Schwefelsäure
Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure, die in vielen chemischen Prozessen eine entscheidende Rolle spielt. Sie wird häufig in der Industrie zur Herstellung von Düngemitteln, Batterien, Kunststoffen und vielen anderen Produkten verwendet. Lerne mehr, wie sie als Bestandteil der Umweltchemie funktioniert, und wo du die in der Natur finden könntest!
- Schwefelsäure – Definition
- Schwefelsäure – Strukturformel
- Schwefelsäure – Steckbrief
- Schwefelsäure – Eigenschaften
- Schwefelsäure – Reaktionen
- Schwefelsäure – Gefahrstoffhinweise
- Schwefelsäure – Vorkommen
- Schwefelsäure – Herstellung
- Schwefelsäure – Verwendung
- Ausblick – das lernst du nach Schwefelsäure
- Schwefelsäure – Zusammenfassung
- Häufige gestellte Fragen zum Thema Schwefelsäure
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Grundlagen zum Thema Schwefelsäure
Schwefelsäure – Definition
Schwefelsäure ist eine chemische Verbindung, die seit dem Mittelalter bekannt ist. Sie hat viele nützliche Anwendungen und ist eine wichtige Grundchemikalie.
Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure. Meist wird sie in verdünnter Form als wässrige Lösung verwendet, aber auch als Reinstoff ist Schwefelsäure unter Normalbedingungen flüssig. Die Summenformel der Verbindung lautet $\ce{H2SO4}$.
Schwefelsäure zählt zu den oxidierenden Säuren – sie ist also ein gutes Oxidationsmittel.
Wusstest du schon?
Schwefelsäure ist eine der weltweit meistproduzierten Chemikalien! Jährlich werden weltweit über $250$ Millionen Tonnen davon hergestellt. Schwefelsäure wird für unzählige Prozesse benötigt – von der Herstellung von Autoteilen und Düngemitteln bis hin zu Reinigungsmitteln und sogar Batterien. Diese Säure ist ein echter Allrounder in unserer heutigen Welt!
Schwefelsäure – Strukturformel
Das Molekül der Schwefelsäure setzt sich gemäß der Summenformel $\ce{H2SO4}$ aus zwei
Zur Betrachtung der Molekülstruktur ist die Schreibweise als Valenzstrichformel (bzw. Lewis‑Formel) nützlich. Eine solche Strukturformel der Schwefelsäure ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Jeder der einzelnen Striche zwischen zwei Atomen, zum Beispiel zwischen $\ce{O}$ und $\ce{S}$, symbolisiert ein bindendes Elektronenpaar. Die Striche, die sich außerdem an den $\ce{O}$‑Atomen befinden, sind nicht-bindende (oder auch freie) Elektronenpaare.
Anders als in dieser vereinfachten Strukturformel dargestellt, ist das Schwefelsäuremolekül jedoch nicht planar. Die an der Bildung des Moleküls beteiligten Atome liegen in Wirklichkeit nicht alle in einer Ebene. Eine genauere Darstellung ermöglicht die räumliche Schreibweise, durch die veranschaulicht wird, wie das Schwefelsäuremolekül im dreidimensionalen Raum aussieht:
In der räumlichen Formelschreibweise liegen die beiden Sauerstoffatome, die mit dem Schwefelatom Doppelbindungen ausbilden, zusammen mit dem Schwefelatom in einer Ebene. Von den beiden übrigen Sauerstoffatomen
Schwefelsäure – Steckbrief
Allgemeine Informationen und wichtige Eigenschaften der Schwefelsäure sind im folgenden Steckbrief zusammengefasst:
| Steckbrief | Schwefelsäure |
|---|---|
| Weitere Namen | Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure |
| Summenformel | $\ce{H2SO4}$ |
| Erscheinung | farblose, ölige Flüssigkeit (unter Normalbedingungen) |
| Molare Masse $M$ | $98{,}08\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$ |
| Dichte $\rho$ | $1{,}84\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ |
| Schmelzpunkt (Smp.) | ca. $10\,^\circ\text{C}$ (bei Normaldruck) |
| Siedepunkt (Sdp.) | ca. $300\,^\circ\text{C}$ (bei Normaldruck) |
| Löslichkeit | sehr gut wasserlöslich, mit Wasser in beliebigem Verhältnis mischbar |
| H-Sätze | 290, 314 |
| P-Sätze | 280, 301+330+331, 303+361+353, 305+351+338+310 |
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure sind damit:
- Reine Schwefelsäure ist eine farblose, ölige Flüssigkeit (unter Normalbedingungen). Ihre Dämpfe verbreiteten einen beißenden Geruch.
