استخدام حامض الكبريتيك المخفف. حامض الكبريتيك

اليوم ، ينتج حمض الكبريتيك أساسًا بطريقتين صناعيتين: الاتصال والنيتروز. طريقة الاتصال أكثر تقدمًا وفي روسيا تُستخدم على نطاق أوسع من طريقة النيتروز ، أي طريقة البرج.

يبدأ إنتاج حامض الكبريتيك بحرق المواد الخام الكبريتية ، على سبيل المثال ، في أفران البيريت الخاصة ، يتم الحصول على ما يسمى بغاز التحميص ، والذي يحتوي على حوالي 9 ٪ من ثاني أكسيد الكبريت. هذه المرحلة هي نفسها لكل من طرق الاتصال والنيتروز.

بعد ذلك ، من الضروري أكسدة أنهيدريد الكبريت الناتج إلى أنهيدريد الكبريتيك. ومع ذلك ، يجب أولاً تنظيفه من عدد من الشوائب التي تتداخل مع العملية الأخرى. يتم تنظيف غاز التحميص من الغبار في المرسبات الكهروستاتيكية أو في أجهزة الأعاصير ، ثم يتم تغذيته في جهاز يحتوي على كتل ملامسة صلبة ، حيث يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت SO 2 إلى أنهيدريد الكبريت SO 3.

هذا التفاعل الطارد للحرارة قابل للعكس - تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تحلل أنهيدريد الكبريتيك المتكون. من ناحية أخرى ، مع انخفاض درجة الحرارة ، يكون معدل التفاعل المباشر منخفضًا جدًا. لذلك ، يتم الحفاظ على درجة الحرارة في جهاز التلامس في حدود 480 درجة مئوية عن طريق تعديل معدل مرور خليط الغاز.

في المستقبل ، مع طريقة التلامس ، يتم تشكيله عن طريق الجمع بين أنهيدريد الكبريت والماء.

تتميز طريقة النيتروز بحقيقة أنها تتأكسد ، حيث يتم تشغيل إنتاج حامض الكبريتيك بهذه الطريقة عن طريق تكوين حامض الكبريتيك أثناء التفاعل من غاز التحميص مع الماء. علاوة على ذلك ، يتأكسد حمض الكبريتيك الناتج بحمض النيتريك ، مما يؤدي إلى تكوين أول أكسيد النيتروجين وحمض الكبريتيك.

يتم تغذية خليط التفاعل هذا في برج خاص. في الوقت نفسه ، من خلال ضبط تدفق الغاز ، يتم التأكد من أن خليط الغاز الداخل إلى برج الامتصاص يحتوي على ثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد النيتروجين بنسبة 1: 1 ، وهو أمر ضروري للحصول على أنهيدريد النيتروز.

أخيرًا ، ينتج تفاعل حامض الكبريتيك مع أنهيدريد النيتروز NOHSO 4 - حمض نيتروسيل سلفوريك.

يتم تغذية حمض الكبريتيك الناتج في برج الإنتاج ، حيث يتحلل بالماء ، ويطلق أنهيدريد النيتروز:

2 NO 4 + H 2 O \ u003d N 2 O 3 + 2H 2 SO 4 ،

الذي يؤكسد حامض الكبريت المتكون في البرج.

أكسيد النيتريك المنطلق نتيجة التفاعل يعود إلى برج الأكسدة ويدخل في دورة جديدة.

حاليًا ، يتم إنتاج حمض الكبريتيك في روسيا بشكل أساسي عن طريق طريقة الاتصال. نادرا ما تستخدم طريقة النيتروز.

استخدام حامض الكبريتيك واسع جدًا ومتنوع.

يذهب معظمه إلى إنتاج الألياف الكيماوية والأسمدة المعدنية ، وهو ضروري في إنتاج الأدوية والأصباغ. بمساعدة حامض الكبريتيك ، يتم الحصول على الإيثيل والكحوليات الأخرى والمنظفات والمبيدات الحشرية.

تُستخدم حلولها في صناعات المنسوجات والأغذية ، وفي عمليات النترات ، وفي إنتاج حامض تراكم الكبريتيك ، الذي يعمل كإلكتروليت للصب في بطاريات حمض الرصاص ، والتي تستخدم على نطاق واسع في النقل.

حامض الكبريتيك H 2 SO 4 ، الكتلة المولية 98.082 ؛ زيتي عديم اللون ، عديم الرائحة. حمضي قوي جدا ، عند 18 درجة مئوية ص ك أ 1 - 2.8 ، ك 2 1.2 10 -2 ، ص أ 2 1.92 ؛ أطوال الرابطة في S = O 0.143 نانومتر ، S-OH 0.154 نانومتر ، زاوية HOSOH 104 درجة ، OSO 119 درجة ؛ يغلي مع التحلل ، مكونًا (98.3٪ H 2 SO 4 و 1.7٪ H 2 O مع نقطة غليان 338.8 درجة مئوية ؛ انظر أيضًا الجدول 1). حامض الكبريتيك، المقابلة لمحتوى 100٪ H 2 SO 4 ، لها تركيبة (٪): H 2 SO 4 99.5٪ ، HSO 4 - 0.18٪ ، H 3 SO 4 + 0.14٪ ، H 3 O + 0 09٪ ، H 2 S 2 O 7 0.04٪ ، HS 2 O 7 0.05٪. قابل للاختلاط مع SO 3 في جميع النسب. في المحاليل المائية حامض الكبريتيكيتفكك تمامًا تقريبًا إلى H + و H SO 4 - و SO 4 2-. النماذج H 2 SO 4 · ن H 2 O ، أين ن= 1 و 2 و 3 و 4 و 6.5.

