Температура кипіння кислот. Використання в промисловості

Сірчана кислота (H₂SO₄) – це одна з найсильніших двоосновних кислот.

Якщо говорити про фізичні властивості, то сірчана кислота виглядає як прозора густувата масляниста рідина без запаху. Залежно від концентрації, сірчана кислота має безліч різних властивостей та сфер застосування:

• обробка металів;
• обробка руд;
• виробництво мінеральних добрив;
• хімічний синтез.

Історія відкриття сірчаної кислоти

Контактна сірчана кислота має концентрацію від 92 до 94 відсотків:

2SO₂ + O₂ = 2SO₂;

H₂O + SO₃ = H₂SO₄.

Фізичні та фізико-хімічні властивості сірчаної кислоти

H₂SO₄ змішується з водою та SO₃ у всіх співвідношеннях.

У водних розчинах Н₂SO₄ утворює гідрати типу Н₂SO₄·nH₂O

Температура кипіння сірчаної кислоти залежить від рівня концентрації розчину і досягає максимуму при концентрації більше 98 відсотків.

Їдке з'єднання олеумявляє собою розчин SO₃ у сірчаній кислоті.

У разі підвищення концентрації триоксиду сірки в олеумі температура кипіння знижується.

Хімічні властивості сірчаної кислоти

При нагріванні концентрована сірчана кислота є найсильнішим окислювачем, який здатний окислювати багато металів. Виняток становлять лише деякі метали:

• золото (Au);
• платина (Pt);
• іридій (Ir);
• родій (Rh);
• тантал (Та).

Окислюючи метали, концентрована сірчана кислота може відновлюватися до H₂S, S та SO₂.

Активний метал:

8Al + 15H₂SO₄(конц.) → 4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O + 3H₂S

Метал середньої активності:

2Cr + 4 H₂SO₄(конц.)→ Cr₂(SO₄)₃ + 4 H₂O + S

Малоактивний метал:

2Bi + 6H₂SO₄(конц.) → Bi₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3SO₂

З холодною концентрованою сірчаною кислотою залізо не реагують, оскільки покриваються оксидною плівкою. Цей процес називається пасивація.

Реакція сірчаної кислоти та H₂O

При змішуванні H₂SO₄ з водою відбувається екзотермічний процес: виділяється така велика кількість тепла, що розчин може навіть закипіти. Проводячи хімічні досліди, потрібно завжди потроху додавати сірчану кислоту у воду, а чи не навпаки.

Сірчана кислота є сильною речовиною, що дегідрує. Концентрована сірчана кислота витісняє воду з різних сполук. Її часто використовують як осушувач.

Реакція сірчаної кислоти та цукру

Жадібність сірчаної кислоти до води можна продемонструвати в класичному досвіді - змішуванні концентрованої H₂SO₄ і , який є органічною сполукою (вуглеводом). Щоб витягати воду з речовини, сірчана кислота руйнує молекули.

Для проведення досліду в цукор додають кілька крапель води та перемішують. Потім обережно вливають сірчану кислоту. Через короткий проміжок часу можна спостерігати бурхливу реакцію з утворенням вугілля та виділенням сірчистого та .

Сірчана кислота та кубик цукру:

Пам'ятайте, що працювати із сірчаною кислотою дуже небезпечно. Сірчана кислота – їдка речовина, яка моментально залишає сильні опіки на шкірі.

ви знайдете безпечні експерименти із цукром, які можна проводити вдома.

Реакція сірчаної кислоти та цинку

Ця реакція досить популярна і є одним із найпоширеніших лабораторних методів отримання водню. Якщо до розбавленої сірчаної кислоти додати гранули цинку, метал розчинятиметься з виділенням газу:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.

Розведена сірчана кислота реагує з металами, які в ряду активності стоять лівіше водню:

Ме + H₂SO₄(розб.) → сіль + H₂

Реакція сірчаної кислоти з іонами барію

Якісною реакцією на її солі є реакція з іонами барію. Вона широко поширена у кількісному аналізі, зокрема гравіметрії:

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

ZnSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + ZnCl₂

Увага! Не намагайтеся повторити ці досліди самостійно!

СІРЧАНА КИСЛОТА H 2 SO 4 молекулярна маса 98,082; безцв. масляниста рідина без запаху. Дуже сильна двоосновна кислота, при 18°С pK a 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2 pK a 2 l,92; довжини зв'язків у молекулі S=O 0,143 нм, S-ВІН 0,154 нм, кут HOSOH 104°, OSO 119°; кипить з різні, утворюючи азеотропну суміш (98,3% H 2 SO 4 і 1,7% Н 2 Про температура кипіння 338,8 ° С; див. також табл. 1). СІРНА КИСЛОТА к., що відповідає 100%-ного змісту H 2 SO 4 має склад (%): H 2 SO 4 99,5, 0,18, 0,14, Н 3 Про + 0,09, H 2 S 2 O 7 0,04, HS 2 O 7 0,05. Змішується з водою та SO 3 у всіх співвідношеннях. У водних розчинах СЕРНА КИСЛОТА практично повністю дисоціює на Н + , і . Утворює гідрати H 2 SO 4 nH 2 O, де n = 1, 2, 3, 4 та 6,5.

Розчини SO 3 СЕРНА КИСЛОТА к. називають олеумом, вони утворюють два з'єднання H 2 SO 4 SO 3 і H 2 SO 4 2SO 3 . Олеум містить також піросерну кислоту, що виходить за реакції: Н 2 SO 4 + + SO 3 : H 2 S 2 O 7 .

Температура кипіння водних розчинів СЕРНА КИСЛОТА к. підвищується зі зростанням її концентрації та досягає максимуму при вмісті 98,3% H 2 SO 4 (табл. 2). Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту SO 3 знижується. При збільшенні концентрації водних розчинів СЕРНА КИСЛОТА к. загальний тиск пари над розчинами знижується і при вмісті 98,3% H 2 SO 4 досягає мінімуму. Зі збільшенням концентрації SO 3 в олеумі загальний тиск пари над ним підвищується. Тиск пари над водними розчинами СЕРНА КИСЛОТА к. і олеуму можна обчислити за рівнянням: lgp(Пa) = А - В/Т+ 2,126, величини коефіцієнт А і залежать від концентрації СЕРНА КИСЛОТА к. Пар над водними розчинами СЕРНА КИСЛОТА до. з суміші парів води, Н 2 SO 4 і SO 3 при цьому склад пари відрізняється від складу рідини при всіх концентраціях СЕРНА КИСЛОТА до., крім відповідної азеотропної суміші.

З підвищенням температури посилюється дисоціація H 2 SO 4 H 2 Про + SO 3 - Q, рівняння температурної залежності константи рівноваги lnК p = 14,74965 - 6,71464ln(298/T) - 8, 10161 10 4 T 2 -9643 / T-9,4577 10-3 Т+2,19062 x 10-6 T2. При нормальному тиску ступінь дисоціації: 10-5 (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К). Щільність 100%-ної СЕРНА КИСЛОТА к. можна визначити за рівнянням: d= 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 г/см 3 . З підвищенням концентрації розчинів СЕРНА КИСЛОТА к. їх теплоємність зменшується і досягає мінімуму для 100%-ної СЕРНА КИСЛОТА к., теплоємність олеуму з підвищенням вмісту SO 3 збільшується.

При підвищенні концентрації та зниження температури теплопровідність l зменшується: l = 0,518 + 0,0016t - (0,25 + + t/1293) С/100, де С-концентрація СЕРНА КИСЛОТА к., %. Макс. в'язкість має олеум H 2 SO 4 SO 3 з підвищенням температури h знижується. Електрич. опір СЕРНА КИСЛОТА к. мінімально при концентрації 30 і 92% H 2 SO 4 і максимально при концентрації 84 і 99,8% H 2 SO 4 . Для олеуму мінім. r при концентрації 10% SO 3 . З підвищенням температури r СІРНА КИСЛОТА к. збільшується. Діелектрич. проникність 100%-ної СЕРНА КИСЛОТА к. 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); кріоскопічні. постійна 6,12, ебуліоскопічні. постійна 5,33; коефіцієнт дифузії пари СЕРНА КИСЛОТА к. в повітрі змінюється зі зміною температури; D = 1,67 10 -5 T 3/2 см 2 /с.

