Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Май » 15 » Примеры ОРВ. Серная кислота
21:15
Примеры ОРВ. Серная кислота

    Продолжим нашу практику по составлению и решению ОВР. В прошлый раз мы познакомились с рядом примеров с участием азотной кислоты в качестве окислителя, сегодня очередь дошла до серной кислоты.

    Серная кислота является менее активным окислителем, чем азотная кислота, но, сера в степени окисления 6+ достаточно реакционноспособный случай, тем более, в сильно кислой среде и при нагревании. Серная кислота – сильная кислота, к тому, же, сильный водоотнимающий агент. Ей присущи все свойства сильных кислородсодержащих минеральных кислот, в том числе, окислительная активность (чаще за счет протонов водорода: переход Н+ +1е-→ Но, чем за счет серы).

    Для начала возьмем простой пример, одним из наиболее простых и достаточно сильных восстановителей является водород, в том числе, в момент выделения. В связи с малой полярностью молекулярного водорода и его низкой растворимостью в водных (тем более, высокополярных) средах, прямая реакция при нормальных условиях почти невозможна. Для реализации окислительной активности серной кислоты на молекулярный водород, следует или пропускать водород под давлением сквозь кипящую серную кислоту (400-600*С, 15-20 атм.), или инициировать смесь перегретых паров серной кислоты и водорода от искры или детонатора. В обоих случаях сера восстановится лишь до наиболее устойчивой (в соединениях с кислородом) степени окисления 4+.

    Здесь следует отметить, что часто встречаются задачи примерно такого содержания: “с какими из приведенных соединений будет реагировать данное вещество… при нормальных условиях”. Всегда следует обращать внимание на слова “при нормальных условиях”, ибо они подразумевают 20*С и атмосферное давление, а так же, отсутствие специальных катализаторов (которые не являются естественными примесями реагентов). При температуре, скажем, 900*С и давлении 30 атмосфер список не реагирующих между собой соединений резко уменьшается.

    И так, реакция водорода и серной кислоты при 500*С приведена ниже. На сере заряд меняется с 6+ до 4+, значит, она принимает два электрона. Водород отдает два электрона на каждую молекулу. Так как, реакция происходит в газовой среде (ионы в растворе не имеют значения в данном процессе), то рассматриваем реакцию методом электронного баланса.

    Далее возьмем другой пример, то же простейший восстановитель – магний, и так же, жесткие условия. Если наглядно, то это горение магниевой ленты в атмосфере паров серной кислоты или горение пучка раскаленной стружки в сосуде с серной кислотой. В обоих случаях будет ряд побочных реакций, в основном – образование сульфата магния с выделением водорода.

    В данном примере следует отметить, что взят некоторый избыток магния, и весь кислород переходит к нему, если взять еще больше магния, то в продуктах появится сульфид магния Mg2+S2-. Но, мы не будем дополнительно усложнять. В данной реакции два окислителя: водород и сера сульфатных групп, а восстановитель один – магний. Поэтому запись включает суммирование всех электронов, принимаемых окислителями одной молекулы серной кислоты (6+2=8) и выравнивание баланса между 8 электронами и 2 электронами магния. Итого, множители: 1, 1, 4. Протонов водорода в данном случае записываем два не только по причине образования из них молекулы водорода, но и так как, их два в одной молекуле серной кислоты.

    Другой, более классический случай: серная кислота и алюминий при н.у. Происходит обычное растворение металла в кислоте. Так как металл достаточно активен (см. ряд активности металлов), то будет простая обменная реакция.

    Для упрощения, уравняем ее методом электронного баланса.

   Несколько более сложный пример, встречающийся при воздействии избытка серной кислоты на органические соединения – окисление углерода серной кислотой. Эта реакция протекает как побочная, например, при воздействии олеума на бумагу или древесину. Прямая реакция графита или активированного угля с концентрированной серной кислотой по данному механизму при н.у. невозможна (требуется нагревание не менее чем до 300*С для активированного угля, и не менее 600-700*С для графита).

    Сера принимает два электрона, углерод отдает 4 электрона. Наименьшее общее кратное 4. Образовавшаяся в реакции угольная кислота разлагается на диоксид углерода и воду.

    Другой пример окисления органического соединения – реакция с метанолом. При этом основной будет реакция этерификации с образованием как сульфата метанола CH3OSO3, так и диметилового эфира (CH3)O. Доминирование реакции окисления метанола серной кислотой будет преобладать лишь при высокой температуре, высокой концентрации и избытке серной кислоты.

    В молекуле метанола углерод имеет степень окисления 2-, так как смещение электронной плотности по связи углерод-водород практически нулевое и учитываем лишь влияние кислорода на углерод. В диоксиде углерода (как и в любых диоксидах) степень окисления 4+. Множители 1 и 3.

    Другой случай окисления органического соединения серным ангидридом – взаимодействие пропена-2 с ангидридом (в ОВР ангидриды ведут себя аналогично кислотам, но, более активны и сильнее отнимают воду). Как и предыдущая реакция, этот случай реализуется лишь при температурах выше 300-400*С.

    При более низких температурах доминирует атака электрофильного центра на атоме серы по системе электронной плотности двойной связи. В результате получаются или органические сульфокислоты или кетоны (или иные продукты гидролиза промежуточных соединений). В любом случае, скорость реакции при низкой температуре очень мала. Так как в каждой молекуле пропена-2 содержатся два атома углерода, взаимодействующие с окислителем, то удваиваем атом углерода. Система пи-электронной плотности на двойной связи делает связь углерод-водород более полярной, поэтому на углеродах заряд 1- (так как, водород менее электроотрицателен, чем углерод). После реакции углерод карбоксильной группы приобретает заряд 3+, так как, атом водорода (фактически, протон кислоты) компенсирует один минус кислорода. Остается 3- от двух атомов кислорода.

    Другие примеры мы рассмотрим в следующий раз.

   
Категория: Фундамент | Просмотров: 3728 | Добавил: Chemadm | Теги: соединения серы в ОВР, уравнивание ОВР, окислительно-восстановительные | Рейтинг: 4.2/12
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]