تسمى محاليل SO 3 في حامض الكبريتيك أوليوم ، وهي تشكل مركبين H 2 SO 4 SO 3 و H 2 SO 4 2SO 3. يحتوي Oleum أيضًا على حمض البيروسولفوريك ، والذي يتم الحصول عليه عن طريق التفاعل: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7.

الحصول على حامض الكبريتيك

المواد الخام للاستلام حامض الكبريتيكبمثابة: S ، كبريتيدات المعادن ، H 2S ، النفايات من محطات الطاقة الحرارية ، كبريتات الحديد ، الكالسيوم ، إلخ. المراحل الرئيسية للحصول على حامض الكبريتيك: 1) المواد الخام للحصول على SO 2 ؛ 2) SO 2 إلى SO 3 (التحويل) ؛ 3) SO3. في الصناعة ، يتم استخدام طريقتين للحصول على حامض الكبريتيك، تختلف في طريقة أكسدة SO 2 - ملامسة المحفزات الصلبة (الملامسات) والنيتروز - مع أكاسيد النيتروجين. لاستقبال حامض الكبريتيكفي طريقة التلامس ، تستخدم المصانع الحديثة محفزات الفاناديوم التي أزاحت أكاسيد Pt و Fe. نقي V 2 O 5 له نشاط تحفيزي ضعيف ، والذي يزيد بشكل حاد في وجود الفلزات القلوية ، مع أملاح K لها التأثير الأكبر. 7 V 2 O 5 و K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 تتحلل عند 315-330 ، 365-380 و400-405 درجة مئوية ، على التوالي). المكون النشط تحت التحفيز يكون في حالة منصهرة.

يمكن تمثيل مخطط أكسدة SO 2 إلى SO 3 على النحو التالي:

في المرحلة الأولى ، يتم الوصول إلى التوازن ، والمرحلة الثانية بطيئة وتحدد سرعة العملية.

إنتاج حامض الكبريتيكمن الكبريت بطريقة الاتصال المزدوج والامتصاص المزدوج (الشكل 1) يتكون من المراحل التالية. يتم توفير الهواء بعد التنظيف من الغبار بواسطة منفاخ غاز إلى برج التجفيف ، حيث يتم تجفيفه بنسبة 93-98٪ حامض الكبريتيكإلى محتوى رطوبة بنسبة 0.01٪ من حيث الحجم. يدخل الهواء الجاف إلى فرن الكبريت بعد التسخين المسبق في أحد المبادلات الحرارية لوحدة التلامس. يتم حرق الكبريت في الفرن بواسطة الفوهات: S + O 2 \ u003d SO 2 + 297.028 kJ. يتم تبريد الغاز المحتوي على 10-14٪ من حجم SO 2 في المرجل وبعد التخفيف بالهواء إلى محتوى SO2 9-10٪ بالحجم عند 420 درجة مئوية يدخل جهاز التلامس للمرحلة الأولى من التحويل ، والتي تستمر على ثلاث طبقات من المحفز (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96.296 kJ) ، وبعد ذلك يتم تبريد الغاز في مبادلات حرارية. ثم يدخل الغاز المحتوي على 8.5-9.5٪ SO 3 عند 200 درجة مئوية في المرحلة الأولى من الامتصاص في الماص ، مروي و 98٪ حامض الكبريتيك: SO 3 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4 + 130.56 kJ. ثم يتم تناثر الغاز. حامض الكبريتيك، يتم تسخينه إلى 420 درجة مئوية ويدخل المرحلة الثانية من التحويل ، ويتدفق على طبقتين من المحفز. قبل مرحلة الامتصاص الثانية ، يبرد الغاز في الموفر ويتم إدخاله في ماص المرحلة الثانية ، مرويًا بنسبة 98٪ حامض الكبريتيكوبعد ذلك ، بعد التنظيف من البقع ، يتم إطلاقه في الغلاف الجوي.

1 - فرن الكبريت 2 - غلاية حرارة النفايات. 3 - المقتصد. 4 - فرن البدء ؛ 5 ، 6 - المبادلات الحرارية لفرن البدء ؛ 7 - جهاز الاتصال ؛ 8 - المبادلات الحرارية. 9 - ممتص أوليوم ؛ 10 - برج التجفيف 11 و 12 ، على التوالي ، الممتص الأول والثاني أحادي الهيدرات ؛ 13- مجمعات الأحماض.

