Kyselina sírová a reakcie s ňou. Koncentrovaná kyselina sírová: vlastnosti, reakcie
názov
Fajčenie olea vo vzduchu
Oleum je viskózna, olejovitá, bezfarebná kvapalina alebo kryštály s nízkou teplotou topenia, ktoré však môžu v dôsledku prítomnosti nečistôt získať širokú škálu odtieňov. Vo vzduchu „dymí“, reaguje s vodou a uvoľňuje obrovské množstvo tepla. Koncentrácia anhydridu kyseliny sírovej sa môže meniť vo veľmi širokom rozmedzí: od jednotiek až po desiatky percent. Oleum má ešte väčší účinok na odstraňovanie vody a oxidáciu. Oleum obsahuje aj kyseliny pyrosírové, ktoré sa získavajú reakciami:
H2S04 + S03 -> H2S207; (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(2)O_(7)));)
H2S04 + 2S03 -> H2S3010. (\displaystyle (\mathsf (H_(2)SO_(4)+2SO_(3)\rightarrow H_(2)S_(3)O_(10))).)
Fyzikálne vlastnosti
Teplota varu vodných roztokov kyseliny sírovej sa zvyšuje so zvyšovaním jej koncentrácie a dosahuje maximum pri obsahu 98,3 % H 2 SO 4 . Pri použití nižšie uvedenej tabuľky by ste sa mali oboznámiť aj s tabuľkami GOST 2184-77 (aktuálne) a GOST 2184-2013, pokiaľ ide o hmotnostný podiel oxidu siričitého v oleu v percentách.
| Obsah % hmotn | Hustota pri 20 ℃, g/cm³ | Teplota topenia, ℃ | Bod varu, ℃ | |
|---|---|---|---|---|
| H2SO4 | SO 3 (zadarmo) | |||
| 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 |
So zvyšujúcou sa teplotou sa disociácia zvyšuje:
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)))).)
Rovnica pre teplotnú závislosť rovnovážnej konštanty:
Tn Kp = 14,749 65 − 6,714 64 ln 298 T − 8,101 61 ⋅ 10 4 T 2 − 9643 , 04 T − 9,457 7 ⋅ 3 10,6 −10. (\displaystyle \ln (\it (K_(p)))=14(,)74965-6(,)71464\ln (298 \over (\it (T)))-8(,)10161\cdot 10 ^(4)(\it ((T^(2))-((\rm (9643(,)04)) \over (\it (T)))-(\rm (9(,)4577\cdot 10^(-3)(\it ((T)+(\rm (2(,)19062\cdot 10^(-6)(\it ((T^(2)).))))))) ))))
Za normálneho tlaku stupeň disociácie: 10⁻⁵ (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).
Hustotu 100% kyseliny sírovej možno určiť z rovnice:
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)).))))))))))))
So zvyšujúcou sa koncentráciou roztokov kyseliny sírovej ich tepelná kapacita klesá a dosahuje minimum pre 100% kyselinu sírovú, tepelná kapacita olea sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom SO3.
So zvýšením koncentrácie a znížením teploty sa tepelná vodivosť λ znižuje:
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,)))))) ))))))))))
kde OD- koncentrácia kyseliny sírovej v %.
Oleum H2SO4·SO3 má maximálnu viskozitu, so zvyšujúcou sa teplotou η klesá. Elektrický odpor kyseliny sírovej je minimálny pri koncentrácii 30 a 92 % H2S04 a maximálny pri koncentrácii 84 a 99,8 % H2S04. Pre oleum je minimum ρ pri koncentrácii 10 % SO3. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje ρ kyseliny sírovej. Dielektrická konštanta 100 % kyseliny sírovej 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopická konštanta 6,12, ebulioskopická konštanta 5,33; koeficient difúzie pár kyseliny sírovej vo vzduchu sa mení s teplotou; D = 1,67⋅10 −5 T 3/2 cm²/s.
Kyselina sírová H2S04, molárna hmotnosť 98,082; bezfarebný olejový, bez zápachu. Veľmi silná dikyselina, pri 18°C s K a 1 - 2,8, K2 1,2 10-2, pK a 2 1,92; dĺžky väzieb v S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, uhol HOSOH 104°, OSO 119°; vrie za rozkladu, pričom vzniká (98,3 % H 2 SO 4 a 1,7 % H 2 O s teplotou varu 338,8 °C; pozri aj tabuľku. 1). Kyselina sírová, čo zodpovedá 100% obsahu H2S04, má zloženie (%): H2S04 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3S04 + 0,14%, H30 + 0,09%, H2S 207 0,04 %, HS207 0,05 %. Miešateľný s a SO 3 vo všetkých pomeroch. Vo vodných roztokoch kyselina sírová takmer úplne disociuje na H+, HSO 4 - a SO 4 2-. Tvorí H 2 SO 4 · n H20, kde n= 1, 2, 3, 4 a 6,5.
roztoky SO 3 v kyseline sírovej sa nazývajú oleum, tvoria dve zlúčeniny H 2 SO 4 SO 3 a H 2 SO 4 2SO 3. Oleum obsahuje aj kyselinu pyrosírovú, ktorá sa získava reakciou: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .
Získanie kyseliny sírovej
Surovina na príjem kyselina sírová slúžia ako: S, sulfidy kovov, H 2 S, odpady z tepelných elektrární, sírany Fe, Ca atď. Hlavné etapy získavania kyselina sírová 1) suroviny na získanie S02; 2) S02 na S03 (konverzia); 3) SO3. V priemysle sa na získanie používajú dva spôsoby kyselina sírová, líšiace sa spôsobom oxidácie SO 2 - kontakt s použitím pevných katalyzátorov (kontaktov) a dusný - s oxidmi dusíka. Na získanie kyselina sírová Pri kontaktnej metóde moderné závody používajú vanádové katalyzátory, ktoré vytlačili oxidy Pt a Fe. Čistý V 2 O 5 má slabú katalytickú aktivitu, ktorá sa prudko zvyšuje v prítomnosti alkalických kovov, pričom najväčší účinok majú soli K. 7 V 2 O 5 a K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 sa rozkladajú pri 315-330 365-380 a 400-405 °C, v danom poradí). Aktívna zložka pod katalýzou je v roztavenom stave.
