сульфат бария от других белых осадков бария, таких как карбонат бария ($BaCO_3$) или сульфит бария ($BaSO_3$), которые растворяются в кислотах.

Ответ: Сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) распознают с помощью качественной реакции с ионами бария $Ba^{2+}$ (из растворов солей или гидроксида бария). Признаком реакции является образование белого осадка сульфата бария ($BaSO_4$), который не растворяется при добавлении сильных кислот.