Як виглядає сірчана кислота? Сірчана кислота

Сірчана кислота H 2 SO 4 – одна з сильних двоосновних кислот. У розбавленому стані вона окислює майже всі метали, крім золота та платини. Інтенсивно реагує з неметалами та органічними речовинами, перетворюючи деякі з них на вугілля. При приготуванні розчину сірчаної кислоти завжди треба її приливати до води, а не навпаки, щоб уникнути розбризкування кислоти та закипання води. При 10 °С твердне, утворюючи прозору склоподібну масу. При нагріванні 100-відсоткова сірчана кислота легко втрачає сірчаний ангідрид (триокис сірки SO 3), поки її концентрація не складе 98 %. Саме в такому стані її зазвичай використовують у лабораторіях. У концентрованому (безводному) стані сірчана кислота - безбарвна, димна повітря (через пари), масляниста рідина з характерним запахом (Т кипіння=338 °З). Вона є дуже сильним окислювачем. Ця речовина має всі властивості кислот:

Хімічні властивостісірчаної кислоти

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O – у цьому випадку кислота є концентрованою.

H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O

Виходить розчин синього кольору- CuSO 4 – розчин мідного купоросу. Сірчану кислоту ще називають купоросною олією, тому що при реакціях з металами та їх оксидами утворюються купороси. Наприклад, при хімічній реакції із залізом (Fe) – утворюється світло-зелений розчин залізного купоросу.

Хімічна реакціяз основами та лугами (або реакція нейтралізації)

H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O

Сірчиста кислота(або правильніше сказати - розчин сірчистого газу у воді) утворює два види солей: сульфітиі гідросульфіти. Ці солі є відновниками.

Н 2 SO 4 + NaOH → NaНSO 3 + Н 2 O – така реакція протікає при надлишку сірчистої кислоти

Н 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2Н 2 O - а ця реакція протікає при надлишку їдкого натру

Сірчиста кислотамає відбілюючу дію. Всім відомо, що таку дію має і хлорна вода. Але відмінність полягає в тому, що, на відміну від хлору, сірчистий газ не руйнує барвники, а утворює з ними незабарвлені. хімічні сполуки!

Крім основних властивостей кислот сірчиста кислотаздатна знебарвлювати розчин марганцівки за наступним рівнянням:

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

У цій реакції утворюється блідо-рожевий розчин, що складається із сульфатів калію, марганцю. Забарвлення обумовлене саме сульфатом марганцю.

Сірчиста кислотаздатна знебарвити бром

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

У цій реакції утворюється розчин, що складається відразу з 2-х сильних кислот: сірчаної та бромної.

Якщо зберігати сірчисту кислотупри доступі повітря, цей розчин окислюється і перетворюється на сірчану кислоту

2Н 2 SO 3 + O 2 → 2Н 2 SO 2

Де немає заводів для її добування - неймовірно вигідне виробництво багатьох інших речовин, які мають важливе технічні значення”

Д.І. Менделєєв

Сірчана кислота застосовується у різноманітних виробництвах хімічної промисловості:

• мінеральних добрив, пластмас, барвників, штучних волокон, мінеральних кислот, миючих засобів;
• у нафтовій та нафтохімічній промисловості:

• у кольоровій металургії:

• у чорній металургії:

• у целюлозно-паперовій, харчовій та легкій промисловості (для отримання крохмалю, патоки, відбілювання тканин) тощо.

Виробництво сірчаної кислоти

Сірчану кислоту в промисловості виробляють двома способами: контактним та нітрозним.

Контактний спосіб виробництва сірчаної кислоти

Сірчану кислоту контактним способом виробляють великих кількостяхна сірчанокислотних заводах.

Нині основним способом виробництва сірчаної кислоти є контактний, т.к. цей метод має переваги перед іншими:

Одержання продукту у вигляді чистої концентрованої кислоти, прийнятної всім споживачів;

I. Сировина, що використовується для виробництва сірчаної кислоти.

Основна сировина

сірка - S

сірчаний колчедан (пірит) - FeS 2

сульфіди кольорових металів - Cu 2 S , ZnS , PbS

сірководень – H 2 S

Допоміжний матеріал

Каталізатор - оксид ванадію – V 2 O 5

ІІ. Підготовка сировини

Розберемо виробництво сірчаної кислоти з піриту FeS2.

1) Подрібнення піриту. Перед використанням великі шматки піриту подрібнюють у подрібнювальних машинах. Ви знаєте, що з подрібненні речовини швидкість реакції збільшується, т.к. збільшується площа поверхні зіткнення реагуючих речовин.

