Как составить формулу кислоты по формуле оксида серы

Составьте химические формулы кислот, соответствующих оксидам, формулы которых:

N

2

O

3

,
C

O

2

,

P

2

O

5

,
S
i

O

2

,
S

O

2

. Дайте названия всех веществ.

Кислоты бывают:

• бескислородные: хлороводородная (соляная) HCl, сероводородная H₂S

• кислородосодержащие: азотная HNO₃, серная H₂SO₄ и т.д.

• По числу атомов водорода: одноосновные (HNO₃), двухосновные (H₂SO₄) трехосновные (H₃PO₄).

• По растворимости: растворимые, нерстворимые (см. таблицу растворимости)

На рисунке слева представлена небольшая часть уже знакомой тебе таблицы растворимости. Под общим названием анионы расположены различные отрицательно заряженные ионы, кроме гидроксид иона ОН^— все остальные – это ионы кислотных остатков.
При пересечении, например столбца иона водорода Н⁺ с ионом хлора Cl^— мы видим ячейку в которой находится буква Р (растворяется). Это значит, что соляная кислота HCl растворяется в воде. Так определяют растворимость кислот.

Запомни: Оксид, которому соответствует кислота называется кислотный оксид: S > SO₃ > H₂SO₄ . Кслотный оксид SO₃, ему соотвествует серная кислота.

Вопрос: Как составить формулу оксида соответствующего данной кислоте?

Пример: Для серной кислоты составим соответствующий оксид. Для этого:

1. Определим степень окисления элементов в кислоте.

H₂SO₄ — формула серной кислоты
Степени окисления водорода и кислорода нам известны: водорода +1, кислорода -2. Неизвестна только степень окисления у серы. Обозначим её х. Подставим все степени окисления в формулу серной кислоты.

H₂⁺¹S^хO₄^-2 т.к. для химического соединения в сумме все степени окисления равны 0, можно составить уравнение:
+1 • 2 + х + (-2) • 4 = 0
решим его:
2 + х – 8 = 0
Х = +6
все степени окисления известны: H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

2. Степень окисления серы в серной кислоте +6. Составим оксид соответствующий серной кислоте: S⁺⁶O₃^-2 или SO₃.

Таблица кислот и оксидов

Табл.1

В таблице представленны формулы кислот, их названия и оксиды, соответствующие данной кислоте.

_{* * *}

_.

I. Оксид серы (VI) (серный ангидрид, триокись серы, серный газ)

SO₃ — высший оксид серы, тип химической связи: ковалентная полярная химическая связь.

1. Физические свойства

Бесцветная летучая маслянистая жидкость, t°пл. = 17°C; t°кип. = 66°С; на воздухе «дымит», сильно поглощает влагу (хранят в запаянных сосудах).

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

SO₃ хорошо растворяется в 100%-ной серной кислоте, этот раствор называется олеумом. 

2. Получение

1) 2SO₂ + O₂  →  2SO₃ (катализатор – V₂O₅, при 450˚С)

 2) Fe₂(SO₄)₃  →  Fe₂O₃ + 3SO₃­ (разложение при нагревании) 

3. Химические свойства 

Серный ангидрид — кислотный оксид. Его химическая активность достаточно велика.

1) Взаимодействие с водой

При растворении в воде дает сильную двухосновную серную кислоту:

Анимация: “Взаимодействие оксида серы (VI) с водой”

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

2) Взаимодействие со щелочами 

2NaOH + SO₃ → Na₂SO₄ + H₂O

NaOH + SO₃ (избыток) → NaHSO₄

3) Взаимодействие с основными оксидами

Na₂O + SO₃ → Na₂SO₄

4) SO₃ — сильный окислитель

5SO₃ + 2P = P₂O₅ + 5SO₂

3SO₃ + H₂S = 4SO₂ + H₂O

2SO₃ + 2KI = SO₂ + J₂ + K₂SO₄

II. Серная кислота и ее соли

Серная кислота H₂SO₄ — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). 