СІРНА КИСЛОТА к.-досить сильний окислювач, особливо при нагріванні; окислює HI і частково НВг до вільних галогенів, вуглець до СО 2 , S-до SO 2 , окислює багато металів (Сі, Hg та ін.). При цьому СЕРНА КИСЛОТА до. відновлюється до SO 2 а найбільш сильними відновниками-до S і H 2 S. Конц. H 2 SO 4 частково відновлюється Н 2 через що не може застосовуватися для його сушіння. Розб. H 2 SO 4 взаємодія з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряду напруг лівіше водню, з виділенням Н 2 . Окислить. властивості для розбавлення H 2 SO 4 нехарактерні. СІРНА КИСЛОТА к. дає два ряди солей: середні-сульфати та кислі-гідросульфати (див. Сульфати неорганічні), а також ефіри (див. Сульфати органічні). Відомі пероксомоносерна (кислота Каро) H 2 SO 5 і пероксоді-сірчана H 2 S 2 O 8 кислоти (див. Сірка).

Отримання.Сировиною для отримання СЕРНА КИСЛОТА к. служать: S, сульфіди металів, H 2 S, гази теплоелектростанцій, що відходять, сульфати Fe, Ca та ін. стадії отримання СЕРНА КИСЛОТА к.: 1) випалювання сировини з отриманням SO 2 ; 2) окиснення SO 2 до SO 3 (конверсія); 3) абсорбція SO3. У промисловості застосовують два методи отримання СЕРНА КИСЛОТАк., що відрізняються способом окислення SO 2 -контактний з використанням твердих каталізаторів (контактів) і нітрозний-з оксидами азоту. Для отримання СЕРНА КИСЛОТА контактним способом на сучасній заводах застосовують ванадієві каталізатори, що витіснили Pt і оксиди Fe. Чистий V 2 O 5 має слабку каталітичну активність, що різко зростає в присутності солей лужних металів, причому найбільш впливають солі К. Промотируюча роль лужних металів обумовлена ​​утворенням низькоплавких піросульфованадатів 7 V 2 O 5 і K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 , що розкладаються відповідно при 315-330, 365-380 та 400-405 °С). Активний компонент в умовах каталізу знаходиться у розплавленому стані.

Схему окислення SO 2 SO 3 можна представити наступним чином:

На першій стадії досягається рівновага, друга стадія повільна та визначає швидкість процесу.

Виробництво СЕРНА КИСЛОТА к. із сірки за методом подвійного контактування і подвійної абсорбції (рис. 1) складається з наступної стадій. Повітря після очищення від пилу подається газодувкою в сушильну вежу, де він осушується 93-98%-ний СЕРНА КИСЛОТА до вмісту вологи 0,01% за обсягом. Осушене повітря надходить у сірчану піч після попереднього. підігріву в одному із теплообмінників контактного вузла. У печі спалюється сірка, що подається форсунками: S + О 2 : SO 2 + 297,028 кДж. Газ, що містить 10-14% за обсягом SO 2 охолоджується в котлі і після розведення повітрям до вмісту SO 2 9-10% за об'ємом при 420 °С надходить в контактний апарат на першу стадію конверсії, яка протікає на трьох шарах каталізатора (SO 2 + V 2 O 2 : : SO 3 + 96,296 кДж), після чого газ охолоджується в теплообмінниках. Потім газ, що містить 8,5-9,5% SO 3 при 200 °С надходить на першу стадію абсорбції в абсорбер, зрошуваний олеумом і 98%-ної СЕРНА КИСЛОТА к.: SO 3 + Н 2 О : Н 2 SO 4 + + 130,56 кДж. Далі газ проходить очищення від бризок СЕРНА КИСЛОТА к., нагрівається до 420 °З надходить на другу стадію конверсії, що протікає на двох шарах каталізатора. Перед другою стадією абсорбції газ охолоджується в економайзері і подається в абсорбер другого ступеня, зрошуваний 98% СЕРНА КИСЛОТА к., і потім після очищення від бризок викидається в атмосферу.

Мал. 1. Схема виробництва сірчаної кислоти із сірки: 1-сірчана піч; 2-котел-утилізатор; 3 – економайзер; 4-пускова топка; 5, 6-теплообмінники пускової топки; 7-контактний апарат; 8-теплообмінники; 9-олеумний абсорбер; 10-сушильна вежа; 11 та 12-відповідно перший та другий моногідратні абсорбери; 13-збірники кислоти.

Рис.2. Схема виробництва сірчаної кислоти з колчедану: 1-тарільчастий живильник; 2-піч; 3-котел-утилізатор; 4-циклони; 5-електрофільтри; 6-промивні вежі; 7-мокрі електрофільтри; 8-віддувна вежа; 9-сушильна вежа; 10-бризкоуловлювач; 11-перший моногідратний абсорбер; 12-теплообмін-віки; 13 – контактний апарат; 14-олеумний абсорбер; 15-другий моногідратний абсорбер; 16-холодильники; 17-збірки.

Мал. 3. Схема виробництва сірчаної кислоти нітроз-ним методом: 1 – денітрац. башта; 2, 3-перша та друга продукція. башти; 4-окислить. башта; 5, 6, 7-абсорбц. башти; 8 – електрофільтри.

Виробництво СЕРНА КИСЛОТА к. з сульфідів металів (рис. 2) істотно складніше і складається з наступної операцій. Випал FeS 2 роблять у печі киплячого шару на повітряному дутті: 4FeS 2 + 11О 2 : 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 кДж. Випалювальний газ із вмістом SO 2 13-14%, що має температуру 900 °С, надходить у котел, де охолоджується до 450 °С. Очищення від пилу здійснюють у циклоні та електрофільтрі. Далі газ проходить через дві промивні вежі, зрошувані 40% і 10% СЕРНА КИСЛОТА до. При цьому газ остаточно очищається від пилу, фтору і миш'яку. Для очищення газу від аерозолю СЕРНА КИСЛОТА к., що утворюється в промивних вежах, передбачені два ступені мокрих електрофільтрів. Після осушення в сушильній вежі, перед якою газ розбавляється до вмісту 9% SO 2 його газодувкою подають на першу стадію конверсії (3 шари каталізатора). У теплообмінниках газ підігрівається до 420 °С завдяки теплу газу, що надходить із першої стадії конверсії. SO 2 окислений на 92-95% в SO 3 йде на першу стадію абсорбції в олеумний і моногідратний абсорбери, де звільняється від SO 3 . Далі газ із вмістом SO 2 ~ 0,5% надходить на другу стадію конверсії, яка протікає на одному або двох шарах каталізатора. Попередньо газ нагрівається в ін. групі теплообмінників до 420 ° С завдяки теплу газів, що йдуть з другої стадії каталізу. Після відділення SO 3 другої стадії абсорбції газ викидається в атмосферу.

Ступінь перетворення SO 2 SO 3 при контактному способі 99,7%, ступінь абсорбції SO 3 99,97%. Виробництво СЕРНА КИСЛОТА до. здійснюють і в одну стадію каталізу, при цьому ступінь перетворення SO 2 в SO 3 не перевищує 98,5%. Перед викидом в атмосферу газ очищають від SO 2 (див. Газове очищення). Продуктивність сучасних установок 1500-3100 т/сут.

Сутність нітрозного методу (рис. 3) полягає в тому, що випалювальний газ після охолодження та очищення від пилу обробляють так званою нітрозою-С. к., в якій розтв. оксиди азоту. SO 2 поглинається нітрозою, а потім окислюється: SO 2 + N 2 O 3 + Н 2 О: Н 2 SO 4 + NO. Що утворюється NO погано розчинний у нітрозі і виділяється з неї, а потім частково окислюється киснем у газовій фазі до NO 2 . Суміш NO і NO 2 знову поглинається СЕРНИЙ КИСЛОТАк. і т.д. Оксиди азоту не витрачаються в нітрозному процесі та повертаються у виробництв. цикл, внаслідок неповного поглинання їх СЕРНА КИСЛОТА до. вони частково відносяться газами, що відходять. Переваги нітрозного методу: простота апаратурного оформлення, нижча собівартість (на 10-15% нижче за контактну), можливість 100%-ної переробки SO 2 .