- Die Dichte beträgt $1{,}84\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ und ist damit größer als die Dichte von Wasser.
- Reine Schwefelsäure liegt bei niedrigen Temperaturen (unterhalb von $10{,}3\,^\circ\text{C}$ bei Normaldruck) im festen Aggregatzustand vor.
- Oberhalb von $280\,^\circ\text{C}$ wird reine, wasserfreie Schwefelsäure gasförmig. Sogenannte azeotrope Schwefelsäure mit einer Konzentration von $98\,\%$ (Gewichtsprozent) siedet bei $337\,^\circ\text{C}$.
Kennst du das?
Vielleicht hast du schon einmal in der Schule im Chemieunterricht einen Experimentiertag gehabt, an dem verschiedene Säuren und Basen getestet wurden. Schwefelsäure war vielleicht eine davon. Sie ist stark und wird in vielen industriellen Prozessen verwendet. Indem du verstehst, wie Schwefelsäure reagiert, kannst du besser nachvollziehen, warum sie so häufig verwendet wird und warum sie mit Vorsicht behandelt werden muss.
Schwefelsäure – Eigenschaften
Gehen wir auf einige chemische Eigenschaften der Schwefelsäure genauer ein:
- Konzentrierte Schwefelsäure ist stark hygroskopisch, d. h. wasserziehend bzw. wasserbindend. Damit ist gemeint, dass der Stoff Wassertröpfchen oder Wasserdampf aus der Luft aufnimmt, der Umgebung also Wasser entzieht. Deshalb kann die Schwefelsäure als Trockenmittel verwendet werden.
- Schwefelsäure ist gut wasserlöslich und mit Wasser in beliebigem Verhältnis mischbar. Azeotrope Schwefelsäure ist mit einem Massenanteil von $98\,\%~\ce{H2SO4}$ hoch konzentriert. Im Labor sind wässrige Lösungen mit folgenden Konzentrationen üblich:
– konzentrierte Schwefelsäure: $96\,\%~\ce{H2SO4}$, ca. $18\,\frac{\text{mol}}{\ell}$
– Batteriesäure: $38\,\%~\ce{H2SO4}$, ca. $5\,\frac{\text{mol}}{\ell}$
– verdünnte Schwefelsäure: $10\,\%~\ce{H2SO4}$, ca. $1\,\frac{\text{mol}}{\ell}$ - Schwefelsäure ist eine starke Säure, d. h. sie dissoziiert praktisch vollständig in wässriger Lösung. Dies geschieht in zwei Schritten, da im Schwefelsäuremolekül zwei $\ce{H}$‑Atome gebunden sind, also zwei
Protonen $\left( \ce{H+} \right)$ abgespalten werden können:
$\ce{H2SO4 <=>[H2O] H^{+} + HSO4^{-}}$
$\ce{HSO4^{-} <=>[H2O] H^{+} + SO4^{-}}$
Das Zwischenprodukt $\ce{HSO4^-}$ ist das einfach negativ geladene Hydrogensulfat‑Ion. Erst im zweiten Schritt wird das zweifach negativ geladeneSulfat‑Ion $\left( \ce{SO4^{2-}} \right)$ freigesetzt, der eigentliche Säurerest der Schwefelsäure. - Schwefelsäure ist also eine zweiprotonige Säure und es erfolgt eine zweistufige Dissoziation in wässriger Lösung.
- Schwefelsäure ist eine oxidierende Säure, also ein gutes Oxidationsmittel mit einer stark ätzenden Wirkung.
Wusstest du schon?
Konzentrierte Schwefelsäure kann durch Vermischen mit Wasser zu beliebigen anderen Konzentrationen verdünnt werden. Dabei ist darauf zu achten, immer die Säure zu der gewünschten Menge Wasser zuzugeben – niemals umgekehrt!
Es gilt der Merksatz:
Niemals Wasser auf die Säure, sonst geschieht das Ungeheure!
Grund hierfür ist die Tatsache, dass das Lösen von Schwefelsäure ein exothermer Vorgang ist – es wird viel Energie in Form von Wärme frei. Das kann dazu führen, dass konzentrierte Säure siedet und beim Verdünnen aus dem Gefäß spritzt! Deshalb ist es sicherer, nur kleine Mengen Säure auf viel Wasser zu geben, statt umgekehrt.
