Utilice métodos de investigación experimentales para explorar las propiedades del ácido sulfúrico diluido y las propiedades del ácido sulfúrico concentrado.
1. Deshidratación
La deshidratación se refiere al proceso en el que el ácido sulfúrico concentrado elimina moléculas de agua de estados no libres o elimina radicales hidroxilo de la materia orgánica. (1) Introducción a la deshidratación En lo que respecta al ácido sulfúrico, la deshidratación es una característica del ácido sulfúrico concentrado, no del ácido sulfúrico diluido, que está deshidratado y altamente deshidratado. (Deshidratación basada en la proporción de composición del agua) (2) Sustancias deshidratables El proceso de deshidratar sustancias con ácido sulfúrico concentrado es un proceso de cambio químico. El ácido sulfúrico concentrado deshidrata sustancias según la proporción numérica de átomos de hidrógeno y átomos de oxígeno en las moléculas de agua ( 2:1) La reacción se produce cuando los átomos de hidrógeno y los átomos de oxígeno se encuentran en sustancias deshidratadas o mediante la eliminación de agua cristalina no libre, por ejemplo, sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4-5H2O). (3) Carbonización Las sustancias que pueden deshidratarse con ácido sulfúrico concentrado son generalmente sustancias orgánicas que contienen hidrógeno y oxígeno. Entre ellas, las sustancias orgánicas en sacarosa, aserrín, restos de papel, algodón, etc. se deshidratan para formar carbón negro. C12H22O11 = Ácido sulfúrico concentrado = 12C + 11H2O C + 2H2SO4 (concentrado) = = CO2 ↑ + 2SO2 ↑ + 2H2O (4) Reacción del pan integral Ponga 20 g de sacarosa en un vaso de precipitados de 200 ml, agregue unas gotas de agua, agregue una cantidad adecuada de agua y revuelva uniformemente. Luego agregar 15 mL de ácido sulfúrico concentrado con una fracción másica del 98% y agitar rápidamente. Observar fenómenos experimentales. Se puede ver que la sacarosa se vuelve negra gradualmente, aumenta de volumen, forma carbón suelto y poroso parecido a una esponja y huele a gas de olor acre. C12H22O11 = Ácido sulfúrico concentrado = 12C + 11H2O C + 2H2SO4 (concentrado) = = CO2 ↑ + 2SO2 ↑ + 2H2O (5) Reacción de complejación Cuando se pasa SO3 a H2SO4 concentrado, aparecerá "humo". H2SO4 + SO3 = H2S2O7 (también escrito como H2O-SO3-SO3) [2]
2. Fuerte propiedad oxidante
(1) Reacción con metales ① El ácido sulfúrico concentrado puede oxidar el hierro. , Pasivación de metales como el aluminio. Cuando se calienta, el ácido sulfúrico concentrado puede reaccionar con todos los metales excepto el oro y el platino para generar sulfatos metálicos de alta valencia. El propio ácido sulfúrico generalmente se reduce a dióxido de azufre Cu + 2H2SO4 (concentrado) = Calentamiento = CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O 2Fe + 6H2SO4. (concentrado) ) = Calentamiento = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 ↑ + 6H2O En la reacción anterior, el ácido sulfúrico muestra fuertes propiedades oxidantes y ácidas. (2) Reacción no metálica El ácido sulfúrico concentrado caliente puede oxidar elementos no metálicos como carbono, azufre y fósforo en sus óxidos de alta valencia o ácidos que contienen oxígeno, y luego reducirse a dióxido de azufre. En este tipo de reacción, el ácido sulfúrico concentrado sólo tiene propiedades oxidativas. C + 2H2SO4 (conc.) = Calefacción = CO2 ↑ + 2SO2 ↑ + 2H2O S + 2H2SO4 (conc.) = Calefacción = 3SO2 ↑ + 2H2O 2P + 5H2SO4 (conc.) = Calefacción = 2H3PO4 + 5SO2 ↑ + 2H2O (3) Con otras reducciones, el ácido sulfúrico concentrado tiene fuertes propiedades oxidantes y puede usarse para preparar sulfuro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno, etc. en el laboratorio. El ácido sulfúrico concentrado tiene fuertes propiedades oxidantes. H2S + H2SO4 (diluido) = S ↓ + SO2 ↑ + 2H2O 2HBr + H2SO4 (diluido) = Br2 ↑ + SO2 ↑ + 2H2O 2HI + H2SO4 (diluido) = I2 ↓ + SO2 ↑ + 2H2O
3 ． Difícil volatilizar
Cloruro de hidrógeno, ácido nítrico, etc. (Principio: el ácido de alto punto de ebullición produce ácido de bajo punto de ebullición), como generar cloruro de hidrógeno y cloruro de sodio, que reaccionan con ácido sulfúrico concentrado para generar cloruro de sodio sólido. La reacción del ácido sulfúrico concentrado produce cloruro de hidrógeno gaseoso NaCl (sólido) + H2SO4 (concentrado) = NaHSO4 + HCl ↑ (temperatura normal) 2NaCl (sólido) + H2SO4 (concentrado) = calentamiento = Na2SO4 + 2HCl ↑ (calentamiento) Otro ejemplo es El uso de ácido clorhídrico concentrado y ácido sulfúrico concentrado puede producir gas cloruro de hidrógeno. Acidez: Hacer fertilizantes, como fertilizantes nitrogenados, fertilizantes fosfatados, etc.