1 - لوحة التغذية ؛ 2 - فرن 3 - غلاية حرارة النفايات. 4 - الأعاصير 5 - المرسبات الكهروستاتيكية ؛ 6 - أبراج الغسيل. 7 - المرسبات الكهروستاتيكية الرطبة ؛ 8 - برج النفخ 9 - برج التجفيف 10 - مصيدة الرذاذ ؛ 11 - أول ماص أحادي الهيدرات ؛ 12 - المبادلات الحرارية. 13 - جهاز الاتصال ؛ 14 - ممتص أوليوم ؛ 15 - ممتص أحادي الهيدرات ثاني ؛ 16 - ثلاجات 17 - المجموعات.

1 - برج نزع النيتروجين ؛ 2 ، 3 - برجي الإنتاج الأول والثاني ؛ 4 - برج الأكسدة. 5 ، 6 ، 7 - أبراج امتصاص ؛ 8 - المرسبات الالكتروستاتيكية.

إنتاج حامض الكبريتيكمن الكبريتيدات المعدنية (الشكل 2) أكثر تعقيدًا وتتكون من العمليات التالية. يتم تحميص FeS 2 في فرن طبقة مميعة بالهواء: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. يدخل غاز التحميص المحتوي على SO 2 13-14٪ ، بدرجة حرارة 900 درجة مئوية ، إلى المرجل ، حيث يتم تبريده إلى 450 درجة مئوية. تتم إزالة الغبار في المرسب الكهروستاتيكي والإعصار الحلزوني. بعد ذلك يمر الغاز من خلال برجين غسيل يرويان بنسبة 40٪ و 10٪. حامض الكبريتيك. في الوقت نفسه ، يتم تنقية الغاز أخيرًا من الغبار والفلور والزرنيخ. لتنظيف الغاز من الهباء الجوي حامض الكبريتيكتتكون في أبراج الغسيل ، يتم توفير مرحلتين من المرسبات الكهروستاتيكية الرطبة. بعد التجفيف في برج تجفيف ، قبل أن يتم تخفيف الغاز إلى محتوى 9٪ SO 2 ، يتم تغذيته إلى مرحلة التحويل الأولى (3 طبقات محفز) بواسطة منفاخ. في المبادلات الحرارية ، يتم تسخين الغاز إلى 420 درجة مئوية بسبب حرارة الغاز القادمة من مرحلة التحويل الأولى. يذهب SO 2 ، المؤكسد إلى 92-95٪ في SO 3 ، إلى المرحلة الأولى من الامتصاص في ماصات الأوليوم وأحادي الهيدرات ، حيث يتم إطلاقه من SO 3. بعد ذلك ، يدخل الغاز المحتوي على SO 2 ~ 0.5٪ في مرحلة التحويل الثانية ، والتي تحدث على طبقة أو طبقتين من المحفز. يتم تسخين الغاز مبدئيًا في مجموعة أخرى من المبادلات الحرارية حتى 420 درجة مئوية بسبب حرارة الغازات القادمة من المرحلة الثانية من التحفيز. بعد فصل SO 3 في المرحلة الثانية من الامتصاص ، يتم إطلاق الغاز في الغلاف الجوي.

درجة تحويل SO 2 إلى SO 3 في طريقة التلامس هي 99.7٪ ، ودرجة امتصاص SO 3 هي 99.97٪. إنتاج حامض الكبريتيكأجريت في مرحلة واحدة من التحفيز ، بينما لا تتجاوز درجة تحويل SO 2 إلى SO 3 98.5٪. قبل إطلاقه في الغلاف الجوي ، يتم تنقية الغاز من ثاني أكسيد الكبريت المتبقي (انظر). إنتاجية المصانع الحديثة 1500 - 3100 طن / يوم.

جوهر طريقة النيتروز (الشكل 3) هو أن غاز التحميص ، بعد التبريد وإزالة الغبار ، يتم معالجته بما يسمى بالنيتروز - حامض الكبريتيكحيث يتم إذابة أكاسيد النيتروجين. يمتص النيتروز SO 2 ، ثم يتأكسد: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \ u003d H 2 SO 4 + NO. يكون أكسيد النيتروجين الناتج ضعيف الذوبان في النيتروز ويتحرر منه ، ثم يتأكسد جزئياً بالأكسجين في الطور الغازي إلى ثاني أكسيد النيتروجين. يعاد امتصاص خليط من NO و NO 2 حامض الكبريتيكإلخ. لا يتم استهلاك أكاسيد النيتروجين في عملية النيتروز ويتم إعادتها إلى دورة الإنتاج بسبب الامتصاص غير الكامل لها. حامض الكبريتيكيتم حملها جزئيًا بواسطة غازات العادم. مزايا طريقة النيتروز: بساطة الأجهزة ، وانخفاض التكلفة (10-15٪ أقل من جهة الاتصال) ، وإمكانية معالجة 100٪ SO 2.