Schéma oxidácie S02 na S03 môže byť znázornená nasledovne:
V prvej fáze sa dosiahne rovnováha, druhá fáza je pomalá a určuje rýchlosť procesu.
Výroba kyselina sírová zo síry metódou dvojitého kontaktu a dvojitej absorpcie (obr. 1) pozostáva z nasledujúcich etáp. Vzduch po vyčistení od prachu je privádzaný plynovým dúchadlom do sušiacej veže, kde je vysušený na 93-98% kyselina sírová na obsah vlhkosti 0,01 % obj. Vysušený vzduch vstupuje do sírovej pece po predhriatí v jednom z výmenníkov tepla kontaktnej jednotky. Síra sa spaľuje v peci, dodávaná dýzami: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Plyn s obsahom 10-14 % obj. SO 2 sa v kotli ochladí a po zriedení vzduchom na obsah SO 2 9-10 % obj. pri 420°C vstupuje do kontaktného aparátu pre prvý stupeň premeny, ktorý prebieha na troch vrstvách katalyzátora (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), po ktorých sa plyn ochladzuje vo výmenníkoch tepla. Potom plyn obsahujúci 8,5-9,5% SO 3 pri 200°C vstupuje do prvého stupňa absorpcie do absorbéra, je zavlažovaný a 98% kyselina sírová: SO3 + H20 \u003d H2S04 + 130,56 kJ. Plyn sa potom rozpráši. kyselina sírová, zahriaty na 420 °C a vstupuje do druhého stupňa konverzie, pričom prúdi na dvoch vrstvách katalyzátora. Pred druhým absorpčným stupňom je plyn ochladený v ekonomizéri a privádzaný do druhého stupňa absorbéra, zavlažovaný 98% kyselina sírová a potom, po očistení od postriekania, sa uvoľní do atmosféry.
1 - sírová pec; 2 - kotol na odpadové teplo; 3 - ekonomizér; 4 - štartovacia pec; 5, 6 - výmenníky tepla štartovacej pece; 7 - kontaktné zariadenie; 8 - výmenníky tepla; 9 - absorbér olea; 10 - sušiaca veža; 11 a 12, v tomto poradí, prvý a druhý absorbér monohydrátu; 13 - zberače kyselín.
1 - podávač tanierov; 2 - rúra; 3 - kotol na odpadové teplo; 4 - cyklóny; 5 - elektrostatické odlučovače; 6 - umývacie veže; 7 - mokré elektrostatické odlučovače; 8 - fúkacia veža; 9 - sušiaca veža; 10 - lapač postreku; 11 - prvý absorbér monohydrátu; 12 - výmenníky tepla; 13 - kontaktné zariadenie; 14 - absorbér olea; 15 - druhý absorbér monohydrátu; 16 - chladničky; 17 - zbierky.
1 - denitračná veža; 2, 3 - prvá a druhá výrobná veža; 4 - oxidačná veža; 5, 6, 7 - absorpčné veže; 8 - elektrostatické odlučovače.
Výroba kyselina sírová zo sulfidov kovov (obr. 2) je oveľa zložitejšia a pozostáva z nasledujúcich operácií. Praženie FeS 2 sa uskutočňuje vo vzduchovej fluidnej peci: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Pražiaci plyn s obsahom SO 2 13-14% s teplotou 900°C vstupuje do kotla, kde sa ochladí na 450°C. Odstraňovanie prachu sa vykonáva v cyklóne a elektrostatickom odlučovači. Ďalej plyn prechádza cez dve pracie veže, zavlažované 40 % a 10 % kyselina sírová. Zároveň sa plyn konečne čistí od prachu, fluóru a arzénu. Na čistenie plynu z aerosólu kyselina sírová V premývacích vežiach sú vytvorené dva stupne mokrých elektrostatických odlučovačov. Po vysušení v sušiacej veži, pred ktorým sa plyn zriedi na obsah 9 % S02, sa pomocou dúchadla privedie do prvého stupňa konverzie (3 lôžka katalyzátora). Vo výmenníkoch tepla sa plyn ohrieva na 420 °C v dôsledku tepla plynu prichádzajúceho z prvého stupňa konverzie. SO 2 oxidovaný na 92-95 % v SO 3 prechádza do prvého stupňa absorpcie v absorbéroch olea a monohydrátov, kde sa uvoľňuje z SO 3 . Ďalej plyn obsahujúci S02 ~ 0,5 % vstupuje do druhého stupňa konverzie, ktorý prebieha na jednej alebo dvoch vrstvách katalyzátora. Plyn je v ďalšej skupine výmenníkov tepla predbežne ohrievaný až na 420 °C vplyvom tepla plynov pochádzajúcich z druhého stupňa katalýzy. Po oddelení SO 3 v druhom stupni absorpcie sa plyn uvoľňuje do atmosféry.
Stupeň premeny SO 2 na SO 3 pri kontaktnej metóde je 99,7 %, stupeň absorpcie SO 3 je 99,97 %. Výroba kyselina sírová uskutočnené v jednom stupni katalýzy, pričom stupeň konverzie S02 na S03 nepresahuje 98,5 %. Pred vypustením do atmosféry sa plyn čistí od zvyšného SO 2 (pozri). Produktivita moderných zariadení je 1500-3100 ton/deň.
