Лабораторна робота №1. Тема. Вивчення властивостей сульфатної кислоти

Тема. Вивчення властивостей сульфатної кислоти. Якісна реакція на сульфат –іон

Мета: дослідити дисоціацію та реакції солеутворення сульфатної кислоти, виконати якісну реакцію на сульфат іон.

Прилади і реактиви: розчин сульфатної кислоти (H₂SO₄), розчини солей натрій сульфату (Na₂SO₄), барій хлориду (BaCl₂), натрій карбонату (Na₂CO₃), розчин лугу (NaOH), купрум оксид (CuO), цинк (Zn) індикатор метилоранж, штатив з пробірками, тримач.

Сульфатна кислота H₂SO₄ (безводна, 100 %-ва) —важка безбарвна оліїста рідина. Густина її концентрованого розчину (w (H₂SO₄) = 98 %) за звичайних умов 1, 84 г/см³. Вона нелетка, запаху не має. Надзвичайно гігроскопічна. Активно вбирає вологу. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Розчинення сульфатної кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти, що може призвести до закипання води і розбризкування кислоти.

Сульфатна кислота — їдка рідина, тому треба остерігатись, щоб вона не потрапила на шкіру й одяг. А якщо це сталося, треба швидко змити її великою кількістю води, після чого нейтралізувати розчином соди і знову змити водою.

Пам'ятайте таке правило: не можна воду доливати до концентрованої сульфатної кислоти! Для розбавляння кислоту треба доливати до води невеликими порціями.

Хімічні властивості сульфатної кислоти багато в чому залежать від її концентрації. В лабораторіях та промисловості використовують розбавлену і концентровану сульфатну кислоту, хоча такий поділ дещо умовний.

Розбавлена сульфатна кислота виявляє всі хімічні властивості, характерні для кислот.

1. Дисоціація кислоти. Сульфатна кислота двохосновна, належить до сильних кислот. У водних розчинах вона дисоціює на йони за двома ступенями (за першим — практично повністю):

І ступінь Н₂SO₄ ↔ H⁺ + HSO₄ ^- — гідросульфат-іон

II ступінь НSO₄^- ↔ H⁺+SO₄ ^2- — сульфат-іон

Ось чому в процесі нейтралізації розчинів сульфатної кислоти H₂SO₄ утворюються два ряди солей: середні солі — сульфати і кислі солі —гідросульфати.

2. Взаємодія з основами. Якщо у пробірку з розбавленою сульфатною кислотою добавити дві-три краплі фіолетового лакмусу, розчин набуває червоного забарвлення (кисле середовище). Потім у цю пробірку доливатимемо краплями розчин гідроксиду натрію доти, доки вміст пробірки набуде фіолетового забарвлення (нейтральне середовище):

2NаОН + Н₂SO₄ = Nа₂SO₄ + 2Н₂O

сульфат натрію

Якщо ж розчину лугу NаОН не вистачає для нейтралізації усієї кислоти, то сіль, що утворюється, буде кислою:

NаОН + Н₂SO₄ = NаНSO₄ + H₂O

гідросульфат натрію

Отже, гідросульфати утворюються тоді, коли кислота береться у надлишку.

Більшість сульфатів добре розчиняються у воді. Малорозчинним є сульфат кальцію СаSO₄, ще менше розчиняється сульфат плюмбуму РbSO₄ і практично нерозчинним є сульфат барію ВаSO₄ (див. таблицю розчинності).

3. Взаємодія з оксидами металів. Сульфатна кислота реагує з основними та амфотерними оксидами, утворюючи солі, наприклад:

МgО + Н₂SO₄ = МgSO₄ + Н₂О

ZnO + Н₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

4. Взаємодія з солями. Сульфатна кислота сильна і нелетка, одна з найстійкіших із відомих мінеральних кислот. Вона може вступати в реакцію обміну з солями, утвореними слабкішими або леткими кислотами і навіть сильними кис­лотами, якщо вони менш стійкі:

Na₂СО₃ + Н₂SO₄ = NаSO₄ + СО₂­+ Н₂О

2КNО₃ + Н₂SO₄ = К₂SO₄ + 2НNО₃­

2КСlO₄ + Н₂SO₄ = К₂SO₄ + 2НС1O₄

ВаСІ₂ + Н₂SO₄ = ВаSO₄¯ + 2НС1­

Останнє рівняння відображує якісну реакцію на кислоту та її солі, бо утворюється нерозчинний у воді сульфат барію ВаSO₄.

Сульфатна кислота може взаємодіяти із своїми солями — сульфатами. При цьому середні солі — сульфати перетворюються на кислі солі — гідросульфати:

Na₂SO₄+H₂SO₄=2NaHSO₄

Отже, про наявність у розчині сульфатної кислоти та її солей можна робити висновок на підставі утворення білого осаду ВаSO₄, який практично не розчиняється ні у воді, ні в нітратній кислоті.

Таким чином, реактивом на сульфат-іони SO₄^2- є йони барію Ва²⁺

Ва²⁺ + SO₄^2- = ВаSO₄¯

5. Взаємодія з металами. Розбавлена сульфатна кислота реагує, наприклад, з магнієм, цинком, залізом з виділенням водню:

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂­

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂­

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂­

Малоактивні метали (мідь, срібло, золото) з розбавленою сульфатною кислотою не реагують.

Концентрована сульфатна кислота — сильний окисник. Вона може взаємодіяти з малоактивними металами, наприклад з міддю:

Cu⁺⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄ = CuS⁺⁶O₄ + S⁺⁴O₂­ +2H₂O

Хід роботи

Дослід 1. Дослідження дисоціації сульфатної кислоти.

В пробірку налийте 1 мл розчину сульфатної кислоти та додайте кілька крапель метилоранжу. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 2. Взаємодія сульфатної кислоти з металами

В пробірку налийте 1 мл розчину сульфатної кислоти та додайте кусочок цинку. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 3. Взаємодія сульфатної кислоти з гідроксидами металів.

До пробірки з досліду 1 долийте 1 мл розчину натрій гідроксиду. Як змінилося забарвлення індикатору? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 4. Взаємодія сульфатної кислоти з оксидами металів.

Налийте в пробірку 1 мл розчину сульфатної кислоти, додайте невелику кількість купрум оксиду. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 5. Взаємодія сульфатної кислоти з солями.

Налийте в пробірку 2 мл розчину сульфатної кислоти, додайте 1 мл розчину натрій карбонату. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 5. Якісна реакція на сульфат- іон.

В дві пробірки налийте по 1 мл розчинів сульфатної кислоти та натрій сульфату. Додайте до них по кілька крапель розчину барій хлориду. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Контрольні запитання.

1. Які фізичні властивості сульфатної кислоти?

2. Особливості взаємодії сульфатної кислоти з металами.

3. Які Йони утворюються при дисоціації сульфатної кислоти?

4. Які хімічні властивості сульфатної кислоти.

5. Виконити перетворення: S g SO₂ g SO₃ g H ₂SO ₄ g NaHSO₄ g Na ₂SO₄ g BaSO₄