С чем реагирует серная кислота: металлы, щёлочи, соли и оксиды

Вопрос «с чем реагирует серная кислота» встречается в каждом школьном курсе неорганической химии. Ответ зависит от того, какая кислота перед вами: разбавленный раствор или концентрированная. Они ведут себя по-разному, и путаница между ними — частая причина ошибок на контрольных.

Разбавленная и концентрированная кислота ведут себя по-разному

Разбавленная серная кислота — типичная сильная кислота. Её свойства объясняет ион водорода: он вступает в реакции с металлами, оксидами, основаниями и солями.

Концентрированная серная кислота действует иначе. Кроме кислотных свойств у неё появляются окислительные и водоотнимающие: она реагирует даже с некоторыми металлами, которые не взаимодействуют с разбавленным раствором, и обугливает органические вещества.

С какими веществами реагирует разбавленная серная кислота

О том, что реакция действительно идёт, говорят четыре признака: выделение газа, выпадение или растворение осадка, смена цвета и нагревание. Для школьной программы достаточно запомнить пять групп веществ, и у каждой есть свой понятный признак:

• металлы до водорода в ряду активности (цинк, магний, железо, алюминий) — выделяется водород, образуется соль; признак — пузырьки газа;
• основные оксиды, например оксид меди — при нагревании образуются соль и вода; чёрный порошок растворяется, раствор голубеет;
• основания и щёлочи — реакция нейтрализации, образуются соль и вода; признак — изменение цвета индикатора;
• карбонаты, например сода — выделяется углекислый газ; раствор «шипит»;
• растворимые соли бария — выпадает белый осадок сульфата бария; это качественная реакция на сульфат-ионы.

Например, цинк вытесняет водород из кислоты: образуются сульфат цинка и водород. Водород горюч, поэтому в таких опытах нельзя подносить к пробирке огонь.

Ряд активности: с какими металлами реагирует и с какими нет

Металлы в ряду активности выстроены по способности отдавать электроны: калий, кальций, натрий, магний, алюминий, цинк, железо, свинец, затем водород, а правее — медь, серебро, золото. Правило простое: металл, стоящий левее водорода, вытесняет его из разбавленной кислоты.

Есть исключение, о котором часто забывают: свинец. Он стоит левее водорода, но реакция быстро затухает, потому что на поверхности образуется нерастворимый сульфат свинца и закрывает металл от кислоты.

Металлы, которые в ряду стоят после водорода, — медь, серебро, золото — с разбавленной серной кислотой не взаимодействуют. Раствор остаётся прежним, пузырьков нет.

Уравнения реакций для школьной тетради

Если учите тему, запишите по одному уравнению на каждую группу веществ:

• цинк: Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑;
• оксид меди: CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O;
• щёлочь: 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O;
• сода: Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑;
• хлорид бария: BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl.

При нехватке щёлочи вместо средней соли получится кислая — гидросульфат натрия. Она тоже есть в школьной программе, и в каталоге «Химички» её можно найти отдельно.

Что меняется у концентрированной кислоты

Концентрированная серная кислота взаимодействует с металлами иначе. Водород при этом обычно не выделяется: окислителем выступает сера в степени окисления +6, входящая в сульфат-ион. Например, при нагревании с медью получается сернистый газ — он ядовит, поэтому такой опыт возможен только в вытяжном шкафу и только у специалиста.

Железо и алюминий концентрированная кислота на холоде не растворяет: на их поверхности образуется плотная оксидная плёнка, и реакция останавливается. Это называют пассивацией. Благодаря ей концентрированную кислоту можно перевозить в стальных цистернах.

Ещё одно свойство — водоотнимающее. Кислота забирает воду у сахара, бумаги, древесины, и те обугливаются. Дома этот опыт не повторяют.

Три частые ошибки на контрольной

• Путают разбавленную и концентрированную кислоту. Фраза «медь реагирует с серной кислотой» верна только для концентрированной и при нагревании.
• Ждут водород от концентрированной кислоты. С металлами она даёт другие продукты: сернистый газ, серу или сероводород — в зависимости от металла и условий.
• Забывают про пассивацию. Железо и алюминий в холодной концентрированной кислоте не растворяются, хотя в разбавленной реагируют легко.

Чтобы не путаться, перед написанием уравнения сначала определите, какая кислота и какой металл. Остальное следует из ряда активности.

Как увидеть реакции в пробирке

Для первых опытов хватает штатива, нескольких пробирок и разбавленного раствора кислоты. Все реакции проводят в минимальных количествах: несколько капель или не больше пары миллилитров.

• Кислота и цинк. Гранула цинка в нескольких миллилитрах разбавленного раствора покрывается пузырьками водорода. Огонь к пробирке подносить нельзя.
• Кислота и сода. Шипение — это углекислый газ; опыт показывает, как кислоты разлагают карбонаты.
• Кислота и щёлочь. К раствору щёлочи с индикатором по каплям добавляют кислоту; цвет меняется, когда щёлочь закончилась.
• Кислота и соль бария. Белая муть сульфата бария — признак сульфат-иона. Соли бария ядовиты, этот опыт проводят строго под руководством взрослого.

Для таких наблюдений подойдут готовый раствор серной кислоты 7%, 65 мл, пробирки и штатив на шесть гнёзд. Что именно и в каких количествах смешивать, берите из описания опыта, а не придумывайте сами.

Безопасность

Реакции кислот выглядят безобидно, но реактив остаётся реактивом:

• работайте в защитных очках и перчатках, в закрытой одежде;
• проводите опыты вместе со взрослым и в проветриваемом помещении;
• используйте только малые количества и только те вещества, которые указаны в описании опыта;
• не смешивайте реактивы наугад: неизвестная реакция может дать ядовитый газ или сильный нагрев;
• не держите пробирку у лица и не нюхайте содержимое;
• при попадании на кожу или в глаза сразу промойте водой и обратитесь к врачу;
• храните реактивы в закрытых подписанных ёмкостях вне досягаемости детей.

Часто задаваемые вопросы

Итог

Разбавленная серная кислота реагирует с активными металлами, основными оксидами, щёлочами, карбонатами и солями бария, и у каждой реакции есть наглядный признак: газ, осадок, смена цвета. Концентрированная кислота добавляет окисление и обезвоживание, но с ней работают только в лаборатории. Начните с простых наблюдений на разбавленных растворах, и таблица реакций из учебника станет понятнее.