Schwefelsäure – Reaktionen
Die wichtigsten chemischen Reaktionen der Schwefelsäure stellen wir in der folgenden Tabelle anhand von Beispielen vor:
| Reaktionstyp | Beschreibung | Reaktionsgleichungen (Beispiele) |
|---|---|---|
| Dissoziation in wässriger Lösung |
Die Dissoziation der Schwefelsäure kann auch als Reaktion mit Wasser formuliert werden, denn ein einzelnes Proton $\left( \ce{H^{+}} \right)$ bildet mit einem Wassermolekül $\left( \ce{H2O} \right)$ ein Oxonium-Ion $\left( \ce{H3O^{+}} \right)$. | Die Gesamtreaktion der zweistufigen Dissoziation lässt sich so darstellen: $\ce{H2SO4 + 2 H2O <=> 2 H3O^{+} + SO4^{2-}}$ Es entstehen also zwei Oxonium-Ionen und ein Säurerest-Ion, das Sulfat-Ion $\left( \ce{SO4^{2-}} \right)$. |
| Neutralisation | Bei einer Neutralisationsreaktion reagieren eine Säure und eine Base und es entstehen ein Salz und Wasser. | Schwefelsäure reagiert beispielsweise mit der Base Natriumhydroxid $\left( \ce{NaOH} \right)$ zu Natriumsulfat $\left( \ce{Na2SO4} \right)$ und Wasser: $\ce{H2SO4 + 2 NaOH -> Na2SO4 + 2 H2O}$ Das Salz $\ce{Na2SO4}$ wird auch Glaubersalz genannt. |
| Redoxreaktion mit einem unedlen Metall | Schwefelsäure reagiert wie alle starken Säuren in verdünnter Form mit unedlen Metallen. | Schwefelsäure reagiert beispielsweise mit Zink $\left( \ce{Zn} \right)$ zu Zinksulfat $\left( \ce{ZnSO4} \right)$: $\ce{H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2}$ Auf ähnliche Art und Weise können viele weitere Salze der Schwefelsäure gebildet werden, die sogenannten Sulfate. Dabei wird gasförmiger Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$ frei. |
| Redoxreaktion mit einem relativ edlen Metall | Als oxidierende Säure kann konzentrierte Schwefelsäure auch gegenüber relativ edlen Metallen wie Kupfer $\left( \ce{Cu} \right)$ die Rolle des Oxidationsmittels einnehmen, wenn sie erhitzt wird. | Auch hier entsteht ein Salz, nämlich Kupfersulfat $\left( \ce{CuSO4} \right)$: $\ce{2 H2SO4 + Cu -> CuSO4 + 2 H2O + SO2}$ Anstelle von Wasserstoff werden allerdings Wasser und das Gas Schwefeldioxid $\left( \ce{SO2} \right)$ gebildet. |
Schwefelsäure kann aufgrund ihrer hohen Reaktivität, die durch den sauren Charakter und die oxidierende Wirkung bedingt ist, auch organische Stoffe zersetzen. So zerstört Schwefelsäure beispielsweise Zucker, Stroh, Baumwolle oder auch Haut. In einem beliebten Schulversuch kann so ein Vorgang beobachtet werden:
- Gibt man auf etwas Haushaltszucker in einem Becherglas konzentrierte Schwefelsäure, verfärbt sich der Zucker schwarz und steigt in dem Becherglas nach oben.
- Aufgrund der Hygroskopie, also der wasserbindenden Wirkung, entzieht die Schwefelsäure dem Zucker jegliches Wasser.
- Zurück bleibt elementarer
Kohlenstoff $\left( \ce{C} \right)$, der eine schwarze Farbe hat.
Kohlenstoff reagiert nun mit Schwefelsäure zu
$\ce{C + H2SO4 -> CO2 + 2 SO2 + H2O}$
Die beiden Gase sorgen dafür, dass der überschüssige Kohlenstoff, der nicht abreagiert, als poröse Masse nach oben steigt.
Merke:
Schwefeldioxid $\left( \ce{SO2} \right)$ ist ein giftiges Gas, deshalb sollte der Versuch nur unter einem Abzug durchgeführt werden (und natürlich mit Schutzhandschuhen und Schutzbrille)!
