Охорона навколишнього середовища від забруднення викидами сульфуровмісних речовин. Сульфатна кислота і сульфати. Найважливіші природні сульфати, якісна реакція на сульфат-іон. Застосування сульфатної кислоти і сульфатів

Мета: Відновити знання про склад, фізичні властивості і відношення до води сульфатної кислоти. Ознайомити з сульфатами та їхніми властивостями, практичним застосуванням. Розкрити значення для хімічної промисловості і народного господарства. Розвинути вміння встановлювати причинно-наслідковий звязок між властивостями сульфатної кислоти та її застосуванням. Загострити увагу на правилах (Т/Б) при роботі з сульфатною кислотою та при приготуванні її водних розчинів. Пояснити окиснювальну здатність концентрованої сульфатної кислоти. Удосконалити вміння складати рівняння реакцій з металами, оксидами, основами і солями в молекулярній, повній і скороченій йонних формах. Дати поняття про якісну реакцію на сульфат-іон. Ознайомити із сировиною та хімічними реакціями, що покладені в основу виробництва сульфатної кислоти, з умовами їх здійснення. Розкрити значення цих знань для управління процесом виробництва. Формувати вміння складати рівняння реакцій, що лежать в основі виробництва сульфатної кислоти (випалювання піриту та сульфідів, окиснення сульфур(IV) оксиду, гідратація сульфур(VI) оксиду). Розвивати поняття про каталіз, формувати поняття вихід продукту реакцій. Висвітлити проблему охорони праці і довкілля від забруднення.

Демонстрації: 5. Спалювання сірки і доведення кислотного характеру утвореного оксиду. 6. Виділення теплоти під час розчинення у воді концентрованої сульфатної кислоти. 7. Водовідбірні властивості концентрованої сульфатної кислоти (дія на цукор і папір). 8. Якісна реакція на сульфат-іон. Лабораторні досліди: 4. Ознайомлення зі зразками природних сполук Сульфуру. 5. Виявлення сульфат-іонів у розчині.

Сульфатна кислота. Сульфатна, або сірчана, кислота їїформула H2SO4. Будова молекули. Графічна формула молекули: Сульфатна кислота,як і всі інші кислоти, молекулярна сполука Кулестержневамодель молекули сульфатної кислоти

Укажіть значення валентності та ступеня окиснення Сульфуру в сульфатній кислоті.

Фізичні властивості. За звичайних умов чиста сульфатна кислота безбарвна оліїста рідина без запаху, майже удвічі важча за воду (ρ = 1,83 г/см3). Температура плавлення споолуки становить +10,3 °С, а кипіння +280 °С. Під час кипіння кислота починає розкладатиися на сульфур(VI) оксид і воду. Сульфатна кислота необмежено розчиняється у воді, тобто змішується з нею в будь яких співвідношеннях з утворенням розчину.

Переконатися в тому, що розчинення сульфатної кислоти процес екзотермічний, допоможе такий демонстраційний дослід. Зберемо прилад помістимо в стакан закріплену в лапці штатива пробірку, у яку налито легкокиплячу (t кип. 40 °С)органічну речовину діетиловий етер. У хімічний стакан наллємо 50 мл води кімнатної температури. Після цього повільно, по скляній паличці, час від часу помішуючи, увіллємо в стакан 50 мл концентрованої сульфатної кислоти. Спостерігатимемо, як рідина в пробірці закипає і випаровується. Причина цього явища підвищення температури розчину. Якщо відкрити пробку й піднести до отвору пробірки запалену скіпку, пари етеру спалахнуть

Потрібно знати Розчинення кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Для того щоб із концентрованої сульфатної кислоти виготовити її розбавлений розчин, кислоту доливають у воду, а не навпаки. Тоді температура рідини зростає повільніше, і вдається запобігти її закипанню й розбризкуванню.

Вона взаємодіє з: 1)металами, розміщеними в ряді активності до водню; 2) основними й амфотерними оксидами; 3) основами; 4) амфотерними гідроксидами; 5) солями

Хімічні властивості. Сульфатна кислота завдяки наявності в молекулі двох ковалентт них полярних звязків О–Н є двохосновною. Її дисоціація за першою стадією в розбавленому розчині відбувається майже повністю (це сильна кислота), а за другою частково: H 2 SO 4 H + HSO 4 ; HSO 4 H + SO 4 ²ˉ. Проте у йонноомолекулярних рівняннях сульфатну кислоту записують такою сукупністю йонів: 2H+ SO 4 ²ˉ.