Podstata nitróznej metódy (obr. 3) spočíva v tom, že pražiaci plyn sa po ochladení a vyčistení od prachu spracuje s tzv. kyselina sírová v ktorých sú rozpustené oxidy dusíka. S02 je absorbovaný nitrózou a potom oxidovaný: S02 + N203 + H20 \u003d H2S04 + NO. Výsledný NO je slabo rozpustný v nitróze a uvoľňuje sa z nej a potom čiastočne oxiduje kyslíkom v plynnej fáze na NO 2 . Zmes NO a NO 2 sa reabsorbuje kyselina sírová atď. Oxidy dusíka sa v procese dusíka nespotrebúvajú a v dôsledku ich neúplnej absorpcie sa vracajú do výrobného cyklu. kyselina sírováčiastočne ich odnášajú výfukové plyny. Výhody nitróznej metódy: jednoduchosť konštrukcie hardvéru, nižšia cena (o 10-15% nižšia ako kontaktná), možnosť spracovania 100% SO 2 .
Prístrojové vybavenie vežového nitrózneho procesu je jednoduché: SO 2 sa spracováva v 7-8 vyložených vežiach s keramickou výplňou, jedna z veží (dutá) má nastaviteľný oxidačný objem. Veže majú zberače kyselín, chladničky, čerpadlá, ktoré dodávajú kyselinu do tlakových nádrží nad vežami. Pred poslednými dvoma vežami je nainštalovaný zadný ventilátor. Na čistenie plynu z aerosólu kyselina sírová slúži ako elektrostatický odlučovač. Oxidy dusíka potrebné pre proces sa získavajú z HN03. Pre zníženie emisií oxidov dusíka do ovzdušia a 100% spracovanie SO 2 je medzi výrobnou a absorpčnou zónou inštalovaný bezdusíkový cyklus spracovania SO 2 v kombinácii s vodno-kyselinovou metódou na hĺbkové zachytávanie oxidov dusíka. Nevýhodou nitróznej metódy je nízka kvalita produktu: koncentrácia kyselina sírová 75%, prítomnosť oxidov dusíka, Fe a iných nečistôt.
Na zníženie možnosti kryštalizácie kyselina sírová počas prepravy a skladovania sa stanovujú normy pre komerčné druhy kyselina sírová, ktorého koncentrácia zodpovedá najnižším kryštalizačným teplotám. Obsah kyselina sírová v technických stupňoch (%): veža (dusitá) 75, kontaktná 92,5-98,0, oleum 104,5, vysokopercentné oleum 114,6, batéria 92-94. kyselina sírová skladované v oceľových nádržiach s objemom do 5000 m 3 ich celková kapacita v sklade je dimenzovaná na desaťdňovú výrobu. Oleum a kyselina sírová prepravované v oceľových železničných cisternách. Koncentrovaný a batériový kyselina sírová prepravované v kyselinovzdorných oceľových nádržiach. Nádrže na prepravu olea sú pokryté tepelnou izoláciou a oleum sa pred plnením ohrieva.
Určiť kyselina sírová kolorimetricky a fotometricky, vo forme suspenzie BaSO 4 - fototurbidimetricky, ako aj coulometrickou metódou.
Použitie kyseliny sírovej
Kyselina sírová sa používa pri výrobe minerálnych hnojív, ako elektrolyt v olovených batériách, na výrobu rôznych minerálnych kyselín a solí, chemických vlákien, farbív, dymotvorných látok a výbušnín, v ropnom, kovoobrábacom, textilnom, kožiarskom a iné odvetvia. Používa sa v priemyselnej organickej syntéze pri dehydratačných reakciách (získavanie dietyléteru, esterov), hydratácii (etanol z etylénu), sulfonácii (a medziprodukty pri výrobe farbív), alkylácii (získavanie izooktánu, polyetylénglykolu, kaprolaktámu) atď. Najväčší spotrebiteľ kyselina sírová- výroba minerálnych hnojív. Na 1 tonu fosfátových hnojív P 2 O 5 sa spotrebuje 2,2 – 3,4 ton kyselina sírová a na 1 t (NH4)2S04 - 0,75 t kyselina sírová. Preto sa závody na výrobu kyseliny sírovej zvyknú stavať v spojení so závodmi na výrobu minerálnych hnojív. Svetová produkcia kyselina sírová v roku 1987 dosiahol 152 miliónov ton.
Kyselina sírová a oleum - extrémne agresívne látky, ktoré postihujú dýchacie cesty, kožu, sliznice, spôsobujú ťažkosti s dýchaním, kašeľ, často - laryngitída, tracheitída, bronchitída atď. MPC aerosólu kyseliny sírovej vo vzduchu pracovného priestoru je 1,0 mg/m 3 , v atmosfére 0,3 mg/m 3 (maximálne jednorazovo) a 0,1 mg/m 3 (denný priemer). Nápadná koncentrácia pár kyselina sírová 0,008 mg/l (60 min. expozícia), smrteľná 0,18 mg/l (60 min). Trieda nebezpečnosti 2. Aerosól kyselina sírová sa môže tvoriť v atmosfére v dôsledku emisií z chemického a hutníckeho priemyslu obsahujúcich oxidy S a vypadávať ako kyslé dažde.
kyselina sírová, vzorec kyseliny sírovej
Kyselina sírová H2SO4 je silná dvojsýtna kyselina, ktorá zodpovedá najvyššiemu oxidačnému stavu síry (+6). Za normálnych podmienok je koncentrovaná kyselina sírová ťažká olejovitá kvapalina, bez farby a zápachu, s kyslou „medenou“ chuťou. V technike kyseliny sírovej sa jej zmesi nazývajú s vodou aj s anhydridom kyseliny sírovej SO3. Ak molárny pomer SO3:H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 - roztok SO3 v kyseline sírovej (oleum).
