Серная кислота — химические свойства и промышленное производство. Какие вещества реагируют с серной кислотой

Химия
Какие вещества реагируют с серной кислотой - Участие в кислотно-основных взаимодействиях Интересные факты о серной кислоте Токсическое действие Название Стандарты

Серная кислота производится промышленным способом из диоксида серы (SO)2Он образуется при сгорании серы или диоксида серы. Два основных процесса образования кислоты:

Серная кислота

серная кислота H2Итак.4 -сильная дибазовая кислота, соответствующая высшему состоянию окисления (+6) серы. При нормальных условиях концентрированная серная кислота представляет собой маслянистую жидкость без запаха, цвета, с кисловатым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют смесь воды и безводной серной кислоты SO3. В случае молекулярного соотношения SO3 : H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 — раствор SO3 в серной кислоте (дымящаяся серная кислота).

Физические и физико-химические свойства

18 oCpK очень сильная кислотаa (1) = -2,8, pKa (2) = 1,92 (K₂1,210 -2), длины внутримолекулярных связей S = O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм, углы HOSOH 104°, OSO 119°, кипячение с образованием азеотропной смеси (98, 3% H2Итак.4 и 1,7% H2O) с температурой кипения 338,8°C. Серная кислота, соответствующая 100% H2Итак.4, в составе (%): H2Итак.4 99,5, HSO4 — 0.18, H3Итак.4 +-0.14, H3O +-0.09, H2S2O7+-0.04, -0.04, HS2O7—0.05. Смешать воду и SO3во всех соотношениях. В водном растворе серная кислота почти полностью растворяется в H+, HSO4 -, и SO₄2-. образуя гидрат H2Итак.4-n H2O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Олеум

Масло также содержит пировиноградную кислоту, которая образуется в результате реакции

.» width=»» height=»» />

Температура кипения раствора серной кислоты повышается с увеличением концентрации, достигая 98,3% H.2Итак.4.

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума

Содержание % по массе Плотность при 20 ℃, г/см³ Температура плавления, ℃ Температура кипения, ℃
H2Итак.4 Итак.3 (свободный)
10 1,0661 −5,5 102,0
20 1,1394 −19,0 104,4
40 1,3028 −65,2 113,9
60 1,4983 −25,8 141,8
80 1,7272 −3,0 210,2
98 1,8365 0,1 332,4
100 1,8305 10,4 296,2
104,5 20 1,8968 −11,0 166,6
109 40 1,9611 33,3 100,6
113,5 60 2,0012 7,1 69,8
118,0 80 1,9947 16,9 55,0
122,5 100 1,9203 16,8 44,7

Температура кипения нефти с увеличением содержания SO3 содержание снижается. По мере увеличения концентрации раствора серной кислоты давление паров всего раствора снижается до 98,3% H.2Итак.4 достигается минимум. По мере снижения содержания SO3 растение, общее давление пара над ним увеличивается. Давление пара водных сульфатных и масляных растворов можно рассчитать по следующему уравнению

\ \ \ \ \ rm \> \> \> \> \> \> 2126 «width =» «» height =» «» />

Значения коэффициентов A и B зависят от концентрации серной кислоты. Пары раствора серной кислоты состоят из смеси паров воды, H2Итак.4 и т.д.3и состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.

Разложение увеличивается с повышением температуры:.

.» width=»» height=»» />

Уравнение постоянного равновесия в зависимости от температуры:

Химические свойства

Серная кислота является мощным окислителем, особенно при нагревании и в концентрированном виде, окисляя HI и частично HBr свободными галогенами, а углерод — CO2и S — SO.2S до SO окисляет многие металлы (например, Cu, Hg). В ходе процесса серная кислота восстанавливается до SO2и под действием самых мощных восстановителей — S и H2S. обогащенный H2Итак.4 Он частично восстанавливается водородом и поэтому не подходит для сушки. Разбавить H2Итак.4 Когда производится водород, он реагирует со всеми металлами в последовательности электрохимического напряжения слева от водорода. Окислительные свойства разбавленной H2Итак.4 Не типично. Серная кислота образует два ряда солей: средний сульфат и сероводород, а также сложные эфиры. Пероксо-моносульфат (или кароевая кислота) H2Итак.5 и пероксокислота H2S2O8 Кислоты.

