حمض الكبريتيك من أقوى الأحماض وهو سائل زيتي. الخصائص الكيميائية لحمض الكبريتيك تجعله مستخدمًا على نطاق واسع في الصناعة.

وصف عام

حمض الكبريتيك (H 2 SO 4) له الخصائص المميزةالأحماض وعامل مؤكسد قوي. هذا هو الأكثر نشاطا حمض غير عضويبنقطة انصهار تبلغ 10 درجة مئوية. يغلي الحمض عند 296 درجة مئوية مع إطلاق الماء وأكسيد الكبريت SO 3. إنها قادرة على امتصاص بخار الماء ، وبالتالي فهي تستخدم لإزالة الرطوبة من الغازات.

أرز. 1. حامض الكبريتيك.

ينتج حمض الكبريتيك صناعياً من ثاني أكسيد الكبريت (SO 2) ، والذي يتكون أثناء احتراق الكبريت أو البيريت. هناك طريقتان رئيسيتان لتكوين الحمض:

• اتصل (تركيز 94٪) - أكسدة ثاني أكسيد الكبريت إلى ثالث أكسيد الكبريت (SO 3) متبوعًا بالتحلل المائي:

  2SO 2 + O 2 → 2SO3 ؛ SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 ؛

• النيتروز (التركيز 75٪) - أكسدة ثاني أكسيد الكبريت بواسطة ثاني أكسيد النيتروجين أثناء تفاعل الماء:

  SO 2 + NO 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + NO.

يسمى محلول SO 3 في حامض الكبريتيك أوليم. كما أنها تستخدم لإنتاج حامض الكبريتيك.

أرز. 2. عملية الحصول على حامض الكبريتيك.

التفاعل مع الماء يولد الكثير من الحرارة. لذلك يضاف الحمض إلى الماء وليس العكس. الماء أخف من الحمض ، فهو يبقى على السطح. إذا أضفت الماء إلى الحمض ، فسوف يغلي الماء على الفور ، مما يتسبب في تناثر الحمض.

الخصائص

يشكل حامض الكبريتيك نوعين من الأملاح:

• حامض - الكبريتات المائية (NaHSO 4 ، KHSO 4) ؛
• معدل - كبريتات (BaSO 4 ، CaSO 4).

يتم عرض الخصائص الكيميائية لحمض الكبريتيك المركز في الجدول.

تفاعل	ما يتشكل	مثال
مع المعادن	أكسيد الكبريت كبريتيد الهيدروجين	مع النشاط: 2H 2 SO 4 + Mg → MgSO 4 + SO 2 + 2H 2 O مع معادن النشاط المتوسط: 4H 2 SO 4 + 2Cr → Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + S ؛ مع نشاط منخفض: 2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
مع غير المعادن	حامض؛ أكسيد الكبريت	2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
مع أكاسيد	أكسيد الكبريت	المعادن: H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O ؛ اللافلزات: H 2 SO 4 + CO → CO 2 + SO 2 + H 2 O
مع القواعد		H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
	نشبع؛ حامض	Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O التفاعل النوعي: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 (راسب أبيض) + 2HCl
أكسدة المواد المعقدة	الهالوجينات الحرة أكسيد الكبريت	H 2 SO 4 + 2HBr → Br 2 + SO 2 + 2H 2 O ؛ H 2 SO 4 + 2HI → I 2 + 2H 2 O + SO 2
تفحم السكريات (السليلوز ، النشا ، الجلوكوز)	أكسيد الكبريت نشبع؛	C 6 H 12 O 6 + 12 H 2 SO 4 → 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2

أرز. 3. التفاعل مع السكر.

لا يؤكسد الحمض المخفف المعادن منخفضة النشاط الموجودة في السلسلة الكهروكيميائية بعد الهيدروجين. عند التفاعل مع المعادن النشطة (الليثيوم والبوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم) ، يتم إطلاق الهيدروجين وتشكيل الملح. حمض مركّزالمعارض خصائص مؤكسدةمع المعادن الأرضية الثقيلة والقلوية والقلوية عند تسخينها. لا يوجد تفاعل مع الذهب والبلاتين.

حمض الكبريتيك (المخفف والمركز) في البرد لا يتفاعل مع الحديد والكروم والألمنيوم والتيتانيوم والنيكل. بسبب تخميل المعادن (تكوين طبقة أكسيد واقية) ، يمكن نقل حامض الكبريتيك في خزانات معدنية. أكسيد الحديد ينهار عند تسخينه.

ماذا تعلمنا؟

تعلموا من درس الصف التاسع خواص حامض الكبريتيك. إنه عامل مؤكسد قوي يتفاعل مع المعادن ، غير الفلزات ، مركبات العضوية، أملاح ، قواعد ، أكاسيد. تتولد الحرارة عند التفاعل مع الماء. يتم الحصول على حامض الكبريتيك من أكسيد الكبريت. لا يتفاعل الحمض المركز مع بعض المعادن بدون تسخين مما يسمح بنقل الحمض في وعاء معدني.