إن أدوات عملية برج النيتروز بسيطة: تتم معالجة SO 2 في 7-8 أبراج مبطنة بتغليف سيراميك ، أحد الأبراج (جوفاء) عبارة عن حجم مؤكسد قابل للتعديل. تحتوي الأبراج على مجمعات الأحماض ، والثلاجات ، والمضخات التي تزود الأحماض لخزانات الضغط فوق الأبراج. مروحة خلفية مثبتة أمام البرجين الأخيرين. لتنظيف الغاز من الهباء الجوي حامض الكبريتيكبمثابة المرسب الكهروستاتيكي. يتم الحصول على أكاسيد النيتروجين اللازمة لهذه العملية من HNO 3. لتقليل انبعاث أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ومعالجة 100٪ SO 2 ، يتم تركيب دورة معالجة خالية من النيتروز بين مناطق الإنتاج والامتصاص بالاشتراك مع طريقة حمض الماء للاحتجاز العميق لأكاسيد النيتروجين. عيب طريقة النيتروز هو تدني جودة المنتج: التركيز حامض الكبريتيك 75٪ وجود أكاسيد النيتروجين والحديد والشوائب الأخرى.

لتقليل احتمالية التبلور حامض الكبريتيكأثناء النقل والتخزين ، يتم وضع معايير الدرجات التجارية حامض الكبريتيك، التي يتوافق تركيزها مع أدنى درجات حرارة التبلور. المحتوى حامض الكبريتيكفي الدرجات التقنية (٪): برج (نيتروز) 75 ، تلامس 92.5-98.0 ، زيت 104.5 ، زيت زيتون بنسبة عالية 114.6 ، بطارية 92-94. حامض الكبريتيكمخزنة في خزانات فولاذية بحجم يصل إلى 5000 م 3 ، تم تصميم سعتها الإجمالية في المستودع لإنتاج لمدة عشرة أيام. Oleum و حامض الكبريتيكيتم نقلها في صهاريج للسكك الحديدية الفولاذية. مركزة وبطارية حامض الكبريتيكيتم نقلها في خزانات فولاذية مقاومة للأحماض. خزانات نقل الزيت مغطاة بالعزل الحراري ويتم تسخين الأوليوم قبل التعبئة.

يحدد حامض الكبريتيكقياسًا لونيًا وقياسًا ضوئيًا ، في شكل تعليق BaSO 4 - ضوئيًا ، وكذلك بطريقة قياس الكولوم.

استخدام حامض الكبريتيك

يستخدم حمض الكبريتيك في إنتاج الأسمدة المعدنية ، كمحلول إلكتروليت في بطاريات الرصاص ، لإنتاج الأحماض والأملاح المعدنية المختلفة ، والألياف الكيماوية ، والأصباغ ، والمواد المكونة للدخان والمتفجرات ، في الزيوت ، وتشغيل المعادن ، والمنسوجات ، والجلود ، و صناعات أخرى. يتم استخدامه في التخليق العضوي الصناعي في تفاعلات الجفاف (الحصول على ثنائي إيثيل الأثير ، والإسترات) ، والترطيب (الإيثانول من الإيثيلين) ، والسلفنة (والمنتجات الوسيطة في إنتاج الأصباغ) ، والألكلة (الحصول على الأيزوكتان ، والبولي إيثيلين جلايكول ، والكابرولاكتام) ، إلخ. أكبر مستهلك حامض الكبريتيك- انتاج الأسمدة المعدنية. بالنسبة لطن واحد من الأسمدة الفوسفاتية P 2 O 5 ، يتم استهلاك 2.2-3.4 طن حامض الكبريتيكو 1 طن (NH 4) 2 SO 4 - 0.75 طن حامض الكبريتيك. لذلك ، تميل مصانع حامض الكبريتيك إلى البناء جنبًا إلى جنب مع مصانع إنتاج الأسمدة المعدنية. الإنتاج العالمي حامض الكبريتيكعام 1987 بلغ 152 مليون طن.

حامض الكبريتيكو وليوم - مواد شديدة العدوانية تؤثر على الجهاز التنفسي والجلد والأغشية المخاطية وتسبب صعوبة في التنفس والسعال وغالبًا - التهاب الحنجرة والتهاب القصبات والتهاب الشعب الهوائية ، إلخ. تبلغ MPC لهباء حمض الكبريتيك في هواء منطقة العمل 1.0 مجم / م 3 ، في الغلاف الجوي 0.3 مجم / م 3 (بحد أقصى مرة واحدة) و 0.1 مجم / م 3 (المتوسط ​​اليومي). التركيز اللافت للأبخرة حامض الكبريتيك 0.008 مجم / لتر (60 دقيقة من التعرض) ، مميتة 0.18 مجم / لتر (60 دقيقة). فئة الخطر 2. الهباء الجوي حامض الكبريتيكيمكن أن تتشكل في الغلاف الجوي نتيجة للانبعاثات من الصناعات الكيماوية والمعدنية التي تحتوي على أكاسيد S وتسقط على شكل أمطار حمضية.

