Серная кислота

СЕРНАЯ КИСЛОТА

H2SO4 (Безводная) бесцветная маслянистая жидкость , застывающая в кристаллическую, массу при + 10,5 °C которая жадно поглощает из воздуха влагу . Она называется моногидратом , так как в ней на 1 моль SO3 приходиться 1 моль H2O . В моногидрате хорошо растворяется серный ангидрит , образуя олеум — дымящую серную кислоту , из которой выделяется серный ангидрит.
 
В водных растворах серная кислота является сильной двухосновной . Добавление её к воде связано с выделением значительных количеств теплоты . Поэтому для приготовлении разбавленных растворов H2SO4 из концентрированных , нужно не воду приливать к концентрированной серной кислоте , а более тяжёлую кислоту тонкой струей приливать к воде .
 
Серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности . Её в огромных количествах используют для производства минеральных удобрений ( суперфосфат , сульфат аммония ) , используют для получения других кислот из их солей , для производства взрывчатых веществ , в больших количествах ее употребляют в нефтяной промышленности, для очистки нефтепродуктов . Концентрированная серная кислота является катализатором в производстве синтетических волокон , пластмасс и так далее .
Современное промышленное производство серной кислоты состоит из следующих основных процессов :
1 Получение сернистого ангидрида .
2 Окисление сернистого ангидрида в серный .
3 Поглощение серного ангидрида серной кислотой .
Сернистый ангидрид выделяют из отходящих газов обжига природных сульфидов ( например 2PbS + 3O2 =2PbO +2SO2 ) , а также получают в специальных печах при обжиге пирита :
 
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
 
На некоторых сернокислотных заводах сернистый ангидрид получают непосредственно сжиганием серы ( S + O2 = SO2 ) .
Превращение SO2 в SO3 осуществляют двумя методами : нитрозным и контактным . Последний имеет ряд преимуществ перед нитрозным методом .
Нитрозный метод производства серной кислоты .
 
Сернистый газ , предварительно освобождают от пыли в электрофильтре , подают в башни , где он встречается со стекающей с верху нитрозой – раствором окислов азота в концентрированной серной кислоте . Она представляет сложную равновесную систему
 
NO + NO2 + 2H2SO4 → N2O3 + 2H2SO4 → 2SO2(OH)(ONO)+H2O
 
в которой находятся как окислы азота , химически связанные в нитрозилсерную кислоту        
                                                      OH
                                                    /
                                          O = S
                                                 ¦  \
                                                 O     O — N = O
так и растворенные в серной кислоте. При соприкосновении нитрозы с горячим сернистым газом и водой происходят следующие реакции :
 
2SO2(OH)(ONO) + H2O = 2H2SO4 + NO + NO2
 
NO2 + SO2 + H2O = H2SO4 + NO
 
Таким образом NO в этом процессе является катализатором . Серная кислота , получаемая нитрозным способом , имеет умеренную концентрацию ( 70 – 78 %).
Контактный метод получения серной кислоты .
Сернистый ангидрид , предварительно очищенный от примесей , окисляют при 400 — 600 °C в присутствии катализаторов ( Pt , V2O5 и другие ) кислородом воздуха в контактных аппаратах где происходит основная реакция :
 
2SO2 + O2 = 2SO3
 
Серный ангидрид поступает далее в абсорбент , орошаемый концентрированной 95 — 98  серной кислотой и образует олеум :
 
SO3 + H2SO4 = H2S2O7
 
Таким образом , контактный метод производства позволяет получать серную кислоту высокой концентрации .
 
