Използване на разредена сярна киселина. Сярна киселина

Днес сярната киселина се произвежда главно по два промишлени метода: контактен и азотен. Контактният метод е по-прогресивен и в Русия се използва по-широко от азотния метод, тоест метода на кулата.

Производството на сярна киселина започва с изгарянето на сярни суровини, например в специални пиритни пещи се получава така нареченият газ за печене, който съдържа около 9% серен диоксид. Този етап е един и същ както за контактния, така и за азотния метод.

След това е необходимо да се окисли полученият серен анхидрид до серен анхидрид. Но първо трябва да се почисти от редица примеси, които пречат на по-нататъшния процес. Газът за печене се почиства от прах в електрофилтри или в циклонни апарати, след което се подава в устройство, съдържащо твърди контактни маси, където серен диоксид SO 2 се окислява до серен анхидрид SO 3 .

Тази екзотермична реакция е обратима - повишаването на температурата води до разлагане на образувания серен анхидрид. От друга страна, с понижаване на температурата скоростта на директната реакция е много ниска. Следователно температурата в контактния апарат се поддържа в рамките на 480°C чрез регулиране на скоростта на преминаване на газовата смес.

В бъдеще, с контактния метод, той се образува чрез комбиниране на серен анхидрид с вода.

Азотният метод се характеризира с това, че е окислен.Производството на сярна киселина по този метод се задейства от образуването на сярна киселина по време на взаимодействие от газа за печене с вода. Освен това получената сярна киселина се окислява с азотна киселина, което води до образуването на азотен монооксид и сярна киселина.

Тази реакционна смес се подава в специална кула. В същото време, чрез регулиране на газовия поток, се гарантира, че газовата смес, влизаща в абсорбционната кула, съдържа азотен диоксид и монооксид в съотношение 1:1, което е необходимо за получаване на азотен анхидрид.

И накрая, взаимодействието на сярна киселина и азотен анхидрид произвежда NOHSO 4 - нитрозилсерна киселина.

Получената нитрозилсерна киселина се подава в производствената кула, където тя, разлагайки се с вода, освобождава азотен анхидрид:

2NOHSO 4 + H 2 O \u003d N 2 O 3 + 2H 2 SO 4,

който окислява образувалата се в кулата сярна киселина.

Освободеният в резултат на реакцията азотен оксид се връща в окислителната кула и влиза в нов цикъл.

В момента в Русия сярната киселина се произвежда главно по контактен метод. Азотният метод се използва рядко.

Използването на сярна киселина е много широко и разнообразно.

Повечето от тях отива за производството на химически влакна и минерални торове, необходими са при производството на лекарства и багрила. С помощта на сярна киселина, етилов и други алкохоли се получават почистващи препарати и пестициди.

Неговите разтвори намират приложение в текстилната и хранително-вкусовата промишленост, в процесите на нитриране и при производството на сярна акумулаторна киселина, която служи като електролит за наливане в оловно-киселинни акумулатори, които се използват широко в транспорта.

Сярна киселина H2SO4, моларна маса 98.082; безцветно мазно, без мирис. Много силна двукиселина, при 18°C ​​p К а 1 - 2,8, К 2 1,2 10 -2, рК а 2 1,92; дължини на връзката в S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, ъгъл HOSOH 104°, OSO 119°; кипи с разлагане, образувайки (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 ° C; виж също табл. 1). Сярна киселина, съответстващ на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): H 2 SO 4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H 3 SO 4 + 0,14%, H 3 O + 0 09%, H 2 S 2O7 0,04%, HS2O7 0,05%. Смесва се с и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори сярна киселинапочти напълно се дисоциира на H + , HSO 4 - и SO 4 2- . Образува H 2 SO 4 · н H 2 O, където н=1, 2, 3, 4 и 6.5.