يجد حامض الكبريتيك أوسع تطبيق في الاقتصاد الوطني وهو المنتج الرئيسي للصناعة الكيميائية الأساسية. في هذا الصدد ، هناك زيادة مستمرة في إنتاج حامض الكبريتيك. لذلك ، إذا كان الإنتاج العالمي لحمض الكبريتيك في عام 1900 بلغ 4.2 مليون جرام ، فقد تم استلامه في عام 1937 بمقدار 18.8 مليون جرام ، وفي عام 1960 - أكثر من 47 مليون طن.
في الوقت الحاضر ، يحتل الاتحاد السوفيتي المرتبة الثانية في العالم في إنتاج حامض الكبريتيك. في عام 1960 ، أنتج اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 5.4 مليون غرام من حامض الكبريتيك ، وفي عام 1965 سيتضاعف إنتاج حامض الكبريتيك مقارنة بعام 1958.
تعود مجالات تطبيق حامض الكبريتيك إلى خصائصه وقلة تكلفته. حمض الكبريتيك هو حمض قوي وغير متطاير ومستقر ، وله خصائص مؤكسدة ضعيفة للغاية وخصائص قوية لإزالة الماء في درجات الحرارة المعتدلة.

المستهلك الرئيسي لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية - السوبر فوسفات وكبريتات الأمونيوم. على سبيل المثال ، فإن إنتاج طن واحد فقط من السوبر فوسفات (من فلوراباتيت) ، الذي لا يحتوي على مياه استرطابية ، يستهلك 600 كجم من حمض الكبريتيك بنسبة 65٪. يستهلك إنتاج الأسمدة المعدنية حوالي نصف إجمالي الأحماض المنتجة.
يتم استهلاك كمية كبيرة من حامض الكبريتيك في معالجة الوقود السائل - لتنقية الكيروسين والبارافين وزيوت التشحيم من الكبريت والمركبات غير المشبعة ، في معالجة قطران الفحم. كما أنه يستخدم في تنقية الزيوت والدهون المعدنية المختلفة.
يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع في العديد من التركيبات العضوية ، على سبيل المثال ، كبريتنة المركبات العضوية في إنتاج أحماض السلفونيك والأصباغ المختلفة والسكرين. لهذا الغرض ، يتم استخدام كل من حمض المركز وحمض الدخان ، وكذلك حمض الكلوروسولفونيك. يستخدم حمض الكبريتيك كعامل تجفيف في تفاعلات النترات - في إنتاج النيتروبنزين ، النيتروسليلوز ، النتروجليسرين ، إلخ.
كونه حمض غير متطاير ، فإن حامض الكبريتيك قادر على إزاحة الأحماض المتطايرة من أملاحها ، والتي تستخدم في إنتاج فلوريد الهيدروجين ، وكلوريد الهيدروجين ، وحمض البيركلوريك.
غالبًا ما يستخدم حمض الكبريتيك في معالجة (تحلل) بعض الخامات والمركزات ، مثل التيتانيوم والزركونيوم والفاناديوم وأحيانًا النيوبيوم والليثيوم وبعض المعادن الأخرى. نظرًا لأن حمض الكبريتيك المركز يغلي عند درجة حرارة عالية نسبيًا وليس له أي تأثير عمليًا على الحديد الزهر والصلب ، يمكن إجراء هذا التحلل تمامًا باستخدام معدات رخيصة مصنوعة من هذه المواد.
حامض الكبريتيك المخفف الساخن يذيب أكاسيد المعادن جيداً ، ويستعمل لما يسمى تخليل المعادن - تنظيفها< особенно железа, от окислов.
حمض الكبريتيك عامل تجفيف جيد ويستخدم على نطاق واسع في المختبرات والصناعة لهذا الغرض. الرطوبة المتبقية عند استخدام 95٪ حمض الكبريتيك تساوي 0.003 مجم من بخار الماء لكل 1 لتر من الغاز المجفف.

H2SO4 ، خطوط الطول. حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي كتلته المولية حوالي 98 جم / مول.

حمض الكبريتيك النقي هو سائل زيتي كاوي عديم اللون والرائحة بكثافة 1.84 جم / سم 3 ، والذي يتحول إلى كتلة بلورية صلبة عند 10.4 درجة مئوية. تزداد نقطة غليان المحاليل المائية لحمض الكبريتيك مع زيادة تركيزه وتصل إلى الحد الأقصى عند محتوى يبلغ حوالي 98٪ H2SO4.

يتفاعل حمض الكبريتيك المركز بعنف شديد مع الماء ، حيث يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة (19 كيلو كالوري لكل مول من الحمض) بسبب تكوين الهيدرات. لهذا السبب ، يجب دائمًا تخفيف حامض الكبريتيك عن طريق سكبه في الماء ، وليس العكس.

يعتبر حمض الكبريتيك شديد الرطوبة ، أي أنه يمتص بخار الماء من الهواء جيدًا ، لذلك يمكن استخدامه لتجفيف الغازات التي لا تتفاعل معها. يفسر الاسترطابية أيضًا تفحم المواد العضوية ، على سبيل المثال ، السكر أو الخشب ، عند تعرضها لحمض الكبريتيك المركز. في هذه الحالة ، تتشكل هيدرات حامض الكبريتيك. أيضًا ، نظرًا لقلة تطايرها ، يتم استخدامه لإزاحة الأحماض الأخرى الأكثر تطايرًا من أملاحها.

حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي. يؤكسد المعادن الموجودة في سلسلة الجهد حتى الفضة وتشملها ، وتعتمد نواتج التفاعل على ظروف تنفيذها ونشاط المعدن نفسه. يتكون من سلسلتين من الأملاح: متوسطة - كبريتات وحمضية - كبريتات هيدروجينية ، وكذلك الإيثرات.

يتفاعل حامض الكبريتيك المخفف مع جميع المعادن الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية للجهود على يسار الهيدروجين (H) ، مع إطلاق H2 ، فإن الخصائص المؤكسدة ليست نموذجية بالنسبة له.

في الصناعة ، يتم إنتاج حامض الكبريتيك بطريقتين: طريقة التلامس باستخدام المحفزات الصلبة (جهات الاتصال) ، وطريقة النيتروز مع أكاسيد النيتروجين. المواد الخام هي الكبريت ، كبريتيد المعادن ، إلخ. يتم إنتاج عدة درجات من الحمض ، اعتمادًا على النقاوة والتركيز: البطارية (الأنقى) ، التقنية ، البرج ، اللاذع ، الأوليوم (محلول أنهيدريد الكبريتيك في حامض الكبريتيك).

تطبيق حامض الكبريتيك:

• إنتاج الأسمدة المعدنية هو أكبر مجال للتطبيق
• المنحل بالكهرباء في بطاريات الرصاص
• تصنيع المنظفات الاصطناعية والأصباغ والبلاستيك وفلوريد الهيدروجين والمواد الكاشفة الأخرى
• تخصيب الخامات في صناعة التعدين
• تكرير المنتجات النفطية
• صناعة المعادن والمنسوجات والجلود وغيرها من الصناعات
• إنتاج الأدوية
• مسجل في الصناعات الغذائية كمضافات غذائية E513
• التوليف العضوي الصناعي

استخدام حامض الكبريتيك في الصناعة

صناعة المواد الغذائية على دراية بحمض الكبريتيك في شكل مضافات غذائية E513. يعمل الحمض كمستحلب. تستخدم هذه المضافات الغذائية في صناعة المشروبات. يساعد على تنظيم الحموضة. بالإضافة إلى الغذاء ، يعتبر E513 جزءًا من الأسمدة المعدنية. ينتشر استخدام حامض الكبريتيك في الصناعة. يستخدم التخليق العضوي الصناعي حامض الكبريتيك لإجراء التفاعلات التالية: الألكلة ، الجفاف ، الماء. بمساعدة هذا الحمض ، يتم استعادة الكمية المطلوبة من الراتنجات على المرشحات ، والتي تستخدم في إنتاج الماء المقطر.

استخدام حامض الكبريتيك في الحياة اليومية

حمض الكبريتيك في المنزل مطلوب بين سائقي السيارات. عملية تحضير محلول إلكتروليت لبطارية السيارة مصحوبة بإضافة حامض الكبريتيك. عند العمل مع هذا الحمض ، يجب أن تتذكر قواعد السلامة. إذا لامس الحمض الملابس أو الجلد المكشوف ، اشطفه على الفور بالماء الجاري. يمكن معادلة حامض الكبريتيك الذي انسكب على المعدن باستخدام الجير أو الطباشير. عند إعادة تزويد بطارية السيارة بالوقود ، من الضروري اتباع تسلسل معين: إضافة الحمض تدريجياً إلى الماء ، وليس العكس. عندما يتفاعل الماء مع حمض الكبريتيك ، يصبح السائل شديد السخونة ، مما قد يتسبب في تناثره. لذلك ، يجب أن تكون حريصًا بشكل خاص على عدم ملامسة السائل لوجهك أو عينيك. يجب تخزين الحمض في حاوية مغلقة بإحكام. من المهم إبقاء المادة الكيميائية بعيدًا عن متناول الأطفال.

استخدام حامض الكبريتيك في الطب

تستخدم أملاح حامض الكبريتيك على نطاق واسع في الطب. على سبيل المثال ، يتم وصف كبريتات المغنيسيوم للناس من أجل تحقيق تأثير ملين. مشتق آخر من حامض الكبريتيك هو ثيوسلفات الصوديوم. يستخدم الدواء كمضاد في حالة تناول المواد التالية: الزئبق ، الرصاص ، الهالوجينات ، السيانيد. يستخدم ثيوسلفات الصوديوم مع حمض الهيدروكلوريك في علاج الأمراض الجلدية. اقترح البروفيسور ديميانوفيتش اتحاد هذين العقارين لعلاج الجرب. في شكل محلول مائي ، يتم إعطاء ثيوسلفات الصوديوم للأشخاص الذين يعانون من أمراض الحساسية.