- 1 Názov
- 2 Fyzikálne a fyzikálno-chemické vlastnosti
- 2.1 Oleum
- 3 Chemické vlastnosti
- 4 Aplikácia
- 5 Toxický účinok
- 6 Historické informácie
- 7 Ďalšie informácie
- 8 Získanie kyseliny sírovej
- 8.1 Prvý spôsob
- 8.2 Druhý spôsob
- 9 Normy
- 10 poznámok
- 11 Literatúra
- 12 odkazov
názov
V XVIII-XIX storočia sa síra na pušný prach vyrábala zo sírnych pyritov (pyrit) v závodoch na výrobu vitriolu. Kyselina sírová sa v tom čase nazývala „vitriolový olej“ (spravidla išlo o kryštalický hydrát, konzistenciou pripomínajúci olej), pôvod názvu jej solí (alebo skôr kryštalických hydrátov) – vitriol, je zrejme odtiaľto.
Fyzikálne a fyzikálno-chemické vlastnosti
Veľmi silná kyselina, pri 18 °C pKa (1) = -2,8, pKa (2) = 1,92 (K2 1,2 10-2); dĺžky väzieb v molekule S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, uhol HOSOH 104°, OSO 119°; vrie za vzniku azeotropnej zmesi (98,3 % H2SO4 a 1,7 % H2O s teplotou varu 338,8 °C). Kyselina sírová zodpovedajúca 100 % H2SO4 má nasledujúce zloženie (%): H2SO4 99,5, HSO4- - 0,18, H3SO4+ - 0,14, H3O+ - 0,09, H2S2O7, - 0,04, HS2O7⁻ - 0,05. Miešateľný s vodou a SO3 vo všetkých pomeroch. vo vodných roztokoch kyselina sírová takmer úplne disociuje na H3O+, HSO3+ a 2HS04-. Tvorí hydráty H2SO4 nH2O, kde n = 1, 2, 3, 4 a 6,5.
Oleum
Hlavný článok: OleumRoztoky anhydridu kyseliny sírovej SO3 v kyseline sírovej sa nazývajú oleum, tvoria dve zlúčeniny H2SO4 SO3 a H2SO4 2SO3.
Oleum obsahuje aj kyseliny pyrosírové, ktoré sa získavajú reakciami:
Teplota varu vodných roztokov kyseliny sírovej sa zvyšuje so zvyšovaním jej koncentrácie a dosahuje maximum pri obsahu 98,3 % H2SO4.
| Obsah % hmotn | Hustota pri 20 ℃, g/cm³ | Teplota topenia, ℃ | Bod varu, ℃ | |
|---|---|---|---|---|
| H2SO4 | SO3 (zadarmo) | |||
| 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 |
Teplota varu olea klesá so zvyšujúcim sa obsahom SO3. So zvyšujúcou sa koncentráciou vodných roztokov kyseliny sírovej klesá celkový tlak pár nad roztokmi a dosahuje minimum pri obsahu 98,3 % H2SO4. So zvyšujúcou sa koncentráciou SO3 v oleu sa zvyšuje celkový tlak pár nad ním. Tlak pár nad vodnými roztokmi kyseliny sírovej a olea možno vypočítať podľa rovnice:
hodnoty koeficientov A a závisia od koncentrácie kyseliny sírovej. Para nad vodnými roztokmi kyseliny sírovej pozostáva zo zmesi vodnej pary, H2SO4 a SO3, pričom zloženie pár sa líši od zloženia kvapaliny pri všetkých koncentráciách kyseliny sírovej, okrem zodpovedajúcej azeotropickej zmesi.
So zvyšujúcou sa teplotou sa disociácia zvyšuje:
Rovnica pre teplotnú závislosť rovnovážnej konštanty:
Za normálneho tlaku stupeň disociácie: 10⁻⁵ (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K).
Hustotu 100% kyseliny sírovej možno určiť z rovnice:
So zvyšujúcou sa koncentráciou roztokov kyseliny sírovej ich tepelná kapacita klesá a dosahuje minimum pre 100% kyselinu sírovú, tepelná kapacita olea stúpa so zvyšujúcim sa obsahom SO3.
So zvýšením koncentrácie a znížením teploty sa tepelná vodivosť λ znižuje:
kde C je koncentrácia kyseliny sírovej v %.
Maximálnu viskozitu má oleum H2SO4·SO3, so zvyšujúcou sa teplotou η klesá. Elektrický odpor kyseliny sírovej je minimálny pri koncentrácii SO3 a 92 % H2SO4 a maximálny pri koncentrácii 84 a 99,8 % H2SO4. Pre oleum je minimum ρ pri koncentrácii 10 % SO3. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje ρ kyseliny sírovej. Dielektrická konštanta 100 % kyseliny sírovej 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopická konštanta 6,12, ebulioskopická konštanta 5,33; koeficient difúzie pár kyseliny sírovej vo vzduchu sa mení s teplotou; D = 1,67 10⁻⁵T3/2 cm2/s.
Chemické vlastnosti
Kyselina sírová v koncentrovanej forme pri zahrievaní je dosť silné oxidačné činidlo; oxiduje HI a čiastočne HBr na voľné halogény, uhlík na CO2, síru na SO2, oxiduje mnohé kovy (Cu, Hg, s výnimkou zlata a platiny). V tomto prípade sa koncentrovaná kyselina sírová redukuje na SO2, napríklad:
Najsilnejšie redukčné činidlá redukujú koncentrovanú kyselinu sírovú na S a H2S. Koncentrovaná kyselina sírová absorbuje vodnú paru, preto sa používa na sušenie plynov, kvapalín a pevných látok, napríklad v exsikátoroch. Koncentrovaná H2SO4 je však čiastočne redukovaná vodíkom, preto sa nedá použiť na jej sušenie. Rozdelenie vody z organických zlúčenín a zanechanie čierneho uhlíka (uhlia) súčasne vedie koncentrovaná kyselina sírová ku karbonizácii dreva, cukru a iných látok.
