Валентность серы в серной кислоте равна VI.

_{Физические свойства серной кислоты}

Безводная серная кислота представляет собой бес­цветную маслянистую жидкость. При T=296,2°С и P=0,98-105 Па безводная серная кислота начинает кипеть, разлагаясь до образования азеотропной смеси, содержащей 98,3% H₂SO₄ и 1,7% H₂O, которая кипит  при T=336,5°С.

Серная кислота не дымит, не имеет цвета и запаха, при обычной температуре находится в жидком состоянии, в концентрированном виде не корродирует черные металлы. В то же время, серная кислота относится к числу сильных минеральных кислот, образует многочисленные устойчивые соли и дешева.

В лаборатории смешивание серной кислоты и воды следует проводить с осторожностью, а именно, добавляя серную кислоту в воду маленькими порциями и постоянно перемешивая.

Производство серной кислоты

Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным (с использованием твердых катализаторов) и нитрозным (где она орошается водой или разбавленной серной кислотой в реакторах башенного типа). 

В настоящее время основным методом производства серной кислоты является контактный, поскольку этот метод имеет преимущества перед другими: получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, является приемлемым для всех потребителей; уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами.

Более подробно о способах получения серной кислоты можно прочитать в этой статье.

Химические свойства H₂SO₄

Серная кислота – одна из самых активных неорганических кислот.

Она реагирует почти со всеми металлами и их оксидами, вступает в реакции обменного разложения, энергично соединяется с водой, обладает окислительными и другими важными химическими свойствами.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, то есть катионы водорода от их молекул отрываются не одновременно, а по очереди. По этой причине диссоциация таких кислот выражается несколькими уравнениями, количество которых равно основности кислоты. Из многоосновных кислот, серная кислота является исключением. Поскольку серная кислота хорошо диссоциирует по обеим ступеням, допустимо записывать уравнение диссоциации в одну стадию: 

H₂SO₄  → 2H⁺ + SO₄^2-

Разбавленная серная кислота обладает свойствами, общими для кислот: взаимодействует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений до водорода, реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами, а также с солями.

• С металлами: разбавленная серная кислота при взаимодействии с металлами проявляет окислительные свойства за счет атомов водорода в степени окисления +1

H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + H₂

H₂SO₄ + Cu ⇏

• С основными оксидами:

H₂SO₄ + MgO → MgSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + CaO → CaSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + FeO → FeSO₄ + H₂O

• С амфотерными оксидами:

3H₂SO₄ + Fe₂O₃ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

3H₂SO₄ + Cr₂O₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O

H₂SO₄ + ZnO → ZnSO₄ + H₂O

•  С основаниями:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

H₂SO₄ + NH₃ → NH₄HSO₄

При взаимодействии серной кислоты с KOH образуются сульфаты или гидросульфаты, в зависимости от соотношения веществ:

H₂SO₄ + КОН → KHSO₄ + H₂O

H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

Серная кислота взаимодействует с амфотерными гидроксидами:

3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

3H₂SO₄ + 2Cr(OH)₃ → Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O 
H₂SO₄ + Be(OH)₂ → BeSO₄ + 2H₂O

• Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты,  сульфиды  и  др.).

H₂SO₄ + 2NaHCO₃ → Na₂SO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

Или с силикатом натрия: H₂SO₄ + Na₂SiO₃ → Na₂SO₄ + H₂SiO₃

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

Необходимым условием протекания  реакции с солями является образование малодиссоциирующего вещества, осадка, газа.

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту, кроме солей HBr и HI:

NaNO_{3 (тв)} + H₂SO_4(конц) → NaHSO₄ + HNO₃

С солями HBr и HI протекают окислительно-восстановительные реакции:

3H₂SO_4(конц.) + 2KBr → Br₂ + SO₂ + 2KHSO₄ + 2H₂O

5H₂SO_4(конц.) + 8KI → 4I₂ + H₂S + 4K₂SO₄ + 4H₂O

H₂SO_4(конц.) + 3H₂S → 4S + 4H₂O

 Концентрированная серная кислота также может вытеснять хлороводород из твердых хлоридов, например, NaCl:

NaCl_(тв) + H₂SO_4(конц) → NaHSO₄ + HCl

Преимущественно используется концентрированная серная кислота, поскольку смесь данных веществ начинает реагировать уже при комнатной температуре, а хлороводород является сильной кислотой и поэтому в растворе диссоциирует полностью, то есть обладает большей растворимостью в воде.

 Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO₂. С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода H₂S.

• Fe, Al, Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоду. При нагревании реакция возможна.

6H₂SO_4(конц.) + 2Fe → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

6H₂SO_4(конц.) + 2Al → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

•   При взаимодействии с неактивными металлами ( Cu, Hg, Ag ) концентрированная серная кислота восстанавливается до SO₂ :

2H₂SO_4(конц.) + Cu → CuSO₄ + SO₂  + 2H₂O

2H₂SO_4(конц.) + Hg → HgSO₄ + SO₂  + 2H₂O

2H₂SO_4(конц.) + 2Ag → Ag₂SO₄ + SO₂+ 2H₂O

• При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до S:

3Mg + 4H₂SO₄ → 3MgSO₄ + S + 4H₂O

• При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до H₂S, S, SO₂:

4Zn+5H₂SO_4(конц.) → 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

Zn + 2H₂SO₄ → ZnSO₄ + SO₂ + 4H₂O

5. Качественной реакцией на сульфат-ионы является реакция с растворимыми солями бария.  При этом образуется белый кристаллический осадок BaSO₄ :

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl

6. Окислительные свойства H₂SO_4(конц) проявляются и при взаимодействии с неметаллами:

• Концентрированная серная кислота окисляет P, C, S, восстанавливаясь до SO₂:

5H₂SO_4(конц.) + 2P → 2H₃PO₄ + 5SO₂ + 2H₂O

2H₂SO_4(конц.) + С → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

2H₂SO_4(конц.) + S → 3SO₂  + 2H₂O

• Для концентрированной серной кислоты уникальным является способность обладать водоотнимающим действием. Это позволяет использовать концентрированную серную кислоту самым разным образом. Во-первых, для осушения веществ. Концентрированная серная кислота забирает воду от веществ и оно “становится сухим”. Во-вторых, можно использовать, как катализатор в реакциях, в которых отщепляется вода (дегидратация, этерификация).

H₂SO_4(конц.) + C₁₂H₂₂O₁₁ → C + CO₂ +SO₂ +H₂O

H₃C-COOH + HO-CH₃ (H₂SO_4(конц))→ H₃C-C(O)-O-CH₃ + H₂O

H₃C-CH₂-OH (H₂SO₄(конц) → СH₂=CH₂ +H₂O

• Сульфирующее действие серной кислоты — концентрированная серная кислота вступает в реакции с органическими соединениями, такими как бензол, толуол, образуя сульфокислоты.

H₂SO₄ + C₆H₆ → C₆H₅SO₃H + H₂O

• Оксид серы (VI) в олеуме частично взаимодействует с концентрированной серной кислотой с образованием пиросерной кислоты: 

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇

Разложение сульфатов:

Сульфаты ЩМ и ЩЗМ устойчивы!

Сульфаты менее активных металлов:

 Fe₂(SO₄)₃ → Fe₂O₃ + SO₃

2FeSO₄ →  Fe₂O₃ + SO₃ + SO₂

3MnSO₄ → Mn₃O₄ + 3SO₂ + O₂

Гидросульфаты переходят в пиросульфаты:

2NaHSO₄ → Na₂S₂O₇ + H₂O

Na₂S₂O₇  → Na₂SO₄ + SO₃

Применение серной кислоты и ее солей

В химической промышленности серная кислота используется при получении ядохимикатов, пластмасс, лекарств, взрывчатых веществ, красителей. Также серную кислоту применяют в текстильной, парфюмерной, пищевой промышленности. Химические свойства H₂SO₄ лежат в основе работы электрических аккумуляторов.

Широкое применение имеют соли серной кислоты — сульфаты:

K₂SO₄ — калийное удобрение, используется для питания растений.

CaSO₄*2H₂O — гипс, используется в строительстве, медицине, архитектуре.

CuSO₄*5H₂O — медный купорос, не мало важен в производстве красителей, ядохимикатов.

FeSO₄*7H₂O — железный купорос, применяется для изготовления чернил, пропитки тканей и древесины.

Na₂SO₄*10H₂O — глауберова соль, применима в медицине и ветеринарии, также в производстве стекла и соды.