Промишленото производство на сярна киселина започва през 15 век - тогава това вещество се нарича "витриол". Днес това е търсено вещество, което се използва широко в индустрията. Ако в зората на откриването на сярната киселина цялата нужда на човечеството от това вещество беше няколко десетки литра, днес сметката достига милиони тонове годишно.

Чистата сярна киселина (формула H2SO4) при 100% концентрация е гъста, безцветна течност. Основното му свойство е висока хигроскопичност, придружена от високо топлоотдаване. Концентрираните разтвори включват разтвори от 40% - те могат да разтварят паладий или сребро. При по-ниска концентрация веществото е по-малко активно и реагира, например, с мед или месинг.

H2SO4 се среща в природата в чист вид. Например в Мъртвото езеро в Сицилия сярна киселина изтича от дъното: в този случай пиритът от земната кора. Освен това малки капки сярна киселина често попадат в земна атмосфераслед големи вулканични изригвания, в който случай H2SO4 може да е причината значителни промениклимат.

Получаване на сярна киселина.

Въпреки наличието на сярна киселина в природата, по-голямата част от нея се произвежда промишлено.

Най-често срещаният днес е контактният метод на производство: той ви позволява да намалите вредата околен святи да получите продукт, който е най-подходящ за всички потребители. По-малко популярен е азотният метод на производство, който включва окисление с азотен оксид.

Следните вещества действат като суровини в контактното производство:

• сяра;
• пирит (серни пирити);
• ванадиев оксид (използван като катализатор);
• сулфиди на различни метали;
• водороден сулфид.

Преди началото на производствения процес суровината се подлага на подготовка, по време на която първо пиритът се раздробява в специални трошачни машини. Това ви позволява да ускорите реакцията поради увеличаване на зоната на контакт на активните вещества. След това пиритът се почиства: за това той се потапя в големи контейнери с вода, докато примесите и отпадъчната скала изплуват на повърхността, след което се отстраняват.

Самото производство може да бъде разделено на няколко етапа:

1. Пречистеният след смилане пирит се зарежда в пещта, където се изпича при температура до 800 градуса. Отдолу въздухът се подава към камерата по принципа на противотока, поради което перилата е в суспендирано състояние. Преди това изстрелването ставаше в рамките на няколко часа, но сега процесът отнема няколко секунди. Отпадъците под формата на железен оксид, образувани по време на процеса на печене, се отстраняват и изпращат в металургичните предприятия. По време на горенето се отделят газове SO2 и O2, както и водни пари. След почистване от най-малките частици и водни пари се получава кислород и чист серен оксид.
2. Във втория етап протича екзотермична реакция под налягане, в която участва ванадиев катализатор. Реакцията започва при температура от 420 градуса, но за по-голяма ефективност може да се повиши до 550 градуса. По време на реакцията настъпва каталитично окисление и SO2 се превръща в SO
3. Третата производствена стъпка е абсорбцията на SO3 в абсорбционната кула, което води до образуването на H2SO4 олеум, който се пълни в резервоари и се изпраща на потребителите. Излишната топлина по време на производството се използва за отопление.

Годишно в Русия се произвеждат около 10 милиона тона H2SO4. В същото време основните производители са компании, които са и основните му потребители. По принцип това са предприятия, произвеждащи минерални торове, например Ammofos, Balakovo Mineral Fertilizers. Тъй като пиритът, който е основната суровина, е отпадъчен продукт на предприятията за обогатяване, неговите доставчици са обогатителните заводи в Талнах и Норилск.

В света лидерите в производството на H2SO4 са Китай и САЩ, произвеждащи годишно съответно 60 и 30 милиона тона от веществото.

Използването на сярна киселина.

Световната индустрия консумира около 200 милиона тона сярна киселина годишно за производството на много видове продукти. По отношение на промишлената употреба, тя е на първо място сред всички киселини.