Schwefelsäure – Gefahrstoffhinweise
Die Schwefelsäure gehört zu den stärksten Säuren. Sie wirkt stark ätzend auf die Haut und die Schleimhäute, d. h. sie kann lebendes Gewebe zerstören. Das Ausmaß der Gefährdung hängt von der Konzentration der jeweiligen Lösung ab, aber selbst verdünnte Schwefelsäure ist immer noch sehr gefährlich. Aus hoch konzentrierter Schwefelsäure steigt das Gas
Beim Arbeiten mit Schwefelsäure, ganz gleich ob verdünnt oder konzentriert, sind unbedingt Schutzbrille und Schutzhandschuhe zu tragen. Mit konzentrierter Schwefelsäure sollte nur unter einem Abzug oder mit Atemschutz gearbeitet werden.
Nach der internationalen Gefahrstoffkennzeichnung (GHS) gilt Schwefelsäure als gefährlich und wird mit dem Piktogramm (Gefahrensymbol) ätzend gekennzeichnet.
Signalwort: Gefahr
Schlaue Idee
Wenn du einmal Reiniger für Metalle siehst, schau dir die Inhaltsstoffe an. Häufig wird darin Schwefelsäure verwendet, um Rost und Verunreinigungen zu entfernen und die Metalle glänzend sauber zu halten. Dabei muss unbedingt auf die nötigen Sicherheitsvorkehrungen geachtet werden!
Schwefelsäure – Vorkommen
Freie, nicht-dissoziierte Schwefelsäure kommt in der Natur nur sehr selten vor. In geringen Mengen kommt freie Schwefelsäure in bestimmten vulkanischen Quellen, sogenannten Solfataren, vor. Des Weiteren findet man Schwefelsäure in der oberen Atmosphäre der Venus.
Auf der Erde sind die Salze der Schwefelsäure, die Sulfate, weit verbreitet, so etwa
Saurer Regen entsteht aus
Wusstest du schon?
Saurer Regen entsteht durch chemische Reaktionen, bei denen sich Schwefeloxide (oder auch Stickoxide) mit Wasserdampf aus der Luft verbinden. Dabei entsteht Schwefelsäure (oder auch Salpetersäure) in den Wassertröpfchen.
Schwefelsäure – Herstellung
Schwefelsäure ist eine wichtige Grundchemikalie und wird in großen Mengen in der chemischen Industrie hergestellt. Vereinfacht gesehen wird Schwefelsäure im industriellen Maßstab in drei Schritten hergestellt, die du hier zusammengefasst siehst:
| Reaktions- schritte |
Reaktion | Reaktionsgleichung |
|---|---|---|
| 1. Schritt | Elementarer Schwefel wird mit Luftsauerstoff verbrannt und es entsteht Schwefeldioxid. | $\ce{S + O2 -> SO2}$ |
| 2. Schritt | Schwefeldioxid wird weiter verbrannt. Die Reaktion läuft nur in Anwesenheit eines Katalysators ab. Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid. | $\ce{2 SO2 + O2 -> 2 SO3}$ |
| 3. Schritt | Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure. | $\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}$ |
Das entsprechende technische Verfahren wird Kontaktverfahren genannt. Die Reaktionsgleichungen für sich genommen könnten im Prinzip auch die Entstehung von Schwefelsäure in Form von saurem Regen in der Atmosphäre beschreiben. In der Industrie läuft der Prozess aber etwas anders ab, kann besser kontrolliert werden und liefert einen höheren Ertrag.
Wusstest du schon?
In kleineren Mengen wurde konzentrierte Schwefelsäure bereits im Mittelalter aus verschiedenen Salzen hergestellt, meist Eisensulfat $\left( \ce{FeSO4} \right)$ oder Kupfersulfat $\left( \ce{CuSO4} \right)$ .
Die Alchemisten nannten die Verbindung Vitriolöl und die Salze der Schwefelsäure Vitriole.
Schwefelsäure – Verwendung
Schwefelsäure ist mit einer weltweiten Produktion von ca. $300\,\text{Mio. t}$ jährlich eine der am meisten produzierten Industriechemikalien. Es gibt sehr viele direkte und indirekte Anwendungen der Schwefelsäure. Wir fassen hier nur einige zusammen:
- Schwefelsäure wird als Batteriesäure in Batterien und Akkus eingesetzt, beispielsweise in Autobatterien. Dort dient sie aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit als Elektrolyt. Dabei spielt auch ihre Eigenschaft als Oxidationsmittel eine wichtige Rolle.
