Серная кислота

Физические свойства.

Чистая 100 %-ная серная кислота (моногидрат) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, застывающую в кристаллическую массу при +10 °С. Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см³ и содержит около 95 % H₂ SO₄ . Затвердевает она лишь ниже -20 °С.

Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Незначительная собственная электролитическая диссоциация моногидрата протекает параллельно по двум направлениям: [Н₃ SO₄ ⁺ ]·[НSO₄ ^- ] = 2·10^-4 и [Н₃ О⁺ ]·[НS₂ О₇ ^- ] = 4·10^-5 . Его молекулярно-ионный состав может быть приближенно охарактеризован следующими данными (в %):

H₂ SO₄ HSO₄ ^- H₃ SO₄ ⁺ H₃ O⁺ HS₂ O₇ ^- H₂ S₂ O₇

99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

При добавлении даже малых количеств воды преобладающей становится диссоциация по схеме:Н₂ О + Н₂ SО₄ <==> Н₃ О+ + НSO₄ ^-

Химические свойства.

H₂ SO₄ - сильная двухосновная кислота.

H₂ SO₄ <--> H⁺ + HSO₄ ^- <--> 2H⁺ + SO₄ ^2-

Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации:

K₂ = ([H⁺ ] · [SO₄ ^2- ]) / [HSO₄ ^- ] = 1,2 · 10^-2

1) Взаимодействие с металлами:

a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn⁰ + H₂ ⁺¹ SO₄ (разб) --> Zn⁺² SO₄ + H₂ O

b) концентрированная H₂ ⁺⁶ SO₄ - сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S⁺⁴ O₂ , S⁰ или H₂ S^-2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются):

2Ag⁰ + 2H₂ ⁺⁶ SO₄ --> Ag₂ ⁺¹ SO₄ + S⁺⁴ O₂ + 2H₂ O

8Na⁰ + 5H₂ ⁺⁶ SO₄ --> 4Na₂ ⁺¹ SO₄ + H₂ S^-2 + 4H₂ O

2) концентрированная H₂ S⁺⁶ O₄ реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S⁺⁴ O₂ ):

С⁰ + 2H₂ S⁺⁶ O₄ (конц) --> C⁺⁴ O₂ + 2S⁺⁴ O₂ + 2H₂ O

S⁰ + 2H₂ S⁺⁶ O₄ (конц) --> 3S⁺⁴ O₂ + 2H₂ O

2P⁰ + 5H₂ S⁺⁶ O₄ (конц) --> 5S⁺⁴ O₂ + 2H₃ P⁺⁵ O₄ + 2H₂ O

3) с основными оксидами:

CuO + H₂ SO₄ --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H⁺ --> Cu²⁺ + H₂ O

4) сгидроксидами:

H₂ SO₄ + 2NaOH --> Na₂ SO₄ + 2H₂ O

H⁺ + OH^- --> H₂ O

H₂ SO₄ + Cu(OH)₂ --> CuSO₄ + 2H₂ O

2H⁺ + Cu(OH)₂ --> Cu²⁺ + 2H² O

5) обменные реакции с солями:

BaCl₂ + H₂ SO₄ --> BaSO₄ + 2HCl

Ba²⁺ + SO₄ ^2- --> BaSO₄

Образование белого осадка BaSO₄ (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.

MgCO₃ + H₂ SO₄ --> MgSO₄ + H₂ O + CO₂ H₂ CO₃

Моногидрат (чистая, 100%-ая серная кислота) является ионизирующим растворителем, имеющим кислотный характер. В нём хорошо растворяются сульфаты многих металлов (переходя при этом в бисульфаты), тогда как соли других кислот растворяются, как правило, лишь при возможности их сольволиза (с переводом в бисульфаты). Азотная кислота ведет себя в моногидрате как слабое основаниеHNO₃ + 2 H₂ SO₄ <==> H₃ O⁺ + NO₂ ⁺ + 2 HSO₄ ^- хлорная - как очень слабая кислотаH₂ SO₄ + HClO₄ = H