1. Производство на торове. Основният потребител на сярна киселина (около 40%) е производството на торове. Ето защо заводи за производство на H2SO4 се изграждат в близост до заводи за производство на торове. Понякога те са части от едно предприятие с общ производствен цикъл. В това производство се използва чиста киселина със 100% концентрация. Производството на един тон суперфосфат или амофос, използван най-често в селското стопанство, отнема около 600 литра сярна киселина.
2. Пречистване на въглеводороди. Производството на бензин, керосин, минерални масла също не може без сярна киселина. Тази индустрия също така консумира около 30% от целия H2SO4, произведен в света, който в този случай се използва за пречистване в процеса на рафиниране на нефт. Той също така третира кладенци по време на добива на нефт и повишава октановото число на горивото.
3. Металургия. Сярна киселинав металургията се използва за почистване на ламарина, тел и всякакви заготовки от ръжда, котлен камък, както и за възстановяване на алуминий при производството на цветни метали. Използва се за ецване на метални повърхности преди покриването им с никел, хром или мед.
4. Химическа индустрия. С помощта на H2SO4 се произвеждат много органични и неорганични съединения: фосфорна, флуороводородна и други киселини, алуминиев сулфат, който се използва в целулозно-хартиената промишленост. Без него производството е невъзможно. етилов алкохол, лекарства, детергенти, инсектициди и други вещества.

Обхватът на H2SO4 е наистина огромен и е невъзможно да се изброят всички начини за неговото промишлено използване. Използва се и при обработка на вода, производство на багрила, като емулгатор в Хранително-вкусовата промишленост, в синтеза на експлозиви и за много други цели.

„Едва ли има друго, изкуствено произведено вещество, толкова често използвано в технологиите, като сярната киселина.

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:

за рафиниране на нефт, получаване на парафини;

• в цветната металургия:

за производство на цветни метали - цинк, мед, никел и др.

• в черната металургия:

за ецване на метали;

• в целулозно-хартиената, хранително-вкусовата и леката промишленост (за производство 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 по контактен метод в големи количества в 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 продукта под формата на чист концентрирана киселинаприемливи за всички потребители;

- намаляване на емисиите вредни веществав атмосферата с изгорелите газове

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, натрошен 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° ОТ,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 изсушител, 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 материали 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 отделянето на голямо количество топлина, сярната киселина е толкова горещо, 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.

свойства на сярната киселина

Безводната сярна киселина (монохидрат) е тежка маслена течност, която се смесва с вода във всякакви пропорции с отделяне на голямо количество топлина. Плътността при 0 ° C е 1,85 g / cm 3. Кипи при 296°C и замръзва при -10°C. Сярната киселина се нарича не само монохидрат, но и нейните водни разтвори (), както и разтвори на серен триоксид в монохидрат (), наречени олеум. Олеумът "пуши" във въздуха поради десорбция от него. Чистата сярна киселина е безцветна, докато търговската киселина е тъмна на цвят с примеси.

Физични свойствасярна киселина, като плътност, температура на кристализация, точка на кипене, зависят от нейния състав. На фиг. 1 показва кристализационна диаграма на системата. Максимумите в него съответстват на състава на съединенията или наличието на минимуми се обяснява с факта, че температурата на кристализация на смеси от две вещества е по-ниска от температурата на кристализация на всяко от тях.

Ориз. един

Безводната 100% сярна киселина има относително висока температура на кристализация от 10,7 °C. За да се намали възможността от замръзване на търговски продукт по време на транспортиране и съхранение, концентрацията на техническата сярна киселина се избира така, че да има достатъчно ниска температура на кристализация. Индустрията произвежда три вида търговска сярна киселина.

Сярната киселина е много активна. Той разтваря метални оксиди и повечето чисти метали; при повишени температури той измества всички други киселини от солите. Особено алчно сярната киселина се свързва с вода поради способността си да дава хидрати. Той отнема вода от други киселини, от кристални соли и дори кислородни производни на въглеводороди, които не съдържат самата вода, а водород и кислород в комбинация H: O = 2. дървото и други растителни и животински тъкани, съдържащи целулоза, нишесте и захар, са разрушава се в концентрирана сярна киселина; водата се свързва с киселина и от тъканта остава само фино диспергиран въглерод. В разредена киселина целулозата и нишестето се разпадат, за да образуват захари. Ако влезе в контакт с човешката кожа, концентрираната сярна киселина причинява изгаряния.