Апаратурне оформлення баштового нітрозного процесу нескладно: SO 2 переробляється в 7-8 футерованих вежах з кераміч. насадкою, одна з веж (порожниста) є регульованим окис. обсягом. Башти мають збірники кислоти, холодильники, насоси, що подають кислоту напірні баки над вежами. Перед двома останніми вежами встановлюється хвостовий вентилятор. Для очищення газу від аерозолю СЕРНА КИСЛОТА служить електрофільтр. Оксиди азоту, необхідні процесу, отримують з HNO 3 . Для скорочення викиду оксидів азоту в атмосферу та 100%-ної переробки SO 2 між продукційною та абсорбційною зонами встановлюється безнітрозний цикл переробки SO 2 у комбінації з водно-кислотним методом глибокого уловлювання оксидів азоту. Недолік нітрозного методу – низька якість продукції: концентрація СЕРНА КИСЛОТА к. 75%, наявність оксидів азоту, Fe та ін домішок.

Для зменшення можливості кристалізації СЕРНА КИСЛОТА к. при перевезенні та зберіганні встановлені стандарти на товарні сорти СЕРНА КИСЛОТА к., концентрація яких відповідає найнижчим температурам кристалізації. Зміст СЕРНА КИСЛОТА к. в техн. сорти (%): баштова (нітрозна) 75, контактна 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентний олеум 114,6, акумуляторна 92-94. СЕРНА КИСЛОТА к. зберігають у сталевих резервуарах об'ємом до 5000 м 3 їх загальна ємність на складі розрахована на десятидобовий випуск продукції. Олеум та СЕРНА КИСЛОТА до. перевозять у сталевих залізничних цистернах. Конц. та акумуляторну СЕРНУЮ КИСЛОТУ до. перевозять у цистернах з кислотостійкої сталі. Цистерни для перевезення олеуму покривають теплоізоляцією та перед заливкою олеум підігрівають.

Визначають СЕРНА КИСЛОТА к. колориметрично і фотометрично, у вигляді суспензії BaSO 4 - фототурбідиметрично, а також кулонометрич. методом.

Застосування. СЕРНА КИСЛОТА до. застосовують у виробництві мінеральних добрив, як електроліт у свинцевих акумуляторах, для отримання різних мінеральних кислот і солей, хімічний волокон, барвників, димоутворюючих речовин і ВР, у нафтовій, металообробній, текстильній, шкіряній та ін галузях промисловості. Її використовують у пром. органічний синтез у реакціях дегідратації (отримання діетилового ефіру, складних ефірів), гідратації (етанол з етилену), сульфування (синтетич. миючі засоби та проміжні продукти у виробництві барвників), алкілі-рування (отримання ізооктану, поліетиленгліколю, іпролак Найбільший споживач СЕРНА КИСЛОТАк.-виробництво мінеральних добрив. На 1 т Р 2 Про 5 фосфорних добрив витрачається 2,2-3,4 т. СЕРНА КИСЛОТА к., а на 1 т (NH 4) 2 SO 4 -0,75 т. із заводами з виробництва мінеральних добрив. Світове виробництво СЕРНА КИСЛОТА к. 1987 досягло 152 млн. т.

СЕРНА КИСЛОТА к. і олеум - надзвичайно агресивні речовини, вражають дихальні шляхи, шкіру, слизові оболонки, викликають утруднення дихання, кашель, нерідко-ларингіт, трахеїт, бронхіт і т. д. ГДК аерозолю СЕРНАЯ 0 мг/м 3 в атм. повітрі 0,3 мг/м 3 (макс. разова) та 0,1 мг/м 3 (середньодобова). Вражаюча концентрація парів СЕРНА КИСЛОТА 0,008 мг/л (експозиція 60 хв), смертельна 0,18 мг/л (60 хв). Клас небезпеки 2. Аерозоль СЕРНА КИСЛОТА к. може утворюватися в атмосфері в результаті викидів хімічний та металургійний. виробництв, що містять оксиди S, та випадати у вигляді кислотних дощів.

Література: Довідник сірчанокислотника, під ред. Малина Мал., 2 видавництва, М., 1971; Амелін А. Р., Технологія сірчаної кислоти, 2 видавництва, М., 1983; Васильєв Би. Т., Отвагіна М. І., Технологія сірчаної кислоти, М., 1985. Ю.В. Філатов.

Хімічна енциклопедія Том 4 >>

Сірчана кислота (H2SO4) – це одна з найїдкіших кислот і небезпечних реагентів, відомих людині, особливо в концентрованому вигляді. Хімічно чиста сірчана кислота являє собою важку токсичну рідину маслянистої консистенції, що не має запаху та кольору. Отримують її методом окиснення сірчистого газу (SO2) контактним способом.

При температурі + 10,5 °C, сірчана кислота перетворюється на застиглу склоподібну кристалічну масу, жадібно, подібно до губки, що поглинає вологу з навколишнього середовища. У промисловості та хімії сірчана кислота є однією з основних хімічних сполук і займає лідируючі позиції щодо обсягу виробництва у тоннах. Саме тому сірчану кислоту називають «кров'ю хімії». За допомогою сірчаної кислоти отримують добрива, лікарські препарати, інші кислоти, добрив, добрив і багато іншого.

Основні фізичні та хімічні властивості сірчаної кислоти

1. Сірчана кислота в чистому вигляді (формула H2SO4), при концентрації 100% є безбарвною густою рідиною. Найважливіша властивість H2SO4 полягає у високій гігроскопічності – це здатність віднімати з повітря воду. Цей процес супроводжується масштабним виділенням тепла.
2. H2SO4 – це сильна кислота.
3. Сірчана кислота називається моногідрат - в ній на 1 моль SO3 припадає 1 моль Н2О (води). Через її значні гігроскопічні властивості її використовують для вилучення вологи з газів.
4. Температура кипіння – 330 °С. При цьому відбувається розкладання кислоти на SO3 та воду. Щільність – 1,84. Температура плавлення – 10,3 °С/.
5. Концентрована сірчана кислота є потужним окислювачем. Щоб запустити окислювально-відновну реакцію, кислоту потрібно нагріти. Підсумок реакції – SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. Залежно від концентрації сірчана кислота по-різному входить у реакцію з металами. У розведеному стані сірчана кислота здатна окислювати всі метали, які стоять у ряді напруги до водню. Виняток становлять як найстійкіші до окиснення. Розведена сірчана кислота взаємодіє з солями, основами, амфотерними та основними оксидами. Сірчана кислота концентрована здатна окислювати всі метали, що стоять у ряді напруги, причому срібло теж.
7. Сірчана кислота утворює два види солей: кислі (це гідросульфати) та середні (сульфати)
8. H2SO4 вступає в активну реакцію з органічними речовинами та неметалами, причому деякі з них вона здатна перетворити на вугілля.
9. Сірчаний ангідрит відмінно розчиняється в H2SO4, і при цьому утворюється олеум - розчин S3 в сірчаній кислоті. Зовні це виглядає так: сірчана кислота, що димить, що виділяє сірчаний ангідрит.
10. Сірчана кислота у водних розчинах є сильною двоосновною, і при додаванні до води виділяється величезна кількість теплоти. Коли готують розведені розчини H2SO4 з концентрованих, необхідно невеликим струмком додавати більш важку кислоту до води, а не навпаки. Це робиться, щоб уникнути закипання води та розбризкування кислоти.

Концентрована та розведена сірчані кислоти

До концентрованих розчинів сірчаної кислоти відносяться розчини від 40%, здатні розчиняти срібло або паладій.

До розведеної сірчаної кислоти належать розчини, концентрація яких не перевищує 40%. Це не такі активні розчини, але вони здатні вступати в реакцію з латунню та міддю.

Одержання сірчаної кислоти

Виробництво сірчаної кислоти у промислових масштабах було запущено у XV столітті, але на той час її називали “купоросне масло”. Якщо раніше людство споживало лише кілька десятків літрів сірчаної кислоти, то в сучасному світі обчислення йде на мільйони тонн на рік.

Виробництво сірчаної кислоти здійснюється промисловим способом, їх існує три:

1. Контактний метод.
2. Нітрозний спосіб
3. Інші методи

Поговоримо докладно про кожного з них.

Контактний спосіб виробництва

Контактний спосіб виробництва – найпоширеніший, і він виконує такі завдання:

• Виходить продукт, який задовольняє потреби максимальної кількості споживачів.
• Під час виробництва скорочується шкода навколишнього середовища.

При контактному способі як сировина використовуються такі речовини:

• пірит (сірчаний колчедан);
• сірка;
• оксид ванадію (ця речовина викликає роль каталізатора);
• сірководень;
• сульфіди різних металів.