- Aufgrund ihrer wasserziehenden Eigenschaft kann Schwefelsäure auch als Trockenmittel dienen.
- Im Labor wird die Säure bei der Titration zur Neutralisation von Basen eingesetzt.
- Schwefelsäure dient als Reagenz für die organische Synthese verschiedener organischer Verbindungen.
- Sie ist in sehr vielen Synthesen als Reaktionspartner, Katalysator oder Reaktionshilfsmittel von großer Bedeutung.
- Mithilfe von Schwefelsäure können Sulfat‑Salze, aber auch andere Säuren und viele andere Stoffe hergestellt werden.
- Ein Großteil der Schwefelsäure wird zur industriellen Produktion von Düngemitteln benötigt.
- Auch zur Herstellung von Pigmenten für Farben und Lacke wird die Säure eingesetzt.
- Schwefelsäure wird außerdem für die Produktion von Seifen und Waschmitteln benötigt.
- Neben Salpetersäure wird sie auch zur Herstellung einiger Sprengstoffe verwendet.
- In der Metallurgie wird die Säure zum Aufschließen von Erzen eingesetzt, also zur Metallgewinnung.
Ausblick – das lernst du nach Schwefelsäure
Tauche tiefer ein in die Chemie der Säuren und lerne auch die Salzsäure und die Salpetersäure kennen. Hier erfährst du, wie unterschiedliche Säuren reagieren und welche Eigenschaften sie haben. Deine Reise durch die Welt der Säuren und Basen geht spannend weiter!
Schwefelsäure – Zusammenfassung
- Schwefelsäure $\left( \ce{H2SO4} \right)$ ist eine der wichtigsten anorganischen Säuren in der Chemie.
- Es handelt sich um eine starke Säure, die hygroskopische und oxidierende Eigenschaften hat.
- Schwefelsäure wird in der chemischen Industrie zur Herstellung vieler verschiedener Stoffe und Produkte eingesetzt, zum Beispiel für Düngemittel, Waschmittel und Farben.
- In in der organischen Chemie dient Schwefelsäure als Reaktant oder auch als Katalysator für verschiedene Verfahren der organischen Synthese.
Häufige gestellte Fragen zum Thema Schwefelsäure
Transkript Schwefelsäure
Einen schönen guten Tag! Ich begrüße euch alle ganz herzlich zum Video Schwefelsäure. Dieses Video ist für Einsteiger/Anfänger gedacht, enthält aber auch einige Elemente für Fortgeschrittene. Den Namen Schwefelsäure kennt bestimmt jeder von uns. Welcher Stoff verbirgt sich dahinter? Schwefelsäure ist eine starke anorganische Säure. Sie ist eine wichtige Grundchemikalie. Schwefelsäure ist bereits seit dem Mittelalter bekannt. Es gibt viele direkte und indirekte Anwendungen für Schwefelsäure, sei es als Batteriesäure oder sei es als Reagenz für die organische Synthese. Schwefelsäure wird mit einer hohen Weltjahresproduktion erzeugt. Sie beläuft sich in der Größenordnung von 150000000 Tonnen jährlich. Kommen wir kurz zu den wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure: Schwefelsäure ist eine farblose, ölige Flüssigkeit. Schwefelsäure hat eine Dichte von 1,84 g/cm³. Ihre Siedetemperatur liegt oberhalb von 300° Celsius. Kommen wir nun zur Formelschreibweise. Die wichtigste Schreibweise für Schwefelsäure ist die Summenformel - H2SO4. Das Molekül besitzt 2 Atome Wasserstoff, 1 Atom Schwefel und 4 Atome Sauerstoff. Für die Fortgeschrittenen von euch möchte ich die Lewis-Schreibweise links formulieren. Ich möchte euch darauf hinweisen, dass es eine Reihe von Videos zur Lewis-Schreibweise und dem Verständnis derselben gibt. Jeder der einzelnen Striche zwischen 2 Atomen, zum Beispiel zwischen O und S, bedeutet 1 Elektronenpaar. Die Bindungsstriche, die sich an den Sauerstoffatomen befinden, deuten auf sogenannte einsame, nicht bindende Elektronenpaare hin. Das Schwefelsäuremolekül ist nicht planar. Das bedeutet, alle an der Bildung des Moleküls beteiligten Atome liegen nicht in einer Ebene. Daher wird unter Umständen die sogenannte räumliche