Високата активност на сярната киселина, съчетана с относително ниската себестойност на производството, предопредели огромния мащаб и изключителното разнообразие на нейното приложение (фиг. 2). Трудно е да се намери индустрия, която да не е консумирала сярна киселина или продукти, произведени от нея в различни количества.

Ориз. 2

Най-големият потребител на сярна киселина е производството на минерални торове: суперфосфат, амониев сулфат и др.. Много киселини (например фосфорна, оцетна, солна) и соли се произвеждат предимно с помощта на сярна киселина. Сярната киселина се използва широко в производството на цветни метали и редки метали. В металообработващата промишленост сярната киселина или нейните соли се използват за декапиране на стоманени продукти преди боядисване, калайдисване, никелиране, хромиране и др. Значителни количества сярна киселина се използват за рафиниране на петролни продукти. С използването на сярна киселина е свързано и получаването на редица багрила (за тъкани), лакове и бои (за сгради и машини), лекарствени вещества и някои пластмаси. С помощта на сярна киселина се произвеждат етилов и други алкохоли, някои естери, синтетични детергенти, редица пестициди за борба с вредителите. селско стопанствои плевели. Разредените разтвори на сярна киселина и нейните соли се използват в производството на коприна, в текстилната промишленост за обработка на влакна или тъкани преди боядисването им, а също и в други отрасли на леката промишленост. В хранително-вкусовата промишленост сярната киселина се използва при производството на нишесте, меласа и редица други продукти. Транспортът използва оловни батерии със сярна киселина. Сярната киселина се използва за изсушаване на газове и за концентриране на киселини. И накрая, сярната киселина се използва в процесите на нитриране и в производството на повечето експлозиви.

(сярна киселина, IUPAC- дихидроген сулфат,старо име - масло от витриол)- сярно съединение с формула H 2 SO 4. Безцветна маслена, много вискозна и хигроскопична течност. Сярната киселина е една от най-силните неорганични киселини и е много разяждаща и опасна. Тази киселина образува две серии соли: сулфати и хидрогенсулфати, в които, в сравнение със сярната киселина, един или два водородни атома са заменени с метални катиони. Сярната киселина е едно от най-важните технически вещества в света и води по отношение на производството. Използва се предимно под формата на водни разтвори за производство на торове, както и други неорганични киселини.

История

(или старото име - масло от витриол) е известно от древни времена. Първото споменаване за нея може да се намери в текстовете на алхимика от 8 век Джабир ибн Хайян. Възможните производствени методи са описани в писанията на Алберт Велики (1200-1280) и Базил Валентин (1600). Този метод се основава на образуването на киселина с халканин и стипца. Остарялото име идва от остарялото наименование на минералите, от които е придобит - витриол. Първо Научно изследванес помощта на сярна киселина е извършено от Йохан Рудолф Глаубер. Той провежда реакция между сярна киселина и сол и получава солна киселина и сол, която е наречена на негово име - Глауберова сол. Методите, при които се използват сулфати, са много сложни и скъпи. За да се получат големи количества от това вещество, през 18 век е разработен процес, който използва изгарянето на сяра и селитра в стъклени съдове. Тъй като стъклените съдове са много крехки, първата реакция е извършена през 1746 г. от Джон Робък в оловни съдове. Сярната киселина, създадена по метода на Джон Робък, има концентрация само 35-40%. По-късно подобренията на метода от френския химик Джоузеф Луис Гей-Люсак и англичаните Джон Глоувър дават добив на веществото от 78% концентрация. Въпреки това, за някои багрила и др химически веществаизисква по-концентриран продукт. През 18-ти век сярната киселина се получава чрез суха дестилация на минерали, процес, подобен на първоначалните алхимични процеси. Пиритът (железен дисулфид, FeS 2) се нагрява на въздух, за да се получи железен (II) сулфат, FeSO 4, който се окислява при по-нататъшно нагряване до железен (III) сулфат Fe 2 (SO 4) 3, който при нагряване до 480 ° C , се разлага до железен (III) оксид и серен триоксид, които могат да се използват за производство на сярна киселина във всякаква концентрация. През 1831 г. британският търговец Перегрин Филипс патентова контактния процес, който е много по-икономичен. Днес почти цялата сярна киселина в света се произвежда по този метод.