Zriedená H2SO4 interaguje so všetkými kovmi nachádzajúcimi sa v elektrochemickej sérii napätí naľavo od vodíka pri svojom uvoľňovaní, napríklad:
Oxidačné vlastnosti pre zriedenú H2SO4 sú necharakteristické. Kyselina sírová tvorí dve série solí: stredné - sírany a kyslé - hydrosírany, ako aj estery. Sú známe kyseliny peroxomonosírová (alebo Caroova kyselina) H2SO5 a peroxodisírová H2S2O8.
Kyselina sírová tiež reaguje so zásaditými oxidmi za vzniku síranu a vody:
V kovoobrábacích závodoch sa roztok kyseliny sírovej používa na odstránenie vrstvy oxidu kovu z povrchu kovových výrobkov, ktoré sú počas výrobného procesu vystavené silnému zahrievaniu. Oxid železa sa teda odstraňuje z povrchu plechu pôsobením zahriateho roztoku kyseliny sírovej:
Kvalitatívnou reakciou na kyselinu sírovú a jej rozpustné soli je ich interakcia s rozpustnými soľami bária, pri ktorej vzniká biela zrazenina síranu bárnatého, nerozpustná vo vode a kyselinách, napr.
Aplikácia
Kyselina sírová sa používa:
- pri spracovaní rúd, najmä pri ťažbe vzácnych prvkov vr. urán, irídium, zirkónium, osmium atď.;
- pri výrobe minerálnych hnojív;
- ako elektrolyt v olovených batériách;
- získať rôzne minerálne kyseliny a soli;
- pri výrobe chemických vlákien, farbív, dymotvorných a výbušných látok;
- v ropnom, kovospracujúcom, textilnom, kožiarskom a inom priemysle;
- v potravinárstve - registrovaný ako prídavná látka v potravinách E513(emulgátor);
- v priemyselnej organickej syntéze v reakciách:
- dehydratácia (získanie dietyléteru, esterov);
- hydratácia (etanol z etylénu);
- sulfonácia (syntetické detergenty a medziprodukty pri výrobe farbív);
- alkylácia (získanie izooktánu, polyetylénglykolu, kaprolaktámu) atď.
- Na regeneráciu živíc vo filtroch pri výrobe destilovanej vody.
Svetová produkcia kyseliny sírovej cca. 160 miliónov ton ročne. Najväčším spotrebiteľom kyseliny sírovej je výroba minerálnych hnojív. P205 fosfátových hnojív spotrebuje 2,2 až 3,4 krát viac kyseliny sírovej na hmotnosť a 75 % hmotnosti spotrebovaného (NH4)2SO4 na kyselinu sírovú (NH4)2SO4. Preto sa závody na výrobu kyseliny sírovej zvyknú stavať v spojení so závodmi na výrobu minerálnych hnojív.
Toxické pôsobenie
Kyselina sírová a oleum sú veľmi žieravé látky. Postihujú kožu, sliznice, dýchacie cesty (spôsobujú poleptanie). Pri vdychovaní výparov týchto látok spôsobujú ťažkosti s dýchaním, kašeľ, často - laryngitídu, tracheitídu, bronchitídu atď. Maximálna povolená koncentrácia aerosólu kyseliny sírovej vo vzduchu na pracovisku je 1,0 mg / m³, v atmosférický vzduch 0,3 mg / m³ (maximálne jednorazovo) a 0,1 mg / m³ (priemerne denne). Škodlivá koncentrácia pár kyseliny sírovej je 0,008 mg/l (expozícia 60 min), smrteľná 0,18 mg/l (60 min). Trieda nebezpečnosti II. Aerosól kyseliny sírovej sa môže vytvárať v atmosfére v dôsledku emisií z chemického a hutníckeho priemyslu obsahujúcich oxidy S a spadnúť ako kyslé dažde.
Historické informácie
Kyselina sírová je známa už od staroveku, v prírode sa vyskytuje vo voľnej forme, napríklad vo forme jazier v blízkosti sopiek. Snáď prvá zmienka o kyslých plynoch získaných kalcináciou kamenca alebo síranu železa „zeleného kameňa“ sa nachádza v spisoch pripisovaných arabskému alchymistovi Jabir ibn Hayyanovi.
V 9. storočí perzský alchymista Ar-Razi, kalcinujúci zmes síranu železa a medi (FeSO4 7H2O a CuSO4 5H2O), tiež získal roztok kyseliny sírovej. Túto metódu zdokonalil európsky alchymista Albert Magnus, ktorý žil v 13. storočí.
Schéma výroby kyseliny sírovej zo síranu železnatého - tepelný rozklad síranu železnatého s následným ochladením zmesi
Molekula kyseliny sírovej podľa Daltona
- 2FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
- SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4
Spisy alchymistu Valentína (XIII. storočie) opisujú spôsob výroby kyseliny sírovej absorbovaním plynu (anhydridu sírovej) uvoľneného spaľovaním zmesi síry a prášku z ledku s vodou. Následne táto metóda vytvorila základ tzv. „komorová“ metóda, realizovaná v malých komorách vystlaných olovom, ktoré sa nerozpúšťa v kyseline sírovej. V ZSSR táto metóda existovala až do roku 1955.
Alchymisti 15. storočia poznali aj spôsob získavania kyseliny sírovej z pyritu - sírový pyrit, lacnejšiu a bežnejšiu surovinu ako síra. Kyselina sírová sa týmto spôsobom vyrábala 300 rokov v malých množstvách v sklenených retortách. Následne v dôsledku rozvoja katalýzy táto metóda nahradila komorovú metódu syntézy kyseliny sírovej. V súčasnosti sa kyselina sírová vyrába katalytickou oxidáciou (na V2O5) oxidu sírového (IV) na oxid sírový (VI) a následným rozpustením oxidu sírového (VI) v 70% kyseline sírovej za vzniku olea.