В XVIII—XIX веках серу для пороха производили из серного колчедана (пирит) на купоросных заводах. Серную кислоту в то время называли «купоросным маслом» (как правило это был кристаллогидрат, по консистенции напоминающий масло), очевидно отсюда происхождение названия её солей (а точнее именно кристаллогидратов) — купоросы.

1. Физические свойства

Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»); r = 1,84 г/см³; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара). 

Помните!
Кислоту вливать малыми порциями в воду, а не наоборот! 

Видео: «Разбавление серной кислоты водой»

2. Производство серной кислоты

Макет производсва серной кислоты

1-я стадия. Печь для обжига колчедана 

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

Процесс гетерогенный:

• измельчение железного колчедана (пирита)
• метод «кипящего слоя»
• 800°С; отвод лишнего тепла
• увеличение концентрации кислорода в воздухе 

2-я стадия. Контактный аппарат

После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450°С – 500°С; катализатор V₂O₅):

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

3-я стадия. Поглотительная башня

nSO₃ + H₂SO₄(конц) → (H₂SO₄ • nSO₃)  (олеум) 

Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока. 

3. Химические свойства разбавленной серной кислоты

H₂SO₄ — сильная двухосновная кислота, водный раствор изменяет окраску индикаторов (лакмус и универсальный индикатор краснеют). 

H₂SO₄ образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

1) Диссоциация протекает ступенчато:

H₂SO₄→ H⁺ + HSO₄^— (первая ступень, образуется гидросульфат – ион)

HSO₄^— → H⁺ + SO₄^2-  (вторая ступень, образуется сульфат – ион)

H₂SO₄ образует два ряда солей — средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты)

2) Взаимодействие с металлами: 

Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn⁰ + H₂⁺¹SO₄(разб) → Zn⁺²SO₄ + H₂⁰↑ 

Zn⁰ + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂⁰↑ 

3) Взаимодействие с основными и амфотерными  оксидами:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O

4) Взаимодействие с основаниями:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O (реакция нейтрализации)

H⁺ + OH^— → H₂O

Если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

H₂SO₄ + NaOH → NaНSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

2H⁺ + Cu(OH)₂ → Cu²⁺ + 2H₂O 

5) Обменные реакции с солями:

образование осадка

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓ 

Качественная реакция на сульфат-ион:

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

Видео: «Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы»

образование газа —  как сильная нелетучая кислота серная вытесняет из солей другие менее сильные кислоты, например, угольную

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O + CO₂↑

MgCO₃ + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂O + CO₂­

4. Применение серной кислоты

• в производстве минеральных удобрений;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• для получения различных минеральных кислот и солей;
• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
• в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавкиE513(эмульгатор);
• в промышленном органическом синтезе в реакциях:
  • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
  • гидратации (получение этанола);
  • сульфирования (получение СМС и промежуточные продукты в производстве красителей);
  • и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Это интересно

История серной кислоты (материал взят с сайта alhimikov.net)