Да бъдеш сред природата

Земята

Свободната сярна киселина е много рядка в природата. В атмосферата се образува от серен диоксид, който се образува при изгаряне на съдържащи сяра вещества или вулканични изригвания. Серният диоксид се окислява от хидроксилни радикали и кислород, за да образува серен триоксид, който реагира с атмосферната влага, за да образува киселина. При киселинен дъжд се появява в разреден вид. Малко количество свободна сярна киселина може да се намери и в някои вулканични извори, наречени солфатари. Най-голямото количество сярна киселина в света съдържа езеро в кратера на вулкана Иджен в Индонезия. За разлика от свободната киселина, нейните соли, по-специално сулфатите, са много по-често срещани в природата. Има много различни сулфатни минерали. Сред тях най-известните и важни са гипсът (CaSO 4 2 H 2 O), баритът (BaSO 4), халкантитът (CuSO 4 5 H 2 O) и глауберовата сол (Na 2 SO 4 10 H 2 O).

Да бъдеш извън земята

Сярната киселина се намира извън Земята в горните слоеве на атмосферата на Венера. Образува се в резултат на фотохимични реакции на серен диоксид и вода, които образуват капчици от 80-85% киселина. В по-дълбоките слоеве киселината се разлага поради високи температури отново на серен диоксид и вода, която, издигайки се нагоре, може отново да образува сярна киселина. Инфрачервените спектри, заснети от апарата Галилей, показват различни степениабсорбции на спътника на Юпитер, които се приписват на един или повече видове хидрати на сярна киселина.

производство

Суровината за производството на сярна киселина е елементарна сяра, която се получава в големи количества в нефтени и газови рафинерии от сероводород, като се използва процес, известен като процес на Клаус. След това сярата се окислява до серен диоксид:

Реакцията на сяра с кислород

Друг източник на серен диоксид е топенето на руди, съдържащи сяра. Примери за това са медни, цинкови и оловни сулфиди. При печене с атмосферен кислород се образува серен диоксид.

Реакция на печене на цинков сулфид

През 1999 г. в Европа са изгорени около 3 милиона тона пирит, за да се получи сярна киселина. В Азия тази цифра е по-висока, тъй като запасите й са по-големи. За бедните на ресурси страни, които нямат нито сяра, нито сулфидни руди, съществува процесът на Мюлер-Куне. При този процес серен диоксид се получава при изгаряне на гипс и въглища в пещ. Този процес може да стане печеливш чрез добавяне на пясък и глина към пещта, за да се образува цимент като страничен продукт. По-нататъшното производство изисква серен анхидрид. При ниски температури реакцията протича бавно, тъй като изисква сравнително редки тройни сблъсъци в газовата фаза, а при високи температури равновесието се измества към разлагането на серен анхидрид. Следователно са необходими катализатори за извършване на тази реакция. В ранните дни те използваха платина, по-късно преминаха към ванадиев анхидрид V 2 O 5 или ванадати алкални металиКВО 3.

Окисляване на серен диоксид до триоксид

Серният триоксид се разрежда във вода незабавно: поради твърде бурната първоначална реакция, при контакт с вода се образува филм от мъгла от сярна киселина, предотвратяваща по-нататъшна реакция. Първо, той се въвежда в концентрирана сярна киселина, този разтвор се нарича олеум. След това олеумът се разтваря във вода, за да се образува сярна киселина.

Разтваряне на серен анхидрит в концентрирана сярна киселина за създаване на дисулфатна киселина Разтваряне на дисулфатна киселина във вода

AT последните годинипроизводството на сярна киселина се увеличи главно в Китай, докато в европейски държавипроизводството е намаляло.

У дома малки количества разредена сярна киселина могат да бъдат получени чрез електролиза на разтвор на меден сулфат с оловен анод (напрежението трябва да бъде над 2 V поради голямото пренапрежение на отделянето на кислород върху оловния диоксид, който се образува на повърхността на анод, но не повече от 5 V, за да не прегрее ) .