V Rusku bola výroba kyseliny sírovej prvýkrát organizovaná v roku 1805 neďaleko Moskvy v okrese Zvenigorod. V roku 1913 sa Rusko umiestnilo na 13. mieste na svete vo výrobe kyseliny sírovej.
Ďalšie informácie
Najmenšie kvapôčky kyseliny sírovej sa môžu tvoriť v strednej a hornej atmosfére v dôsledku reakcie vodnej pary a sopečného popola obsahujúceho veľké množstvo síry. Výsledná suspenzia v dôsledku vysokého albeda oblakov kyseliny sírovej sťažuje slnečnému žiareniu dostať sa na povrch planéty. Preto (a tiež v dôsledku veľkého množstva drobných čiastočiek sopečného popola v hornej atmosfére, ktoré tiež sťažujú prístup slnečného svetla na planétu), môžu po obzvlášť silných sopečných erupciách nastať výrazné klimatické zmeny. Napríklad v dôsledku erupcie sopky Ksudach (polostrov Kamčatka, 1907) pretrvávala zvýšená koncentrácia prachu v atmosfére asi 2 roky a charakteristické striebristé oblaky kyseliny sírovej boli pozorované dokonca aj v Paríži. Výbuch sopky Pinatubo v roku 1991, ktorý vyslal do atmosféry 3 107 ton síry, viedol k tomu, že roky 1992 a 1993 boli oveľa chladnejšie ako roky 1991 a 1994.
Získanie kyseliny sírovej
Hlavný článok: Výroba kyseliny sírovejPrvý spôsob
Druhý spôsob
V zriedkavých prípadoch, keď sírovodík (H2S) vytesňuje síran (SO4-) zo soli (s kovmi Cu, Ag, Pb, Hg), je vedľajším produktom kyselina sírová
Najvyššiu pevnosť majú sulfidy týchto kovov, ako aj výraznú čiernu farbu.
Normy
- Technická kyselina sírová GOST 2184-77
- Batéria s kyselinou sírovou. Špecifikácie GOST 667-73
- Kyselina sírová špeciálnej čistoty. Špecifikácie GOST 1422-78
- Činidlá. Kyselina sírová. Špecifikácie GOST 4204-77
Poznámky
- Ushakova N. N., Figurnovsky N. A. Vasilij Michajlovič Severgin: (1765-1826) / Ed. I. I. Šafranovský. M.: Nauka, 1981. C. 59.
- 1 2 3 Khodakov Yu.V., Epstein D.A., Gloriozov P.A. § 91. Chemické vlastnosti kyseliny sírovej // Anorganická chémia: Učebnica pre 7. – 8. ročník strednej školy. - 18. vyd. - M.: Školstvo, 1987. - S. 209-211. - 240 s. - 1 630 000 kópií.
- Khodakov Yu.V., Epstein D.A., Gloriozov P.A. § 92. Kvalitatívna reakcia na kyselinu sírovú a jej soli // Anorganická chémia: Učebnica pre 7. – 8. ročník strednej školy. - 18. vyd. - M.: Osveta, 1987. - S. 212. - 240 s. - 1 630 000 kópií.
- tvár umeleckého šéfa Veľkého baletu Sergeja Filina postriekali kyselinou sírovou
- Epstein, 1979, s. 40
- Epstein, 1979, s. 41
- pozri článok „Sopky a podnebie“ (ruština)
- Ruské súostrovie – Je ľudstvo zodpovedné za globálne klimatické zmeny? (ruština)
Literatúra
- Príručka kyseliny sírovej, vyd. K. M. Malina, 2. vyd., M., 1971
- Epshtein D. A. Všeobecná chemická technológia. - M.: Chémia, 1979. - 312 s.
Odkazy
- Článok "Kyselina sírová" (Chemická encyklopédia)
- Hustota a hodnota pH kyseliny sírovej pri t=20 °C
| sírany | |
|---|---|
|
Kamenec (KAl(SO4)2 12H2O) Síran amónno-hlinitý ((NH4)Al(SO4)2) Síran amónno-železnatý (NH4Fe(SO4)2) Síran amónny (II) (22) Síran amónny (III) (NH4Fe( SO4)2) Síran amónno-ceričitý ((NH4)4Ce(SO4)4) Heptahydrát síranu horečnatého (MgSO4) Hydrogensíran amónny ((NH4)HSO4) Hydrogensíran draselný (KHSO4) Hydrogensíran sodný (NaHSO4) Disíran draselný (K2S2O7) Disíran sodný (Na2S2O7) Zásaditý síran železitý ((OH)2) Kamenec Vitriol Síran oxidu titaničitého (TiOSO4) Oleum (H2SO4 xSO3) Kyselina pyrosírová (H2S2O7) (H2SO4) Tuttonove soli (Actínium(III)sulfát (SO4)3) Síran hlinitý (Al2(SO4)3) Síran hlinitý (NaAl(SO4)2) Síran amónny ((NH4)2SO4) Síran bárnatý (BaSO4) Síran berýlium (BeSO4) Síran vanadylu (VOSO4) Síran vanadičný ( III ) (V2(SO4)3) Síran bizmutitý (Bi2(SO4)3) Hydroxyamóniumsulfát ((NH3OH)2SO4) Síran železnatý (FeSO4) Síran železitý (Fe2(SO4)3) Síran indium(III) ) (In2(SO4)3) Síran irídium(III) (Ir2(SO4)3) Síran kademnatý (CdSO4) Síran draselný ( K2SO4) Síran vápenatý (CaSO4) Síran kobaltnatý (CoSO4) Síran kobaltnatý (Co2(SO4)3) Síran lítny (Li2SO4) Síran horečnatý (MgSO4) Síran manganatý (MnSO4) Síran manganatý (Mn2(SO4)3) Síran meďnatý (Cu2SO4) Síran meďnatý (CuSO4) Síran sodný (Na2SO4) Síran nikelnatý (NiSO4) Síran cínatý (SnSO4) Síran prazeodýmu (Pr2(SO4) )3) Síran ortuťnatý (Hg2SO4) Síran ortuťnatý (HgSO4) Síran olovnatý (PbSO4) Síran strieborný (Ag2SO4) Síran strontnatý (SrSO4) Síran antimonitý (Sb2(SO4)3) Tálium (I) síran ) (Tl2SO4) Síran tálitý (Tl2(SO4)3) Tetraamínmeďnatý síran (Cu(NH3)4SO4) Síran titaničitý (Ti2(SO4)3) Síran titaničitý (Ti(SO4) ) 2) Síran uránu (U(SO4)2) Uranylsulfát (UO2SO4) Síran chrómu (Cr2(SO4)3) Chróm (III)-síran draselný (KCr(SO4)2) Síran cézny (Cs2SO4) Síran ceritý (IV) (Ce(SO4)2) Síran zinočnatý (ZnSO4) Síran zirkónia (Zr(SO4)2) |
kyselina sírová, kyselina sírová wikipedia, hydrolýza kyseliny sírovej, kyselina sírová jej vplyv 1, kyselina sírová trieda nebezpečnosti, kyselina sírová kúpiť na Ukrajine, aplikácia kyseliny sírovej, kyselina sírová koroduje, kyselina sírová s vodou, vzorec kyseliny sírovej
Informácie o kyseline sírovej o
Každý človek na hodine chémie študoval kyseliny. Jedna z nich sa nazýva kyselina sírová a má označenie HSO4. O tom, aké sú vlastnosti kyseliny sírovej, náš článok povie.
