Химия школьнику
Для чего используется серная кислота: где применяется и зачем нужна
Серная кислота нужна заводам, аккумуляторам и школьной лаборатории. Рассказываем, где она применяется, чем полезна и какие правила безопасности важны.
Химия школьнику
Разбавленная серная кислота реагирует с активными металлами, оксидами, щёлочами и солями. Показываем, что при этом видно и чем отличается концентрированная.
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 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.
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:
Например, цинк вытесняет водород из кислоты: образуются сульфат цинка и водород. Водород горюч, поэтому в таких опытах нельзя подносить к пробирке огонь.
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.
Если учите тему, запишите по одному уравнению на каждую группу веществ:
При нехватке щёлочи вместо средней соли получится кислая — гидросульфат натрия. Она тоже есть в школьной программе, и в каталоге «Химички» её можно найти отдельно.
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.
Чтобы не путаться, перед написанием уравнения сначала определите, какая кислота и какой металл. Остальное следует из ряда активности.
Для первых опытов хватает штатива, нескольких пробирок и разбавленного раствора кислоты. Все реакции проводят в минимальных количествах: несколько капель или не больше пары миллилитров.
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.
Реакции кислот выглядят безобидно, но реактив остаётся реактивом:
Разбавленная — нет, медь стоит в ряду активности после водорода. Концентрированная реагирует при нагревании, но выделяется ядовитый сернистый газ, поэтому такие опыты проводят только в лаборатории.
Выделится углекислый газ, раствор вспенится, образуется сульфат натрия и вода. Именно это шипение показывает, что кислота разлагает карбонат.
Разбавленная — да: образуются сульфат железа(II) и водород. Холодная концентрированная — нет: на поверхности образуется плотная плёнка оксида, и реакция останавливается.
Это растворение, а не разложение: кислота распадается на ионы и образует гидраты, при этом выделяется много тепла. Поэтому кислоту добавляют в воду, а не наоборот.
Добавить раствор соли бария: выпадает белый осадок сульфата бария, который не растворяется в кислотах.
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.
Об авторе
Химия школьнику
Серная кислота нужна заводам, аккумуляторам и школьной лаборатории. Рассказываем, где она применяется, чем полезна и какие правила безопасности важны.
Химия школьнику
Гидроксид натрия — одна из самых известных щелочей. Что это за вещество, как оно пишется, где применяется и какие правила безопасности нужны.
Химия школьнику
Перманганат калия, он же марганцовка, — тёмно-фиолетовые кристаллы и сильный окислитель. Что это такое простыми словами, где применяют и как обращаться.