Сярна киселина и реакции с нея. Концентрирана сярна киселина: свойства, реакции
Име
Олеумът дими във въздуха
Олеумът е вискозна, мазна, безцветна течност или кристали с ниска топимост, които обаче могат да придобият голямо разнообразие от нюанси поради наличието на примеси. Във въздуха той "пуши", реагира с вода, освобождавайки огромно количество топлина. Концентрацията на серен анхидрид може да варира в много широк диапазон: от единици до десетки проценти. Олеумът има още по-голям водоотстраняващ и окисляващ ефект. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава чрез реакциите:
H 2 S O 4 + S O 3 → H 2 S 2 O 7; (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(2)O_(7)));)
H 2 S O 4 + 2 S O 3 → H 2 S 3 O 10. (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+2SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(3)O_(10))).)
Физически свойства
Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се повишава с концентрацията й и достига максимум при съдържание 98,3% H 2 SO 4 . Когато използвате таблицата по-долу, трябва също да се запознаете с таблиците на GOST 2184-77 (актуален) и GOST 2184-2013 относно масовата част на серен диоксид в олеум като процент.
| Съдържание % от масата | Плътност при 20 ℃, g/cm³ | Точка на топене, ℃ | Точка на кипене, ℃ | |
|---|---|---|---|---|
| H2SO4 | SO 3 (безплатно) | |||
| 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 |
С повишаване на температурата дисоциацията се увеличава:
H 2 S O 4 ⟷ H 2 O + S O 3 − Q . (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)\longleftrightarrow H_(2)O+SO_(3)-(\it (Q)))).)
Уравнението за температурната зависимост на равновесната константа:
Ln K p = 14,749 65 − 6,714 64 ln 298 T − 8,101 61 ⋅ 10 4 T 2 − 9643 , 04 T − 9,457 7 ⋅ 10 − 3 T + 2,190 62 ⋅ 10 − 6 T 2 . (\displaystyle \ln (\it (K_(p)))=14(,)74965-6(,)71464\ln (298 \над (\it (T)))-8(,)10161\cdot 10 ^(4)(\it ((T^(2))-((\rm (9643(,)04)) \над (\it (T)))-(\rm (9(,)4577\cdot 10^(-3)(\it ((T)+(\rm (2(,)19062\cdot 10^(-6)(\it ((T^(2)).))))))) ))))
При нормално налягане, степента на дисоциация: 10⁻⁵ (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).
Плътността на 100% сярна киселина може да се определи от уравнението:
D = 1,851 7 − 1 , 1 ⋅ 10 − 3 t + 2 ⋅ 10 − 6 t 2 . (\displaystyle (\it ((d)=(\rm (1(,)8517-1(,)1\cdot 10^(-3)(\it ((t)+(\rm (2\cdot 10) ^(-6)(\it ((t^(2)).))))))))))))
С увеличаване на концентрацията на разтвори на сярна киселина, техният топлинен капацитет намалява и достига минимум за 100% сярна киселина; топлинният капацитет на олеума се увеличава с увеличаване на съдържанието на SO3.
С увеличаване на концентрацията и намаляване на температурата топлопроводимостта λ намалява:
λ = 0,518 + 0,001 6 t − (0 , 25 + t / 1293) ⋅ C / 100 , (\displaystyle (\rm (\lambda =0(,)518+0(,)0016(\it ((t) -(\rm ((0(,)25+(\it ((t)/(\rm ((1293))\cdot (\it ((C)/(\rm (100,)))))) )))))))))
където ОТ- концентрация на сярна киселина, в%.
Олеумът H₂SO₄·SO3 има максимален вискозитет; с повишаване на температурата η намалява. Електрическото съпротивление на сярната киселина е минимално при концентрация от 30 и 92% H 2 SO 4 и максимално при концентрация от 84 и 99,8% H₂SO4. За олеум минималното ρ е при концентрация от 10% SO₃. С повишаване на температурата ρ на сярната киселина се увеличава. Диелектрична константа на 100% сярна киселина 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); криоскопична константа 6,12, ебулиоскопична константа 5,33; коефициентът на дифузия на парите на сярната киселина във въздуха варира в зависимост от температурата; д = 1,67⋅10 −5 T 3/2 cm²/s.
Сярна киселина H2SO4, моларна маса 98.082; безцветен мазен, без мирис. Много силна дикиселина, при 18°C p К а 1 - 2.8, K 2 1.2 10 -2, pK а 2 1,92; дължини на връзката в S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, ъгъл HOSOH 104°, OSO 119°; кипи с разлагане, образувайки (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 ° C; виж също таблица. 1). Сярна киселина, съответстващ на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): H 2 SO 4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H 3 SO 4 + 0,14%, H 3 O + 0 09%, H 2 S 207 0,04%, HS207 0,05%. Смесва се с и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори сярна киселинапочти напълно се дисоциира на H + , HSO 4 - и SO 4 2- . Образува H 2 SO 4 · н H 2 O, където н=1, 2, 3, 4 и 6,5.