.Концентрированная серная кислота поглощает влагу и поэтому её применяют для осушки газов .Она отнимает воду от многих органических веществ , в результате чего они обугливаются .
Например всем известный опыт сахара с концентрированной серной кислотой :
 
C12H22O11 + H2SO4 = 12C + H2SO4 · 11H2O
 
Концентрированная кислота причиняет сильные ожоги , в случае поражения кожи кислотой немедленно промыть большим количеством воды .
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем , особенно при нагревании :
 
H2SO4 + 8HI = 4I2 + H2S + 4H2O
 
H2SO4 + 2HBr = Br2 + SO2 + 2H2O
 
Уголь окисляется серной кислотой при нагревании до CO2 , а сера до SO2 :
 
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O
 
S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O
 
В концентрированном состоянии серная кислота при нагревании окисляет многие металлы , в том числе и такие , которые в ряду напряжений расположены правее водорода ( медь , серебро , ртуть ) :
 
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
 
2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O
 
2Hg + 2H2SO4 = Hg2SO4 + SO2 + 2H2O
 
Металлы стоящие в ряду напряжений правее водорода , не растворяются в разбавленной серной кислоте .
Примечание железо находится левее водорода и практически не растворяется в кислоте ( хотя растворяется в разбавленной кислоте ) , это обуславливается тем , что железо покрывается плотной плёнкой оксидов железа , не взаимодействующей с кислотой и предохраняющей железо от дальнейшего разрушения . Что широко используется при перевозке концентрированной серной кислоты в стальных цистернах .
В окислительно — восстановительных реакциях с металлами степень восстановления концентрированной серной кислоты зависит от активности металла — восстановителя . Например , пи нагревании концентрированной H2SO4 с цинком Zn вначале выделяется SO2 , а затем появляется элементарная сера и сероводород :
 
4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + 4H2O + H2S
 
Разбавленная серная кислота окислительных свойств за счет S не проявляются . Все металлы стоящие в ряду напряжений до водорода , вытесняют его из разбавленной серной кислоты , если только образующаяся соль растворяется в ней :
 
Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2
 
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
 
Соли серной кислоты .
Серная кислота образует кислые ( гидросульфаты ) и средние соли ( сульфаты ) . Чаще всего используют средние соли . Подавляющее большинство сульфатов растворимо в воде .
Многие соли серной кислоты содержат кристаллизационную воду и являются кристаллогидратами . Их часто называют купоросами , например CuSO4 · 5H2O — медный купорос , FeSO4 · 7H2O — железный купорос , ZnSO4 · 7H2O — цинковый купорос . При нагревании они легко выделяют кристаллизационную воду :
 
                           t
CuSO4 · 5H2O →  CuSO4 + 5H2O
       голубой                      белый
 
По отношению к нагреванию безводные сульфаты можно разделить на соли щелочных и щелочноземельных металлов , которые не разлагаются даже при сильном нагревании ( 1000 °C и более ) и сульфиты тяжёлых металлов , разлагающихся при t <1000 °C . Разложение безводных сульфидов приводит к образованию соответствующих оксидов .
Для серной кислоты характерно образование двойных солей , называемых квасцами , например алюмокалиевые KAl( SO4 )2 · 12H2O , хромокалиевые KCr( SO4 )2 · 12H2O , железокалиевые KFe( SO4 )2 · 12H2O .

Применение солей серной кислоты

Из его солей большое значение имеют :
Сульфат кальция CaSO4 , в природе встречается в виде ангидрита CaSO4 и гипса CaSO4 · 2H2O , при нагревании последнего до 150 — 170 °C происходит частичная дегидратация
                           t
CaSO4 · 2H2O →  CaSO4 · H2O + H2O
 
с образованием жженого гипса или алебастра , последний будучи замешан с водой в жидкое тесто , быстро затвердевает , образуя камне видную массу
 
CaSO4 · H2O + H2O = CaSO4 · 2H2O
 
На этом свойстве основано использование алебастра для изготовления отливочных форм и слепков различных предметов , а также вяжущего материала для штукатурных работ . В медицине алебастр используют для накладывания повязок .
Медный купорос CuSO4 · 5H2O применяют для приготовления некоторых минеральных красок , а водный раствор соли используют опрыскивания растений и протравливания зерна .
Железный купорос FeSO4 · 7H2O применяют для пропитки дерева , приготовления чернил , борьбы с вредителями сельского хозяйства .
Квасцы KCr( SO4 )2  · 12H2O , KAl( SO4 )2 · 12H2O и другие применяют при дублении кожи и в производстве красок .
Статья на тему Серная кислота

Добавить комментарий

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>