разтворите на SO 3 в сярна киселина се наричат ​​олеум, те образуват две съединения H 2 SO 4 SO 3 и H 2 SO 4 2SO 3. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава чрез реакцията: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Получаване на сярна киселина

Суровина за получаване сярна киселинаслужат като: S, метални сулфиди, H 2 S, отпадъци от ТЕЦ, сулфати на Fe, Ca и др. Основните етапи на получаване сярна киселина: 1) суровини за получаване на SO 2 ; 2) SO 2 в SO 3 (преобразуване); 3) SO3. В индустрията се използват два метода за получаване сярна киселина, различаващи се по начина на окисление на SO 2 - контакт с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотен - с азотни оксиди. Получавам сярна киселинаПри контактния метод съвременните инсталации използват ванадиеви катализатори, които са изместили Pt и Fe оксиди. Чистият V 2 O 5 има слаба каталитична активност, която рязко нараства в присъствието на алкални метали, като най-голям ефект имат солите К. 7 V 2 O 5 и K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 се разлагат при 315-330°С. 365-380 и 400-405 °C, съответно). Активният компонент при катализа е в разтопено състояние.

Схемата за окисляване на SO 2 до SO 3 може да бъде представена по следния начин:

На първия етап се достига равновесие, вторият етап е бавен и определя скоростта на процеса.

Производство сярна киселинаот сяра по метода на двоен контакт и двойна абсорбция (фиг. 1) се състои от следните етапи. Въздухът след почистване от прах се подава от газов вентилатор към сушилната кула, където се изсушава 93-98% сярна киселинадо съдържание на влага 0,01 % обемни. Изсушеният въздух влиза в сярната пещ след предварително загряване в един от топлообменниците на контактния блок. Сярата се изгаря в пещта, доставяна от дюзи: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Газът, съдържащ 10-14% обемни SO 2, се охлажда в котела и след разреждане с въздух до съдържание на SO 2 9-10% обемни при 420°C постъпва в контактния апарат за първи етап на преобразуване, който протича върху три слоя катализатор (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), след което газът се охлажда в топлообменници. След това газът, съдържащ 8,5-9,5% SO 3 при 200°C, влиза в първия етап на абсорбция в абсорбера, напоява се и 98% сярна киселина: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 130,56 kJ. След това газът се разпръсква. сярна киселина, загрята до 420°C и влиза във втория етап на преобразуването, протичайки върху два слоя катализатор. Преди втория етап на абсорбция газът се охлажда в икономийзера и се подава в абсорбера на втория етап, напоен с 98% сярна киселина, а след това, след почистване от пръски, се изпуска в атмосферата.

1 - сярна пещ; 2 - котел за отпадъчна топлина; 3 - икономайзер; 4 - изходна пещ; 5, 6 - топлообменници на изходната пещ; 7 - контактно устройство; 8 - топлообменници; 9 - олеум абсорбер; 10 - сушилна кула; 11 и 12, съответно първия и втория монохидратни абсорбери; 13 - киселинни колектори.

1 - подаващо устройство за плоча; 2 - пещ; 3 - котел за отпадъчна топлина; 4 - циклони; 5 - електрофилтри; 6 - кули за миене; 7 - мокри електрофилтри; 8 - продухваща кула; 9 - сушилна кула; 10 - уловител за пръскане; 11 - първият монохидратен абсорбер; 12 - топлообменници; 13 - контактно устройство; 14 - олеум абсорбатор; 15 - втори монохидратен абсорбер; 16 - хладилници; 17 - колекции.

1 - денитрационна кула; 2, 3 - първата и втората производствени кули; 4 - окислителна кула; 5, 6, 7 - абсорбционни кули; 8 - електрофилтри.