разтворите на SO 3 в сярна киселина се наричат олеум, те образуват две съединения H 2 SO 4 SO 3 и H 2 SO 4 2SO 3. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава по реакцията: H 2 SO 4 +SO 3 = H 2 S 2 O 7 .
Получаване на сярна киселина
Суровина за получаване сярна киселинаслужат като: S, метални сулфиди, H 2 S, отпадъци от топлоелектрически централи, сулфати на Fe, Ca и др. Основните етапи на получаване сярна киселина: 1) суровини за получаване на SO 2 ; 2) SO 2 в SO 3 (конверсия); 3) SO3. В индустрията се използват два метода за получаване сярна киселина, различаващи се по начина на окисление на SO 2 - контакт с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотен - с азотни оксиди. За получаване сярна киселинаПри контактния метод съвременните инсталации използват ванадиеви катализатори, които са изместили Pt и Fe оксиди. Чистият V 2 O 5 има слаба каталитична активност, която рязко се увеличава в присъствието на алкални метали, като K солите имат най-голям ефект. , 365-380 и 400-405 °C, съответно). Активният компонент при катализа е в разтопено състояние.
Схемата за окисление на SO 2 до SO 3 може да бъде представена по следния начин:
На първия етап се постига равновесие, вторият етап е бавен и определя скоростта на процеса.
производство сярна киселинаот сяра по метода на двоен контакт и двойна абсорбция (фиг. 1) се състои от следните етапи. Въздухът след почистване от прах се подава от газов вентилатор в сушилната кула, където се изсушава 93-98% сярна киселинадо съдържание на влага 0,01% обемни. Изсушеният въздух влиза в пещта за сяра след предварително загряване в един от топлообменниците на контактния възел. Сярата се изгаря в пещта, доставяна от дюзи: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Газът, съдържащ 10-14% обемни SO 2, се охлажда в котела и след разреждане с въздух до съдържание на SO 2 9-10% обемни при 420°C постъпва в контактния апарат за първия етап на преобразуване, който протича върху три слоя катализатор (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), след което газът се охлажда в топлообменници. След това газът, съдържащ 8,5-9,5% SO 3 при 200 ° C, навлиза в първия етап на абсорбция в абсорбера, напоен и 98% сярна киселина: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. След това газът се разпръсква. сярна киселина, загрява се до 420°C и влиза във втория етап на преобразуване, протичащ върху два слоя катализатор. Преди втория етап на абсорбция газът се охлажда в економайзера и се подава в абсорбера на втория етап, напоен с 98% сярна киселина, а след това след почистване от пръски се изпуска в атмосферата.
1 - сярна пещ; 2 - котел за отпадъчна топлина; 3 - економайзер; 4 - стартова пещ; 5, 6 - топлообменници на стартовата пещ; 7 - контактно устройство; 8 - топлообменници; 9 - олеум абсорбатор; 10 - сушилна кула; 11 и 12, съответно първия и втория монохидратен абсорбер; 13 - киселинни колектори.
1 - плоча за подаване; 2 - пещ; 3 - котел за отпадъчна топлина; 4 - циклони; 5 - електрофилтри; 6 - миещи кули; 7 - мокри електрофилтри; 8 - издухваща кула; 9 - сушилна кула; 10 - спрей уловител; 11 - първият монохидратен абсорбер; 12 - топлообменници; 13 - контактно устройство; 14 - олеум абсорбатор; 15 - втори монохидратен абсорбер; 16 - хладилници; 17 - колекции.
1 - денитрационна кула; 2, 3 - първата и втората производствени кули; 4 - окислителна кула; 5, 6, 7 - абсорбционни кули; 8 - електрофилтри.
производство сярна киселинаот метални сулфиди (фиг. 2) е много по-сложен и се състои от следните операции. Изпичането на FeS 2 се извършва в пещ с въздушен взрив с кипящ слой: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Газът за печене, съдържащ SO 2 13-14%, имащ температура 900°C, влиза в котела, където се охлажда до 450°C. Отпрахването се извършва в циклон и електрофилтър. След това газът преминава през две миещи кули, напоени с 40% и 10% сярна киселина. В същото време газът се пречиства окончателно от прах, флуор и арсен. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаобразувани в миещите кули, са предвидени две степени на мокри електрофилтри. След изсушаване в сушилна кула, преди което газът се разрежда до съдържание на 9% SO 2 , той се подава към първия етап на конверсия (3 слоя катализатор) чрез вентилатор. В топлообменниците газът се нагрява до 420°C поради топлината на газа, идваща от първия етап на преобразуване. SO 2, окислен до 92-95% в SO 3, преминава към първия етап на абсорбция в олеумни и монохидратни абсорбери, където се освобождава от SO 3 . След това газът, съдържащ SO 2 ~ 0,5% навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху един или два слоя катализатор. Газът се нагрява предварително в друга група топлообменници до 420 °C поради топлината на газовете, идваща от втория етап на катализа. След отделяне на SO 3 във втория етап на абсорбция, газът се освобождава в атмосферата.