2NH3+ H2SO4 = (NH4)2SO4 Ca3(PO4)2+2 H2SO4 =2CaSO4+Ca(H2PO4)2 Estabilidad: Reacción de ácido sulfúrico concentrado y sulfito Na2SO3+ H2SO4 =Na2SO4+H2O+SO2 ↑[3]
4. Acidez fuerte
El ácido sulfúrico puro es un líquido aceitoso incoloro que solidifica a 10,4°C. Es un ácido fuerte. Cuando se calienta ácido sulfúrico puro, el punto de ebullición es 290°C. El trióxido de azufre se descompone para liberar una concentración parcial de ácido sulfúrico hasta que la acidez cae al 98,3%. El ácido sulfúrico es una solución de ebullición constante con un punto de ebullición de 338°C. . La acidez incorporada por el ácido sulfúrico anhidro es la capacidad de donar protones. La acidez del ácido sulfúrico puro sigue siendo muy fuerte. Básicamente, no hay diferencia entre el ácido sulfúrico al 98% y el ácido sulfúrico puro y el ácido sulfúrico fumante. disuelve el trióxido de azufre se disuelven en un sistema superácido. El trióxido de azufre y el ácido sulfúrico fumante son sistemas superácidos que son más ácidos que el ácido sulfúrico puro. Sin embargo, es un error común pensar que el ácido sulfúrico diluido es más ácido que el ácido sulfúrico concentrado. Esta creencia es incorrecta. De hecho, el primer paso de ionización del ácido sulfúrico diluido se ha completado, produciendo una gran cantidad de iones hidronio H3O, pero la autoionización del ácido sulfúrico concentrado, como el agua, producirá una parte de los iones de sulfato de hidrógeno H3SO4, que forma parte de él. Los protones del ácido sulfúrico, lo que da como resultado un ácido sulfúrico puro que tiene una acidez fuerte, aunque menor, es mucho más ácido que los protones hidratados, por lo que la función de acidez hamiltoniana del ácido sulfúrico puro es tan alta como -12,0. El ácido sulfúrico puro es incoloro, viscoso. Líquido aceitoso extremadamente conductor que no se volatiliza fácilmente, pero producirá una gran cantidad de neblina blanca de ácido sulfúrico antes de calentarlo y hervirlo. El ácido sulfúrico puro es un líquido muy polar con un coeficiente dieléctrico de aproximadamente 100. Esto se debe a la capacidad de sus moléculas de protonarse entre sí, lo que da como resultado una conductividad extremadamente alta debido a la ionización autoacopladora de sus dos iones, este proceso. se llama automigración de protones. Este mecanismo de reacción es el mismo que el del ácido fosfórico puro y el del ácido fluorhídrico puro. Sin embargo, el tiempo necesario para que el ácido sulfúrico puro alcance el equilibrio es mucho más rápido que cualquiera de las reacciones y se completa casi instantáneamente. 2H2SO4===H3SO4++HSO4- Kap(25°C)=[H3SO4+][HSO4-]=2.7×10^-4 En el sistema solvente del ácido sulfúrico, (H3SO4+) a menudo actúa como un ácido y puede protonar muchos Una sustancia que produce un compuesto iónico: NaCl+ H2SO4→NaHSO4+HCl reacciona rápidamente sin calentarse. KNO3+ H2SO4→(K+)+(HSO4-)+HNO3 HNO3+ H2SO4→(NO2+)+(H3O+)+2(HSO4-) CH3COOH+ H2SO4→[CH3C(OH)2+]+(HSO4-) HSO3F+ H2SO4→(H3SO4+ )+(SO3F-) El ácido fluorosulfúrico es más ácido. La reacción anterior entre (NO2+) y HNO3 contribuye a la nitrificación de los hidrocarburos aromáticos. [3]
Editar las propiedades químicas del ácido sulfúrico diluido
Propiedades químicas