Перед запуском процесу виробництва сировину попередньо готують. Для початку в спеціальних дробильних установках колчедан піддається подрібненню, що дозволяє завдяки збільшенню площі дотику активних речовин прискорити реакцію. Пірит піддається очищенню: його опускають у великі ємності з водою, під час чого порожня порода та всілякі домішки спливають на поверхню. Наприкінці процесу їх прибирають.

Виробничу частину поділяють на кілька стадій:

1. Після дроблення колчедан очищають і відправляють у піч - там при температурі до 800 ° C відбувається його випалення. За принципом протитечії в камеру знизу йде подача повітря, що забезпечує перебування піриту в підвішеному стані. На сьогоднішній день, на цей процес витрачається кілька секунд, а раніше на випалення йшло кілька годин. У процесі випалу з'являються відходи як оксиду заліза, які видаляються, і надалі передаються підприємства металургійної промисловості. При випаленні виділяються водяні пари, гази O2 та SO2. Коли завершиться очищення від водної пари і дрібних домішок, виходить чистий оксид сірки і кисень.
2. На другій стадії під тиском відбувається екзотермічна реакція з використанням каталізатора ванадієвого. Запуск реакції починається при досягненні температури 420 °C, але її можуть підвищити до 550 °C з метою підвищення ефективності. У процесі реакції йде каталітичне окиснення і SO2 стає SO3.
3. Суть третьої стадії виробництва така: поглинання SO3 у поглинальній вежі, під час чого утворюється олеум H2SO4. У такому вигляді H2SO4 розливається в спеціальні ємності (вона не вступає в реакцію зі сталлю) і готова до зустрічі з кінцевим споживачем.

У ході виробництва, як ми вже говорили вище, утворюється багато теплової енергії, яка використовується з опалювальною метою. Багато підприємств з виробництва сірчаної кислоти встановлюють парові турбіни, які використовують пар, що викидається для вироблення додаткової електроенергії.

Нітрозний спосіб отримання сірчаної кислоти

Незважаючи на переваги контактного способу виробництва, при якому виходить концентрована і чиста сірчана кислота і олеум, досить багато H2SO4 отримують нітрозним способом. Зокрема, на суперфосфатних заводах.

Для виробництва H2SO4 вихідною речовиною, як у контактному, так і нітрозному способі виступає сірчистий газ. Його одержують спеціально для цих цілей за допомогою спалювання сірки або випалом сірчистих металів.

Переробка сірчистого газу в сірчисту кислоту полягає в окисленні двоокису сірки та приєднанні води. Формула виглядає так:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Але двоокис сірки з киснем не входить у безпосередню реакцію, тому за нітрозному методі окислення сірчистого газу здійснюють з допомогою оксидів азоту. Вищі оксиди азоту (мова йде про двоокиси азоту NO2, триокиси азоту NO3) при цьому процесі відновлюються до окису азоту NO, який згодом знову окислюється киснем до вищих оксидів.

Одержання сірчаної кислоти нітрозним способом у технічному плані оформлено у вигляді двох способів:

• Камерний.
• Баштового.

Нітрозний спосіб має ряд переваг та недоліків.

Недоліки нітрозного способу:

• Виходить 75% сірчана кислота.
• Якість продукції низька.
• Неповне повернення оксидів азоту (додавання HNO3). Їхні викиди шкідливі.
• У кислоті присутні залізо, оксиди азоту та інші домішки.

Переваги нітрозного методу:

• Собівартість процесу нижча.
• Можливість переробки SO2 на 100%.
• Простота апаратури.

Основні російські заводи з виробництва сірчаної кислоти

Річне виробництво H2SO4 у нашій країні веде численні шестизначними цифрами – це близько 10 мільйонів тонн. Провідними виробниками сірчаної кислоти у Росії є підприємства, які, крім цього, її основними споживачами. Йдеться про компанії, сферою діяльності яких є випуск мінеральних добрив. Наприклад, «Балаківські міндобрива», «Аммофос».

У Криму в Армянську працює найбільший виробник діоксиду титану на території Східної Європи "Кримський титан". Крім того, завод займається виробництвом сірчаної кислоти, мінеральних добрив, залізного купоросу і т.д.

Сірчану кислоту різних видів виробляють багато заводів. Наприклад, акумуляторну сірчану кислоту виробляють: Карабашмедь, ФКП Бійський олеумний завод, Святогор, Славія, Северхімпром і т.д.

Олеум виробляють ОХК Щекіноазот, ФКП Бійський олеумний завод, Уральська гірничо-металургійна компанія, ПО Киришинефтеоргсинтез і т.д.

Сірчану кислоту особливої ​​чистоти виробляють ОХК Щекіноазот, Компонент-Реактив.

Відпрацьовану сірчану кислоту можна купити на заводах ЗСС, Галополімер Кірово-Чепецьк.

Виробниками технічної сірчаної кислоти є Промсинтез, Хіпром, Святогір, Апатит, Карабашмедь, Славія, Лукойл-Пермнафтооргсинтез, Челябінський цинковий завод, електроцинк і т.д.

Через те, що колчедан є основною сировиною при виробництві H2SO4, а це відхід збагачувальних підприємств, його постачальниками виступають Норильська та Талнахська збагачувальні фабрики.

Лідерські світові позиції з виробництва H2SO4 займають США та Китай, на які припадає 30 млн. тонн і 60 млн. тонн відповідно.

Сфера застосування сірчаної кислоти

У світі щорічно споживається близько 200 мільйонів тонн H2SO4, з яких виробляється широкий спектр продукції. Сірчана кислота тримає пальму першості серед інших кислот за масштабами використання в промислових цілях.

Як ви вже знаєте, сірчана кислота є одним із найважливіших продуктів хімічної промисловості, тому сфера застосування сірчаної кислоти досить широка. Основні напрямки використання H2SO4 такі:

• Сірчану кислоту в колосальних обсягах використовують для виробництва мінеральних добрив, і на це йде близько 40% всього тоннажу. З цієї причини заводи, що виробляють H2SO4, будують поряд з підприємствами, що випускають добрива. Це сульфат амонію, суперфосфат тощо. При їх виробництві сірчана кислота береться у чистому вигляді (100% концентрація). Щоб зробити тонну аммофосу або суперфосфату, знадобиться 600 літрів H2SO4. Саме ці добрива здебільшого застосовуються у сільському господарстві.
• H2SO4 використовується для виробництва вибухових речовин.
• Очищення нафтопродуктів. Для отримання гасу, бензину мінеральних масел потрібне очищення вуглеводнів, що відбувається із застосуванням сірчаної кислоти. У процесі переробки нафти очищення вуглеводнів дана промисловість «забирає» цілих 30% світового тоннажу H2SO4. Крім того, сірчаною кислотою підвищують октанове число палива і при видобутку нафти обробляють свердловини.
• У металургійній промисловості. Сірчана кислота в металургії використовується для очищення від окалини та іржі дроту, листового металу, а також відновлення алюмінію при виробництві кольорових металів. Перед тим як покривати металеві поверхні міддю, хромом або нікелем, поверхня протравлюється сірчаною кислотою.
• При виробництві лікарських засобів.
• При виготовленні фарб.
• У хімічній промисловості. H2SO4 використовується при виробництві миючих засобів, етилового засобу, інсектицидів і т.д. і без неї ці процеси неможливі.
• Для отримання інших відомих кислот, органічних та неорганічних сполук, що використовуються у промислових цілях.

Солі сірчаної кислоти та їх застосування

Найважливіші солі сірчаної кислоти:

• Глауберова сіль Na2SO4 · 10H2O (кристалічний сульфат натрію). Сфера її застосування досить ємна: виробництво скла, соди, у ветеринарії та медицині.
• Сульфат барію BaSO4 використовується у виробництві гуми, паперу, білої мінеральної фарби. До того ж, він незамінний у медицині при рентгеноскопії шлунка. З нього роблять «барієву кашу» щодо цієї процедури.
• Сульфат кальцію CaSO4. У природі його можна зустріти у вигляді гіпсу CaSO4 · 2H2O та ангідриту CaSO4. Гіпс CaSO4 · 2H2O та сульфат кальцію застосовують у медицині та будівництві. З гіпсом при нагріванні до температури 150-170 °C відбувається часткова дегідратизація, внаслідок якої виходить палений гіпс, відомий нам як алебастр. Замішуючи алебастр з водою до консистенції рідкого тіста, маса швидко твердне і перетворюється на подобу каменю. Саме ця властивість алебастру активно використовується в будівельних роботах: з нього роблять зліпки та відливні форми. У штукатурних роботах алебастр незамінний як в'яжучий матеріал. Пацієнтам травматологічних відділень накладають спеціальні фіксуючі тверді пов'язки – робляться з урахуванням алебастру.
• Залізний купорос FeSO4 · 7H2O використовують для приготування чорнила, просочення дерева, а також у сільськогосподарській діяльності для знищення шкідників.
• Гальця KCr(SO4)2 · 12H2O , KAl(SO4)2 · 12H2O та ін. використовують у виробництві фарб і шкіряної промисловості (дублені шкіри).
• Мідний купорос CuSO4 · 5H2O багато хто з вас знає не з чуток. Це активний помічник у сільському господарстві при боротьбі з хворобами рослин та шкідниками – водним розчином CuSO4 · 5H2O протруюють зерно та обприскують рослини. Також його використовують для приготування деяких мінеральних фарб. А у побуті його використовують для виведення плісняви ​​зі стін.
• Сульфат алюмінію – його використовують у целюлозно-паперовій промисловості.