Производство сярна киселинаот метални сулфиди (фиг. 2) е много по-сложен и се състои от следните операции. Изпичането на FeS 2 се извършва в пещ с въздушен кипящ слой: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Газът за печене, съдържащ SO 2 13-14%, с температура 900°C, влиза в котела, където се охлажда до 450°C. Отстраняването на праха се извършва в циклон и електрофилтър. След това газът преминава през две миещи кули, напоени с 40% и 10% сярна киселина. В същото време газът окончателно се пречиства от прах, флуор и арсен. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаобразувани в измивните кули са предвидени две степени на мокри електрофилтри. След изсушаване в сушилна кула, преди което газът се разрежда до съдържание от 9% SO2, той се подава към първия етап на преобразуване (3 катализаторни слоя) чрез вентилатор. В топлообменниците газът се нагрява до 420°C поради топлината на газа, идваща от първия етап на преобразуване. SO 2 , окислен до 92-95% в SO 3 , отива в първия етап на абсорбция в олеум и монохидратни абсорбери, където се освобождава от SO 3 . След това газът, съдържащ SO 2 ~ 0,5% влиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху един или два катализаторни слоя. Газът предварително се нагрява в друга група топлообменници до 420 °C поради топлината на газовете, идващи от втория етап на катализа. След отделяне на SO 3 във втория етап на абсорбция, газът се отделя в атмосферата.

Степента на превръщане на SO 2 в SO 3 при контактния метод е 99,7%, степента на абсорбция на SO 3 е 99,97%. Производство сярна киселинаизвършва се в един етап на катализа, докато степента на превръщане на SO 2 в SO 3 не надвишава 98,5%. Преди да бъде изпуснат в атмосферата, газът се пречиства от останалия SO 2 (виж). Производителността на съвременните инсталации е 1500-3100 тона/ден.

Същността на азотния метод (фиг. 3) е, че газът за печене, след охлаждане и почистване от прах, се обработва с т.нар. нитроза - сярна киселинав които са разтворени азотни оксиди. SO 2 се абсорбира от нитроза и след това се окислява: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Полученият NO е слабо разтворим в нитроза и се освобождава от нея и след това частично се окислява от кислород в газовата фаза до NO 2 . Смес от NO и NO 2 се реабсорбира сярна киселинаи т.н. Азотните оксиди не се консумират в процеса на азотиране и се връщат в производствения цикъл поради непълното им усвояване. сярна киселинате са частично отнесени от изгорелите газове. Предимства на азотния метод: простота на хардуерния дизайн, по-ниска цена (10-15% по-ниска от контактната), възможност за обработка на 100% SO 2.

Инструментирането на процеса на азотен азот в кулата е просто: SO 2 се обработва в 7-8 облицовани кули с керамична опаковка, една от кулите (куха) е с регулируем окислителен обем. Кулите имат киселинни колектори, хладилници, помпи, които доставят киселина в резервоарите под налягане над кулите. Пред последните две кули е монтиран опашен вентилатор. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаслужи като електростатичен филтър. Необходимите за процеса азотни оксиди се получават от HNO 3 . За да се намалят емисиите на азотни оксиди в атмосферата и 100% обработка на SO 2, е инсталиран цикъл на преработка без азотен SO 2 между зоните на производство и абсорбция в комбинация с водно-кисел метод за дълбоко улавяне на азотни оксиди. Недостатъкът на азотния метод е ниското качество на продукта: концентрация сярна киселина 75%, наличие на азотни оксиди, Fe и други примеси.

За намаляване на възможността за кристализация сярна киселинапо време на транспортиране и съхранение се установяват стандарти за търговски класове сярна киселина, чиято концентрация съответства на най-ниските температури на кристализация. Съдържание сярна киселинав технически степени (%): кула (азот) 75, контакт 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентен олеум 114,6, батерия 92-94. сярна киселинасъхранявани в стоманени резервоари с обем до 5000 m 3, общият им капацитет в склада е предназначен за десетдневно производство. Олеум и сярна киселинатранспортирани в стоманени железопътни цистерни. Концентриран и акумулаторен сярна киселинатранспортирани в киселинноустойчиви стоманени резервоари. Резервоарите за транспортиране на олеум са покрити с топлоизолация и олеумът се нагрява преди пълнене.

Определяне на сярна киселинаколориметрично и фотометрично, под формата на суспензия от BaSO 4 - фототурбидиметрично, както и по кулометричен метод.

Използването на сярна киселина

Сярната киселина се използва в производството на минерални торове, като електролит в оловни акумулатори, за производството на различни минерални киселини и соли, химически влакна, багрила, димообразуващи вещества и експлозиви, в нефта, металообработването, текстила, кожите и други индустрии. Използва се в промишления органичен синтез в реакции на дехидратация (получаване на диетилов етер, естери), хидратация (етанол от етилен), сулфониране (и междинни продукти при производството на багрила), алкилиране (получаване на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др. Най-големият потребител сярна киселина- производство на минерални торове. За 1 тон P 2 O 5 фосфатни торове се изразходват 2,2-3,4 тона сярна киселина, а за 1 t (NH 4 ) 2 SO 4 - 0,75 t сярна киселина. Поради това заводите за сярна киселина обикновено се изграждат заедно с инсталации за производство на минерални торове. Световно производство сярна киселинапрез 1987 г. достига 152 милиона тона.

Сярна киселинаи олеум – изключително агресивни вещества, които засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, често – ларингит, трахеит, бронхит и др. ПДК на аерозол на сярна киселина във въздуха на работната зона е 1,0 mg/m 3 , в атмосферата 0,3 mg/m 3 (максимално еднократно) и 0,1 mg/m 3 (среднодневно). Поразителната концентрация на парите сярна киселина 0,008 mg/l (60 минути експозиция), смъртоносни 0,18 mg/l (60 минути). Клас на опасност 2. Аерозол сярна киселинамогат да се образуват в атмосферата в резултат на емисии от химическата и металургичната промишленост, съдържащи оксиди на S, и да изпадат като киселинен дъжд.

Сярната киселина намира най-широко приложение в националната икономика и е основен продукт на основната химическа промишленост. В тази връзка се наблюдава непрекъснато увеличаване на производството на сярна киселина. И така, ако през 1900 г. световното производство на сярна киселина възлиза на 4,2 милиона g, то през 1937 г. са получени 18,8 милиона g, а през 1960 г. - повече от 47 милиона тона.
В момента Съветският съюз е на второ място в света по производство на сярна киселина. През 1960 г. СССР произвежда 5,4 млн. г сярна киселина През 1965 г. производството на сярна киселина спрямо 1958 г. ще се удвои.
Областите на приложение на сярната киселина се дължат на нейните свойства и ниска цена. Сярната киселина е силна, трудно летлива и стабилна киселина, която при умерени температури има много слаби окислителни и силни водоотстраняващи свойства.

Основният потребител на сярна киселина е производството на минерални торове - суперфосфат и амониев сулфат. Например за производството само на един тон суперфосфат (от флуорапатит), който не съдържа хигроскопична вода, се изразходват 600 кг 65% сярна киселина. Производството на минерални торове изразходва около половината от цялата произведена киселина.
Значително количество сярна киселина се изразходва при преработката на течни горива - за пречистване на керосин, парафин, смазочни масла от сяра и ненаситени съединения, при преработката на каменовъглен катран. Използва се и за пречистване на различни минерални масла и мазнини.
Сярната киселина се използва широко в различни органични синтези, например за сулфониране на органични съединения при производството на сулфонови киселини, различни багрила и захарин. За тази цел се използват както концентрирана киселина, така и димяща киселина, както и хлорсулфонова киселина. Сярната киселина се използва като средство за отстраняване на водата в реакциите на нитриране - при производството на нитробензол, нитроцелулоза, нитроглицерин и др.
Като нелетлива киселина, сярната киселина е в състояние да измести летливите киселини от техните соли, което се използва при производството на флуороводород и хлороводород, перхлорна киселина.
Сярната киселина често се използва при преработката (разлагането) на определени руди и концентрати, като титан, цирконий, ванадий, а понякога и ниобий, литий и някои други метали. Тъй като концентрираната сярна киселина кипи при доста висока температура и практически няма ефект върху чугуна и стоманата, това разлагане може да се извърши напълно с помощта на евтино оборудване, изработено от тези материали.
Разредената гореща сярна киселина разтваря добре металните оксиди и се използва за така нареченото ецване на метали - почистването им< особенно железа, от окислов.
Сярната киселина е добър изсушаващ агент и се използва широко в лабораториите и индустрията за тази цел. Остатъчната влажност при използване на 95% сярна киселина е равна на 0,003 mg водна пара на 1 литър изсушен газ.

H2SO4, лат. Acidum sulfuricum е силна двуосновна киселина с моларна маса около 98 g/mol.

Чистата сярна киселина е безцветна, без мирис, каустична маслена течност с плътност 1,84 g/cm3, която се превръща в твърда кристална маса при 10,4°C. Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се повишава с увеличаване на нейната концентрация и достига максимум при съдържание около 98% H2SO4.

Концентрираната сярна киселина реагира много бурно с вода, тъй като се отделя голямо количество топлина (19 kcal на мол киселина) поради образуването на хидрати. Поради тази причина сярната киселина винаги трябва да се разрежда, като се излива във вода, а не обратното.

Сярната киселина е силно хигроскопична, тоест добре абсорбира водните пари от въздуха, така че може да се използва за изсушаване на газове, които не реагират с нея. Хигроскопичността обяснява и овъгляването на органични вещества, например захар или дърво, когато са изложени на концентрирана сярна киселина. В този случай се образуват хидрати на сярна киселина. Също така, поради ниската си летливост, той се използва за изместване на други, по-летливи киселини от техните соли.

Концентрираната сярна киселина е силен окислител. Той окислява метали в напрежения ред до среброто включително, като продуктите на реакцията зависят от условията на неговото осъществяване и активността на самия метал. Образува две серии соли: средни - сулфати и киселинни - хидросулфати, както и естери.

Разредената сярна киселина взаимодейства с всички метали, които са в електрохимичната серия от напрежения вляво от водорода (H), с освобождаването на H2, окислителните свойства не са характерни за нея.

В промишлеността сярната киселина се произвежда по два метода: контактен метод с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотен метод с азотни оксиди. Суровините са сяра, метални сулфиди и др. Произвеждат се няколко степени киселина, в зависимост от чистотата и концентрацията: акумулаторна (най-чистата), техническа, кула, витриол, олеум (разтвор на серен анхидрид в сярна киселина).

Приложение на сярна киселина:

• Производството на минерални торове е най-голямата област на приложение
• електролит в оловни батерии
• Производство на синтетични детергенти, багрила, пластмаси, флуороводород и други реагенти
• Обогатяване на руди в минната промишленост
• Рафиниране на нефтопродукти
• Металообработваща, текстилна, кожарска и други индустрии
• Производство на лекарства
• Регистриран в хранително-вкусовата промишленост като хранителна добавка E513
• Индустриален органичен синтез

Използването на сярна киселина в промишлеността

Хранителната индустрия е запозната със сярната киселина под формата на хранителна добавка E513. Киселината действа като емулгатор. Тази хранителна добавка се използва при производството на напитки. Помага за регулиране на киселинността. В допълнение към храната, Е513 е част от минералните торове. Използването на сярна киселина в промишлеността е широко разпространено. Индустриалният органичен синтез използва сярна киселина за извършване на следните реакции: алкилиране, дехидратация, хидратация. С помощта на тази киселина се възстановява необходимото количество смоли върху филтрите, които се използват при производството на дестилирана вода.

Използването на сярна киселина в ежедневието

Сярната киселина у дома е търсена сред автомобилистите. Процесът на приготвяне на електролитен разтвор за автомобилен акумулатор се придружава от добавяне на сярна киселина. Когато работите с тази киселина, трябва да запомните правилата за безопасност. Ако киселината попадне върху дрехите или откритата кожа, изплакнете незабавно с течаща вода. Сярната киселина, която се е разляла върху метала, може да се неутрализира с вар или тебешир. Когато зареждате акумулатор на автомобил, е необходимо да следвате определена последователност: постепенно добавяйте киселина към водата, а не обратното. Когато водата реагира със сярна киселина, течността става много гореща, което може да причини разпръскване. Ето защо трябва да бъдете особено внимателни, за да не попадне течността върху лицето или очите. Киселината трябва да се съхранява в плътно затворен съд. Важно е химикалът да се съхранява на място, недостъпно за деца.

Използването на сярна киселина в медицината

Солите на сярната киселина се използват широко в медицината. Например магнезиевият сулфат се предписва на хората с цел постигане на слабително действие. Друго производно на сярната киселина е натриевият тиосулфат. Лекарството се използва като антидот при прием на следните вещества: живак, олово, халогени, цианид. Натриевият тиосулфат, заедно със солна киселина, се използва за лечение на дерматологични заболявания. Професор Демянович предложи обединението на тези две лекарства за лечение на краста. Под формата на воден разтвор натриевият тиосулфат се прилага на хора, които страдат от алергични заболявания.

Магнезиевият сулфат има широк спектър от възможности. Поради това се използва от лекари от различни специалности. Като спазмолитично средство, магнезиевият сулфат се прилага при пациенти с хипертония. Ако човек има заболявания на жлъчния мехур, веществото се прилага през устата за подобряване на жлъчната секреция. Използването на сярна киселина в медицината под формата на магнезиев сулфат в гинекологичната практика е често срещано явление. Гинеколозите помагат на родилките, прилагайки интрамускулно магнезиев сулфат, като по този начин упояват раждането. В допълнение към всички изброени по-горе свойства, магнезиевият сулфат има антиконвулсивно действие.

Използването на сярна киселина в производството

При производството на минерални торове се използва и сярна киселина, чиито области на приложение са разнообразни. За по-удобно сътрудничество фабриките, които произвеждат сярна киселина и минерални торове, са разположени основно близо един до друг. Този момент създава непрекъснато производство.

Използването на сярна киселина при производството на багрила и синтетични влакна е второто по честота след производството на минерални торове. Много индустрии използват сярна киселина в някои производствени процеси. Използването на сярна киселина намери търсене в ежедневието. Хората използват химикала за обслужване на автомобилите си. Можете да закупите сярна киселина в магазини, специализирани в продажбата на химикали, включително нашата връзка. Сярната киселина се транспортира в съответствие с правилата за превоз на такива товари. Железопътният или автомобилният транспорт транспортира киселина в подходящи контейнери. В първия случай резервоарът действа като контейнер, във втория - варел или контейнер.

Характеристики на приложението и биологична опасност

Сярната киселина и близките до нея продукти са изключително токсични вещества, на които е приписан II клас на опасност. Техните пари засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, често - ларингит, трахеит, бронхит. Максимално допустимата концентрация на пари на сярна киселина във въздуха на работната зона на промишлените помещения е 1 mg/m3. Хората, работещи с токсични киселини, получават гащеризони и лични предпазни средства. Концентрираната сярна киселина, ако се работи небрежно, може да причини химически изгаряния.

Ако се погълне сярна киселина, веднага след поглъщането се появяват остри болки в устата и целия храносмилателен тракт, силно повръщане, примесено първо с алена кръв, а след това с кафяви маси. Едновременно с повръщането започва силна кашлица. Развива се рязко подуване на ларинкса и гласните струни, което причинява сериозни затруднения в дишането. Зениците се разширяват, а кожата на лицето придобива тъмносин цвят. Наблюдава се спад и отслабване на сърдечната дейност. Смъртта настъпва при доза от 5 милиграма. При отравяне със сярна киселина е необходима спешна стомашна промивка и прием на магнезий.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

безводен сярна киселинае тежка, вискозна течност, която лесно се смесва с вода във всякакви пропорции: взаимодействието се характеризира с изключително голям екзотермичен ефект (~880 kJ/mol при безкрайно разреждане) и може да доведе до експлозивно кипене и разпръскване на сместа, ако водата е добавен към киселината; ето защо е толкова важно винаги да използвате обратния ред при приготвянето на разтворите и добавяте киселината към водата, бавно и с разбъркване.

Някои физични свойства на сярната киселина са дадени в таблицата.