Степента на превръщане на SO 2 в SO 3 при контактния метод е 99,7%, степента на абсорбция на SO 3 е 99,97%. производство сярна киселинаизвършва се в един етап на катализа, докато степента на превръщане на SO 2 в SO 3 не надвишава 98,5%. Преди да бъде изпуснат в атмосферата, газът се пречиства от останалия SO 2 (виж). Производителността на съвременните инсталации е 1500-3100 т/ден.
Същността на азотния метод (фиг. 3) е, че газът за печене след охлаждане и обезпрашаване се обработва с така наречената нитроза - сярна киселинав които са разтворени азотни оксиди. SO 2 се абсорбира от нитроза и след това се окислява: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Полученият NO е слабо разтворим в нитроза и се освобождава от нея, след което частично се окислява от кислород в газовата фаза до NO 2 . Смес от NO и NO 2 се реабсорбира сярна киселинаи т.н. Азотните оксиди не се изразходват в азотния процес и се връщат в производствения цикъл поради непълното им усвояване. сярна киселинате се отнасят частично от отработените газове. Предимства на азотния метод: простота на хардуерния дизайн, по-ниска цена (10-15% по-ниска от контактната), възможност за 100% обработка на SO 2.
Оборудването на азотния процес в кулата е просто: SO 2 се обработва в 7-8 облицовани кули с керамична опаковка, една от кулите (куха) е регулируем окислителен обем. Кулите имат киселинни колектори, хладилници, помпи, които доставят киселина в резервоари под налягане над кулите. Пред последните две кули е монтиран заден вентилатор. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаслужи като електростатичен филтър. Необходимите за процеса азотни оксиди се получават от HNO 3 . За намаляване на емисиите на азотни оксиди в атмосферата и 100% обработка на SO 2 е инсталиран цикъл на обработка без азотен SO 2 между производствената и абсорбционната зони в комбинация с водно-киселинен метод за дълбоко улавяне на азотни оксиди. Недостатъкът на азотния метод е ниското качество на продукта: концентрация сярна киселина 75%, наличие на азотни оксиди, Fe и други примеси.
За намаляване на възможността за кристализация сярна киселинапо време на транспортиране и съхранение се установяват стандарти за търговски класове сярна киселина, чиято концентрация съответства на най-ниските температури на кристализация. Съдържание сярна киселинав технически степени (%): кула (азотен) 75, контакт 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентен олеум 114,6, батерия 92-94. сярна киселинасъхранявани в стоманени резервоари с обем до 5000 m 3, общият им капацитет в склада е предназначен за десетдневно производство. Олеум и сярна киселинатранспортирани в стоманени железопътни цистерни. Концентриран и батерия сярна киселинатранспортирани в стоманени резервоари, устойчиви на киселини. Резервоарите за транспортиране на олеум са покрити с топлоизолация и олеумът се загрява преди пълнене.
Определяне на сярна киселинаколориметрично и фотометрично, под формата на суспензия на BaSO 4 - фототурбидиметрично, както и по кулонометричен метод.
Използването на сярна киселина
Сярната киселина се използва в производството на минерални торове, като електролит в оловни батерии, за производството на различни минерални киселини и соли, химически влакна, багрила, димообразуващи вещества и експлозиви, в петрола, металообработката, текстила, кожите и други отрасли. Използва се в промишления органичен синтез в реакции на дехидратация (получаване на диетилов етер, естери), хидратация (етанол от етилен), сулфониране (и междинни продукти при производството на багрила), алкилиране (получаване на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др. Най-големият консуматор сярна киселина- производство на минерални торове. За 1 тон P 2 O 5 фосфатни торове се изразходват 2,2-3,4 тона сярна киселина, а за 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t сярна киселина. Поради това инсталациите за сярна киселина са склонни да се изграждат заедно с инсталациите за производство на минерални торове. Световно производство сярна киселинапрез 1987 г. достига 152 милиона тона.
Сярна киселинаи олеум - изключително агресивни вещества, които засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, често - ларингит, трахеит, бронхит и др. ПДК на аерозол на сярна киселина във въздуха на работната зона е 1,0 mg/m 3, в атмосферата 0,3 mg/m 3 (максимално еднократно) и 0,1 mg/m 3 (средно денонощие). Поразителната концентрация на изпарения сярна киселина 0,008 mg/l (60 min експозиция), летално 0,18 mg/l (60 min). Клас на опасност 2. Аерозол сярна киселинамогат да се образуват в атмосферата в резултат на емисии от химическа и металургична промишленост, съдържащи S оксиди и да падат като киселинен дъжд.
сярна киселина, формула на сярна киселина
Сярна киселина H2SO4 е силна двуосновна киселина, съответстваща на най-високата степен на окисление на сярата (+6). При нормални условия концентрираната сярна киселина е тежка мазна течност, без цвят и мирис, с кисел "меден" вкус. В техниката на сярната киселина нейните смеси се наричат както с вода, така и със серен анхидрид SO3. Ако моларното съотношение на SO3:H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 - разтвор на SO3 в сярна киселина (олеум).