Сірчана кислота в розведеному вигляді застосовується як електроліт у свинцевих акумуляторах. До того ж, вона використовується для виробництва миючих засобів та добрив. Але в більшості випадків вона йде у вигляді олеуму – це розчин SO3 у H2SO4 (можна зустріти й інші формули олеуму).

Дивовижний факт! Олеум хімічно активніший, ніж концентрована сірчана кислота, але, незважаючи на це, він не вступає в реакцію зі сталлю! Саме тому його простіше транспортувати, ніж саму сірчану кислоту.

Сфера використання "королеви кислот" воістину масштабна, і складно розповісти про всі способи її застосування в промисловості. Також вона застосовується як емульгатор у харчовій промисловості, для очищення води, при синтезі вибухових речовин та безліч інших цілей.

Історія появи сірчаної кислоти

Хто з нас хоч раз не чув про мідний купорос? Так ось, його вивченням займалися ще в давнину, і в деяких роботах початку нової ери вчені обговорювали походження купоросів та їх властивості. Купороси вивчали грецький лікар Діоскорид, римський дослідник природи Пліній Старший, і у своїх працях вони писали про досліди. З медичною метою різні речовини-купороси застосовував древній лікар Ібн Сіна. Як використовувалися купороси в металургії, йшлося в роботах алхіміків Стародавньої Греції Зосими з Панополіса.

Найпершим способом отримання сірчаної кислоти є процес нагрівання алюмокалієвих галунів, і це є інформація в алхимической літературі XIII століття. У той час склад галунів і суть процесу була не відома алхімікам, але вже в XV столітті хімічним синтезом сірчаної кислоти почали цілеспрямовано займатися. Процес був таким: алхіміки обробляли суміш сірки та сульфіду сурми (III) Sb2S3 при нагріванні з азотною кислотою.

У середньовічні часи в Європі сірчану кислоту називали «купоросною олією», але потім назва змінилася на купоросні кислоти.

У XVII столітті Йоганн Глаубер внаслідок горіння калійної селітри та самородної сірки у присутності водяної пари отримав сірчану кислоту. В результаті окислення сірки селітрою виходив оксид сірки, що вступав у реакцію з парами води, і в результаті виходила рідина маслянистої консистенції. Це була купоросна олія, і ця назва сірчаної кислоти існує й досі.

Фармацевт із Лондона Уорд Джошуа в тридцяті роки XVIII століття застосовував цю реакцію для промислового виробництва сірчаної кислоти, але у середньовіччі її споживання обмежувалося кількома десятками кілограмів. Сфера використання була вузькою: для алхімічних дослідів, очищення дорогоцінних металів та в аптекарській справі. Концентрована сірчана кислота в невеликих обсягах використовувалася у виробництві спеціальних сірників, що містили бертолетову сіль.

На Русі тільки в XVII столітті з'явилася купоросна кислота.

В Англії в Бірмінгемі Джон Робак в 1746 адаптував зазначений вище спосіб отримання сірчаної кислоти і запустив виробництво. При цьому він використовував міцні великі освинцьовані камери, які були дешевшими за скляні ємності.

У промисловості цей спосіб тримав позиції майже 200 років, і в камерах отримували 65% сірчану кислоту.

Через час англійський Гловер та французький хімік Гей-Люссак удосконалили сам процес, і сірчана кислота почала виходити з концентрацією 78%. Але для виробництва, наприклад, барвників така кислота не пасувала.

На початку 19 століття були відкриті нові способи окислення сірчистого газу сірчаний ангідрид.

Спочатку це робили із застосуванням оксидів азоту, а потім використовували як каталізатор платину. Два ці методи окислення сірчистого газу вдосконалилися і далі. Окислення сірчистого газу на платинових та інших каталізаторах стало називатися контактним способом. А окислення цього газу окислами азоту отримало назву нітрозного способу отримання сірчаної кислоти.

Британський торговець оцтовою кислотою Перегрін Філіпс лише в 1831 році запатентував економічний процес для виробництва оксиду сірки (VI) і концентрованої сірчаної кислоти, і саме він на сьогоднішній день знайомий світу як контактний спосіб її отримання.

Виробництво суперфосфату почалося 1864 року.

У вісімдесяті роки дев'ятнадцятого століття Європі виробництво сірчаної кислоти досягло 1 мільйона тонн. Головними виробниками стали Німеччина та Англія, що випускають 72% від усього обсягу сірчаної кислоти у світі.

Перевезення сірчаної кислоти є трудомістким та відповідальним заходом.

Сірчана кислота відноситься до класу небезпечних хімічних речовин і при контакті зі шкірними покривами викликає найпотужніші опіки. До того ж, вона може спричинити хімічне отруєння людини. Якщо при транспортуванні не буде дотримано певних правил, то сірчана кислота через свою вибухонебезпечність може заподіяти чимало шкоди, як людям, так і навколишньому середовищу.

Сірчану кислоту присвоєно 8 клас небезпеки та перевезення повинні здійснювати спеціально навчені та підготовлені професіонали. Важливою умовою доставки сірчаної кислоти є дотримання спеціально розроблених Правил перевезення небезпечних вантажів.

Перевезення автомобільним транспортом здійснюється за такими правилами:

1. Під перевезення виготовляють спеціальні ємності з особливого сталевого сплаву, що не вступає в реакцію із сірчаною кислотою або титаном. Такі ємності не окислюються. Небезпечну сірчану кислоту перевозять у спеціальних сірчанокислотних хімічних цистернах. Вони відрізняються по конструкції і під час перевезення підбираються в залежності від виду сірчаної кислоти.
2. При перевезенні кислоти, що димиться, беруться спеціалізовані ізотермічні цистерни-термоси, в яких для збереження хімічних властивостей кислоти підтримується необхідний температурний режим.
3. Якщо перевозиться звичайна кислота, вибирається сірчанокислотна цистерна.
4. Перевезення сірчаної кислоти автотранспортом, таких як димна, безводна, концентрована, для акумуляторів, гловерна здійснюється у спеціальній тарі: цистернах, бочках, контейнерах.
5. Перевезенням небезпечного вантажу можуть займатися виключно водії, які мають на руках свідоцтво АДР.
6. Час у дорозі не має обмежень, тому що при перевезенні потрібно суворо дотримуватись допустимої швидкості.
7. При перевезенні будується спеціальний маршрут, який повинен пролягати, минаючи місця великого скупчення людей та виробничі об'єкти.
8. Транспорт повинен мати спеціальне маркування та знаки небезпеки.

Небезпечні властивості сірчаної кислоти для людини

Сірчана кислота є підвищеною небезпекою для людського організму. Її токсична дія настає не тільки при безпосередньому контакті зі шкірою, але при вдиханні її пари, коли відбувається виділення сірчистого газу. Небезпечний вплив поширюється на:

• Дихальну систему;
• Шкірні покриви;
• Слизові оболонки.

Інтоксикацію організму може посилити миш'як, який часто входить до складу сірчаної кислоти.

Важливо! Як ви знаєте, при дотику кислоти зі шкірою відбуваються сильні опіки. Не меншу небезпеку становить отруєння парами сірчаної кислоти. Безпечна доза вмісту сірчаної кислоти в повітрі дорівнює 0,3 мг на 1 квадратний метр.

Якщо на слизові покриви або на шкіру потрапляє сірчана кислота, з'являється сильний опік, що погано загоюється. Якщо за масштабом опік значний, у потерпілого розвивається опікова хвороба, яка може призвести навіть до смерті, якщо своєчасно не буде надано кваліфіковану медичну допомогу.