Серная кислота также реагирует с основными оксидами с образованием сульфатов и воды.

Растворы серной кислоты используются на металлообрабатывающих предприятиях для удаления оксидных слоев металла с поверхности металлических изделий, подвергшихся сильному нагреву в процессе производства. Например, оксид железа удаляется с поверхности стального листа под действием нагретого раствора серной кислоты.

Al, Cr и Fe пассивируются холодной густой серной кислотой (т.е. покрываются оксидной пленкой, которая предотвращает дальнейшие реакции). Реакции происходят только при нагревании.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

Производство серной кислоты

1) 4fes.2 + 11o2 → 2FE2 o3 + 8SO2

Дробленый и очищенный жидкий камин (серная металлургия) заливается в печь для сжигания в «кипящем слое». Насыщенный кислородом воздух поступает снизу (принцип противоположного тока). Печные газы, состав которых2, o2 его состав — это о, пар (огнеупор) и микроскопические частицы шлака (оксид железа). Газ очищается от твердых частиц (циклонный и электростатический фильтры) и водяного пара (сушильная башня). Контактор окисляется с помощью сульфидного газа с использованием c2 o5 (пентоксиды ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления от одного оксида к другому является обратимым. В результате выбираются оптимальные условия для немедленной реакции — более высокое давление (поскольку немедленная реакция уменьшает общий объем) и температура ниже 500°C (реакция является экзотермической).

В абсорбционных башнях оксид серы (VI) поглощается плотной серной кислотой. Абсорбция не используется, поскольку оксид серы растворяется в воде и выделяется большое количество тепла. Поэтому серная кислота кипит и превращается в пар. Для предотвращения образования сернокислотного тумана используется 98% плотная серная кислота. Оксид серы очень хорошо растворяется в этой кислоте и образует масло: H2 SO.4 -nso3

Химические свойства серной кислоты:

h2 SO.4 — Это сильная двухосновная кислота, одна из самых мощных минеральных кислот из-за своей высокой полярности; связь H легко расщепляется.

(1) В водном растворе серная кислота растворяется с образованием ионов водорода и кислотного остатка: H2 SO.4 = H + + HSO4 — ; HSO4 — = h + + so4 2-. Уравнение влияния: h2 SO.4 = 2h + + поэтому4 2-.

2) Взаимодействие серной кислоты с минералами: разреженная серная кислота растворяет только оставшийся металл водорода в порядке тенденции: Zn 0 + H2 +1- так.4 (разбавление) → Zn +2 SO4 + h2

3) Реакция серной кислоты с основными оксидами: Cuo + H2 SO.4 → КУСО4 + h2 o

4) Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами: H2 SO.4 + 2NAOH → NA2 SO.4 + 2H2 OH2 SO.4 + cu (ah)2 → КУСО4 + 2H2 o

5) Реакция солевого обмена: BACL2 + h2 SO.4 → Басо.4 Образование белого осадка, называемого ↓ + 2HCl базо4 (нерастворимый в кислоте) используется для обнаружения серной кислоты и растворимого сульфата (качественная реакция на сульфат-ионы).

Особые свойства концентрированной H 2 SO.4 :

1) концентрированная серная кислота является сильной окислительной средой — при взаимодействии с металлами (кроме Au и Pt) образуется S +4 o2, s 0 или h2 s -2 в зависимости от активности металла. Не реагирует с Fe, al или cr-пассивом без нагревания. При взаимодействии с металлами переменной валентности последние окисляются в более высокой степени.

Густая серная кислота, содержащая металл

Активные металлы.

8 ал + 15 ч2 SO.4 (конденсация) →4 ал2 (так.4 )3 + 12 h2 о + 3 ч2 S4│2AL0-6 E-→2AL 3+ — окисление3│S6 ++ 8E→S 2- восстановление

Промежуточный металл

2cr + 4 h2 SO.4 (конденсация) →Cr2 (так.4 )3 + 4 ч.2 O + S1│2cr 0-6e → 2cr 3+ — окисление 1│S6+ + 6E → S 0 — восстановление

Неактивные металлы

2bi + 6h2 SO.4( Согласие. ) →bi.2 (так.4 )3 + 6H2 O + 3 SO21│2Bi0-6e→2Bi3+- окисление 3│S6++2e→S4+- восстановление

(2) Концентрированная серная кислота обычно окисляет некоторые неметаллы до их максимальной степени окисления и восстанавливается до S+4O.2 :.