- 1 Заглавие
- 2 Физични и физико-химични свойства
- 2.1 Олеум
- 3 Химични свойства
- 4 Приложение
- 5 Токсичен ефект
- 6 Исторически сведения
- 7 Повече информация
- 8 Получаване на сярна киселина
- 8.1 Първи начин
- 8.2 Втори начин
- 9 Стандарти
- 10 бележки
- 11 Литература
- 12 връзки
Име
През XVIII-XIX век сярата за барут се произвежда от серни пирити (пирит) в заводи за витриол. Сярната киселина по това време се наричаше "витриолно масло" (като правило това беше кристален хидрат, наподобяващ масло по консистенция), откъдето идва и името на нейните соли (или по-скоро кристални хидрати) - витриол.
Физични и физико-химични свойства
Много силна киселина, при 18°C pKa (1) = −2,8, pKa (2) = 1,92 (K₂ 1,2·10−2); дължини на връзката в молекулата S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, ъгъл HOSOH 104°, OSO 119°; кипи, образувайки азеотропна смес (98,3% H2SO4 и 1,7% H2O с точка на кипене 338,8 ° C). Сярната киселина, съответстваща на 100% H2SO4, има следния състав (%): H2SO4 99,5, HSO4− - 0,18, H3SO4+ - 0,14, H3O+ - 0,09, H2S2O7, - 0,04, HS2O7⁻ - 0,05. Смесва се с вода и SO3, във всички пропорции. във водни разтвори сярната киселина почти напълно се дисоциира на H3O+, HSO3+ и 2HSO₄−. Образува хидрати H2SO4 nH2O, където n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.
олеум
Основна статия: олеумРазтворите на серен анхидрид SO3 в сярна киселина се наричат олеум, те образуват две съединения H2SO4 SO3 и H2SO4 2SO3.
Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава чрез реакциите:
Точката на кипене на водните разтвори на сярна киселина се повишава с увеличаване на концентрацията й и достига максимум при съдържание 98,3% H2SO4.
| Съдържание % от масата | Плътност при 20 ℃, g/cm³ | Точка на топене, ℃ | Точка на кипене, ℃ | |
|---|---|---|---|---|
| H2SO4 | SO3 (безплатно) | |||
| 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 |
Точката на кипене на олеума намалява с увеличаване на съдържанието на SO3. С увеличаване на концентрацията на водни разтвори на сярна киселина общото налягане на парите над разтворите намалява и достига минимум при съдържание от 98,3% H2SO4. С увеличаване на концентрацията на SO3 в олеума, общото налягане на парите над него се увеличава. Налягането на парите върху водни разтвори на сярна киселина и олеум може да се изчисли по уравнението:
стойностите на коефициентите А и зависят от концентрацията на сярна киселина. Парата над водни разтвори на сярна киселина се състои от смес от водна пара, H2SO4 и SO3, докато съставът на парата се различава от състава на течността при всички концентрации на сярна киселина, с изключение на съответната азеотропна смес.
С повишаване на температурата дисоциацията се увеличава:
Уравнението за температурната зависимост на равновесната константа:
При нормално налягане, степента на дисоциация: 10⁻⁵ (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).
Плътността на 100% сярна киселина може да се определи от уравнението:
С увеличаване на концентрацията на разтвори на сярна киселина, техният топлинен капацитет намалява и достига минимум за 100% сярна киселина; топлинният капацитет на олеума се увеличава с увеличаване на съдържанието на SO3.
С увеличаване на концентрацията и намаляване на температурата топлопроводимостта λ намалява:
където С е концентрацията на сярна киселина, в%.
Олеумът H2SO4·SO3 има максимален вискозитет, с повишаване на температурата η намалява. Електрическото съпротивление на сярната киселина е минимално при концентрация SO3 и 92% H2SO4 и максимално при концентрация 84 и 99,8% H2SO4. За олеум минималното ρ е при концентрация 10% SO3. С повишаване на температурата ρ на сярната киселина се увеличава. Диелектрична константа на 100% сярна киселина 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); криоскопична константа 6,12, ебулиоскопична константа 5,33; коефициентът на дифузия на парите на сярната киселина във въздуха варира в зависимост от температурата; D = 1,67 10⁻5T3/2 cm²/s.
Химични свойства
Сярната киселина в концентрирана форма при нагряване е доста силен окислител; окислява HI и частично HBr до свободни халогени, въглерод до CO2, сяра до SO2, окислява много метали (Cu, Hg, с изключение на злато и платина). В този случай концентрираната сярна киселина се редуцира до SO2, например:
Най-силните редуциращи агенти редуцират концентрираната сярна киселина до S и H2S. Концентрираната сярна киселина абсорбира водни пари, така че се използва за изсушаване на газове, течности и твърди вещества, например в ексикатори. Концентрираната H2SO4 обаче се редуцира частично от водород, поради което не може да се използва за нейното изсушаване. Разделяйки водата от органичните съединения и оставяйки в същото време черен въглерод (въглища), концентрираната сярна киселина води до овъгляване на дървесина, захар и други вещества.
Разреденият H2SO4 взаимодейства с всички метали, които са в електрохимичната серия от напрежения вляво от водорода с освобождаването му, например:
Окислителните свойства на разредената H2SO4 не са характерни. Сярната киселина образува две серии соли: средни - сулфати и кисели - хидросулфати, както и естери. Известни са пероксомоносярна (или киселина на Каро) H2SO5 и пероксодисулфурна H2S2O8 киселини.