Важливо! Для дорослої людини смертельна доза сірчаної кислоти дорівнює лише 0,18 см на 1 літр.

Безперечно, «випробувати на собі» токсичну дію кислоти у звичайному житті проблематично. Найчастіше отруєння кислотою відбувається через нехтування технікою безпеки на виробництві під час роботи з розчином.

Може статися масове отруєння парами сірчаної кислоти внаслідок технічних неполадок на виробництві чи необережності, і відбувається масивний викид в атмосферу. Для запобігання таким ситуаціям працюють спеціальні служби, завдання яких контролювати функціонування виробництва, де використовується небезпечна кислота.

Які симптоми спостерігаються при інтоксикації сірчаною кислотою

Якщо кислота була прийнята всередину:

• Біль у галузі травних органів.
• Нудота та блювання.
• Порушення випорожнень, як результат сильних кишкових розладів.
• Сильне виділення слини.
• Через токсичний вплив на нирки, сеча стає червоною.
• Набряк гортані та горла. Виникають хрипи, осиплість. Це може призвести до смерті від задухи.
• На яснах з'являються бурі плями.
• Шкірні покриви синіють.

При опіку шкірних покривів можуть бути ускладнення, властиві для опікової хвороби.

При отруєнні парами спостерігається така картина:

• Опік слизової оболонки очей.
• Кровотеча з носа.
• Опік слизових оболонок дихальних шляхів. У цьому потерпілий відчуває сильний больовий симптом.
• Набряк гортані із симптомами задушення (брак кисню, шкіра синіє).
• Якщо отруєння сильне, то може бути нудота та блювання.

Важливо знати! Отруєння кислотою після прийому внутрішньо набагато небезпечніше, ніж інтоксикація від вдихання парів.

Перша допомога та терапевтичні процедури при ураженні сірчаною кислотою

Дійте за наступною схемою при контакті із сірчаною кислотою:

• Насамперед викличте швидку допомогу. Якщо рідина потрапила усередину, зробіть промивання шлунка теплою водою. Після цього дрібними ковтками знадобиться випити 100 г соняшникової або оливкової олії. Крім того, слід проковтнути шматочок льоду, випити молоко або палену магнезію. Це потрібно зробити для зниження концентрації сірчаної кислоти та полегшення стану людини.
• Якщо кислота потрапила у вічі, потрібно промити їх проточною водою, та був закапати розчином дикаїну і новокаїну.
• При попаданні кислоти на шкіру обпалене місце потрібно добре промити під проточною водою і накласти пов'язку з содою. Промивати потрібно близько 10-15 хвилин.
• При отруєнні парами потрібно вийти на свіже повітря, а також промити в міру доступності слизові водою, що постраждали.

В умовах стаціонару лікування залежатиме від площі опіку та ступеня отруєння. Знеболення здійснюють лише новокаїном. Щоб уникнути розвитку у сфері ураження інфекції, пацієнту підбирають курс антибіотикотерапії.

При шлунковій кровотечі вводиться плазма чи переливається кров. Джерело кровотечі можуть усувати оперативним шляхом.

1. Сірчана кислота в чистому 100% вигляді зустрічається в природі. Наприклад, в Італії на Сицилії в Мертвому морі можна побачити унікальне явище - сірчана кислота просочується прямо з дна! А відбувається ось що: пірит із земної кори служить у цьому випадку сировиною для її утворення. Це місце ще називають Озером смерті, і до нього бояться підлітати навіть комахи!
2. Після великих вивержень вулканів у земній атмосфері часто можна виявити краплі сірчаної кислоти, і в таких випадках «винуватка» може принести негативні наслідки для навколишнього середовища та спричинити серйозні зміни клімату.
3. Сірчана кислота є активним поглиначем води, тому її використовують як осушувач газів. У минулі часи, щоб у приміщеннях не запітнівали вікна, цю кислоту наливали в баночки і ставили між шибками віконних отворів.
4. Саме сірчана кислота – основна причина випадання кислотних дощів. Головна причина утворення кислотного дощу – забруднення повітря діоксидом сірки, і він при розчиненні у воді утворює сірчану кислоту. У свою чергу двоокис сірки виділяється при спалюванні викопного палива. У кислотних дощах, досліджуваних останніми роками, збільшився вміст азотної кислоти. Причина такого явища – зниження викидів двоокису сірки. Незважаючи на цей факт, основною причиною появи кислотних дощів і залишається сірчана кислота.

Ми пропонуємо вам відеодобірку цікавих дослідів із сірчаною кислотою.

Розглянемо реакцію сірчаної кислоти за її заливанні в цукор. На перших секундах попадання сірчаної кислоти в колбу із цукром відбувається потемніння суміші. Після кількох секунд субстанція набуває чорного кольору. Далі відбувається найцікавіше. Маса починає швидко рости і вилазити за межі колби. На виході отримуємо горду речовину, схожу на пористе деревне вугілля, що перевищує початковий об'єм у 3-4 рази.

Автор відео пропонує порівняти реакцію кока-коли з соляною кислотою та сірчаною кислотою. При змішуванні Кока-коли із соляною кислотою жодних візуальних змін не спостерігається, а ось при змішуванні із сірчаною кислотою Кока-кола починає закипати.

Цікаву взаємодію можна спостерігати при попаданні сірчаної кислоти на туалетний папір. Папір туалетний складається з целюлози. При попаданні кислоти молекули целюлози миттєво руйнуйся із виділенням вільного вуглецю. Подібне обвуглювання можна спостерігати при попаданні кислоти на деревину.

У колбу з концентрованою кислотою додаю маленький шматочок калію. На першій секунді відбувається виділення диму, після чого метал миттєво спалахує, спалахує і вибухає, обробляючись на шматочки.

У наступному досвіді при попаданні сірчаної кислоти на сірник відбувається її спалахування. У другій частині досвіду занурюють алюмінієву фольгу з ацетоном та сірником усередині. Відбувається миттєве нагрівання фольги з виділенням величезної кількості диму та повне її розчинення.

Цікавий ефект спостерігається при додаванні харчової соди до сірчаної кислоти. Сода миттєво забарвлюється у жовтий колір. Реакція протікає з бурхливим кипінням та збільшенням обсягу.

Всі вищенаведені досліди ми категорично не рекомендуємо проводити в домашніх умовах. Сірчана кислота дуже агресивна та токсична речовина. Подібні досліди необхідно проводити у спеціальних приміщеннях, обладнаних примусовою вентиляцією. Гази, що виділяються в реакціях із сірчаною кислотою, дуже токсичні і можуть спричинити ураження дихальних шляхів та отруєння організму. Крім того, подібні досліди проводять у засобах індивідуального захисту шкірних покривів та органів дихання. Бережіть себе!

Властивості сірчаної кислоти

Безводна сірчана кислота (моногідрат) є важкою маслянистою рідиною, яка змішується з водою у всіх співвідношеннях з виділенням великої кількості тепла. Щільність за 0 °С дорівнює 1,85 г/см 3 . Вона кипить при 296 °С і замерзає при -10 °С. Сірчаною кислотою називають як моногідрат, а й водні розчини його (), і навіть розчини триокису сірки в моногидрате (), звані олеумом. Олеум на повітрі "димить" внаслідок десорбції з нього. Чиста сірчана кислота безбарвна, технічна, забарвлена ​​домішками в темний колір.

Фізичні властивості сірчаної кислоти, такі як щільність, температура кристалізації, температура кипіння, залежать від її складу. На рис. 1 представлена ​​діаграма кристалізації системи. Максимуми в ній відповідають складу сполук або наявність мінімумів пояснюється тим, що температура кристалізації сумішей двох речовин нижче температури кристалізації кожного з них.

Мал. 1

Безводна 100% сірчана кислота має порівняно високу температуру кристалізації 10,7 °С. Щоб зменшити можливість замерзання товарного продукту при перевезенні та зберіганні, концентрацію технічної сірчаної кислоти вибирають такою, щоб вона мала досить низьку температуру кристалізації. Промисловість випускає три види товарної сірчаної кислоти.

