ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 35
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 35. Серная кислота

Почему концентрация серной кислоты меняет реакцию и как обнаружить сульфат?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Почему концентрация серной кислоты меняет реакцию и как обнаружить сульфат?

Исследуем вместе

Одна кислота при разной концентрации

Выбирай превращение и двигай ползунок. Сопоставляй формулу продукта с появлением газа, осадка или растворением; пояснение раскрывает причину.

Это доля показанного перехода, не измерение времени или скорости.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

Двухосновная кислота с серой +6

В H₂SO₄ сера соединена с кислородом и имеет степень окисления +6. Два кислотных водорода позволяют образовывать средние сульфаты и кислые гидросульфаты. Формула кислоты одновременно задаёт состав и расчётную молярную массу 98 г/моль.

  1. Состав

    2 H, 1 S, 4 O

  2. Кислые соли

    HSO₄⁻, например NaHSO₄

  3. Средние соли

    SO₄²⁻, например Na₂SO₄

Пояснение к ходу решения

Для разбавленного раствора часто используют суммарную школьную запись H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻. Реальная диссоциация ступенчатая: первая ступень практически полная, вторая связана с равновесием HSO₄⁻. Суммарная схема удобна для стехиометрии нейтрализации.

В H₂SO₄ сера соединена с кислородом и имеет степень окисления +6. Два кислотных водорода позволяют образовывать средние сульфаты и кислые гидросульфаты.

02

Разбавленный раствор проявляет свойства кислот

Разбавленная H₂SO₄ реагирует с основаниями, основными оксидами и некоторыми солями. В Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ восстанавливаются ионы водорода. Медь таким способом водород из разбавленной кислоты не вытесняет.

РеагентПродукт или признакИонная сущность
NaOHВодаH⁺ + OH⁻ → H₂O
CO₃²⁻CO₂ и вода2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂ + H₂O
Ba²⁺BaSO₄↓Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄

С карбонатами образуются соль, CO₂ и вода. С растворимыми соединениями бария получается BaSO₄ — малорастворимый осадок. Эти два примера показывают разные причины протекания обмена: уход газа и образование твёрдой фазы.

Разбавленная H₂SO₄ реагирует с основаниями, основными оксидами и некоторыми солями. В Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ восстанавливаются ионы водорода.

Шкала универсального индикатора

Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.

A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.

Кристаллы сульфата меди

Синие кристаллы медного купороса — сульфата меди(II) с кристаллизационной водой CuSO₄·5H₂O.

Crystal Titan · Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0. Без изменений.

03

Концентрированная кислота ведёт себя иначе

В концентрированной H₂SO₄ окислительные свойства связаны также с серой +6. Поэтому некоторые металлы, не реагирующие с разбавленным раствором, могут окисляться концентрированной кислотой при соответствующих условиях. Водород в типичных таких реакциях не выделяется.

Наглядное объяснение

Концентрация меняет окислитель и результат

МЕДЬ И СЕРНАЯ КИСЛОТА

Концентрация меняет окислитель и результатРазбавленная H₂SO₄Cu не вытесняет H₂Обычная схема «металл +кислота» не срабатываетКонцентрированная,нагревCuSO₄ + SO₂ + H₂OСера +6 восстанавливаетсядо +4

Для горячей концентрированной кислоты: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O. Водород не выделяется.

При нагревании меди с концентрированной кислотой учебное уравнение даёт CuSO₄, SO₂ и воду. Сера понижает степень окисления с +6 до +4. Холодная концентрированная кислота может пассивировать железо и алюминий, создавая защитное состояние поверхности.

Подробности: понятия и примеры
Пример
Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O
Медь
0 → +2, отдаёт электроны
Сера-окислитель
+6 → +4, принимает электроны

В концентрированной H₂SO₄ окислительные свойства связаны также с серой +6. Поэтому некоторые металлы, не реагирующие с разбавленным раствором, могут окисляться концентрированной кислотой при соответствующих условиях.

04

От SO₂ к кислоте — несколько стадий

SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий. Газовую смесь предварительно очищают, потому что примеси могут снижать активность катализатора и загрязнять продукт.

  1. Получение SO₂

    Окисление серосодержащего сырья

  2. Очистка газов

    Удаление мешающих примесей

  3. Контактное окисление

    2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃

  4. Поглощение и доведение

    Получение H₂SO₄ нужного состава

SO₃ поглощают серной кислотой с последующим доведением состава водой; прямое смешение газа с водой создаёт кислотный туман. Суммарная химическая запись SO₃ + H₂O → H₂SO₄ верна по составу, но не описывает весь аппаратный процесс. Сульфаты обнаруживают по Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓: белый осадок устойчив к разбавленным сильным кислотам. Это помогает отличить его от BaCO₃, растворяющегося с выделением CO₂. Концентрированная H₂SO₄ при обычной температуре пассивирует Fe и Al, а при нагревании может реагировать иначе. С Cu при нагревании образуется SO₂: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O, водород не выделяется.

SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий.

Соберём главное

Шесть выводов

01В H₂SO₄ сера соединена с кислородом и имеет степень окисления +6. Два кислотных водорода позволяют образовывать средние сульфаты и кислые гидросульфаты.
02Разбавленная H₂SO₄ реагирует с основаниями, основными оксидами и некоторыми солями. В Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ восстанавливаются ионы водорода.
03В концентрированной H₂SO₄ окислительные свойства связаны также с серой +6. Поэтому некоторые металлы, не реагирующие с разбавленным раствором, могут окисляться концентрированной кислотой при соответствующих условиях.
04SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий.
05С карбонатами образуются соль, CO₂ и вода. С растворимыми соединениями бария получается BaSO₄ — малорастворимый осадок.
06Способность концентрированной кислоты связывать воду используют в осушении подходящих газов. Но осушитель нельзя выбирать только по поглощению воды: он не должен вступать в нежелательную реакцию с самим газом.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Молярная масса H₂SO₄ по округлённым массам?
2. Сколько кислотных H в H₂SO₄?
3. Анион гидросульфата?
4. Что даёт Zn с разбавленной H₂SO₄?
5. Вытесняет ли Cu H₂ из разбавленной H₂SO₄?
6. Что восстанавливается при реакции Cu с горячей концентрированной H₂SO₄?
7. Ионный признак сульфата с Ba²⁺…
8. Чем BaSO₄ отличается от BaCO₃ при действии разбавленной сильной кислоты?
9. При горячей концентрированной H₂SO₄ и Cu газ в школьной реакции…
10. Холодная концентрированная H₂SO₄ может пассивировать…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 35. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 35. Серная кислота.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…