تحتوي كبريتات المغنيسيوم على مجموعة واسعة من الاحتمالات. لذلك يتم استخدامه من قبل الأطباء من مختلف التخصصات. كمضاد للتشنج ، يتم إعطاء كبريتات المغنيسيوم لمرضى ارتفاع ضغط الدم. إذا كان الشخص يعاني من أمراض المرارة ، يتم تناول المادة عن طريق الفم لتحسين إفراز الصفراء. يعد استخدام حامض الكبريتيك في الطب على شكل كبريتات المغنيسيوم في ممارسة طب النساء أمرًا شائعًا. يساعد أطباء أمراض النساء النساء في المخاض عن طريق إعطاء كبريتات المغنيسيوم في العضل ، وبهذه الطريقة يقومون بتخدير الولادة. بالإضافة إلى جميع الخصائص المذكورة أعلاه ، فإن كبريتات المغنيسيوم لها تأثير مضاد للاختلاج.

استخدام حامض الكبريتيك في الإنتاج

يستخدم حمض الكبريتيك ، الذي تتنوع مجالات استخدامه ، أيضًا في إنتاج الأسمدة المعدنية. لمزيد من التعاون المريح ، توجد المصانع التي تنتج حامض الكبريتيك والأسمدة المعدنية بشكل أساسي بالقرب من بعضها البعض. هذه اللحظة تخلق إنتاجًا مستمرًا.

يعد استخدام حامض الكبريتيك في صناعة الأصباغ والألياف الصناعية ثاني أكثر استخدامات استخدامًا بعد إنتاج الأسمدة المعدنية. تستخدم العديد من الصناعات حامض الكبريتيك في بعض عمليات التصنيع. وجد استخدام حمض الكبريتيك طلبًا في الحياة اليومية. يستخدم الناس المادة الكيميائية لخدمة سياراتهم. يمكنك شراء حامض الكبريتيك من المتاجر المتخصصة في بيع الكيماويات ومنها الرابط الخاص بنا. يتم نقل حامض الكبريتيك وفقًا لقواعد نقل هذه البضائع. ينقل النقل بالسكك الحديدية أو الطرق الأحماض في حاويات مناسبة. في الحالة الأولى ، يعمل الخزان كحاوية ، في الحالة الثانية - برميل أو حاوية.

مميزات التطبيق والخطر البيولوجي

حمض الكبريتيك والمنتجات القريبة منه مواد شديدة السمية تم تصنيفها على أنها من الدرجة الثانية. تؤثر أبخرتها على الجهاز التنفسي والجلد والأغشية المخاطية ، وتسبب صعوبة في التنفس والسعال ، وغالبًا - التهاب الحنجرة والقصبات والتهاب الشعب الهوائية. أقصى تركيز مسموح به لأبخرة حامض الكبريتيك في هواء منطقة العمل بالمباني الصناعية هو 1 مجم / م 3. يتم تزويد الأشخاص الذين يتعاملون مع الأحماض السامة بملابس النوم ومعدات الحماية الشخصية. يمكن لحمض الكبريتيك المركز ، إذا تم التعامل معه بإهمال ، أن يسبب حروقًا كيميائية.

إذا تم تناول حمض الكبريتيك ، مباشرة بعد الابتلاع ، تظهر آلام حادة في الفم والجهاز الهضمي بأكمله ، ويختلط القيء الشديد أولاً بالدم القرمزي ، ثم مع كتل بنية اللون. بالتزامن مع القيء ، يبدأ سعال قوي. يتطور تورم حاد في الحنجرة والحبال الصوتية ، مما يسبب صعوبات شديدة في التنفس. يتوسع التلاميذ ويصبح جلد الوجه أزرق داكن. هناك انخفاض وضعف في نشاط القلب. يحدث الموت بجرعة 5 ملليغرام. في حالة التسمم بحمض الكبريتيك ، من الضروري غسل المعدة بشكل عاجل وتناول المغنيسيوم.

تعريف

لا مائي حامض الكبريتيكعبارة عن سائل ثقيل ولزج يسهل الامتزاج بالماء بأي نسبة: يتميز التفاعل بتأثير طارد للحرارة كبير بشكل استثنائي (حوالي 880 كيلوجول / مول عند التخفيف اللامتناهي) ويمكن أن يؤدي إلى غليان متفجر وتناثر للخليط إذا كان الماء يضاف إلى الحمض هذا هو السبب في أنه من المهم دائمًا استخدام الترتيب العكسي في تحضير المحاليل وإضافة الحمض إلى الماء ، ببطء ومع التحريك.

يتم إعطاء بعض الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك في الجدول.

اللامائى H 2 SO 4 هو مركب رائع ذو ثابت عازل مرتفع بشكل غير عادي وموصلية كهربائية عالية جدًا ، ويرجع ذلك إلى التفكك الأيوني (التحلل الذاتي) للمركب ، وكذلك آلية توصيل مرحل نقل البروتون ، والتي تضمن تدفق التيار الكهربائي من خلال سائل لزج مع عدد كبير من الروابط الهيدروجينية.

الجدول 1. الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك.

الحصول على حامض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو أهم مادة كيميائية صناعية وأرخص حمض سائب يتم إنتاجه في أي مكان في العالم.

تم الحصول على حمض الكبريتيك المركز ("زيت الزجاج") أولاً عن طريق تسخين "الزجاج الأخضر" FeSO 4 × nH 2 O وإنفاقه بكميات كبيرة للحصول على Na 2 SO 4 و NaCl.