3) Окисление композитных материалов: серная кислота окисляет HI и HBg до свободных галогенов: 2Qg + 2H2 SO.42 Итак.4 + SO2 + Bg2 + 2H2 O 2 KI + 2H2 Итак.42 SO.4 + SO2 + I2 + 2H2 ○ Концентрированная серная кислота не может окислить ионы хлора до свободного хлора, поэтому в результате реакции обмена NaCl+H образуется HCl.2 SO.4 (Концентрация) = NαHSO4 + HCL

Серная кислота удаляет химически связанную воду из органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты дает этилен: C2 Н5 OH = C2 Н42 О.

Карбонизация сахара, целлюлозы, крахмала и других углеводов в контакте с серной кислотой также происходит за счет их дегидратации: C6 H12 o6 + 12 h2 SO.4 = 18H2 O + 12SO2 ↑ + 6CO2 ↑.

Теплота гидратации настолько велика, что смесь кипит, разбрызгивается и может вызвать ожоги. Поэтому в воду необходимо добавить кислоту. Не наоборот. При добавлении воды в кислоту на поверхности кислоты оказывается легкая вода, и все выделяемое тепло концентрируется.

Участие в окислительно-восстановительных взаимодействиях

Разбавленные растворы H2Итак.4 Реагирует с металлами, находящимися в диапазоне электрохимического напряжения металлов до H2, с образованием сульфатов и выделением водорода:

net H.2Итак.4 и H2Итак.4 В концентрированных растворах S+6 проявляет более сильные окислительные свойства.

В концентрированной H2Итак.4 реагирует с металлами (включая Cu, Ag и Hg) после H2 В ряду металлических тенденций он образует сульфаты, воду и продукты восстановления S +6: H2S, S, SO2. Концентрированная серная кислота не реагирует с драгоценными металлами из-за своей низкой активности и не реагирует с Al, Cr и Fe из-за пассивации. На поверхности этих металлов образуется защитная оксидная пленка, которая защищает их от дальнейшего окисления.

Глубина восстановления зависит от восстановительных свойств металла. Активные металлы снижают уровень H2Итак.4 До H2S:.

Менее активные металлы снижают уровень H2Итак.4 В то время2S:.

Концентрированная серная кислота также окисляет некоторые неметаллы. Например:.

Важным химическим свойством серной кислоты является ее способность действовать как дегидратирующий агент. Концентрированная серная кислота вступает в реакцию со многими органическими веществами и извлекает из них молекулы воды. Например.

Получение и применение серной кислоты

Промышленное производство серной кислоты включает в себя несколько этапов. Сырьем является сера S и сульфидная руда (в основном FeS кремнезем).2).

В процессе производства серной кислоты из кремнезема происходят три химические реакции.

Реакции являются обратимыми, экзотермическими и каталитическими (протекают в присутствии катализатора V)2O5 (при температуре около 450°C).

Оксиды серы (VI) (сернистый ангидрид) SO3 При нормальных условиях представляет собой летучую жидкость (t°.Температура кипения. = 44,8°C), растворим в воде. Оксид серы (VI) SO3 — представляет собой кислотный оксид, эквивалентный сильной серной кислоте.

В промышленности используется в качестве концентрированной H2Итак.4используемые в этой реакции, нефть H2Итак.4 — Итак.3При разбавлении образуется концентрированная H2Итак.4.

Серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Его основными областями применения являютсяПриложения.Минеральные удобрения, другие кислоты и соли, красители, пластмассы, текстиль, фармацевтика, нефтепродукты, металлургия.

Обзор курса «Соединения серы: серная кислота». Выберите дальнейшие действия.

Теплота гидратации настолько велика, что смесь кипит, разбрызгивается и может вызвать ожоги. Поэтому в воду необходимо добавить кислоту. Не наоборот. При добавлении воды в кислоту на поверхности кислоты оказывается легкая вода, и все выделяемое тепло концентрируется.

Общее описание

Серная кислота (H2Итак.4) обладает свойствами кислоты и является сильным окислителем. Это самая активная неорганическая кислота с температурой плавления 10°C. Кислота кипит при 296°C, выделяя воду и оксид серы SO3. Он может поглощать водяной пар и поэтому используется для осушения газа.