Физични свойства

Почти цялата 99% сярна киселина губи SO 3 при кипене, за да образува 98,3% киселина. 98% киселина е стабилна при съхранение и обикновено се нарича концентрирана. Други концентрации се използват за различни цели. Данни за различни концентрации:

Химически чистата сярна киселина е тежка безцветна маслена течност. Те продават, като правило, 96,5% воден разтвор с плътност 1,84 g / cm 3 или така наречения "олеум", т.е. разтвор на SO 3 в H 2 SO 4. H 2 SO 4 се разтваря много добре във вода (смесва се с вода в неограничени количества). В този случай се отделя топлина и разтворът се нагрява много силно (до вряща вода). Следователно, когато се добави вода към концентрирана сярна киселина, последната се пръска поради бързото превръщане на водата в пара. Следователно, когато се разрежда концентриран H 2 SO 4, киселината трябва да се излива във вода (а не обратното!) С тънка струя, докато разтворът се разбърква старателно със стъклена пръчка. концентрирана сярна киселина и чиста водаслабо провежда ток поради ниска дисоциация, електрическа проводимост 1,044 10 -2 S / cm

Химични свойства

Дисоциацията във воден разтвор протича на няколко етапа:

Първият етап на дисоциация; K 2 \u003d 2,4 x 6 октомври (силна киселина)

Тази стойност на киселинността се приема като основна при определянето на суперкиселините.

Вторият етап на дисоциация; K 1 \u003d 1,0 x 10 -2

Сярната киселина също унищожава много органична материя, по-специално въглехидрати - дърво, хартия, памучни тъкани, захар и др. Разрушаването на тези вещества се обяснява с факта, че концентрираната сярна киселина отнема от тях водород и кислород под формата на вода, докато въглеродът остава под формата на порести въглища. Под действието на разредена сярна киселина върху метали, които в електрохимичната серия на активност на металите са разположени вляво от водорода, се отделя водород. Концентрираната сярна киселина има силно окислително действие и може да реагира при нагряване дори с благородни метали като мед, живак и сребро, но не реагира с желязото. Поради това железните цистерни се използват за транспортиране на концентрирана сярна киселина.

Взаимодействие на мед с концентрирана сярна киселина

Приложение

Сярната киселина е много важна стока на химическата промишленост и е показател за нейната индустриална мощ. Световното производство през 2004 г. е около 180 милиона тона, със следното географско разпределение: Азия 35%, Северна Америка 24%, Африка 11%, Западна Европа 10%, Източна Европаи Русия 10%, Австралия и Океания 7%, Южна Америка 7%. По-голямата част от произведената киселина (~ 60%) се изразходва за производството на торове, амониев фосфат, суперфосфат, сулфати, амониев сулфат. Около 20% се използват в химическата промишленост за производство на детергенти, синтетични смоли, бои, фармацевтични продукти, инсектициди, антифриз и различни технически процеси. Около 6% се използват за производство на пигменти, бои, емайллакове, печатарски мастила. Използва се и като газова сушилня.

Електролит

Сярната киселина действа като електролит в оловно-киселинните батерии:

На анода:

Pb + 3 SO2-4 ⇌ PbSO 4 + 2 e —

На катода:

PbO 2 + 4 H + + SO2-4 + 2 e - ⇌ PbSO 4 + 2 H 2 O

Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO2-4 ⇌ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

Катализатор

Сярната киселина се използва и за други цели в химическата промишленост. Например, той е киселинен катализатор за превръщането на циклохексанон окси в капролактам, който се използва за производството на капрон. Използва се за направа на солна киселинаот солта. Сярната киселина се използва в нефтопреработвателната промишленост като катализатор за реакцията на изобутан и изобутилен, за да се образува изооктан, съединение, което има референтно октаново число и е подходящо за създаване на високооктанов бензин без добавки, съдържащи метал.

Безопасност

Сярната киселина е каустик, въпреки че поради значителния си вискозитет може да се получи изгаряне за достатъчно време, за да се отмие киселината, която е влязла в контакт с кожата. В този смисъл по-опасни са олеумът и хлорсулфоновата киселина, които бързо могат да причинят тежки изгаряния. По отношение на корозивните свойства, той е по-малко опасен от солната или азотната киселина, тъй като е по-малко летлив и не е много активен окислител при обикновени температури. Най-опасният контакт с отворени лигавици. Контакт с очите може да възникне при опит за разреждане на концентрирана киселина чрез добавяне на вода към нея (директно нарушение на правилата за работа с концентрирана сярна киселина), докато водата кипи и се пръска заедно с киселината. Засегнатите места се измиват голямо количествовода и 5% разтвор на сода бикарбонат.

