Інструкція до виконання лабораторної роботи № 2

Тема: Вивчення властивостей сульфатної кислоти. Визначення сульфат-йона.

1Мета:

1.1 Вивчити хімічні властивості сульфатної кислоти.

1.2 Навчитися визначати сульфат-йон в розчинах.

2 Матеріально-технічне та навчально-методичне забезпечення:

2.1 Періодична система Д.І.Менделєєва.

2.2 Таблиця розчинності кислот, солей і основ.

2.3 Штатив з пробірками.

2.4 Розчини: сульфатної кислоти, натрій гідроксиду, натрій сульфату, калій сульфату, барій хлориду, натрій карбонату.

2.5 Метали: цинк, залізо, мідь.

2.6 Індикатори: лакмус, метилоранж, фенолфталеїн.

3 Теоретичні відомості:

Формула сульфатної кислоти - Н₂80₄.

Физичні властивості. За звичайних умов чиста сульфатна кислота - безбарвна оліїста рідина без запаху, майже удвічі важча за воду (густина 1,83 г/см³). Температура плавлення становить +10,3°С, а кипіння 280°С. Під час кипіння кислота починає розкладатися на сульфур (VI) оксид і воду. Сульфатна кислота необмежено розчиняється у воді, тобто змішується з нею в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчину, розчинення супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Для того щоб із концентрованої сульфатної кисло"'и виготовити її розбавлений розчин, кислоту доливають у воду, а не навпаки. Тоді температура рідини зростає повільніше, і вдається запобігти її закипанню.

Хімічні властивості.

Сульфатна кислота завдяки наявності в молекулі двох ковалентних 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:

Н₂S0₄ ←→Н⁺ + HS0₄^-

НS0₄^-←→ H⁺+ SО₄²-.

Проте у йонно-молекулярних рівняннях сульфатну кислоту записують такою сукупністю йонів: 2Н⁺ + S0₄²-.

Реакції з металами. Сульфатна кислота 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.

У молекулі Н₂S0₄ 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:

2А1 + ЗН₂S0₄ (розб.) = А1₂(S04)₃ + ЗH₂O↑

«Витісняти» водень із кислот здатні метали, розміщені в ряду активності перед ним. Із розбавленою сульфатною кисло тою не реагують мідь 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 і платини). Чим активніший метал, тим сильніше відновлюється Сульфур. Малоактивні метали відновлюють кислоту до 80₂, а дуже активні —до Н₂S:

Сu + Н₂S0₄ (конц.) →СuS0₄ + SО₂↑+ Н₂0;

М_g + Н₂S0₄ (конц.) → МgS0₄ + Н₂S↑ + Н₂0.

У разі участі в реакції металу середньої активності утворюється сірка або одночасно відбуваються дві реакції — з утворенням Н₂S і S чи в та S0₂.

Якщо в холодну концентровану сульфатну кислоту занурити кусочок заліза, то ми не помітимо взаємодії речовин. Насправді кислота починає реагувати з металом 2Fе + ЗН₂S0₄ (конц.) = Fe₂0₃ + 3S0₂↑ + ЗН₂0.

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 й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами з утворенням у кожному випадку солі (сульфату) і води. Будучи нелеткою і сильною кислотою, вона вступає в реакції обміну з більшістю солей.

Чиста сульфатна кислота, а також її концентрований розчин руйнують папір, тканини, деревину, полімерні матер али. Однією з причин таких явищ є водовідбірні властивості цієї кислоти Вона добре поглинає і водяну пару. Застосування. Сульфатну кислоту широко використовують на практиці:

1) очищення нафтопродуктів;

2) у металургії;

3) добування органічних сполук;

4) виробництво ортофосфатної кислоти і фосфатних добрив;

5) добування солей і кислот;

6) добування барвників;

7) добування вибухових речовин;

8) виробництво лікарських препаратів;

9) осушування газів;

10)у свинцевих акумуляторах.

Сульфати. Сульфатна кислота утворює солі, загальна назва яких - сульфати. Більшість сульфатів розчиняється у воді. При випарюванні їх розчинів часто виділяються кристалогідрати, наприклад СuS0₄*5Н₂0, FеS0₄^*7Н₂0, А1₂(S0₄)₃*18Н₂0.