Fyzikálne vlastnosti kyseliny sírovej
Čistá kyselina sírová alebo monohydrát je bezfarebná olejovitá kvapalina, ktorá tuhne na kryštalickú hmotu pri +10°C. Kyselina sírová určená na reakcie obsahuje 95 % H 2 SO 4 a má hustotu 1,84 g/cm 3 . 1 liter takejto kyseliny váži 2 kg. Kyselina tvrdne pri -20°C. Teplo topenia je 10,5 kJ/mol pri teplote 10,37°C.
Vlastnosti koncentrovanej kyseliny sírovej sú rôzne. Napríklad pri rozpustení tejto kyseliny vo vode sa v dôsledku tvorby hydrátov uvoľní veľké množstvo tepla (19 kcal / mol). Tieto hydráty môžu byť izolované z roztoku pri nízkych teplotách v tuhej forme.
Kyselina sírová je jedným z najzákladnejších produktov v chemickom priemysle. Je určený na výrobu minerálnych hnojív (síran amónny, superfosfát), rôznych solí a kyselín, čistiacich prostriedkov a liečiv, umelých vlákien, farbív, výbušnín. Kyselina sírová sa používa aj v metalurgii (napríklad rozklad uránových rúd), na čistenie ropných produktov, na sušenie plynov a pod.
Chemické vlastnosti kyseliny sírovej
Chemické vlastnosti kyseliny sírovej sú:
- Interakcia s kovmi:
- zriedená kyselina rozpúšťa iba tie kovy, ktoré sú naľavo od vodíka v sérii napätí, napríklad H2 + 1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
- oxidačné vlastnosti kyseliny sírovej sú skvelé. Pri interakcii s rôznymi kovmi (okrem Pt, Au) sa môže redukovať na H 2 S -2, S + 4 O 2 alebo S 0, napríklad:
- 2H2+6S04 + 2Ag0 = S +402 + Ag2 + 1 S04 + 2H20;
- 5H2+6S04 + 8Nao \u003d H2S-2 + 4Na2+1 S04 + 4H20;
- Koncentrovaná kyselina H 2 S + 6 O 4 tiež reaguje (pri zahrievaní) s niektorými nekovmi, pričom sa mení na zlúčeniny síry s nižším oxidačným stavom, napr.
- 2H2S +604 + Co = 2S +402 + C +402 + 2H20;
- 2H2S +604 + S0 = 3S +402 + 2H20;
- 5H2S +604 + 2P0 = 2H3P +504 + 5S +402 + 2H20;
- So zásaditými oxidmi:
- H2S04 + CuO = CuS04 + H20;
- S hydroxidmi:
- Cu(OH)2 + H2S04 = CuS04 + 2H20;
- 2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20;
- Interakcia so soľami pri výmenných reakciách:
- H2S04 + BaCl2 \u003d 2HCl + BaS04;
Na stanovenie tejto kyseliny a rozpustných síranov sa využíva tvorba BaSO 4 (biela zrazenina, nerozpustná v kyselinách).
Monohydrát je ionizujúce rozpúšťadlo kyslého charakteru. Je veľmi dobré v ňom rozpustiť sírany mnohých kovov, napríklad:
- 2H2S04 + HN03 \u003d N02 + + H30 + + 2HS04-;
- HCl04 + H2S04 \u003d Cl04 - + H3S04+.
Koncentrovaná kyselina je pomerne silné oxidačné činidlo, najmä pri zahrievaní, napríklad 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H20.
Kyselina sírová, ktorá pôsobí ako oxidačné činidlo, sa zvyčajne redukuje na SO2. Môže sa však redukovať na S a dokonca aj na H2S, napríklad H2S + H2S04 = SO2 + 2H20 + S.
Monohydrát takmer nemôže viesť elektrický prúd. Naopak, vodné roztoky kyselín sú dobrými vodičmi. Kyselina sírová silne absorbuje vlhkosť, preto sa používa na sušenie rôznych plynov. Kyselina sírová pôsobí ako sušidlo, pokiaľ je tlak vodnej pary nad jej roztokom nižší ako jej tlak v plyne, ktorý sa suší.
