Реакции серной кислоты

Серная кислота \(H_2SO_4\) проявляет общие свойства кислот, но концентрированная кислота обладает также сильными окислительными и водоотнимающими свойствами. Поэтому продукты её реакций могут отличаться от продуктов взаимодействия разбавленной кислоты с теми же веществами.

Разбавленная серная кислота: общие свойства

Разбавленная серная кислота — сильный электролит. В воде она практически полностью диссоциирует по первой ступени, а затем частично по второй. Поэтому в растворе присутствуют ионы \(H^+\), \(SO_4^{2-}\) и \(HSO_4^-\). Свойства раствора определяются прежде всего ионами водорода.

1. С активными металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, кислота образует сульфат и выделяет водород:

Медь, серебро и другие металлы, расположенные после водорода, с разбавленной серной кислотой обычно не реагируют.

2. С основаниями и основными оксидами протекает реакция нейтрализации:

3. С солями реакция идёт, если образуется осадок, газ или слабый электролит. Например, с карбонатами выделяется углекислый газ:

С растворимыми солями бария серная кислота даёт белый нерастворимый сульфат бария. Это качественная реакция на сульфат-ион:

Концентрированная кислота как окислитель

Концентрированная серная кислота содержит мало воды и проявляет сильные окислительные свойства. В таких реакциях сера в составе \(H_2SO_4\) восстанавливается обычно от степени окисления \(+6\) до \(+4\), образуя \(SO_2\). Для расстановки коэффициентов полезно повторить окислительно-восстановительные реакции и метод электронного баланса.

С медью водород не выделяется: медь не вытесняет водород из кислоты, но сама окисляется до ионов \(Cu^{2+}\):

С углеродом и серой образуются соответственно углекислый газ и диоксид серы:

Концентрированная кислота окисляет некоторые галогенид-ионы. При действии на хлориды обычно получают \(HCl\) и \(SO_2\), а бромиды и иодиды могут окисляться до брома и иода. Эти случаи связаны с темами реакций галогенов и изменения степени окисления.

Схема \(H_2SO_4\) — \(SO_2\) — \(NaHSO_3\)

В экзаменационных схемах часто требуется получить \(SO_2\) из концентрированной серной кислоты, а затем превратить его в гидросульфит натрия. Первый переход осуществляют реакцией кислоты с медью или сульфитом. Если используется сульфит натрия, концентрированная кислота вытесняет сернистую кислоту, которая разлагается:

Затем пропускают диоксид серы в раствор гидроксида натрия при недостатке щёлочи. Образуется кислая соль — гидросульфит натрия, или бисульфит натрия. Подробно свойства этих солей разобраны на странице сульфитов и гидросульфитов.

Если щёлочи взять в избытке, получится средняя соль — сульфит натрия:

Разбор тапсырмалар по схеме превращений

Вместо меди в первом переходе можно использовать сульфит натрия. Тогда это не окислительно-восстановительная реакция: кислота вытесняет летучую сернистую кислоту, которая распадается на \(SO_2\) и воду. Если в условии не указан восстановитель, внимательно проверьте, какое вещество должно реагировать с концентрированной кислотой.

Особые свойства и безопасность

Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества, потому что отнимает воду. При смешивании кислоты с водой выделяется много теплоты. Поэтому кислоту вливают в воду небольшими порциями, а не наоборот. Концентрированная кислота пассивирует алюминий и железо при обычных условиях: на поверхности образуется плотная защитная плёнка. При нагревании или разрушении плёнки реакция может возобновиться.

При записи ионных уравнений учитывайте, что в растворах сильные электролиты расписывают на ионы, а осадки, газы, воду и слабые электролиты оставляют в молекулярном виде. При необходимости используйте страницу о полных и сокращённых ионных уравнениях. Общие правила кислот удобно повторить в статье «Химические свойства кислот», а особенности концентрированной кислоты — в материале «Концентрированная серная кислота».