1. Puede reaccionar con la mayoría de los metales (más activo que el cobre) y la mayoría. El óxido de metales reacciona para generar el sulfato y el agua correspondientes 2. Puede reaccionar con sales que contienen iones ácidos para generar el sulfato correspondiente y el ácido débil 3. Puede reaccionar con álcali para generar el sulfato y el agua correspondientes 4. Bajo ciertas condiciones, puede Reacciona con el metal prohidrógeno para generar el correspondiente sulfato e hidrógeno 5. Puede catalizar la hidrólisis de proteínas, disacáridos y polisacáridos en condiciones de calentamiento. [3] 6. Puede reaccionar con el indicador para hacer que la solución de prueba de tornasol púrpura se vuelva roja y la solución de prueba incolora de fenolftaleína no cambie de color (1) Reaccionar con metales ① El ácido sulfúrico concentrado puede pasivar el hierro, el aluminio y otros metales en la habitación. temperatura . Cuando se calienta, el ácido sulfúrico concentrado puede reaccionar con todos los metales excepto el oro y el platino para generar sulfatos metálicos de alto precio, que generalmente se reducen a dióxido de azufre Cu+2H2SO4 (concentrado) = Calentamiento = CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O 2Fe + 6H2SO4 (concentrado ) = Calentamiento = Fe2(SO4)3+3SO2 ↑+6H2O En la reacción anterior, el ácido sulfúrico muestra fuertes propiedades oxidantes y ácidas. (2) Reacción no metálica El ácido sulfúrico concentrado caliente puede oxidar elementos no metálicos como carbono, azufre y fósforo en sus óxidos de alta valencia o ácidos que contienen oxígeno, y luego reducirse a dióxido de azufre. En este tipo de reacción, el ácido sulfúrico concentrado sólo tiene propiedades oxidativas.
C + 2H2SO4 (conc.) = Calefacción = CO2 ↑ + 2SO2 ↑ + 2H2O S + 2H2SO4 (conc.) = Calefacción = 3SO2 ↑ + 2H2O 2P + 5H2SO4 (conc.) = Calefacción = 2H3PO4 + 5SO2 ↑ + 2H2O (3) Con otras reducciones Reacción de sustancias oxidantes El ácido sulfúrico concentrado tiene fuertes propiedades oxidantes. Se pueden preparar en el laboratorio sulfuro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno, etc. El ácido sulfúrico concentrado tiene fuertes propiedades oxidantes. H2S + H2SO4 (diluido) = S ↓ + SO2 ↑ + 2H2O 2HBr + H2SO4 (diluido) = Br2 ↑ + SO2 ↑ + 2H2O 2HI + H2SO4 (diluido) = I2 ↓ + SO2 ↑ + 2H2O.
Malentendidos comunes
En la escuela secundaria, el ácido sulfúrico diluido generalmente se considera como H2SO4 = 2H++SO4 2-, que está completamente ionizado dos veces, pero este no es el caso. Según el coeficiente de acidez del ácido sulfúrico pKa1:-3,00 pka2:1,99, su ionización secundaria es insuficiente pka2:1,99. En ácido sulfúrico diluido, HSO4 = reversible = H + +SO4 2- no está completamente ionizado 1 mol/L sulfúrico. El ácido es una vez completada la ionización de primer nivel, la cantidad de ionización de la ionización de segundo nivel es aproximadamente del 10%, es decir, todavía hay una gran cantidad de HSO4- en la solución. E incluso en una solución de NaHSO4 de 0,1 mol/l, sólo aproximadamente el 30% del bisulfato está ionizado. [3]
Prueba de ácido sulfúrico diluido
Fármacos requeridos Solución de cloruro de bario acidificada con ácido clorhídrico, magnesio en polvo Método de prueba Cloruro de bario (BaCl2) acidificado con ácido clorhídrico (HCl). Agregue unas gotas de solución de cloruro de bario acidificada con ácido clorhídrico a la solución a probar y agítela. Si se produce un precipitado blanco después de agregar polvo de magnesio a la solución, significa que la solución a probar. contiene ácido sulfúrico.