Сірчана кислота дуже активна. Вона розчиняє оксиди металів і більшість чистих металів; витісняє при підвищеній температурі всі інші кислоти із солей. Особливо жадібно сірчана кислота з'єднується з водою завдяки здатності давати гідрати. Вона забирає воду від інших кислот, від кристалогідратів солей і навіть кисневих похідних вуглеводнів, які містять не воду таку, а водень і кисень у поєднанні Н:О = 2. дерево та інші рослинні та тваринні тканини, що містять целюлозу, крохмаль і цукор, руйнуються у концентрованій сірчаній кислоті; вода зв'язується з кислотою і від тканини залишається лише дрібнодисперсний вуглець. У розведеній кислоті целюлоза та крохмаль розпадаються з утворенням цукрів. При попаданні на шкіру людини концентрована сірчана кислота спричиняє опіки.

Висока активність сірчаної кислоти у поєднанні з порівняно невеликою вартістю виробництва визначили величезні масштаби та надзвичайну різноманітність її застосування (рис. 2). Важко знайти таку галузь, у якій споживалася у тих чи інших кількостях сірчана кислота чи вироблені з неї продукти.

Мал. 2

Найбільшим споживачем сірчаної кислоти є виробництво мінеральних добрив: суперфосфату, сульфату амонію та ін багато кислот (наприклад, фосфорна, оцтова, соляна) і солі виробляються в значній частині за допомогою сірчаної кислоти. Сірчана кислота широко застосовується у виробництві кольорових та рідкісних металів. У металообробній промисловості сірчану кислоту або її солі застосовують для травлення сталевих виробів перед забарвленням, лудінням, нікелюванням, хромуванням і т.п. Значні кількості сірчаної кислоти витрачаються на очищення нафтопродуктів. Отримання ряду барвників (для тканин), лаків та фарб (для будівель та машин), лікарських речовин та деяких пластичних мас також пов'язане із застосуванням сірчаної кислоти. За допомогою сірчаної кислоти виробляються етиловий та інші спирти, деякі ефіри, синтетичні миючі засоби, ряд отрутохімікатів для боротьби зі шкідниками сільського господарства та бур'янами. Розбавлені розчини сірчаної кислоти та її солей застосовують у виробництві штучного шовку, у текстильній промисловості для обробки волокна або тканин перед їх фарбуванням, а також в інших галузях легкої промисловості. У харчовій промисловості сірчана кислота застосовується при отриманні крохмалю, патоки та інших продуктів. Транспорт використовує свинцеві сірчанокислотні акумулятори. Сірчану кислоту використовують для осушення газів та при концентруванні кислот. Нарешті, сірчану кислоту застосовують у процесах нітрування та при виробництві більшої частини вибухових речовин.

сірчана кислота, сірчана кислота формула
Сірчана кислота H2SO4 - сильна двоосновна кислота, що відповідає вищому ступеню окислення сірки (+6). За звичайних умов концентрована сірчана кислота – важка масляниста рідина без кольору та запаху, з кислим «мідним» смаком. техніці сірчаної кислотою називають її суміші як із водою, і з сірчаним ангідридом SO3. Якщо молярне відношення SO3: H2O< 1, то это водный раствор серной кислоты, если >1 - розчин SO3 у сірчаній кислоті (олеум).

• 1 Назва
• 2 Фізичні та фізико-хімічні властивості
  • 2.1 Олеум
• 3 Хімічні властивості
• 4 Застосування
• 5 Токсична дія
• 6 Історичні відомості
• 7 Додаткові відомості
• 8 Одержання сірчаної кислоти
  • 8.1 Перший спосіб
  • 8.2 Другий спосіб
• 9 Стандарти
• 10 Примітки
• 11 Література
• 12 Посилання

Назва

У XVIII-XIX століттях сірку для пороху виготовляли із сірчаного колчедану (пірит) на купоросних заводах. Сірчану кислоту в той час називали «купоросним маслом» (як правило це був кристалогідрат, що за консистенцією нагадує масло), очевидно звідси походження назви її солей (а точніше саме кристалогідратів) - купороси.

Фізичні та фізико-хімічні властивості

Дуже сильна кислота при 18оС pKa (1) = −2,8, pKa (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10−2); довжини зв'язків у молекулі S=O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм, кут HOSOH 104°, OSO 119°; кипить, утворюючи азеотропну суміш (98,3% H2SO4 та 1,7% H2О з температурою кипіння 338,8оС). Сірчана кислота, що відповідає 100% вмісту H2SO4, має склад (%): H2SO4 99,5, HSO4− - 0,18, H3SO4+ - 0,14, H3O+ - 0,09, H2S2O7, - 0,04, HS2O7⁻ - 0,05. Змішується з водою та SO3, у всіх співвідношеннях. водних розчинах сірчана кислота практично повністю дисоціює на H3О+, HSO3+ та 2НSO₄−. Утворює гідрати H2SO4 nH2O, де n = 1, 2, 3, 4 і 6,5.

Олеум

Розчини сірчаного ангідриду SO3 у сірчаній кислоті називаються олеумом, вони утворюють дві сполуки H2SO4·SO3 та H2SO4·2SO3.

Олеум містить також піросерні кислоти, що виходять за реакціями:

Температура кипіння водних розчинів сірчаної кислоти підвищується зі зростанням її концентрації та досягає максимуму за вмістом 98,3 % H2SO4.

Температура кипіння олеуму зі збільшенням вмісту SO3 знижується. При збільшенні концентрації водних розчинів сірчаної кислоти загальний тиск пари над розчинами знижується і при вмісті 98,3% H2SO4 досягає мінімуму. Зі збільшенням концентрації SO3 в олеумі загальний тиск пари над ним підвищується. Тиск пари над водними розчинами сірчаної кислоти та олеуму можна обчислити за рівнянням:

величини коефіцієнтів А і залежить від концентрації сірчаної кислоти. Пар над водними розчинами сірчаної кислоти складається з суміші водяної пари, H2SO4 і SO3, при цьому склад пари відрізняється від складу рідини при всіх концентраціях сірчаної кислоти, крім відповідної азеотропної суміші.

З підвищенням температури посилюється дисоціація:

Рівняння температурної залежності константи рівноваги:

При нормальному тиску ступінь дисоціації: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).

Щільність 100% сірчаної кислоти можна визначити за рівнянням:

З підвищенням концентрації розчинів сірчаної кислоти їх теплоємність зменшується і досягає мінімуму для 100% сірчаної кислоти, теплоємність олеуму з підвищенням вмісту SO3 збільшується.

При підвищенні концентрації та зниженні температури теплопровідність λ зменшується:

де С - концентрація сірчаної кислоти, %.

Максимальну в'язкість має олеум H2SO4·SO3, з підвищенням температури знижується. Електричний опір сірчаної кислоти мінімальний при концентрації SO3 і 92% H2SO4 і максимально при концентрації 84 і 99,8% H2SO4. Для олеуму мінімальний ρ при концентрації 10 % SO3. З підвищенням температури сірчаної кислоти збільшується. Діелектрична проникність 100%-ної сірчаної кислоти 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); кріоскопічна стала 6,12, ебуліоскопічна стала 5,33; коефіцієнт дифузії пари сірчаної кислоти у повітрі змінюється залежно від температури; D = 1,67 · 10⁻⁵T3/2 см²/с.

Хімічні властивості

Сірчана кислота в концентрованому вигляді при нагріванні – досить сильний окислювач; окислює HI і частково HBr до вільних галогенів, вуглець до CO2, сірку - до SO2, окислює багато металів (Cu, Hg, виняток - золото та платина). При цьому концентрована сірчана кислота відновлюється до SO2, наприклад:

Найбільш сильними відновниками концентрована сірчана кислота відновлюється до S та H2S. Концентрована сірчана кислота поглинає водяні пари, тому застосовується для сушіння газів, рідин і твердих тіл, наприклад, в ексикаторах. Однак концентрована H2SO4 частково відновлюється воднем, через що не може застосовуватися для його сушіння. Відщеплюючи воду від органічних сполук і залишаючи при цьому чорний вуглець (вугілля), концентрована сірчана кислота призводить до обвуглювання деревини, цукру та інших речовин.

Розведена H2SO4 взаємодіє з усіма металами, що знаходяться в електрохімічному ряду напруг лівіше водню з його виділенням, наприклад:

Окисні властивості для розведеної H2SO4 нехарактерні. Сірчана кислота утворює два ряди солей: середні - сульфати та кислі - гідросульфати, а також ефіри. Відомі пероксомоносерна (або Каро кислота) H2SO5 і пероксодисерна H2S2O8 кислоти.