Schreibeweise benutzt, durch die man veranschaulichen möchte, wie das Schwefelsäuremolekül im Raum aussieht. Die beiden Sauerstoffatome, die mit dem Schwefelatom Doppelbindungen ausbilden, werden zusammen mit dem Schwefelatom in eine Ebene gelegt. Das ist gleichzeitig die Tafelebene. Die beiden übrigen Sauerstoffatome kommen aus der Tafelebene nach vorne, das bedeutet das ausgezeichnete Dreieck und zeigen von der Ebene hinter die Tafel. Das ist das Dreieck, das leer ist. An den Sauerstoffatomen befinden sich, mit Einfachbindungen versehen, Wasserstoffatome - H, unter einem bestimmten Winkel. Ich habe hier nicht berücksichtigt, ob diese bei der sogenannten stabilsten Konformation nach oben oder nach unten zeigen. Mir soll es nur auf das Prinzip ankommen. Für die meisten Belange in der Schule reicht die Summenschreibweise, H2SO4, für die Formel des Schwefelsäuremoleküls vollkommen aus. Kommen wir nun zu den chemischen Eigenschaften der Schwefelsäure. Bemerkenswert ist, dass konzentrierte Schwefelsäure stark hygroskopisch ist. Das bedeutet, sie zieht begierig das in der Luft enthaltene Wasser an und kann somit als Trockenmittel verwendet werden. Schwefelsäure dissoziiert in wässriger Lösung. 1 Molekül Schwefelsäure dissoziiert in wässriger Lösung in 2 Wasserstoffionen und in 1 Säurerest-Ion. 2H+ sind die Wasserstoff-Ionen und SO42- ist das Sulfat-Ion. Schwefelsäure reagiert wie alle starken Säuren in verdünnter Form mit unedlen Metallen. Schwefelsäure reagiert mit Zink zu Zinksulfat und Wasserstoff wird frei. H2SO4 + Zn -> ZnSO4 + H2. Eine wichtige Reaktion der Schwefelsäure ist die Neutralisation. Schwefelsäure reagiert mit Natriumhydroxid zu Natriumsulfat und Wasser. Säure reagiert mit Base zu Salz und Wasser. Schwefelsäure besitzt eine chemische Besonderheit, die sie von anderen starken Säuren wie zum Beispiel Salzsäure unterscheidet. Schwefelsäure ist ein starkes Oxidationsmittel. Schwefelsäure gibt sehr gerne Sauerstoffatome in freier Form ab. Dadurch zersetzt sie organische Stoffe. Schwefelsäure zerstört Stroh, Leinen oder Baumwolle. Als starkes Oxidationsmittel ist Schwefelsäure befähigt, wenn sie konzentriert ist, mit elementarem Kupfer, metallischem Kupfer, zu reagieren - Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 +2H2O + SO2. CuSO4 ist Kupfersulfat - ein Salz. SO2 ist Schwefeldioxid - ein Oxid der Schwefelsäure. Es ist zu beachten, dass eine analoge Reaktion mit konzentrierter Salzsäure, HCI, nicht stattfindet. Der Grund dafür ist einfach. Salzsäure, HCl, ist kein Oxidationsmittel. Zum Schluss wollen wir uns der Herstellung von Schwefelsäure widmen. Obwohl Schwefelsäure bereits im Mittelalter von den Alchimisten gewonnen werden konnte, wird es heute im Labor nicht mehr hergestellt. Dafür ist der Aufwand einfach zu groß. Im industriellen Maßstab kann man Schwefelsäure vereinfacht in 3 Schritten herstellen. Der 1. Schritt ist die Verbrennung von Schwefel. Elementarer Schwefel wird mit Luftsauerstoff verbrannt. S + O2 -> SO2. SO2 ist ein Oxid des Schwefels, das Schwefeldioxid. In der 2. Stufe wird Schwefeldioxid weiterverbrannt. Das ist kompliziert und nicht so einfach zu bewerkstelligen. Die Reaktion läuft nur in Anwesenheit eines Katalysators ab. Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid. 2SO2 + O2 -> 2SO3. SO3 ist Schwefeltrioxid. In der 3. Stufe reagiert Schwefeltrioxid mit Wasser. Die Reaktion vereinfacht lautet: SO3 + H2O -> H2SO4. Schwefeltrioxid plus Wasser bilden Schwefelsäure - H2SO4. Beim Arbeiten mit Schwefelsäure, ganz gleich ob verdünnt oder konzentriert, ist unbedingt eine Schutzbrille zu tragen. Ich danke für eure Aufmerksamkeit! Alles Gute - auf Wiedersehen!