Свързани изображения

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 пръскане на сместа, ако водата е добавя се към киселината; ето защо е толкова важно винаги да използвате обратния ред при приготвянето на разтворите и да 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 за релейна проводимост на протонен трансфер, който осигурява потока електрически токпрез вискозна течност Голям бройводородни връзки.

Таблица 1. Физични свойства на сярната киселина.

Получаване на сярна киселина

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

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

Съвременният процес за производство на сярна киселина използва катализатор, състоящ се от ванадиев (V) оксид с добавяне на калиев сулфат върху носител от силициев диоксид или диатомит. Серен диоксид SO 2 се получава чрез изгаряне на чиста сяра или чрез печене на сулфидна руда (предимно пирит или руди на 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. В първия етап, в разтвори с ниска концентрация, той се дисоциира почти напълно:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

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 кисела. Средните соли на сярната киселина се наричат ​​сулфати, а киселите соли се наричат ​​хидросулфати.

Сярната киселина лакомо абсорбира водни пари и затова често се използва за изсушаване на газове. Способността да абсорбира вода също обяснява овъгляването на много органични вещества, особено тези, принадлежащи към класа на въглехидратите (фибри, захар и др.), Когато са изложени на концентрирана сярна киселина. Сярната киселина премахва 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 и HCl) до свободни халогени, въглищата до CO 2 , сярата до SO 2 . Тези реакции се изразяват с уравненията:

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.

Взаимодействието на сярната киселина с металите протича различно в зависимост от нейната концентрация. Разредената сярна киселина се окислява с нейния 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 PbSO4 сол е неразтворима.

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

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

При взаимодействие с по-активни метали продуктите на редукция 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 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.

Използването на сярна киселина

Използването на сярна киселина варира в различните страни 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 химическото производство, металургията, рафинирането на нефт (~ 5% във всяка област). В Обединеното кралство разпределението на потреблението по отрасли е различно: само 30% от произведения H 2 SO 4 се използва за производството на торове, но 18% отиват за бои, пигменти и багрилни междинни продукти, 16% за химическо производство, 12% на сапуни и перилни препарати, 10 % за производство на естествени и изкуствени влакна и 2,5 % се използват в металургията.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Определете масата на сярната киселина, която може да се получи от един тон пирит, ако добивът на серен оксид (IV) в реакцията на печене е 90%, а серен оксид (VI) в каталитичното окисление на сяра (IV) е 95% на теоретичното.
Решение	Нека напишем уравнението на реакцията за изпичане на пирит: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Изчислете количеството пиритно вещество: n(FeS 2) = m(FeS 2) / M(FeS 2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) \u003d 56 + 2 × 32 = 120 g / mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Тъй като в уравнението на реакцията коефициентът за серен диоксид е два пъти по-голям от коефициента за FeS 2, теоретично възможното количество вещество серен оксид (IV) е: n (SO 2) теория = 2 × n (FeS 2) = 2 × 8,33 = 16,66 kmol. И практически полученото количество мол серен оксид (IV) е: n (SO 2) практика = η × n (SO 2) теория = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Нека напишем уравнението на реакцията за окисляването на серен оксид (IV) до серен оксид (VI): 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Теоретично възможното количество вещество серен оксид (VI) е: n(SO 3) теория \u003d n (SO 2) практика \u003d 15 kmol. И практически полученото количество мол серен оксид (VI) е: n(SO 3) практика = η × n (SO 3) теория = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Пишем уравнението на реакцията за получаване на сярна киселина: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4. Намерете количеството вещество сярна киселина: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) практ \u003d 14,25 kmol. Реакционният добив е 100%. Масата на сярната киселина е: m (H 2 SO 4) \u003d n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4); M(H2SO4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m (H 2 SO 4) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg.
Отговор	Масата на сярната киселина е 1397 kg