Серная кислота H2SO4: свойства, получение, применение

Серная кислота H2SO4 — сильная двухосновная кислородсодержащая кислота, молярная масса 98 г/моль.

Ключевые факты

Формула
H2SO4
Класс
кислота (сильная, двухосновная, кислородсодержащая)
Молярная масса
98 г/моль для расчётов ЕГЭ; по массам IUPAC 98,08 г/моль
Другие названия
купоросное масло (концентрированная кислота); олеум (раствор SO3 в серной кислоте)
Состояние
тяжёлая маслянистая жидкость
Степень окисления серы
+6 (высшая)
Связи в молекуле
ковалентные полярные; вещество молекулярное
Основность
двухосновная: диссоциирует в две ступени и даёт кислые соли (гидросульфаты) и средние (сульфаты)

Обновлено · Химия · Редакция НейроМиши

Что такое серная кислота?

Серная кислота — самая массовая по производству кислота в мире. В молекуле H2SO4 атом серы в высшей степени окисления +6 соединён с четырьмя атомами кислорода, два из которых несут по атому водорода. Эти два атома водорода и отщепляются в растворе, поэтому кислота двухосновная.

Свойства сильно зависят от концентрации. Разбавленная серная кислота ведёт себя как обычная сильная кислота: реагирует с металлами до водорода, с основаниями, оксидами и солями. Концентрированная (около 98 %) становится ещё и сильным окислителем, за счёт серы +6, и жадно отнимает воду у других веществ.

Какие физические свойства у серной кислоты?

Физические свойства: серная кислота H2SO4
СвойствоЗначение
Агрегатное состояниетяжёлая маслянистая жидкость
Цвет и запахбесцветная, без запаха
Плотность концентрированной (около 98 %)около 1,84 г/см³, почти вдвое тяжелее воды
Растворимость в водесмешивается в любых отношениях; растворение идёт с сильным разогревом
Температура плавленияоколо +10 °C у безводной кислоты
Особенностьгигроскопична: поглощает влагу из воздуха, поэтому концентрированной кислотой сушат газы

Какие химические свойства у серной кислоты?

Разбавленная серная кислота — типичная сильная кислота. Концентрированная при нагревании окисляет и малоактивные металлы, например медь, а холодная концентрированная кислота пассивирует железо и алюминий, поэтому её перевозят в стальных цистернах.

  1. С основаниями: нейтрализация2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
  2. С металлами левее водорода (разбавленная кислота)Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
  3. С основными оксидамиCuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
  4. С солями, если выпадает осадокBaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
  5. С карбонатами: выделяется углекислый газNa2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2↑
  6. Концентрированная с медью (при нагревании)Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2OУсловия: кислота концентрированная, нагревание

Концентрированная кислота обугливает сахар и бумагу: она отнимает воду, а остаётся углерод. Это не горение, а обезвоживание.

Как получают серной кислоты?

В промышленности

Применяют контактный способ в три стадии. Сначала сжигают серу или обжигают сульфидные руды и получают оксид серы(IV). Затем на катализаторе (оксид ванадия) окисляют его до оксида серы(VI). Его поглощают концентрированной серной кислотой: так получается олеум, который разбавляют до нужной концентрации. Прямо в воду оксид серы(VI) не пускают, потому что образуется стойкий кислотный туман.

  • S + O2 → SO2
  • 2SO2 + O2 ⇄ 2SO3

В лаборатории

Серную кислоту в школьной лаборатории не готовят, а берут готовый реактив нужной концентрации.

Как распознать серная кислота? Качественная реакция

Сульфат-ион определяют по ионам бария: выпадает белый осадок сульфата бария, который не растворяется ни в воде, ни в кислотах. Так отличают серную кислоту и её соли от других кислот и солей.

  • Ba2+ + SO42− → BaSO4↓

Где применяют серной кислоты?

  • производство минеральных удобрений: суперфосфата и сульфата аммония;
  • свинцовые аккумуляторы: электролитом служит раствор серной кислоты;
  • получение других кислот и солей, красителей и лекарств;
  • очистка нефтепродуктов и травление металлов перед покраской.

Меры предосторожности. Концентрированная серная кислота вызывает тяжёлые ожоги кожи и глаз: работают с ней только с разрешения учителя, в очках и перчатках, а кислоту всегда добавляют в воду, но не воду в кислоту.

Чему равна молярная масса серной кислоты?

M(H2SO4) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98 г/моль

Молярную массу вещества складывают из относительных атомных масс элементов с учётом индексов. На ЕГЭ массы округляют до целых, у хлора берут 35,5. Если брать массы IUPAC до сотых, получится 98,08 г/моль.

Посчитать молярную массу в калькуляторе · Количество вещества: n = m/M

Где серная кислота встречается на ЕГЭ?

Вопросы и ответы

Почему серную кислоту льют в воду, а не воду в кислоту?

При растворении выделяется много теплоты. Если воду лить в кислоту, лёгкая вода остаётся на поверхности, мгновенно закипает и разбрызгивает кислоту. Кислоту добавляют в воду тонкой струйкой и перемешивают.

Чему равна молярная масса серной кислоты?

M(H2SO4) = 2·1 + 32 + 4·16 = 98 г/моль. По массам IUPAC до сотых получается 98,08 г/моль.

Чем концентрированная серная кислота отличается от разбавленной?

Разбавленная проявляет свойства обычной кислоты через ионы H+ и с металлами даёт водород. В концентрированной главную роль играет сера +6: с металлами водород не выделяется, получаются соль, вода и продукт восстановления серы (SO2, S или H2S).

Какие соли образует серная кислота?

Средние соли — сульфаты (Na2SO4) и кислые — гидросульфаты (NaHSO4). Кислая соль получается, если щёлочи взято меньше, чем нужно для полной нейтрализации.

Потренироваться на заданиях

Страница объясняет вещество, а тренажёр помогает применить это в заданиях. В кабинете НейроМиши — задания ЕГЭ по химии с проверкой ответа и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.

Задачи по теме — с проверкой Разбор заданий ЕГЭ по химии

Связанные элементы, таблицы и вещества

Элементы в составе: водород H, сера S, кислород O.

Другие вещества

Все вещества справочника · Таблица Менделеева

Источники