Schwefelsäure Übung
-
Charakterisiere die Schwefelsäure.
TippsSchwefelsäure darf nie ohne Schutzhandschuhe verwendet werden, da sie schwere Verätzungen verursachen kann.
LösungDie Schwefelsäure gehört zu den bekanntesten Säuren. Sie begegnet dir meist nur im Labor, weil sie eine sehr starke Säure ist und schlimme Verätzungen verursachen kann, wenn man sich nicht ausreichend schützt. Sie gehört zu den Grundchemikalien und wird in verschiedenen Bereichen verwendet. Sie dient zum Beispiel als Batteriesäure für Autobatterien oder als Reagenz in der organischen Chemie.
-
Bestimme die physikalischen und chemischen Eigenschaften.
TippsDie chemischen Eigenschaften sind die Eigenschaften, die mit dem Reaktionsverhalten der Schwefelsäure zu tun haben.
LösungZu den physikalischen Eigenschaften der Schwefelsäure gehört, dass sie farblos ist und erst über 300 °C siedet. Physikalische Eigenschaften lassen sich oft über die Sinne wahrnehmen oder durch Messungen ermitteln.
Die chemischen Eigenschaften beschreiben das Reaktionsverhalten des Stoffes. Die Schwefelsäure ist zum Beispiel stark hygroskopisch, sie zieht also das Wasser aus ihrer Umgebungsluft. Außerdem dissoziiert sie in wässrigen Lösungen und ist ein starkes Oxidationsmittel. Sie kann deshalb auch mit edlen Metallen reagieren.
-
Erkläre folgendes Experiment.
TippsMagnesium ist ein unedles Metall. Genau wie Zink reagiert es mit der Schwefelsäure.
LösungSchwefelsäure reagiert in verdünnter Form mit unedlen Metallen. Dabei entstehen das entsprechende Sulfat des Metalls, also ein Salz, und Wasserstoff. Den Reaktionsverlauf kannst du gut beobachten: Zum einen zeigen dir die aufsteigenden Bläschen während der Reaktion die Entstehung von Wasserstoff an. Zum anderen löst sich das Magnesium auf. Es entsteht also ein lösliches Salz.
-
Formuliere die Reaktionsgleichungen zu folgenden Neutralisationsreaktionen.
TippsBei einer Neutralisation reagieren Säure und Base zu Salz und Wasser.
Achte auf die Anzahl der entstehenden Wassermoleküle. Aus einem Proton der Säure und einem Hydroxid-Ion der Base wird ein Wassermolekül.
LösungDie Schwefelsäure reagiert, wie alle Säuren, mit Basen. Dabei entstehen ein Salz und Wasser. Diese Reaktionen nennt man auch Neutralisation. Die Salze der Schwefelsäure sind immer Sulfate, sie enthalten also immer das Anion $\ce{SO4^{2-}}$. Die Schwefelsäure ist eine zweiprotonige Säure. Die zwei Protonen reagieren bei einer Neutralisation also mit zwei Hydroxid-Ionen $\ce{OH^-}$ zu zwei Molekülen Wasser.
-
Formuliere die korrekte Summenformel für Schwefelsäure.
TippsSchwefelsäure entsteht aus Wasser und Schwefeltrioxid.
LösungDie Schwefelsäure enthält, wie es der Name schon sagt, Schwefel. Am Schwefelatom sind vier Sauerstoffatome gebunden. An zwei dieser Sauerstoffatome sind noch zwei Wasserstoffatome gebunden.
Vielleicht hilft es dir, wenn du dir merkst, dass Schwefelsäure aus Schwefeltrioxid und Wasser entsteht. Die Atome der beiden Ausgangsstoffe können so einfach addiert werden.
-
Benenne folgende Sulfate.
TippsFarbige Sulfate enthalten Übergangsmetall-Ionen.
LösungViele Salze der Schwefelsäure sind auch in Industrie und Alltag von großer Bedeutung. Das Calciumsulfat kennst du vielleicht auch unter dem Namen „Gips“. Gips findet häufig Anwendung, z. B. in der Medizin bei Knochenbrüchen.