Серная кислота

Рисунок 1.Серная кислота.

Серная кислота производится промышленным способом из диоксида серы (SO)2Он образуется при сгорании серы или диоксида серы. Два основных процесса образования кислоты:

  • контактный (концентрация 94 %) – окисление диоксида серы до трёхокиси серы (SO3) с последующим гидролизом:

раствор SO3 в серной кислоте называется оливковой мельницей. Он также используется для производства серной кислоты.

Процессы производства серной кислоты

Рисунок 2.Процесс приготовления серной кислоты.

При реакции с водой выделяется большое количество тепла. Именно поэтому кислоты добавляют в воду, а не наоборот. Вода легче кислоты и остается на поверхности. При добавлении воды в кислоту вода сразу же закипает, а кислота выплескивается.

Свойства

Серная кислота образует два типа соли.

Химические свойства концентрированной серной кислоты приведены в таблице.

Что образуется.

Качественная реакция: H2Итак.4 + BaCl2 → BaSO4 (белый осадок) + 2HCl

Окисление композитных материалов

Карбонизация сахара (целлюлоза, крахмал, глюкоза)

Реакция сахара

Рисунок 3.Реакция с сахаром.

Разбавленные кислоты не окисляют слабореакционные металлы после водорода в электрохимическом ряду. При реакции с активными металлами (литий, калий, натрий, магний) выделяется водород и образуются соли. При нагревании концентрированные кислоты проявляют свойства окисления тяжелых металлов, щелочных и щелочноземельных металлов. Он не вступает в реакцию с золотом или платиной.

Серная кислота (разбавленная и концентрированная) на холоде не реагирует с железом, хромом, алюминием, титаном и никелем. Пассивация металлов (образование защитной оксидной пленки) позволяет переносить серную кислоту в металлические резервуары. Оксид железа разлагается при нагревании.

Во всем мире ежегодно используется до 160 тонн кислоты. Наибольшее применение эта жидкость находит в производстве минеральных удобрений. По этой причине сернокислотные установки, как правило, производятся вместе с установками по производству удобрений.

Вред для человеческого здоровья

Токсичная жидкость не только угрожает здоровью человека из-за риска попадания капель на кожные покровы, но и может повредить внутренние органы из-за нередкого присутствия едких сернистых газов. Он очень агрессивен, и его состав усиливает симптомы отравления. Безвредная доза H2SO4 в воздухе составляет 0,3 мг на квадратный метр.

Неосторожное обращение может привести к повреждению кожи, дыхательной системы и слизистых оболочек. Нередки случаи бронхита, ларингита и трахеита. Ожоги очень случайны и требуют длительного времени для заживления. Преждевременное обращение за медицинской помощью может привести к смерти. Опасная для жизни доза составляет 0,18 кубических сантиметров на литр или 5 миллиграммов при приеме внутрь.

Признаки отравления

  • тошнота и рвота;
  • болезненные ощущения в органах пищеварения;
  • расстройства кишечника;
  • проблемы со стулом;
  • изменение цвета мочи на красный;
  • появление бурых пятен на дёснах;
  • чрезмерное слюноотделение;
  • ожог слизистой глаз;
  • повреждение дыхательных путей;
  • кровотечение из носа;
  • отёк горла и гортани, охриплость;
  • посинение кожных покровов.

Сегодня серная кислота обычно производится на специальных предприятиях, но она по-прежнему необходима и составляет 100%. Например, в Италии на Сицилии можно увидеть, как со дна Мертвого моря вытекает H2SO4. Это место обычно называют Мертвым озером, и существ предупреждают, чтобы они держались от него подальше. Выделение серной кислоты со дна обусловлено наличием серебра в коре земли.

Серная кислота также может выделяться во время крупных вулканических извержений. Такие события очень опасны для людей и окружающей среды. Одним из последствий выбросов H2SO4 в атмосферу является изменение климата. Серная кислота считается основной причиной кислотных дождей и высвобождается в результате выделения диоксида серы в воздух.

Как упоминалось выше, серная кислота эффективно поглощает воду из воздуха. Благодаря этому свойству их можно использовать для осушения газов. Они переливали жидкость в небольшие контейнеры и оставляли их между окнами. Это помогло избежать размытия окон в комнате.

Оцените статью
Uhistory.ru