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 зв’язок 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 зв’язків О–Н є двохосновною.

Її дисоціація за першою стадією в розбавленому розчині відбувається майже повністю (це сильна кислота), а за другою — частково:

H2SO4→H + HSO4;

HSO4→H + SO4²ˉ. Проте у йонноомолекулярних рівняннях сульфатну

кислоту записують такою сукупністю йонів:

2H+ SO4²ˉ.

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.

+1 +6 –2

У молекулі H2SO4 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 + 3H2SO4 (розб.) = Al2(SO4)3+ 3H2↑.

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 йдоберіть 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.

•H2SO4 + Ві(OH)3→

•H2SO4 + 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: Li2O, Fe(OH)3, Na3PO4.

H2SO4 + Pb(NO3)2→

H2SO4 + 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 CuSO4•5H2O, FeSO4•7H2O, Al2(SO4)3•18H2O.

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 пов’язок 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 CuSO4•5H2O,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 + SO4 = BaSO4 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,в’януть 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 об’ємною 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 зв’язки 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.