Сярната киселина също реагира с основни оксиди, за да образува сулфат и вода:
В металообработващите предприятия разтвор на сярна киселина се използва за отстраняване на слой от метален оксид от повърхността на метални продукти, които са подложени на силно нагряване по време на производствения процес. И така, железният оксид се отстранява от повърхността на листовото желязо чрез действието на нагрят разтвор на сярна киселина:
Качествена реакция към сярна киселина и нейните разтворими соли е тяхното взаимодействие с разтворими бариеви соли, при което се образува бяла утайка от бариев сулфат, неразтворима във вода и киселини, например:
Приложение
Използва се сярна киселина:
- при преработката на рудите, особено при добива на редки елементи, вкл. уран, иридий, цирконий, осмий и др.;
- в производството на минерални торове;
- като електролит в оловни батерии;
- за получаване на различни минерални киселини и соли;
- в производството на химически влакна, багрила, димообразуващи и експлозивни вещества;
- в петролната, металообработващата, текстилната, кожарската и други индустрии;
- в хранително-вкусовата промишленост - регистриран като хранителна добавка E513(емулгатор);
- в промишления органичен синтез в реакции:
- дехидратация (получаване на диетилов етер, естери);
- хидратация (етанол от етилен);
- сулфониране (синтетични детергенти и междинни продукти при производството на багрила);
- алкилиране (получаване на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др.
- За възстановяване на смоли във филтри при производството на дестилирана вода.
Световно производство на сярна киселина ок. 160 милиона тона годишно. Най-големият потребител на сярна киселина е производството на минерални торове. P₂O₅ на фосфатните торове консумира 2,2-3,4 пъти повече сярна киселина по тегло и 75% от масата на консумираната (NH₄)₂SO₄ за сярна киселина (NH₄)₂SO₄. Поради това инсталациите за сярна киселина са склонни да се изграждат заедно с инсталациите за производство на минерални торове.
Токсично действие
Сярната киселина и олеумът са много разяждащи вещества. Те засягат кожата, лигавиците, дихателните пътища (причиняват химически изгаряния). При вдишване парите на тези вещества причиняват затруднено дишане, кашлица, често - ларингит, трахеит, бронхит и др. Максимално допустимата концентрация на аерозол на сярна киселина във въздуха на работната зона е 1,0 mg / m³, в атмосферен въздух 0,3 mg / m³ (максимално еднократно) и 0,1 mg / m³ (средно дневно). Увреждащата концентрация на парите на сярната киселина е 0,008 mg/l (експозиция 60 min), смъртоносна 0,18 mg/l (60 min). Клас на опасност II. Аерозолът на сярната киселина може да се образува в атмосферата в резултат на емисии от химическата и металургичната промишленост, съдържащи S оксиди, и да падне като киселинен дъжд.
Историческа информация
Сярната киселина е известна от древността, срещайки се в природата в свободна форма, например под формата на езера в близост до вулкани. Може би първото споменаване на киселинни газове, получени чрез калциниране на стипца или железен сулфат „зелен камък“, се намира в писания, приписвани на арабския алхимик Джабир ибн Хаян.
През 9 век персийският алхимик Ар-Рази, калцинирайки смес от желязо и меден сулфат (FeSO4 · 7H2O и CuSO4 · 5H2O), също получава разтвор на сярна киселина. Този метод е усъвършенстван от европейския алхимик Алберт Магнус, живял през 13 век.
Схема за производство на сярна киселина от железен сулфат - термично разлагане на железен (II) сулфат, последвано от охлаждане на сместа
Молекула на сярна киселина според Далтон
- 2FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
- SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4
Трудовете на алхимика Валентин (XIII век) описват метод за производство на сярна киселина чрез абсорбиране на газ (серен анхидрид), отделен при изгаряне на смес от сяра и селитра на прах с вода. Впоследствие този метод ляга в основата на т.нар. "камерен" метод, извършван в малки камери, облицовани с олово, което не се разтваря в сярна киселина. В СССР този метод съществува до 1955 г.
Алхимиците от 15 век също познават метод за получаване на сярна киселина от пирит - серен пирит, по-евтина и по-разпространена суровина от сярата. Сярната киселина се е произвеждала по този начин в продължение на 300 години, в малки количества в стъклени реторти. Впоследствие, поради развитието на катализата, този метод замени камерния метод за синтез на сярна киселина. Понастоящем сярната киселина се произвежда чрез каталитично окисление (на V2O5) на серен оксид (IV) до серен оксид (VI) и последващо разтваряне на серен оксид (VI) в 70% сярна киселина до образуване на олеум.
В Русия производството на сярна киселина е организирано за първи път през 1805 г. близо до Москва в района на Звенигород. През 1913 г. Русия е на 13-то място в света по производство на сярна киселина.