Реакції з металами. взаємодіє майже з усіма металами. Можливість цих реакцій, а також склад їх продуктів залежать від концентрації кислоти і хімічної активності металу. Метал завжди є відновником. Тому сульфатна кислота, реагуючи з ним, буде окисником і відновлюватиметься –2 У молекулі H 2 SO 4 можуть відновлюватися (зменшувати ступінь окиснення) два елементи Гідроген і Сульфур. Якщо з металом взаємодіє розбавлена сульфатна кислота, то відновлюється Гідроген. Продукти реакції сульфат металічного елемента і водень: 2Al + 3H 2 SO 4 (розб.) = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2.

Схема взаємодії концентрованої сульфатної кислоти з металами Нагадуємо, що «витісняти» водень здатні метали, розміщені в ряду активності перед ним.

Із розбавленою сульфатною кислотою не реагують мідь а), ртуть, золото, платина, інші хімічно пасивні метали. Якщо реагентом є концентрована сульфатна кислота, то відновлюється Сульфур. Із концентрованою кислотою реагують також метали, розміщені в ряду активності після водню (крім золота,платини).

Малоактивні метали відновлюють +4 –2 кислоту до SO2,а дуже активні до H2S: Cu + H2SO4 (конц.) CuSO4+ SO2+ H2O; Mg + H2SO4 (конц.) MgSO4+ H2S+ H2O. Складіть схеми окиснення, відновлення й доберіть коефіцієнти методом електронного балансу.

Якщо в холодну концентровану сульфатну кислоту занурити кусочок заліза, то ми не помітимо взаємодії речовин. Насправді кислота починає реагувати з металом: 2Fe + 3H2SO4 (конц.) = Fe2O3+ 3SO2+ 3H2O. Однак реакція відразу припиняється, бо на поверхні металу утворюється тонка плівка ферум(ІІІ) оксиду, інертна щодо кислоти (оксид реагує з кислотою тільки при нагріванні). Таке явище називають пасивацією. Аналогічно поводиться щодо цієї кислоти алюміній.

Реакції зі складними речовинами. Сульфатна кислота взаємодіє з основними оксидами амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами з утворенням у кожному випадку солі (сульфату) і води. H 2 SO 4 + Ві(OH) 3 H 2 SO 4 + MnO

Будучи нелеткою і сильною кислотою, вона вступає в реакції обміну з більшістю солей. Напишіть рівняння реакцій сульфатної кислоти зі сполуками, що мають такі формули: Li 2 O, Fe(OH) 3, Na 3 PO 4. H 2 SO 4 + Pb(NO 3 ) 2 H 2 SO 4 + NaF

Розклад цукру і целюлози під дією сульфатної кислоти

Цю речовину називають «хлібом»хімічної промисловості.

Сульфати. Сульфатна кислота утворює солі, загальна назва яких сульфати Більшість сульфатів розчиняється у воді. При випарюванні їх розчинів часто виділяються кристалогідрати, наприклад CuSO45H2O, FeSO47H2O, Al2(SO4)318H2O. Малорозчинними є солі CaSO4 і Ag2SO4, а практично нерозчинними BaSO4 і PbSO4. Утворення осаду барій сульфату використовують як якісну реакцію на йони SO4²ˉ

Найважливіші природні сульфати гіпсСаSO4·2Н2О; глауберова сільNa2SO4·10H2О; гірка сільMgSO4·7H2О. Із наведених формул стає зрозуміло, що це кристалогідрати, тобто вони містять кристалізаційну воду, яка при нагріванні випаровується. На цій властивості кристалогідратів ґрунтується виробництво алебастру 2СаSO4·Н2О з природного гіпсу, який нагрівають до 120–190 °С, у наслідок чого він втрачає частину води. При змочуванні водою кімнатної температури алебастр легко приєднує воду й знову перетворюється на гіпс. Це відбувається щоразу при накладанні гіпсових повязок на травмовані частини тіла, під час виготовлення гіпсових виробів художнього та будівельного призначення.

Глауберову сіль Na2SO4·10H2О застосовують у виробництві скла, соди, фарб, у медицині. Гірку сіль MgSO4·7H2О використовують в обробці тканин, дубінні шкіри, виготовленні медичних препаратів. Купрум(ІІ) сульфат, пентагідрат, або мідний купорос CuSO45H2O,застосовують у сільському господарстві як засіб проти хвороб і шкідників рослин.