2) Очищення піриту. Після подрібнення піриту його очищають від домішок (порожньої породи і землі) методом флотації. Для цього подрібнений пірит опускають у величезні чани з водою, перемішують, порожня порода спливає нагору, потім видаляють порожню породу.

III. Основні хімічні процеси:

4 FeS 2 + 11 O 2 t = 800 °C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q або спалювання сірки S + O 2 t ° C→ SO 2

2SO 2 + O 2 400-500 ° З,V2O5 , p↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Технологічні принципи:

принцип безперервності;

Принцип комплексного використання сировинивикористання відходів іншого виробництва;

принцип безвідходного виробництва;

принцип теплообміну;

Принцип протитечії (“киплячий шар”);

Принцип автоматизації та механізації виробничих процесів.

V . Технологічні процеси:

Принцип безперервності: випал піриту в печі → надходження оксиду сірки ( IV ) та кисню в очисну систему →в контактний апарат →подача оксиду сірки ( VI ) у поглинальну вежу.

VI . Охорона навколишнього середовища:

1) герметичність трубопроводів та апаратури

2) газоочисні фільтри

VII. Хімізм виробництва :

ПЕРША СТАДІЯ - випалення піриту в печі для випалу в "киплячому шарі".

Для отримання сірчаної кислоти використовують, переважно, флотаційний колчедан- відхід виробництва при збагаченні мідних руд, що містять суміші сірчистих сполук міді та заліза. Процес збагачення цих руд відбувається на Норильській та Талнахській збагачувальних фабриках, які є основними постачальниками сировини. Ця сировина є більш вигідною, т.к. сірчаний колчедан видобувають, в основному, на Уралі, і, природно, його доставка може бути дуже дорогою. Можливе використання сірки, яка також утворюється при збагаченні руд кольорових металів, що видобуваються на рудниках.Постачальниками сірки є також ТОФ та НОФ. (Збагачувальні фабрики).

Рівняння реакції першої стадії

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

Подрібнений очищений вологий (після флотації) пірит зверху засипають у піч для випалу в киплячому шарі. Знизу (принцип протитечії) пропускають повітря, збагачене киснем, для повнішого випалу піриту. Температура печі для випалу досягає 800°С. Пірит розжарюється до червона і знаходиться в "підвішеному стані" через повітря, що продувається знизу. Схоже це все на киплячу рідину розпечено-червоного кольору. У “киплячому шарі” не злежуються навіть найдрібніші частинки піриту. Тому процес випалу відбувається дуже швидко. Якщо раніше для випалу піриту потрібно 5-6 годин, то тепер – лише кілька секунд. Причому, в киплячому шарі можна підтримувати температуру 800°С.

За рахунок теплоти, що виділяється, в результаті реакції підтримується температура в печі. Надмірна кількість теплоти відводять: по периметру печі проходять труби з водою, що нагрівається. Гарячу водувикористовують далі для центрального опалення поруч приміщень, що стоять.

Оксид заліза Fe 2 O 3 (огарок), що утворився, у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і відправляють на металургійний комбінат, на якому з оксиду заліза отримують метал залізо та його сплави з вуглецем - сталь (2% вуглецю в сплаві) і чавун (4% вуглецю в сплаві).

Таким чином, виконується принцип хімічного виробництва- Безвідходність виробництва.

З печі виходить пічний газ , Склад якого: SO 2 , O 2 , пари води (пірит був вологий!) і дрібні частинки недогарка (оксиду заліза).Такий пічний газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка та водяної пари.

Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапи - у циклоні (використовується відцентрова сила, тверді частинки недогарка ударяються об стінки циклону і зсипаються вниз). Для видалення дрібних частинок суміш направляємо в електрофільтри, де йде очищення під дією струму високої напруги~ 60000 В (використовується електростатичне тяжіння, частки недогарка прилипають до наелектризованих пластин електрофільтра, при достатньому накопиченні під власним вагою вони зсипаються вниз), для видалення парів води в пічному газі (осучка пічного газу) використовують сірчану концентровану кислотуяка є дуже хорошим осушувачем, оскільки поглинає воду.

Осушування пічного газу проводять у сушильній вежі - знизу вгору піднімається пічний газ, а зверху вниз ллється концентрована сірчана кислота. Для збільшення поверхні зіткнення газу та рідини башту заповнюють керамічними кільцями.

На виході із сушильної вежі пічний газ уже не містить ані частинок недогарка, ані пари води. Пічний газ тепер є сумішшю оксиду сірки SO 2 і кисню О 2 .