Сірчана кислота реагує також з основними оксидами, утворюючи сульфат та воду:

На металообробних заводах розчин сірчаної кислоти застосовують для видалення шару оксиду металу з поверхні металевих виробів, що піддаються в процесі сильного нагрівання. Так, оксид заліза видаляється з поверхні листового заліза дією нагрітого розчину сірчаної кислоти:

Якісною реакцією на сірчану кислоту та її розчинні солі є їх взаємодія з розчинними солями барію, при якому утворюється білий осад сульфату барію, нерозчинний у воді та кислотах, наприклад:

Застосування

Сірчану кислоту застосовують:

• у обробці руд, особливо у видобутку рідкісних елементів, зокрема. урану, іридію, цирконію, осмію тощо;
• у виробництві мінеральних добрив;
• як електроліт у свинцевих акумуляторах;
• для отримання різних мінеральних кислот та солей;
• у виробництві хімічних волокон, барвників, димоутворювальних та вибухових речовин;
• у нафтовій, металообробній, текстильній, шкіряній та інших галузях промисловості;
• у харчовій промисловості - зареєстрована як харчова добавка E513(Емульгатор);
• у промисловому органічному синтезі у реакціях:
  • дегідратації (отримання діетилового ефіру, складних ефірів);
  • гідратації (етанол з етилену);
  • сульфування (синтетичні миючі засоби та проміжні продукти у виробництві барвників);
  • алкілування (отримання ізооктану, поліетиленгліколю, капролактаму) та ін.
  • Для відновлення смол у фільтрах з виробництва дистильованої води.

Світове виробництво сірчаної кислоти прибл. 160 млн. тонн на рік. Найбільший споживач сірчаної кислоти – виробництво мінеральних добрив. На P₂O₅ фосфорних добрив витрачається в 2,2-3,4 рази більше за масою сірчаної кислоти, а на (NH₄)₂SO₄ сірчаної кислоти 75% від маси витрачуваного (NH₄)₂SO₄. Тому сірчанокислотні заводи прагнуть будувати в комплексі із заводами з виробництва мінеральних добрив.

Токсична дія

Сірчана кислота та олеум – дуже їдкі речовини. Вони вражають шкіру, слизові оболонки, дихальні шляхи (викликають хімічні опіки). При вдиханні парів цих речовин вони викликають утруднення дихання, кашель, нерідко - ларингіт, трахеїт, бронхіт і т. д. (максимальна разова) та 0,1 мг/м³ (середньодобова). Вражаюча концентрація пари сірчаної кислоти 0,008 мг/л (експозиція 60 хв), смертельна 0,18 мг/л (60 хв). Клас небезпеки ІІ. Аерозоль сірчаної кислоти може утворюватися в атмосфері в результаті викидів хімічних та металургійних виробництв, що містять оксиди S, та випадати у вигляді кислотних дощів.

Історичні відомості

Сірчана кислота відома з давніх-давен, зустрічаючись у природі у вільному вигляді, наприклад, у вигляді озер поблизу вулканів. Можливо, перша згадка про кислі гази, що отримуються при прожарюванні галунів або залізного купоросу «зеленого каменю», зустрічається в творах, що приписуються арабському алхіміку Джабір ібн Хайяну.

У IX столітті перський алхімік Ар-Разі, прожарюючи суміш залізного та мідного купоросу (FeSO4 7H2O та CuSO4 5H2O), також отримав розчин сірчаної кислоти. Цей спосіб удосконалив європейський алхімік Альберт Магнус, який жив у XIII столітті.

Схема отримання сірчаної кислоти із залізного купоросу - термічне розкладання сульфату заліза (II) з подальшим охолодженням суміші

Молекула сірчаної кислоти за Дальтоном

1. 2FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
2. SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4

У працях алхіміка Валентина (XIII ст) описується спосіб отримання сірчаної кислоти шляхом поглинання водою газу (сірчаний ангідрид), що виділяється при спалюванні суміші порошків сірки та селітри. Згодом цей спосіб ліг в основу т.з. «камерного» способу, що здійснюється в невеликих камерах, фанерованих свинцем, який не розчиняється у сірчаній кислоті. СРСР такий спосіб проіснував аж до 1955 року.

Алхімікам XV в відомий був також спосіб отримання сірчаної кислоти з піриту - сірчаного колчедану, дешевшої та поширенішої сировини, ніж сірка. У такий спосіб отримували сірчану кислоту протягом 300 років, невеликою кількістю у скляних ретортах. Згодом у зв'язку з розвитком каталізу цей метод витіснив камерний спосіб синтезу сірчаної кислоти. нині сірчану кислоту отримують каталітичним окисленням (на V2O5) оксиду сірки (IV) в оксид сірки (VI), і подальшим розчиненням оксиду сірки (VI) у 70% сірчаної кислоти з утворенням олеуму.

У Росії виробництво сірчаної кислоти вперше було організовано 1805 року під Москвою у Звенигородському повіті. 1913 року Росія з виробництва сірчаної кислоти займала 13 у світі.

додаткові відомості

Найдрібніші крапельки сірчаної кислоти можуть утворюватися в середніх та верхніх шарах атмосфери в результаті реакції водяної пари та вулканічного попелу, що містить велику кількість сірки. Зависла, що вийшла, через високий альбедо хмар сірчаної кислоти, ускладнює доступ сонячних променів до поверхні планети. Тому (а також внаслідок великої кількості найдрібніших частинок вулканічного попелу у верхніх шарах атмосфери, що також ускладнюють доступ сонячного світла до планети) після особливо сильних вивержень вулканічних можуть відбутися значні зміни клімату. Наприклад, в результаті виверження вулкана Ксудач (п-ів Камчатка, 1907) підвищена концентрація пилу в атмосфері трималася близько 2 років, а характерні сріблясті хмари сірчаної кислоти спостерігалися навіть у Парижі. Вибух вулкана Пінатубо в 1991 році, що відправив в атмосферу 3 107 тонн сірки, призвів до того, що 1992 і 1993 були значно холодніше, ніж 1991 і 1994 .

Одержання сірчаної кислоти

Перший спосіб

Другий спосіб

У тих рідкісних випадках, коли сірководень (H2S) витісняє сульфат (SO4-) із солі (з металами Cu, Ag, Pb, Hg) побічним продуктом є сірчана кислота

Сульфіди цих металів мають високу міцність, а також відмінне чорне забарвлення.

Стандарти

• Кислота сірчана технічна ГОСТ 2184-77
• Кислота сірчана акумуляторна. Технічні умови ГОСТ 667-73
• Сірчана кислота особливої ​​чистоти. Технічні умови ГОСТ 1422-78
• Реактиви. Кислота сірчана. Технічні умови ГОСТ 4204-77

Примітки

1. Ушакова Н. Н., Фігурновський Н. А. Василь Михайлович Севергін: (1765-1826) / Ред. І. І. Шафрановський. М: Наука, 1981. C. 59.
2. 1 2 3 Ходаков Ю.В., Епштейн Д.А., Глоріоз П.А. § 91. Хімічні властивості сірчаної кислоти// Неорганічна хімія: Підручник для 7-8 класів середньої школи. - 18-те вид. - М: Просвітництво, 1987. - С. 209-211. – 240 с. - 1630000 прим.
3. Ходаков Ю.В., Епштейн Д.А., Глоріоз П.А. § 92. Якісна реакція на сірчану кислоту та її солі // Неорганічна хімія: Підручник для 7-8 класів середньої школи. - 18-те вид. - М: Просвітництво, 1987. - С. 212. - 240 с. - 1630000 прим.
4. обличчя худруку балету Великого театру Сергію Філіну пліснули сірчаною кислотою
5. Епштейн, 1979, с. 40
6. Епштейн, 1979, с. 41
7. див. статтю «Вулкани та клімат» (рус.)
8. Російський архіпелаг - Чи винне людство у глобальній зміні клімату? (рус.)

Література

• Довідник сірчанокислотника, під ред. Малина, 2 видавництва, М., 1971
• Епштейн Д. А. Загальна хімічна розробка. - М: Хімія, 1979. - 312 с.

Посилання

• Стаття "Сірчана кислота" (Хімічна енциклопедія)
• Щільність та значення pH сірчаної кислоти при t=20 °C

сірчана кислота, сірчана кислота вікіпедія, сірчана кислота гідроліз, сірчана кислота її вплив 1, сірчана кислота клас небезпеки, сірчана кислота купити в Україні, сірчана кислота застосування, сірчана кислота роз'їдає, сірчана кислота з водою, сірчана кислота формула

Сірчана кислота Інформація Про