Якісною реакцією на сульфат аніони є взаємодія їх з катіонами Барію (розчинними у воді сполуками Барію), у результаті чого утворюється нерозчинний у воді і кислотах білий дрібнокристалічний осад барій сульфату. Скорочене йонне рівняння якісної реакції таке: Ba² + SO 4 = BaSO 4 ²ˉ

Охорона навколишнього середовища від забруднення викидами сульфуровмісних речовин. Серед сульфуровмісних забрудників навколишнього середовища найбільш шкідливими є сульфур(ІV) оксид і гідроген сульфід, або сірководень. Щодо гідроген сульфіду, то потрібно наголосити на високій токсичності цієї газуватої речовини з неприємним запахом тухлих яєць (утворюється при гнитті білка курячого яйця й спричинює його неприємний запах).

Поняття про кислотні дощі та причини їх виникнення. Чи доводилося вам спостерігати, як після довгоочікуваного літнього дощу рослини замість того, щоб рости й давати врожай, жовкнуть,вянуть і навіть гинуть (досить часто це трапляється з огірками)? З великою ймовірністю можна стверджувати, що дощ був не звичайний, а кислотний, і завдав шкоди рослинам. Кислотні дощі пошкоджують листки, руйнують їх захисні воскові покриви, через що ті стають легкопроникними для комах, шкідливих грибів і мікроорганізмів. Окрім рослин, кислотні дощі завдають шкоди тваринам,водоймам, ґрунтам. Хімічний аналіз кислотних дощів показує наявність у них сульфатної та нітратної кислот. Поява цих речовин наслідок розглянутих хімічних перетворень оксидів Сульфуру і Нітрогену в атмосфері. Кислотний дощ це дощ, що містить певну кількість кислот, утворених унаслідок взаємодії з водою наявних у повітрі таких забруднювачів, як оксиди Сульфуру і Нітрогену. Щороку внаслідок спалювання твердого палива, роботи двигунів внутрішнього згорання, промислових викидів заводів по виробництву сульфатної і нітратної кислот концентрація цих оксидів у повітрі збільшується. Тому кислотні дощі створюють реальну загрозу людині, рослинному й тваринному світу.

Фізіологічна дія гідроген сульфіду проявляється в тому, що він блокує дихальний центр. Смертельною дозою для людини є вдихання протягом 5–10 хв повітря з обємною часткою гідроген сульфіду 0,08%. Забруднюють повітря сульфуровмісними речовинами викиди нафтопереробних заводів, теплові електростанції.

Охорона навколишнього середовища полягає насамперед у зменшенні викидів, а отже, у модернізації виробництва, запровадженні технології замкненого циклу, коли гази, що є відходами названих виробництв, використовують як сировину для інших виробництв. Користь від цього подвійна не забруднюється навколишнє середовище, а вироблена з гідроген сульфідних відходів нафтопереробної промисловості сульфатна кислота має найменшу вартість. Удосконаленням технології виробництва сульфатної кислоти займався український хімік Іван Євграфович Ададуров (1879–1938).

З якими з перелічених речовин взаємодіє розбавлена сульфатна кислота: залізо, купрум(ІІ) оксид, мідь, натрій гідроксид, нітратна кислота, калій карбонат, нітроген(ІІ) оксид? Напишіть молекулярні рівняння реакцій, зазначте їх типи. Запропонуйте спосіб розпізнавання концентрованої та розбавленої сульфатної кислоти, що перебувають у банках без етикеток.Мотивуйте його. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в гіркій солі.

Ознайомтеся з виданими вам зразками сульфатів і сульфідів. Дослідіть агрегатний стан й такі їх фізичні властивості: колір, розчинність у воді. Використовуючи міжпредметні звязки з географією, назвіть поклади природних сульфатів і сульфідів в Україні. Одержані результати оформіть у робочому зошиті у вигляді таблиці.

ВИСНОВКИ Сульфатна кислота H2SO4 безбарвна оліїста рідина без запаху, яка необмежено розчиняється у воді. Це сильна й нелетка двохосновна кислота. Вона реагує з металами, основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами, а також солями з утворенням сульфатів. Сульфатну кислоту та її солі широко використовують у різних галузях.