Вы все, наверное, знакомы с медным купоросом, кристаллогидратом сульфата меди (II). Купоросами называют кристаллогидраты двухвалентных металлов. Купоросы изучались еще с древних времен. Так, в некоторых работах конца-начала новой эры обсуждались свойства купоросов и их происхождение. Они упоминаются в трудах греческого врача Диоскорида, римского исследователя природы Плиния Старшего. Об использовании купоросов в металлургии рассказано в работах древнегреческих алхимиков Зосимы из Панополиса. Древний лекарь Ибн Сина использовал различные вещества-купоросы в медицине. 
Самым первым способом получения был процесс нагревания алюмокалиевых квасцов . Сведения об этом способе содержатся в алхимической литературе XIII века. Но алхимики не знали сути процесса и состава квасцов. А целенаправленно химическим синтезом серной кислоты стали заниматься в XV веке. Алхимики обрабатывали смесь сульфида сурьмы(III) Sb2S3 и серы при нагревании с азотной кислотой. 
Серную кислоту средневековые европейские алхимики называли «купоросным маслом», в последствии купоросной кислотой. Алхимики получали небольшие количества, которые использовались для проведения экспериментов. В XVII веке Иоганн Глаубер получил серную кислоту в результате горения самородной серы с калийной селитрой( нитратом калия) в присутствии паров воды. Селитра окисляла серу до оксида серы (VI, который впоследствии реагировал с парами воды, в результате чего образовывалась серная кислота. В 30-е годы XVIII века лондонский фармацевт Уорд Джошуа использовал эту реакцию для промышленного производства серной кислоты. Потребности в серной кислоте в средние века исчислялись всего несколькими десятками килограммов. Она использовалась для аптечных нужд и алхимических опытов. Небольшое количество концентрированной серной кислоты шло производство спичек, которые содержали бертолетовую соль. количество концентрированной кислоты шло для производства особых спичек, содержащих бертолетову соль. На Руси купоросная кислота появилась в семнадцатом веке.
В 1746 г. Джон Робак в английском Бирмингеме наладил производство, адаптировав этот способ для производства серной кислоты, используя освинцованные камеры, которые были прочными , дешевыми более крупными чем стеклянные контейнеры.

Джон Робак

Этот способ использовался в промышленности в течение почти двух столетий. В камерах получали кислоту с концентрацией около 65 %, впоследствии усовершенствовав сам процесс (Это сделали французский химик Гей-Люссак и английский Гловер), концентрацию довели до 78%. Однако этих концентраций для некоторых химических процессов, например, при производстве красителей не хватало. 
Лишь в 1831 г. британский торговец уксусной кислотой Перегрин Филипс запатентовал экономичный процесс для производства оксида серы (VI) и концентрированной серной кислоты, который известен нам в настоящее время как контактный способ получения серной кислоты.
В 1864 году стали производить суперфосфат. В восьмидесятые годы XIX века производство серной кислоты достигло в Европе 1 млн. тонн. Основными производителями были Англия и Германия, на долю которых приходилось более 72% от мирового объема производства.

5. Применение солей серной кислоты

Железный купорос FеSО₄•7Н₂O применяли раньше для лечения чесотки, гельминтоза и опухолей желез, в настоящее время используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.

Медный купорос CuSO₄•5Н₂O широко используют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений.

«Глауберова соль» (мирабилит) Nа₂SO₄•10Н₂O была получена немецким химиком И. Р. Глаубером при действии серной кислоты на хлорид натрия, в медицине ее используют как слабительное средство.

«Бариевая каша» BaSO₄ обладает способностью задерживать рентгеновские лучи в значительно большей степени, чем ткани организма. Это позволяет рентгенологам при заполнении «бариевой кашей» полых органов определить в них наличие анатомических изменений.

Гипс СаSO₄•2Н₂O находит широкое применение в строительном деле, в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок, для изготовления гипсовых скульптур.

III. Тренажеры

Тренажёр №1 — Сероводород. Оксиды серы

Тренажёр №2 — Свойства разбавленной серной кислоты

IV. Задания для закрепления

№1. Осуществите превращения по схеме:

1) Zn →ZnSO₄→Zn(OH)₂ →ZnSO₄ → BaSO₄

2) S →SO₂ →SO₃→H₂SO₄ →K₂SO₄

№2. Закончите уравнения практически осуществимых реакций в полном и кратком ионном виде:

Na₂CO₃ + H₂SO₄→

Cu + H₂SO₄ (раствор) →

Al(OH)₃ + H₂SO₄ →

MgCl₂ + H₂SO₄ →

№3. Запишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием, гидроксидом железа (III), оксидом алюминия, нитратом бария и сульфитом калия в молекулярном, полном и кратком ионном виде.

ЦОРы

Видео: «Разбавление серной кислоты водой»

Макет производсва серной кислоты

Видео:«Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы»