Как изглежда сярната киселина? Сярна киселина

Сярна киселина H 2 SO 4 е една от силните двуосновни киселини. В разредено състояние той окислява почти всички метали с изключение на златото и платината. Реагира бурно с неметали и органична материя, превръщайки някои от тях във въглища. Когато приготвяте разтвор на сярна киселина, тя винаги трябва да се добавя към водата, а не обратното, за да се избегне пръскане на киселина и вряща вода. При 10 °C се втвърдява, образувайки прозрачна стъкловидна маса. При нагряване 100% сярна киселина лесно губи серен анхидрид (серен триоксид SO 3), докато концентрацията му стане 98%. В това състояние обикновено се използва в лаборатории. В концентрирано (безводно) състояние сярната киселина е безцветна, димяща във въздуха (поради изпарения), мазна течност с характерна миризма (температура на кипене = 338 ° C). Той е много силен окислител. Това вещество има всички свойства на киселините:

Химични свойствасярна киселина

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O - в този случай киселината е концентрирана.

H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O

Полученият разтвор от син цвят- CuSO 4 - разтвор на меден сулфат. Сярна киселина се нарича още масло от витриол, тъй като витриолът се образува по време на реакции с метали и техните оксиди. Например при химическа реакция с желязо (Fe) се образува светлозелен разтвор на железен сулфат.

Химическа реакцияс основи и алкали (или реакция на неутрализация)

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O

сярна киселина(или по-правилно, разтвор на серен диоксид във вода) образува два вида соли: сулфитиИ хидросулфити. Тези соли са редуциращи агенти.

H 2 SO 4 + NaOH → NaHSO 3 + H 2 O - тази реакция протича с излишък сярна киселина

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2H 2 O - и тази реакция протича с излишък от натриев хидроксид

сярна киселинаима избелващ ефект. Всеки знае, че хлорната вода има подобен ефект. Но разликата се състои в това, че за разлика от хлора, серният диоксид не разрушава багрилата, а образува неоцветени багрила с тях. химични съединения!

В допълнение към основното свойства на киселините сярна киселинаспособен да обезцвети разтвор на калиев перманганат съгласно следното уравнение:

5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

При тази реакция се образува бледорозов разтвор, състоящ се от калиев и манганов сулфат. Цветът се дължи на манганов сулфат.

сярна киселинав състояние да обезцвети брома

H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr

При тази реакция се образува разтвор, състоящ се непосредствено от 2 силни киселини: сярна и бромна.

Ако се съхранява сярна киселинакогато е изложен на въздух, този разтвор се окислява и се превръща в сярна киселина

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2

Там, където няма фабрики за извличането му, е немислимо печелившото производство на много други вещества с голямо техническо значение.”

DI. Менделеев

Сярната киселина се използва в различни индустрии химическа индустрия:

• минерални торове, пластмаси, багрила, изкуствени влакна, минерални киселини, детергенти;
• в нефтената и нефтохимическата промишленост:

• в цветната металургия:

• в черната металургия:

• в целулоза и хартия, храни и лека промишленост(за получаване на нишесте, меласа, избелване на тъкани) и др.

Производство на сярна киселина

В промишлеността сярната киселина се произвежда по два начина: контактен и азотен.

Контактен метод за производство на сярна киселина

Сярната киселина се произвежда чрез контактен метод в големи количествав заводи за сярна киселина.

В момента основният метод за производство на сярна киселина е контактът, т.к. този метод има предимства пред другите:

Получаване на продукт под формата на чиста концентрирана киселина, приемлива за всички потребители;

I. Суровини, използвани за производството на сярна киселина.

Основна суровина

сяра - С

серен пирит (пирит) - FeS 2

сулфиди на цветни метали - Cu2S, ZnS, PbS

сероводород - H 2 S

Помощен материал

Катализатор - ванадиев оксид - V 2 O 5

II. Подготовка на суровините.

Нека анализираме производството на сярна киселина от пирит FeS 2.

1) Смилане на пирит. Преди употреба големи парчета пирит се натрошават в трошачки. Знаете, че когато дадено вещество се раздробява, скоростта на реакцията се увеличава, т.к. площта на контакт на реагентите се увеличава.

2) Пречистване на пирит. След раздробяване на пирит, той се пречиства от примеси (отпадъчни скали и пръст) чрез флотация. За да направите това, натрошеният пирит се спуска в огромни вани с вода, смесва се, отпадъчната скала изплува нагоре, след което отпадъчната скала се отстранява.

III. Основни химични процеси:

4 FeS 2 + 11 O 2 T = 800°° С→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q или горяща сяра S+O2 T ° ° С→ SO2

2SO2 + O2 400-500° СЪС,V2O5 , стр↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Технологични принципи:

Принципът на непрекъснатост;

Принципът на интегрирано използване на суровини,използване на отпадъци от друго производство;

Принципът на безотпадното производство;

Принципът на пренос на топлина;

Принцип на противотока („кипящ слой“);

Принципът на автоматизация и механизация на производствените процеси.

V . Технологични процеси:

Принцип на непрекъснатост: печене на пирит в пещ → доставка на серен оксид ( IV ) и кислород в системата за пречистване → в контактния апарат → подаване на серен оксид ( VI ) в абсорбционната кула.

VI . Опазване на околната среда:

1) херметичност на тръбопроводи и оборудване

2) филтри за почистване на газ

VII. Химия на производството :

ПЪРВИ ЕТАП - изпичане на пирит в пещ за изпичане във "кипящ слой".

Основно се използва сярна киселина флотационни пирити- производствени отпадъци по време на обогатяването на медни руди, съдържащи смеси от серни съединения на мед и желязо. Процесът на обогатяване на тези руди се извършва в обогатителните заводи в Норилск и Талнах, които са основните доставчици на суровини. Тази суровина е по-изгодна, т.к. серен пирит се добива главно в Урал и, естествено, доставката му може да бъде много скъпа. Възможна употреба сяра, който също се образува при обогатяване на руди на цветни метали, добивани в мини.Сярата също се доставя от Тихоокеанския флот и NOF. (обогатителни фабрики).

Уравнение на реакцията на първи етап

4FeS2 + 11O2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Натрошен, почистен, мокър (след флотация) пирит се излива отгоре в пещ за изпичане в "кипящ слой". Отдолу (принцип на противотока) се пропуска обогатен с кислород въздух за по-пълно изпичане на пирита. Температурата в пещта достига 800°C. Пиритът се нагрява до червено и е в "окачено състояние" поради въздуха, издухван отдолу. Всичко изглежда като кипяща до червено гореща течност. Дори най-малките частици пирит не се утаяват във „кипящия слой“. Поради това процесът на изпичане е много бърз. Ако по-рано изгарянето на пирит отнемаше 5-6 часа, сега отнема само няколко секунди. Освен това в "кипящия слой" е възможно да се поддържа температура от 800°C.

Благодарение на отделената в резултат на реакцията топлина се поддържа температурата в пещта. Излишната топлина се отстранява: тръбите с вода преминават по периметъра на пещта, която се нагрява. топла водадопълнително се използва за централно отопление на съседни помещения.

Полученият железен оксид Fe 2 O 3 (пепел) не се използва при производството на сярна киселина. Но се събира и изпраща в металургичен завод, където желязото и неговите сплави с въглерод се получават от железен оксид - стомана (2% въглерод С в сплавта) и чугун (4% въглерод С в сплавта).

По този начин, принцип на химическо производство- безотпадно производство.

Излиза от фурната пещен газ , чийто състав: SO 2, O 2, водна пара (пиритът беше мокър!) И най-малките частици сгурия (железен оксид).Такъв пещен газ трябва да бъде почистен от примеси от твърди частици от сгурия и водна пара.

Пречистването на пещния газ от твърди частици сгурия се извършва на два етапа - в циклон (използва се центробежна сила, твърдите частици сгурия се удрят в стените на циклона и падат надолу). За отстраняване на малки частици сместа се изпраща в електростатични филтри, където пречистването се извършва под въздействието на ток високо напрежение~ 60000 V (използва се електростатично привличане, частици от сгурия се придържат към електрифицираните плочи на електростатичния филтър, при достатъчно натрупване под собственото си тегло те падат надолу), за отстраняване на водни пари в пещния газ (изсушаване на пещния газ), концентрирана сярна използва се киселина, която е много добър десикант, защото абсорбира вода.

Сушенето на пещния газ се извършва в сушилна кула - пещният газ се издига отдолу нагоре, а концентрираната сярна киселина тече отгоре надолу. За да се увеличи контактната повърхност на газ и течност, кулата е пълна с керамични пръстени.

На изхода на сушилната кула пещният газ вече не съдържа частици сгурия или водна пара. Пещният газ сега е смес от серен оксид SO 2 и кислород O 2 .

ВТОРИ ЕТАП - каталитично окисление на SO 2 до SO 3 с кислород в контактно устройство.

Уравнението на реакцията за този етап е:

2SO2 + O2 400-500°С, V 2 О 5 ,стр ↔ 2 SO 3 + Q

Сложността на втория етап се състои в това, че процесът на окисляване на един оксид в друг е обратим. Следователно е необходимо да се изберат оптималните условия за протичане на директната реакция (получаване на SO 3).

От уравнението следва, че реакцията е обратима, което означава, че на този етап е необходимо да се поддържат такива условия, че равновесието да се измества към изхода SO 3 в противен случай целият процес ще бъде нарушен. защото реакцията протича с намаляване на обема (3 V↔2V ), е необходимо повишено налягане. Увеличете налягането до 7-12 атмосфери. Реакцията е екзотермична, следователно, като се вземе предвид принципът на Le Chatelier, този процес не може да се извърши при висока температура, т.к. балансът ще се измести наляво. Реакцията започва при температура = 420 градуса, но поради многослойния катализатор (5 слоя), можем да я увеличим до 550 градуса, което значително ускорява процеса. Използваният катализатор е ванадий (V 2 O 5). Той е евтин и издържа дълго (5-6 години). най-устойчиви на действието на токсични примеси. Освен това допринася за изместването на баланса надясно.

Сместа (SO 2 и O 2) се нагрява в топлообменник и се движи през тръби, между които преминава студена смес в обратна посока, която трябва да се нагрее. В резултат на това има топлообмен: изходните вещества се нагряват и реакционните продукти се охлаждат до желаните температури.

ТРЕТИ ЕТАП - абсорбция на SO 3 от сярна киселина в абсорбционната кула.

Защо серен оксид SO 3 не абсорбира вода? В крайна сметка би било възможно да се разтвори серен оксид във вода: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 . Но факт е, че ако водата се използва за абсорбиране на серен оксид, сярната киселина се образува под формата на мъгла, състояща се от малки капчици сярна киселина (серният оксид се разтваря във вода с отделяне на голямо количество топлина, сярната киселина е толкова нагрят, че завира и се превръща в пара). За да избегнете образуването на мъгла от сярна киселина, използвайте 98% концентрирана сярна киселина. Два процента вода са толкова малко, че нагряването на течността ще бъде слабо и безвредно. Серният оксид се разтваря много добре в такава киселина, образувайки олеум: H 2 SO 4 nSO 3 .

Уравнението на реакцията за този процес е:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

Полученият олеум се излива в метални резервоари и се изпраща в склада. След това резервоарите се пълнят с олеум, формират се влакове и се изпращат до потребителя.

Това е едно от най-известните и широко разпространени химически съединения . Това се обяснява на първо място от нея живо изразени свойства. Формулата му е H2SO4. Това е двуосновна киселина с по-високо съдържание на сяра от +6.

При нормални условия сярната киселина е течност без мирис и цвят с маслени свойства. Той стана доста широко разпространен в технологиите и различни индустрии.

В момента това вещество е един от най-важните и най-често срещаните продукти на химическата промишленост. В природата отлаганията на естествена сяра не са толкова чести, като правило се срещат само в съединения с други вещества. В момента се разработва извличане на сяра от различни съединения, включително различни промишлени отпадъци. В някои случаи дори газовете могат да бъдат адаптирани да произвеждат сяра и различни съединения с нея.

Имоти

Сярната киселина има пагубен ефект върху всеки.Тя отнема водата от тях много бързо, така че тъканите и различни съединения започват да се овъгляват. 100% киселина е една от най-силните, докато съединението не пуши и не разрушава

Реагира с всички метали с изключение на оловото. В концентрирана форма той започва да окислява много елементи.

Използването на сярна киселина

Сярната киселина се използва главно в химическата промишленост, където на нейна основа се произвежда азот, включително суперфосфат, който в момента се счита за един от най-разпространените торове. Годишно се произвеждат до няколко милиона тона от това вещество.

В металургията H2SO4 се използва за проверка на качеството на получените продукти. При валцуване на стомана могат да се появят микропукнатини, за да се открият, детайлът се поставя в оловна баня и се гравира с 25% разтвор на киселина. След това дори и най-малките пукнатини могат да се видят с просто око.

Преди да приложите галванопластика върху метала, той трябва първо да бъде подготвен - почистен и обезмаслен. Тъй като сярната киселина реагира с металите, тя разтваря най-тънкия слой и с него се отстраняват всякакви следи от замърсяване. В допълнение, металната повърхност става по-груба, което е по-подходящо за никелиране, хромиране или медно покритие.

Сярната киселина се използва при обработката на определени руди и значително количество от нея също се изисква в нефтена индустрия, където се използва основно за пречистване на различни продукти. Често се използва в химическата промишленост, която непрекъснато се развива. В резултат на това се откриват допълнителни възможности и приложения. Това вещество може да се използва за производството на оловно-киселинни - различни батерии.

Получаване на сярна киселина

Основните суровини за производството на киселина са сярата и различни съединения на нейната основа. Освен това, както вече беше споменато, сега се развива използването на промишлени отпадъци за производство на сяра. По време на окислителното печене на сулфидни руди отделящите се газове съдържат SO2. Той е адаптиран за производство на сярна киселина. Въпреки че в Русия водещите позиции все още са заети от производство, базирано на обработката на серен пирит, който се изгаря в пещи. Когато въздухът се продухва през горящи пирити, се образуват пари с високо съдържание на SO2. Електростатичните филтри се използват за отстраняване на други примеси и опасни изпарения. Сега активно се използва в производството различни начинипроизводство на киселина и много от тях са свързани с преработката на отпадъци, въпреки че делът на традиционните индустрии е висок.

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, т.е. методът на кулата.

Производството на сярна киселина започва с изгарянето на серни суровини, например в специални пиритни пещи се получава така нареченият газ за печене, който съдържа около 9% серен диоксид. Този етап е еднакъв както за контактните, така и за азотните методи.

След това е необходимо полученият серен анхидрид да се окисли до серен анхидрид. Първо обаче трябва да се почисти от редица примеси, които пречат на по-нататъшния процес. Газът за печене се почиства от прах в електростатични филтри или в циклонни апарати и след това 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, когато температурата се понижава, 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 се окислява.Производството на сярна киселина по този метод се задейства от образуването на сярна киселина по време на взаимодействието на газа за печене с водата. Впоследствие получената сярна киселина се окислява азотна киселина, което води до образуване на азотен оксид 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 - нитрозилсярна киселина.

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

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

който окислява сярната киселина, образувана в кулата.

Азотният оксид, освободен в резултат на реакцията, се връща в окислителната кула и влиза в нов цикъл.

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

Използването на сярна киселина е много широко и разнообразно.

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

Разтворите му намират приложение в текстилната и хранително-вкусовата промишленост, в процесите на нитриране и за производството на сярна акумулаторна киселина, която се използва като електролит за заливане на оловно-киселинни батерии, които се използват широко в транспорта.