ДРУГА СТАДІЯ – каталітичне окислення SO 2 в SO 3 киснем у контактному апараті.

Рівняння реакції цієї стадії:

2 SO 2 + O 2 400-500°С, V 2 O 5 , p ↔ 2 SO 3 + Q

Складність другої стадії полягає в тому, що окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови протікання прямої реакції (отримання SO 3).

З рівняння випливає, що реакція оборотна, а отже, на цій стадії необхідно підтримувати такі умови, щоб рівновага зміщувалась у бік виходу SO 3 , інакше порушиться весь процес Т.к. реакція йде із зменшенням обсягу (3 V ↔2 V ), то необхідний підвищений тиск. Підвищують тиск до 7-12 атмосфер. Реакція екзотермічна, тому, враховуючи принцип Ле-Шательє, за високої температури цей процес вести не можна, т.к. рівновага зрушить вліво. Починається реакція при температурі = 420 градусів, але завдяки багатошаровості каталізатора (5 шарів) ми можемо її підвищувати до 550 градусів, що значно прискорює процес. Каталізатор використовують ванадієвий (V 2 O 5). Він дешевий, довго слугує (5-6 років), т.к. найбільш стійкий до дії отруйних домішок. Крім того, він сприяє зсуву рівноваги праворуч.

Суміш (SO 2 і O 2) нагрівається в теплообміннику і рухається трубами, між якими в протилежному напрямку проходить холодна суміш, яку треба нагріти. В результаті відбувається теплообмін: вихідні речовини нагріваються, а продукти реакції охолоджуються до потрібних температур.

ТРЕТЯ СТАДІЯ - поглинання SO 3 сірчаною кислотою у поглинальній вежі.

А чому оксид сірки SO 3 не поглинають водою? Адже можна було б оксид сірки розчинити у воді: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . Але справа в тому, що якщо для поглинання оксиду сірки використовувати воду, утворюється сірчана кислота у вигляді туману, що складається з дрібних крапельок сірчаної кислоти (оксид сірки розчиняється у воді з виділенням великої кількості теплоти, сірчана кислота настільки розігрівається, що закипає і перетворюється на пару ). Для того, щоб не утворювалося сірчанокислотного туману, використовують 98% концентровану сірчану кислоту. Два відсотки води - це так мало, що нагрівання рідини буде слабким та безпечним. Оксид сірки дуже добре розчиняється у такій кислоті, утворюючи олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 .

Рівняння реакції цього процесу:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 ·nSO 3

Олеум, що утворився, зливають у металеві резервуари і відправляють на склад. Потім олеумом заповнюють цистерни, формують залізничні потяги і відправляють споживачеві.

Є однією з найвідоміших і найпоширеніших хімічних сполук . Пояснюється це насамперед її яскраво вираженими властивостями. Її формула – H2SO4. Це двоосновна кислота, що має вищу сірку +6.

За звичайних умов сірчана кислота є рідиною без запаху і кольору, що має маслянисті властивості. Вона набула досить широкого поширення в техніці та різних галузях виробництва.

На даний момент ця речовина є однією з найважливіших та найпоширеніших продуктів хімічної промисловості. У природі поклади самородної сірки трапляються негаразд часто, зазвичай, вона трапляється лише у сполуках коїться з іншими речовинами. Зараз розвивається видобуток сірки з різних сполук, у тому числі різноманітних промислових відходів. У деяких випадках навіть гази можуть бути пристосовані для отримання сірки та різних з'єднань з нею.

Властивості

Сірчана кислота згубно впливає на будь-які. Вона забирає з них воду дуже швидко, так що тканини та різні сполуки починають обвуглюватися. 100% кислота є однією з найсильніших, при цьому з'єднання не димить і не руйнує

Реагує з будь-якими металами, крім свинцю. У концентрованому вигляді починає окислювати багато елементів.

Використання сірчаної кислоти

Головним чином сірчана кислота застосовується в хімічній промисловості, де на її основі виробляють азотні і в тому числі суперфосфат, який на даний момент вважається одним з найбільш поширених добрив. Щорічно виробляють до кількох мільйонів тонн цієї речовини.

У металругії H2SO4 застосовується для перевірки якості виробів, що отримуються. При прокаті сталі можуть виникати мікротріщини, щоб їх виявити, деталь поміщають у свинцеву ванну і травлять 25%-м розчином кислоти. Після цього навіть дрібні тріщини можна побачити неозброєним поглядом.