Pri varení zriedeného roztoku kyseliny sírovej sa z neho odstráni voda, pričom bod varu stúpne napríklad na 337 °C, keď sa začne destilovať kyselina sírová s koncentráciou 98,3 %. Naopak, z roztokov, ktoré sú koncentrovanejšie, sa prebytočný anhydrid kyseliny sírovej odparuje. Para vriaca pri teplote 337 °C kyselina sa čiastočne rozloží na SO 3 a H 2 O, ktoré sa po ochladení opäť spoja. Vysoký bod varu tejto kyseliny je vhodný na použitie pri oddeľovaní prchavých kyselín od ich solí pri zahrievaní.
Opatrenia pri manipulácii s kyselinami
Pri manipulácii s kyselinou sírovou je potrebné postupovať mimoriadne opatrne. Keď sa táto kyselina dostane do kontaktu s pokožkou, koža zbelie, potom zhnedne a objaví sa začervenanie. Okolité tkanivo opuchne. Ak sa táto kyselina dostane do kontaktu s akoukoľvek časťou tela, musí sa rýchlo zmyť vodou a popálené miesto namazať roztokom sódy.
Teraz viete, že kyselina sírová, ktorej vlastnosti sú dobre študované, je jednoducho nevyhnutná pre rôzne druhy výroby a ťažby.
Kyselina sírová (H2SO4) je jednou z najsilnejších dvojsýtnych kyselín.
Z hľadiska fyzikálnych vlastností vyzerá kyselina sírová ako hustá priehľadná olejovitá kvapalina bez zápachu. V závislosti od koncentrácie má kyselina sírová mnoho rôznych vlastností a aplikácií:
- spracovanie kovov;
- spracovanie rudy;
- výroba minerálnych hnojív;
- chemická syntéza.
História objavu kyseliny sírovej
Kontaktná kyselina sírová má koncentráciu 92 až 94 percent:
2SO2 + 02 = 2SO2;
H20 + SO3 = H2SO4.
Fyzikálne a fyzikálno-chemické vlastnosti kyseliny sírovej
H2S04 je miešateľná s vodou a SO3 vo všetkých pomeroch.
Vo vodných roztokoch H2SO4 tvorí hydráty typu H2SO4 nH2O
Teplota varu kyseliny sírovej závisí od stupňa koncentrácie roztoku a dosahuje maximum pri koncentrácii vyššej ako 98 percent.
Žieravá zlúčenina oleum je roztok SO3 v kyseline sírovej.
So zvyšujúcou sa koncentráciou oxidu sírového v oleu sa teplota varu znižuje.
Chemické vlastnosti kyseliny sírovej
Pri zahrievaní je koncentrovaná kyselina sírová najsilnejším oxidačným činidlom, ktoré dokáže oxidovať mnohé kovy. Jedinou výnimkou sú niektoré kovy:
- zlato (Au);
- platina (Pt);
- irídium (Ir);
- ródium (Rh);
- tantal (Ta).
Oxidáciou kovov možno koncentrovanú kyselinu sírovú redukovať na H2S, S a SO2.
Aktívny kov:
8Al + 15H2SO4(konc.) → 4Al2(SO4)3 + 12H20 + 3H2S
Stredne aktívny kov:
2Cr + 4 H2SO4 (konc.) → Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S
Neaktívny kov:
2Bi + 6H2SO4 (konc.) → Bi2(SO4)3 + 6H20 + 3SO₂
Železo nereaguje so studenou koncentrovanou kyselinou sírovou, pretože je pokryté oxidovým filmom. Tento proces sa nazýva pasivácia.
Reakcia kyseliny sírovej a H2O
Keď sa H₂SO₄ zmieša s vodou, dochádza k exotermickému procesu: uvoľňuje sa také veľké množstvo tepla, že roztok môže dokonca vrieť. Pri vykonávaní chemických experimentov by sa mala kyselina sírová vždy pridávať po troškách do vody a nie naopak.
Kyselina sírová je silné dehydratačné činidlo. Koncentrovaná kyselina sírová vytláča vodu z rôznych zlúčenín. Často sa používa ako sušidlo.
reakcia kyseliny sírovej a cukru
Nenásytnosť kyseliny sírovej po vode sa dá demonštrovať na klasickom experimente – zmiešanie koncentrovanej H₂SO₄, čo je organická zlúčenina (sacharid). Na extrakciu vody z látky kyselina sírová ničí molekuly.
Ak chcete vykonať experiment, pridajte do cukru niekoľko kvapiek vody a premiešajte. Potom opatrne nalejte kyselinu sírovú. Po krátkom čase možno pozorovať prudkú reakciu s tvorbou uhlia a uvoľňovaním síry a.
Kyselina sírová a kocka cukru:
Pamätajte, že práca s kyselinou sírovou je veľmi nebezpečná. Kyselina sírová je žieravá látka, ktorá okamžite zanecháva na pokožke ťažké popáleniny.
nájdete bezpečné experimenty s cukrom, ktoré môžete robiť doma.
Reakcia kyseliny sírovej a zinku
Táto reakcia je pomerne populárna a je jednou z najbežnejších laboratórnych metód výroby vodíka. Ak sa do zriedenej kyseliny sírovej pridajú zinkové granule, kov sa rozpustí za uvoľnenia plynu:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.
Zriedená kyselina sírová reaguje s kovmi, ktoré sú v sérii aktivít naľavo od vodíka:
Me + H2SO4 (rozklad) → soľ + H2
Reakcia kyseliny sírovej s iónmi bária
Kvalitatívna reakcia na a jej soli je reakcia s iónmi bária. Je široko používaný v kvantitatívnej analýze, najmä gravimetrii:
H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2HCl
ZnSO4 + BaCl2 → BaSO4 + ZnCl2
Pozor! Nepokúšajte sa sami opakovať tieto experimenty!