Auch Natriumsulfat ist in der Medizin von Bedeutung. Unter der Bezeichnung „Glaubersalz“ wird es als Abführmittel verwendet.
Diese beiden Salze sind farblos. Die Sulfate der Übergangsmetalle zeigen aber häufig eine ganz charakteristische Farbe. Kupfersulfat ist türkis und unter anderem Bestandteil der Patina auf Kupferdächern. Eisensulfat ist blassgrün. Mangansulfat dagegen ist blassrosa und Cobaltsulfat rot-violett.
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cool
video läd nicht schade aber wäre cool geworden beschdimt
Danke!
Liebe Merabell,
das betrifft nicht nur dich: Es wäre sehr hilfreich, wenn ihr Klassenstufe und Bundesland angeben würdet, wenn ihr den Ort nicht nennen wollt. Dann kann ich euch besser helfen.
Folgendes: Ich gehe einmal davon aus, dass du mir hier die Aussage der Lehrerin korrekt wiedergibst. Nach meinen Erfahrungen ist das nämlich häufig nicht der Fall.
Bei der Beantwortung der Frage hat man zwei Ebenen zu betrachten.
1. Inwieweit ist das von dir (der Lehrerin) vorgetragene korrekt?
und:
2. In welchem Zusammenhang steht das von dir Vorgetragene mit der Aussage im Video?
1. Die Lehrerin hat nichts Falsches gesagt. Ein Molekül Schwefelsäure gibt IN WÄSSRIGER LÖSUNG tatsächlich ein Hydronium-Ion (Oxonium-Ion) H3O+ und ein Hydrogensulfat-Ion HSO4-.
Formelgleichung:
H2O + H2SO4 ---> H3O+ + HSO4-
Das ist die ERSTE DISSOZIATIONSSTUFE. In der ZWEITEN DISSOZIATIONSSTUFE passiert das:
HSO4- + H2O ---> H3O+ + SO42-
Man sieht sehr gut, dass es hier ZWEI Dissoziationsstufen gibt. Und außerdem: Ohne Wasserteilchen funktioniert das Ganze nicht.
Besser, die Lehrerin hätte nicht „gesagt“, sondern die beiden Formelgleichungen ruhig aufgeschrieben, oder noch besser, ihr hättet sie mit ihrer Hilfe in der Klasse/im Kurs zusammen entwickelt.
2. Soweit ich mich erinnere, habe ich im Video
H2SO4 ---> 2H+ + SO42- geschrieben.
Man schreibt häufig über den Reaktionspfeil H2O, weil die Reaktion nur im Wasser abläuft. Anstelle zweier Hydronium-Ionen (Oxonium-Ionen) werden hier einfach zwei Wasserstoff-Ionen geschrieben.
Meine Darstellung ist somit eine Vereinfachung dessen, was ihr in der Schule gehört habt. Die tatsächlichen Prozesse sind hingegen viel komplizierter. Darauf möchte ich an dieser Stelle nicht eingehen.
Ganz wichtig: Die Gleichungen heißen DISSOZIATIONSGLEICHUNGEN. Sie laufen nur in Gegenwart von Wasser ab. Die Produkte sind geladene Teilchen, IONEN. Anstelle des Reaktionspfeils muss man einen Doppelpfeil (Pfeil hin und Pfeil zurück!) wie beim chemischen Gleichgewicht schreiben. Es handelt sich auch um eine Gleichgewichtsreaktion. Leider kann ich diesen Doppelpfeil mit dem vorhandenen Editor nicht schreiben.
Vielen Dank für die interessante Frage!
Alles Gute
Als wir das im Unterricht hatten, meinte unsere Lehrerin, dass H2SO4 in H3O+ , HSO4- und in SO4- dissoziiert.
Also ist jetzt beides richtig? Oder wie?
Holy Shit!
Das Video ist EXZELLENT!
Es hat mir zur Vorbereitung zu einem Chemiereferat sehr geholfen.
Also jetzt sind wir gerade dabei, die Frage zu verderben.Von allen vorgegebenen Antworten passt tatsächlich nur eine. Vielleicht ist die Zahl der Antworten verwirrend. Ich kenne sehr wohl den Unterschied zwischen "Fragen formulieren" und "Fragen beantworten". Damals waren wir als Produzenten von der Produktion dazu angehalten, recht viele Testfragen zu stellen. Schließlich hat es auch was, nicht sofort die richtige Antwort zu finden.
Alles Gute