Допълнителна информация
Най-малките капчици сярна киселина могат да се образуват в средната и горната атмосфера в резултат на реакцията на водни пари и вулканична пепел, съдържаща големи количества сяра. Получената суспензия, поради високото албедо на облаците от сярна киселина, затруднява достигането на слънчевата светлина до повърхността на планетата. Следователно (а също и в резултат на голям брой малки частици вулканична пепел в горните слоеве на атмосферата, които също затрудняват достигането на слънчевата светлина до планетата), могат да настъпят значителни промени в климата след особено силни вулканични изригвания. Например, в резултат на изригването на вулкана Ксудач (полуостров Камчатка, 1907 г.), повишена концентрация на прах в атмосферата се запазва около 2 години и дори в Париж се наблюдават характерни сребристи облаци от сярна киселина. Експлозията на вулкана Пинатубо през 1991 г., която изпрати 3 107 тона сяра в атмосферата, доведе до факта, че 1992 и 1993 г. бяха много по-студени от 1991 и 1994 г.
Получаване на сярна киселина
Основна статия: Производство на сярна киселинаПърви начин
Втори начин
В онези редки случаи, когато сероводородът (H2S) измества сулфата (SO4-) от солта (с метали Cu, Ag, Pb, Hg), сярната киселина е страничен продукт
Сулфидите на тези метали имат най-висока якост, както и характерен черен цвят.
Стандарти
- Техническа сярна киселина GOST 2184-77
- Батерия със сярна киселина. Спецификации GOST 667-73
- Сярна киселина със специална чистота. Спецификации GOST 1422-78
- Реактиви. Сярна киселина. Спецификации GOST 4204-77
Бележки
- Ушакова Н. Н., Фигурновски Н. А. Василий Михайлович Севергин: (1765-1826) / Изд. И. И. Шафрановски. М.: Наука, 1981. С. 59.
- 1 2 3 Ходаков Ю.В., Епщайн Д.А., Глориозов П.А. § 91. Химични свойства на сярната киселина // Неорганична химия: Учебник за 7-8 клас на гимназията. - 18-то изд. - М.: Образование, 1987. - С. 209-211. - 240 с. - 1 630 000 бр.
- Ходаков Ю.В., Епщайн Д.А., Глориозов П.А. § 92. Качествена реакция на сярна киселина и нейните соли // Неорганична химия: Учебник за 7-8 клас на гимназията. - 18-то изд. - М.: Просвещение, 1987. - С. 212. - 240 с. - 1 630 000 бр.
- лицето на художествения директор на балета на Болшой театър Сергей Филин беше напръскано със сярна киселина
- Epstein, 1979, p. 40
- Epstein, 1979, p. 41
- виж статията "Вулкани и климат" (руски)
- Руски архипелаг - Човечеството ли е виновно за глобалните климатични промени? (Руски)
Литература
- Наръчник по сярна киселина, изд. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971 г
- Epshtein D. A. Обща химическа технология. - М.: Химия, 1979. - 312 с.
Връзки
- Статия "Сярна киселина" (Химическа енциклопедия)
- Плътност и pH стойност на сярна киселина при t=20 °C
| сулфати | |
|---|---|
|
Стипца (KAl(SO4)2 12H2O) Амониев алуминиев сулфат ((NH4)Al(SO4)2) Амониев железен сулфат (NH4Fe(SO4)2) Амониев железен(II) сулфат (22) Амониев железен(III) сулфат (NH4Fe( SO4)2) Амониево-цериев(IV) сулфат ((NH4)4Ce(SO4)4) Магнезиев сулфат хептахидрат (MgSO4) Амониев хидроген сулфат ((NH4)HSO4) Калиев хидроген сулфат (KHSO4) Натриев хидроген сулфат (NaHSO4) Калиев дисулфат (K2S2O7) Натриев дисулфат (Na2S2O7) Железо(III) основен сулфат ((OH)2) Стипца Витриол Титанов оксид сулфат (TiOSO4) Олеум (H2SO4 xSO3) Пиросярна киселина (H2S2O7) (H2SO4) Тутонови соли Актиниев(III) сулфат ( Ac2 (SO4)3) Алуминиев сулфат (Al2(SO4)3) Алуминиев сулфат (NaAl(SO4)2) Амониев сулфат ((NH4)2SO4) Бариев сулфат (BaSO4) Берилиев сулфат (BeSO4) Ванадил сулфат (VOSO4) Ванадиев сулфат ( III ) (V2(SO4)3) Бисмутов сулфат (Bi2(SO4)3) Хидроксиамониев сулфат ((NH3OH)2SO4) Железен(II) сулфат (FeSO4) Железен(III) сулфат (Fe2(SO4)3) Индиев(III) сулфат ) (In2(SO4)3) Иридиев(III) сулфат (Ir2(SO4)3) Кадмиев сулфат (CdSO4) Калиев сулфат ( K2SO4) Калциев сулфат (CaSO4) Кобалтов (II) сулфат (CoSO4) Кобалтов (III) сулфат (Co2(SO4)3) Литиев сулфат (Li2SO4) Магнезиев сулфат (MgSO4) Манганов (II) сулфат (MnSO4) Манганов (III) сулфат (Mn2(SO4)3) Меден(I) сулфат (Cu2SO4) Меден(II) сулфат (CuSO4) Натриев сулфат (Na2SO4) Никелов(II) сулфат (NiSO4) Калай(II) сулфат (SnSO4) Празеодимов сулфат (Pr2(SO4) )3) Живачен(I) сулфат (Hg2SO4) Живачен(II) сулфат (HgSO4) Оловен(II) сулфат (PbSO4) Сребърен сулфат (Ag2SO4) Стронциев сулфат (SrSO4) Антимонов сулфат (Sb2(SO4)3) Талий(I) сулфат) (Tl2SO4) Талиев(III) сулфат (Tl2(SO4)3) Тетрааминмеден(II) сулфат (Cu(NH3)4SO4) Титанов(III) сулфат (Ti2(SO4)3) Титанов(IV) сулфат (Ti(SO4) ) 2) Уранов сулфат (U(SO4)2) Уранил сулфат (UO2SO4) Хром(III) сулфат (Cr2(SO4)3) Хром(III)-калиев сулфат (KCr(SO4)2) Цезиев сулфат (Cs2SO4) Цериев сулфат ( IV) (Ce(SO4)2) Цинков сулфат (ZnSO4) Циркониев сулфат (Zr(SO4)2) |