Безводният H 2 SO 4 е забележително съединение с необичайно висока диелектрична константа и много висока електрическа проводимост, което се дължи на йонната автодисоциация (автопротолиза) на съединението, както и на механизма на протонен трансфер на реле, който осигурява потока на електрически ток през вискозна течност с голям брой водородни връзки.

Таблица 1. Физични свойства на сярната киселина.

Получаване на сярна киселина

Сярната киселина е най-важният промишлен химикал и най-евтината насипна киселина, произвеждана навсякъде по света.

Концентрираната сярна киселина („масло от витриол“) се получава първо чрез нагряване на „зелен витриол“ FeSO 4 ×nH 2 O и се изразходва в големи количества за получаване на Na2SO4 и NaCl.

Съвременният процес за производство на сярна киселина използва катализатор, състоящ се от ванадиев(V) оксид с добавка на калиев сулфат върху носител от силициев диоксид или диатомит. Серен диоксид SO 2 се получава чрез изгаряне на чиста сяра или чрез изпичане на сулфидна руда (предимно пирит или руди от Cu, Ni и Zn) в процеса на извличане на тези метали. След това SO 2 се окислява до триоксид и след това се получава сярна киселина чрез разтваряне във вода:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0 - 297 kJ / mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9,8 kJ / mol);

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

Химични свойства на сярната киселина

Сярната киселина е силна двуосновна киселина. На първия етап, в разтвори с ниска концентрация, той се дисоциира почти напълно:

H2SO4 ↔H + + HSO4-.

Дисоциация на втория етап

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

протича в по-малка степен. Константата на дисоциация на сярната киселина във втория етап, изразена чрез йонна активност, K 2 = 10 -2.

Като двуосновна киселина, сярната киселина образува две серии соли: средна и киселинна. Средните соли на сярната киселина се наричат ​​сулфати, а киселинните соли се наричат ​​хидросулфати.

Сярната киселина алчно абсорбира водните пари и затова често се използва за изсушаване на газове. Способността да абсорбира вода обяснява и овъгляването на много органични вещества, особено тези, принадлежащи към класа въглехидрати (фибри, захар и др.), когато са изложени на концентрирана сярна киселина. Сярната киселина отстранява водорода и кислорода от въглехидратите, които образуват вода, а въглеродът се освобождава под формата на въглища.

Концентрираната сярна киселина, особено гореща, е силен окислител. Той окислява HI и HBr (но не HCl) до свободни халогени, въглища до CO 2 , сяра до SO 2 . Тези реакции се изразяват с уравненията:

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

2HBr + H2SO4 \u003d Br2 + SO2 + 2H2O;

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

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

Взаимодействието на сярната киселина с металите протича различно в зависимост от нейната концентрация. Разредената сярна киселина се окислява със своя водороден йон. Следователно, той взаимодейства само с онези метали, които са в поредицата от напрежения само до водород, например:

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

Оловото обаче не се разтваря в разредена киселина, тъй като получената сол на PbSO 4 е неразтворима.

Концентрираната сярна киселина е окислител поради сярата (VI). Той окислява метали в серия на напрежение до и включително сребро. Продуктите от неговата редукция могат да бъдат различни в зависимост от активността на метала и от условията (концентрация на киселина, температура). При взаимодействие с нискоактивни метали, като мед, киселината се редуцира до SO 2:

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

Когато взаимодействат с по-активни метали, редукционните продукти могат да бъдат както диоксид, така и свободна сяра и сероводород. Например, при взаимодействие с цинк могат да възникнат реакции:

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

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O;

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

Използването на сярна киселина

Използването на сярна киселина варира от страна на страна и от десетилетие на десетилетие. Така например в САЩ основната област на потребление на H 2 SO 4 е производството на торове (70%), следвано от химическо производство, металургия, рафиниране на нефт (~5% във всяка област). В Обединеното кралство разпределението на потреблението по индустрия е различно: само 30% от произведената H 2 SO 4 се използва за производството на торове, но 18% отиват за бои, пигменти и междинни багрила, 16% за химическо производство, 12% за сапун и перилни препарати, 10 % за производство на естествени и изкуствени влакна и 2,5 % се използва в металургията.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1