Малорозчинними є солі СаS0₄ і Аg₂S0₄, а практично нерозчинними — ВаS0₄ і РbS0₄. Утворення осаду барій сульфату використовують як якісну реакцію на йони SО4^2- .

Сульфати, як правило, не взаємодіють з іншими кислотами. Солі сульфатної кислоти застосовують на практиці. Натрій сульфат використовують у виробництві соди і скла. Калій сульфат є калійним добривом. Кальцій сульфат, дигідрат, або гіпс СaS04*2Н20, використовують у будівництві, монументальному мистецтві, медицині. Купрум(ІІ) сульфат, пентагідрат, або мідний купорос СuS04*5Н20, застосовують у сільському господарстві як засіб проти хвороб і шкідників рослин.

4 Хід роботи:

4.1 Дія сульфатної кислоти на індикатори.

У три пробірки налити по 1 мл розчину сульфатної кислоти. До першої пробірки додати індикатор лакмус, до другої - метилоранж, до третьої - фенолфталеїн.

Результати спостережень записати в таблицю:_________________

№ з/п	Назва індикатора	Колір індикатора	Колір індикатора в розчині сульфатної кислоти
1.
2.
3.

Чому індикатори змінили свій колір? Відповідь обґрунтуйте.

4.2 Взаємодія сульфатної кислоти з лугом - натрій гідроксидом.

У чисту пробірку налити 1 мл розчину натрій гідроксиду, потім додати 1-2 краплі індикатора фенолфталеїну. Що спостерігаємо? Чому відбулася зміна кольору індикатора? Відповідь обґрунтуйте.

Далі додаємо розчин сульфатної кислоти. Що спостерігаємо? Чому? Відповідь підтвердити рівнянням хімічної реакції у молекулярній, йонній повній і скороченій формах.

4.3 Взаємодія сульфатної кислоти з металами.

У першу пробірку (обережно!) покладіть гранули цинку, у другу - заліза, в третю - шматочок міді. До кожної з пробірок додати по 1 мл розчину сульфатної кислоти. Що спостерігається в кожній із пробірок? Якій газ виділяється? Відповідь підтвердити рівнянням хімічної реакції у молекулярній, йонній повній і скороченій формах.

4.4 Взаємодія сульфатної кислоти з солями.

У пробірку налити 1 мл розчину натрій карбонату, потім додати 1-2 мл розчину сульфатної кислоти. Що спостерігаємо? Якій газ виділяється?

Відповідь підтвердити рівнянням хімічної реакції у молекулярній, йонній повній і скороченій формах.

4.5 Якісна реакція на сульфат-йон.

До першої пробірки додати розчин натрій сульфату, до другої - розчин сульфатної кислоти, до третьої - розчин калій сульфату. До кожної із пробірок додати розчин барій хлориду? Що відбувається в кожної із пробірок? Який колір і характер осаду? Відповідь підтвердити рівнянням хімічної реакції у молекулярній, йонній повній і скороченій формах.

Зробить висновок, які йони необхідно використати для виявлення в розчині сульфат-аніона.

Висновки

6 Контрольні питання:

6.1 Побудуйте графічну формулу сульфатної кислоти. Укажіть значення валентності та ступеня окиснення всіх елементів - Гідрогену, Сульфуру, Оксигену.

6.2 Присутність яких йонів свідчить про кисле середовище?

6.3 Які індикатори можна використовувати для виявлення кислого середовища?

6.4 Чому раніше сульфатну кислоту називали «купоросним маслом»?

6.5 Вступають у хімічну реакцію з сульфатною кислотою благородні метали (мідь, ртуть, золото, платина та ін.)? Якщо так, то за яких умов?

6.6 Як пояснити такий факт, що при тривалому пропусканні повітря крізь концентровану сульфатну кислоту її маса трохи збільшується?

6.7 Що таке пасивація?

Література

1. Буринська Н.М. Хімія 10 клас./ Н.М.Буринська, Л.П.Величко. - К.: Ірпінь «Перун», 1999. - 176 с.

2. Попель П.П. Хімія: підруч. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. / П.П.Попель, Л.С.Крикля. - К.: ВЦ «Академія», 2010. - 208 с.: іл.

3. Ярошенко О.Г. Хімія: підруч. Для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень). - К.: Грамота, 2010. - 224с.: іл.