сярна киселина, сярна киселина wikipedia, хидролиза на сярна киселина, сярна киселина нейното въздействие 1, клас на опасност от сярна киселина, купуване на сярна киселина в Украйна, приложение на сярна киселина, сярна киселина корозира, сярна киселина с вода, формула на сярна киселина
Информация за сярна киселина
Всеки човек в часовете по химия изучава киселини. Една от тях се нарича сярна киселина и се обозначава като HSO 4. За това какви са свойствата на сярната киселина, нашата статия ще разкаже.
Физични свойства на сярната киселина
Чистата сярна киселина или монохидрат е безцветна маслена течност, която се втвърдява в кристална маса при +10°C. Предназначената за реакции сярна киселина съдържа 95% H 2 SO 4 и има плътност 1,84 g/cm 3 . 1 литър такава киселина тежи 2 кг. Киселината се втвърдява при -20°C. Топлината на топене е 10,5 kJ/mol при температура 10,37°C.
Свойствата на концентрираната сярна киселина са разнообразни. Например, когато тази киселина се разтваря във вода, ще се отдели голямо количество топлина (19 kcal / mol) поради образуването на хидрати. Тези хидрати могат да бъдат изолирани от разтвора при ниски температури в твърда форма.
Сярната киселина е един от най-основните продукти в химическата промишленост. Предназначен е за производство на минерални торове (амониев сулфат, суперфосфат), различни соли и киселини, детергенти и лекарства, изкуствени влакна, багрила, експлозиви. Сярната киселина се използва и в металургията (например при разлагането на уранови руди), за пречистване на нефтопродукти, за изсушаване на газове и др.
Химични свойства на сярната киселина
Химичните свойства на сярната киселина са:
- Взаимодействие с метали:
- разредената киселина разтваря само онези метали, които са отляво на водорода в поредица от напрежения, например H 2 +1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
- окислителните свойства на сярната киселина са големи. При взаимодействие с различни метали (с изключение на Pt, Au), той може да се редуцира до H 2 S -2, S +4 O 2 или S 0, например:
- 2H 2 +6 SO 4 + 2Ag 0 = S +4 O 2 + Ag 2 +1 SO 4 + 2H 2 O;
- 5H 2 +6 SO 4 + 8Na 0 \u003d H 2 S -2 + 4Na 2 +1 SO 4 + 4H 2 O;
- Концентрираната киселина H 2 S +6 O 4 също реагира (при нагряване) с някои неметали, докато се превръща в серни съединения с по-ниска степен на окисление, например:
- 2H 2 S +6 O 4 + C 0 = 2S + 4 O 2 + C + 4 O 2 + 2H 2 O;
- 2H 2 S +6 O 4 + S 0 = 3S +4 O 2 + 2H 2 O;
- 5H 2 S +6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P +5 O 4 + 5S +4 O 2 + 2H 2 O;
- С основни оксиди:
- H2SO4 + CuO = CuSO4 + H2O;
- С хидроксиди:
- Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
- 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O;
- Взаимодействие със соли при обменни реакции:
- H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;
Образуването на BaSO 4 (бяла утайка, неразтворима в киселини) се използва за определяне на тази киселина и разтворими сулфати.
Монохидратът е йонизиращ разтворител с киселинен характер. Много е добре да се разтварят сулфати на много метали в него, например:
- 2H 2 SO 4 + HNO 3 \u003d NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -;
- HClO 4 + H 2 SO 4 \u003d ClO 4 - + H 3 SO 4 +.
Концентрираната киселина е доста силен окислител, особено при нагряване, например 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.
Действайки като окислител, сярната киселина обикновено се редуцира до SO 2 . Но може да се редуцира до S и дори до H 2 S, например H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.
Монохидратът почти не може да провежда електричество. Обратно, водните киселинни разтвори са добри проводници. Сярната киселина силно абсорбира влагата, така че се използва за изсушаване на различни газове. Като десикант, сярната киселина действа, докато налягането на водната пара над нейния разтвор е по-малко от налягането в газа, който се изсушава.