تستخدم العملية الحديثة لإنتاج حامض الكبريتيك محفزًا يتكون من أكسيد الفاناديوم (V) مع إضافة كبريتات البوتاسيوم على ناقل لثاني أكسيد السيليكون أو تراب دياتومي. يتم الحصول على ثاني أكسيد الكبريت SO 2 عن طريق حرق الكبريت النقي أو عن طريق تحميص خام الكبريتيد (بشكل أساسي البيريت أو خامات النحاس والنيكل والزنك) في عملية استخراج هذه المعادن. ثم يتأكسد SO 2 إلى ثلاثي أكسيد ، ثم يتم الحصول على حامض الكبريتيك بواسطة الذوبان في الماء:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0-297 كيلوجول / مول) ؛

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9.8 كيلوجول / مول) ؛

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0-130 كيلوجول / مول).

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي. في المرحلة الأولى ، في المحاليل منخفضة التركيز ، تنفصل تمامًا تقريبًا:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

التفكك في المرحلة الثانية

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

عائدات إلى حد أقل. ثابت تفكك حامض الكبريتيك في المرحلة الثانية معبراً عنه من حيث النشاط الأيوني K 2 = 10 -2.

باعتباره حمض ثنائي القاعدة ، يشكل حمض الكبريتيك سلسلتين من الأملاح: متوسطة وحمضية. تسمى الأملاح المتوسطة لحمض الكبريتيك بالكبريتات ، وتسمى الأملاح الحمضية hydrosulfates.

يمتص حامض الكبريتيك بخار الماء بشراهة ولذلك يستخدم غالبًا لتجفيف الغازات. تفسر القدرة على امتصاص الماء أيضًا تفحم العديد من المواد العضوية ، خاصة تلك التي تنتمي إلى فئة الكربوهيدرات (الألياف ، السكر ، إلخ) ، عند تعرضها لحمض الكبريتيك المركز. يزيل حمض الكبريتيك الهيدروجين والأكسجين من الكربوهيدرات التي تشكل الماء ، ويتم إطلاق الكربون على شكل فحم.

حمض الكبريتيك المركز ، وخاصة الساخن ، هو عامل مؤكسد قوي. إنه يؤكسد HI و HBr (ولكن ليس HCl) لتحرير الهالوجينات ، والفحم إلى CO 2 ، والكبريت إلى SO 2. يتم التعبير عن ردود الفعل هذه بواسطة المعادلات:

8HI + H 2 SO 4 \ u003d 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O ؛

2HBr + H 2 SO 4 \ u003d Br 2 + SO 2 + 2H 2 O ؛

C + 2H 2 SO 4 \ u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O ؛

S + 2H 2 SO 4 \ u003d 3SO 2 + 2H 2 O.

يستمر تفاعل حامض الكبريتيك مع المعادن بشكل مختلف اعتمادًا على تركيزه. يتأكسد حامض الكبريتيك المخفف مع أيون الهيدروجين. لذلك ، فإنه يتفاعل فقط مع تلك المعادن الموجودة في سلسلة الفولتية حتى الهيدروجين فقط ، على سبيل المثال:

Zn + H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + H 2.

ومع ذلك ، لا يذوب الرصاص في الحمض المخفف لأن ملح PbSO 4 الناتج غير قابل للذوبان.

حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد بسبب الكبريت (VI). يؤكسد المعادن في سلسلة الجهد حتى الفضة. يمكن أن تختلف منتجات اختزاله اعتمادًا على نشاط المعدن والظروف (تركيز الحمض ، درجة الحرارة). عند التفاعل مع المعادن منخفضة النشاط ، مثل النحاس ، يتم تقليل الحمض إلى SO 2:

النحاس + 2H 2 SO 4 \ u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

عند التفاعل مع معادن أكثر نشاطًا ، يمكن أن تكون منتجات الاختزال عبارة عن ثنائي أكسيد وكبريت حر وكبريتيد الهيدروجين. على سبيل المثال ، عند التفاعل مع الزنك ، يمكن أن تحدث تفاعلات:

Zn + 2H 2 SO 4 \ u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O ؛

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S ↓ + 4H 2 O ؛

4Zn + 5H 2 SO 4 \ u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

استخدام حامض الكبريتيك

يختلف استخدام حامض الكبريتيك من بلد إلى آخر ومن عقد إلى آخر. لذلك ، على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة الأمريكية ، المنطقة الرئيسية لاستهلاك غاز ثاني أكسيد الكبريت هي إنتاج الأسمدة (70٪) ، يليه الإنتاج الكيميائي والتعدين وتكرير النفط (حوالي 5٪ في كل منطقة). في المملكة المتحدة ، يختلف توزيع الاستهلاك حسب الصناعة: 30٪ فقط من H 2 SO 4 المُنتَج يُستخدم في إنتاج الأسمدة ، لكن 18٪ يذهب إلى الدهانات والأصباغ ومواد الصبغة ، و 16٪ للإنتاج الكيميائي ، و 12٪ للصابون والمنظفات ، 10٪ لإنتاج الألياف الطبيعية والاصطناعية و 2.5٪ يستخدم في علم المعادن.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1