Перед нанесенням гальванопокриттів на метал необхідно його попередньо підготувати – зачистити та знежирити. Так як сірчана кислота реагує з металами, вона розчиняє найтонший шар, а разом із ним видаляються будь-які сліди забруднення. Крім того, поверхня металу стає шорсткішою, що краще підходить для нанесення нікелевого, хромового або мідного покриття.

Сірчана кислота застосовується при обробці деяких руд, а також значну її кількість потрібно в нафтовій промисловості, де її застосовують головним чином для очищення різних продуктів. Вона часто використовується у хімічній промисловості, яка постійно розвивається. В результаті виявляються додаткові можливості та способи застосування. Ця речовина може використовуватися для виробництва свинцево-кислотних – різних акумуляторів.

Одержання сірчаної кислоти

Головною сировиною для отримання кислоти є сірка та різні сполуки на її основі. Крім того, як уже було сказано, зараз розвивається використання промислових відходів для одержання сірки. При окислювальному випалюванні сульфідних руд гази, що відходять, містять SO2. Його пристосовують для одержання сірчаної кислоти. Хоча в Росії, як і раніше, лідируючі позиції займають виробництва на основі переробки сірчаного колчедану, який спалюють у печах. При продуванні повітря через колчедан, що горить, утворюються пари з високим вмістом SO2. Для очищення від інших домішок та небезпечних пар застосовують електрофільтри. Зараз у виробництві активно використовуються різні способиотримання кислоти, і багато з них пов'язані з переробкою відходів, хоча висока частка традиційних виробництв.

Сьогодні отримання сірчаної кислоти виробляється переважно двома промисловими способами: контактним і нітрозним. Контактний метод більш прогресивний і у Росії він застосовується ширше, ніж нітрозний, тобто баштовий.

Одержання сірчаної кислоти починається з випалу сірчистої сировини, наприклад, У спеціальних печах колчеданних виходить так званий випалковий газ, в якому міститься близько 9% сірчистого ангідриду. Ця стадія однакова як контактного, так нітрозного способу.

Далі необхідно окислити отриманий сірчистий ангідрид у сірчаний. Однак попередньо його потрібно очистити від низки домішок, які заважають подальшому процесу. Випалювальний газ очищають від пилу в електрофільтрах або циклон-апаратах, а потім подають його в пристрій, що містить тверді контактні маси, де діоксид сірки SO 2 окислюється в сірчаний ангідрид SO 3 .

Ця екзотермічна реакція оборотна - підвищення температури призводить до розкладання сірчаного ангідриду, що утворився. З іншого боку, при зниженні температури швидкість прямої реакції дуже мала. Тому температуру в контактному апараті підтримують у межах 480 про З, регулюючи її швидкістю проходження газової суміші.

Надалі при контактному способі утворюється при з'єднанні сірчаного ангідриду з водою.

Нитрозний спосіб характеризується тим, що окислюється Одержання сірчаної кислоти за цим методом запускається утворенням сірчистої кислоти при взаємодії з випалювання з водою. Надалі отримана сірчиста кислота окислюється азотною кислотою, що призводить до утворення монооксиду азоту та сірчаної кислоти.

Ця реакційна суміш подається до спеціальної вежі. При цьому, регулюючи потік газу, домагаються, щоб газової суміші, що потрапляє в поглинальну вежу, діоксид і монооксид азоту містився у співвідношенні 1:1, що необхідно для отримання азотистого ангідриду.

Нарешті, при взаємодії сірчаної кислоти та азотистого ангідриду утворюється NOHSO 4 – нітрозилсерна кислота.

Нитрозилсерна кислота, що утворилася, подається в продукційну вежу, де вона, розкладаючись водою, виділяє азотистий ангідрид:

2NOHSO 4 + Н 2 O = N 2 O 3 + 2Н 2 SO 4,

який і окислює сірчисту кислоту, що утворилася у вежі.

Окис азоту, що виділилася в результаті реакції, знову повертається в окислювальну вежу і входить у новий цикл.

Нині у Росії отримання сірчаної кислоти виробляється переважно контактним способом. Нітрозний метод використовується нечасто.

Застосування сірчаної кислоти дуже широке і різноманітне.

Велика її частина йде на виробництво хімічних волокон та мінеральних добрив, вона необхідна у виробництві лікарських речовин та барвників. За допомогою сірчаної кислоти отримують етиловий та інші спирти, миючі засоби та отрутохімікати.

Її розчини застосовуються в текстильній, харчової промисловості, у процесах нітрування та для виробництва Кислота сірчана акумуляторна служить електролітом для заливання в свинцеві акумулятори, які широко використовуються у транспорті.