Ако разреден разтвор на сярна киселина се вари, водата ще бъде отстранена от него, докато точката на кипене ще се повиши до 337 ° C, например, когато започне да се дестилира сярна киселина с концентрация 98,3%. Обратно, от разтвори, които са по-концентрирани, излишъкът от серен анхидрид се изпарява. Парна кипяща при температура 337 ° C киселина се разлага частично на SO 3 и H 2 O, които при охлаждане отново ще се комбинират. Високата точка на кипене на тази киселина е подходяща за използване при отделяне на летливи киселини от техните соли при нагряване.
Предпазни мерки при работа с киселина
При работа със сярна киселина трябва да се внимава изключително много. Когато тази киселина влезе в контакт с кожата, кожата става бяла, след това кафеникава и се появява зачервяване. Околните тъкани се подуват. Ако тази киселина влезе в контакт с която и да е част от тялото, тя трябва бързо да се измие с вода, а изгореното място да се намаже с разтвор на сода.
Сега знаете, че сярната киселина, чиито свойства са добре проучени, е просто незаменима за различни производства и добив.
Сярната киселина (H₂SO₄) е една от най-силните двуосновни киселини.
По отношение на физичните свойства сярната киселина изглежда като гъста, прозрачна маслена течност без мирис. В зависимост от концентрацията, сярната киселина има много различни свойства и приложения:
- обработка на метали;
- преработка на руда;
- производство на минерални торове;
- химичен синтез.
История на откриването на сярната киселина
Контактната сярна киселина има концентрация от 92 до 94 процента:
2SO₂ + O₂ = 2SO₂;
H₂O + SO₃ = H2SO₄.
Физични и физико-химични свойства на сярната киселина
H₂SO₄ се смесва с вода и SO₃ във всички пропорции.
Във водни разтвори H₂SO₄ образува хидрати от типа H₂SO₄ nH₂O
Точката на кипене на сярната киселина зависи от степента на концентрация на разтвора и достига максимум при концентрация над 98 процента.
Каустично съединение олеуме разтвор на SO3 в сярна киселина.
С увеличаване на концентрацията на серен триоксид в олеума, точката на кипене намалява.
Химични свойства на сярната киселина
При нагряване концентрираната сярна киселина е най-силният окислител, който може да окисли много метали. Единствените изключения са някои метали:
- злато (Au);
- платина (Pt);
- иридий (Ir);
- родий (Rh);
- тантал (Ta).
Чрез окисляване на метали концентрираната сярна киселина може да се редуцира до H₂S, S и SO₂.
Активен метал:
8Al + 15H₂SO₄(конц.) → 4Al₂(SO₄)3 + 12H₂O + 3H₂S
Метал със средна активност:
2Cr + 4 H₂SO₄(конц.) → Cr₂(SO₄)3 + 4 H₂O + S
Неактивен метал:
2Bi + 6H₂SO₄(конц.) → Bi₂(SO₄)3 + 6H₂O + 3SO₂
Желязото не реагира със студена концентрирана сярна киселина, тъй като е покрито с оксиден филм. Този процес се нарича пасивиране.
Взаимодействие на сярна киселина и H₂O
Когато H₂SO₄ се смеси с вода, възниква екзотермичен процес: отделя се толкова голямо количество топлина, че разтворът може дори да заври. Когато провеждате химични експерименти, винаги трябва да добавяте сярна киселина малко по малко към водата, а не обратното.
Сярната киселина е силен дехидратиращ агент. Концентрираната сярна киселина измества водата от различни съединения. Често се използва като десикант.
реакция на сярна киселина и захар
Алчността на сярната киселина за вода може да се демонстрира в класическия експеримент - смесване на концентрирана H₂SO₄ и която е органично съединение (въглехидрат). За да извлече вода от дадено вещество, сярната киселина разрушава молекулите.
За да проведете експеримента, добавете няколко капки вода към захарта и разбъркайте. След това внимателно се налива сярна киселина. След кратък период от време може да се наблюдава бурна реакция с образуване на въглища и отделяне на сяра и.
Сярна киселина и кубче захар:
Не забравяйте, че работата със сярна киселина е много опасна. Сярната киселина е разяждащо вещество, което моментално оставя тежки изгаряния по кожата.
ще намерите безопасни експерименти със захар, които можете да правите у дома.
Реакция на сярна киселина и цинк
Тази реакция е доста популярна и е един от най-разпространените лабораторни методи за получаване на водород. Ако към разредена сярна киселина се добавят цинкови гранули, металът ще се разтвори с отделянето на газ:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.
Разредената сярна киселина реагира с метали, които са отляво на водорода в серията активности:
Me + H₂SO₄(разлагане) → сол + H₂
Взаимодействие на сярна киселина с бариеви йони
Качествена реакция на и неговите соли е реакция с бариеви йони. Той се използва широко в количествения анализ, по-специално в гравиметрията:
H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl
ZnSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + ZnCl₂
внимание! Не се опитвайте сами да повтаряте тези експерименти!