اختبار حسب الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.1 مجموع التصنيفات المستلمة: 150.

تعريف

لا مائي حامض الكبريتيك عبارة عن سائل ثقيل ولزج يمتزج بسهولة مع الماء بأي نسبة: يتميز التفاعل بتأثير طارد للحرارة مرتفع للغاية (حوالي 880 كيلوجول / مول مع تخفيف غير محدود) ويمكن أن يؤدي إلى غليان سريع للخليط وتناثره في حالة إضافة الماء للحمض لذلك من المهم دائمًا استخدام الترتيب العكسي في تحضير المحاليل وإضافة الحمض إلى الماء ، ببطء ومع التحريك.

بعض الخصائص الفيزيائية لحمض الكبريتيك موضحة في الجدول.

اللامائى H 2 SO 4 مركب رائع ذو ثابت عازل مرتفع بشكل غير عادي وموصلية كهربائية عالية جدًا ، ويرجع ذلك إلى التفكك الأيوني (التحلل الأولي التلقائي) للمركب ، وكذلك المرحل التيار الكهربائيمن خلال سائل لزج مع عدد كبيرروابط هيدروجينية.

الجدول 1. الخصائص الفيزيائيةحامض الكبريتيك.

إنتاج حامض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو أهم مادة كيميائية صناعية وأرخص حمض عالي الحجم في أي بلد في العالم.

تم الحصول على حمض الكبريتيك المركز ("زيت الزجاج") أولاً عن طريق تسخين "الزجاج الأخضر" FeSO 4 × nH 2 O واستهلاكه بكميات كبيرة للحصول على Na 2 SO 4 و NaCl.

الخامس عملية حديثةلإنتاج حامض الكبريتيك ، يتم استخدام محفز يتكون من أكسيد الفاناديوم (V) مع إضافة كبريتات البوتاسيوم على دعامة من ثاني أكسيد السيليكون أو تراب دياتومي. يتم الحصول على ثاني أكسيد الكبريت SO 2 عن طريق حرق الكبريت النقي أو عن طريق تحميص خام الكبريتيد (بشكل أساسي البيريت أو خامات النحاس والنيكل والزنك) في عملية استخراج هذه المعادن. ثم يتأكسد SO 2 إلى ثلاثي أكسيد ، ثم يتم الحصول على حامض الكبريتيك بواسطة الذوبان في الماء:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0-297 كيلوجول / مول) ؛

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9.8 كيلوجول / مول) ؛

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0-130 كيلوجول / مول).

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي. في المرحلة الأولى ، في المحاليل منخفضة التركيز ، تنفصل تمامًا تقريبًا:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

التفكك في المرحلة الثانية

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

عائدات إلى حد أقل. ثابت تفكك حامض الكبريتيك في المرحلة الثانية يعبر عنه من خلال نشاط الأيونات K 2 = 10 -2.

باعتباره حمض ثنائي القاعدة ، يشكل حمض الكبريتيك سلسلتين من الأملاح: متوسطة وحمضية. يُطلق على متوسط ​​أملاح حامض الكبريتيك اسم كبريتات ، ويطلق على الأملاح الحمضية اسم hydrosulfates.

يمتص حامض الكبريتيك بخار الماء بشراهة ولذلك يستخدم غالبًا لتجفيف الغازات. تفسر القدرة على امتصاص الماء أيضًا تفحم الكثيرين المواد العضويةخاصة تلك المتعلقة بفئة الكربوهيدرات (الألياف ، السكر ، إلخ) عند تعرضها لحمض الكبريتيك المركز. يزيل حمض الكبريتيك الهيدروجين والأكسجين من الكربوهيدرات التي تشكل الماء ، ويتم إطلاق الكربون على شكل فحم.

حمض الكبريتيك المركز ، خاصة عندما يكون ساخنًا ، هو عامل مؤكسد نشط. يؤكسد HI و HBr (لكن ليس HCl) لتحرير الهالوجينات ، والفحم إلى CO 2 ، والكبريت إلى SO 2. يتم التعبير عن ردود الفعل هذه بواسطة المعادلات:

8HI + H 2 SO 4 = 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O ؛

2HBr + H 2 SO 4 = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O ؛

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O ؛

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O.

يستمر تفاعل حامض الكبريتيك مع المعادن بشكل مختلف ، اعتمادًا على تركيزه. يتأكسد حامض الكبريتيك المخفف مع أيون الهيدروجين. لذلك ، فهو يتفاعل فقط مع تلك المعادن التي تقف في سلسلة الضغوط حتى الهيدروجين فقط ، على سبيل المثال:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

ومع ذلك ، لا يذوب الرصاص في الحمض المخفف لأن ملح PbSO 4 الناتج غير قابل للذوبان.

حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد بسبب الكبريت (VI). يؤكسد المعادن بما في ذلك الفضة. يمكن أن تختلف منتجات اختزاله اعتمادًا على نشاط المعدن والظروف (تركيز الحمض ، درجة الحرارة). عند التفاعل مع المعادن منخفضة النشاط ، على سبيل المثال ، مع النحاس ، يتم تقليل الحمض إلى SO 2:

النحاس + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

عند التفاعل مع معادن أكثر نشاطًا ، يمكن أن تكون منتجات الاختزال عبارة عن ثنائي أكسيد وكبريت حر وكبريتيد الهيدروجين. على سبيل المثال ، عند التفاعل مع الزنك ، يمكن أن تحدث تفاعلات:

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O ؛

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S ↓ + 4H 2 O ؛

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

استخدام حامض الكبريتيك

يختلف استخدام حامض الكبريتيك من بلد إلى آخر ومن عقد إلى آخر. لذلك ، على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة في الوقت الحاضر ، فإن المجال الرئيسي لاستهلاك H 2 SO 4 هو إنتاج الأسمدة (70 ٪) ، يليه الإنتاج الكيميائي ، والتعدين ، وتكرير النفط (~ 5 ٪ في كل منطقة ). في المملكة المتحدة ، يختلف توزيع الاستهلاك حسب الصناعة: 30٪ فقط من H 2 SO 4 المنتج يستخدم في إنتاج الأسمدة ، ولكن 18٪ يذهب إلى الدهانات والأصباغ والمواد الوسيطة لإنتاج الأصباغ ، و 16٪ إلى الصناعة الكيماوية ، 12٪ لإنتاج الصابون والمنظفات ، 10٪ لإنتاج الألياف الطبيعية والاصطناعية و 2.5٪ تستخدم في علم المعادن.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

ممارسه الرياضه	تحديد كتلة حامض الكبريتيك التي يمكن الحصول عليها من طن واحد من البيريت إذا كان ناتج أكسيد الكبريت (IV) في تفاعل التحميص 90٪ ، وأكسيد الكبريت (VI) في الأكسدة التحفيزية للكبريت (IV) 95٪ النظرية.
المحلول	دعونا نكتب معادلة التفاعل لتحميص البيريت: 4 مقاييس 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO2. دعونا نحسب كمية مادة البيريت: ن (FeS 2) = م (FeS 2) / م (FeS 2) ؛ M (FeS 2) = Ar (Fe) + 2 × Ar (S) = 56 + 2 × 32 = 120 جم / مول ؛ ن (FeS 2) = 1000 كجم / 120 = 8.33 كمول. نظرًا لأن معامل ثاني أكسيد الكبريت في معادلة التفاعل أكبر بمرتين من معامل FeS 2 ، فإن الكمية الممكنة نظريًا لمادة أكسيد الكبريت (IV) هي: ن (SO 2) نظرية = 2 × ن (FeS 2) = 2 × 8.33 = 16.66 كمول. والكمية التي تم الحصول عليها عمليًا من مولات أكسيد الكبريت (IV) هي: n (SO 2) ممارسة = η × n (SO 2) نظرية = 0.9 × 16.66 = 15 كمول. دعونا نكتب معادلة التفاعل لأكسدة أكسيد الكبريت (IV) لأكسيد الكبريت (VI): 2SO 2 + O 2 = 2SO3. الكمية الممكنة من الناحية النظرية لمادة أكسيد الكبريت (VI) هي: n (SO 3) النظرية = n (SO 2) تمرين = 15 كمول. والكمية التي تم الحصول عليها عمليًا من مولات أكسيد الكبريت (VI) هي: ن (SO 3) تمرين = η × ن (SO 3) نظرية = 0.5 × 15 = 14.25 كمول. لنكتب معادلة تفاعل الحصول على حامض الكبريتيك: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4. لنجد كمية مادة حامض الكبريتيك: n (H 2 SO 4) = n (SO 3) تمرين = 14.25 كمول. مردود التفاعل 100٪. كتلة حامض الكبريتيك هي: م (H 2 SO 4) = n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4) ؛ M (H 2 SO 4) = 2 × Ar (H) + Ar (S) + 4 × Ar (O) = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 جم / مول ؛ م (H 2 SO 4) = 14.25 × 98 = 1397 كجم.
إجابه	كتلة حامض الكبريتيك 1397 كجم

مقدمة

حمض الكبريتيك هو أهم منتج في الصناعة الكيميائية. من بين الأحماض المعدنية التي تنتجها الصناعة الكيميائية ، يحتل حمض الكبريتيك المرتبة الأولى من حيث الإنتاج والاستهلاك. ويفسر ذلك سببان: رخصته مقارنة بسائر الأحماض ، وخصائصه. يستخدم حامض الكبريتيك في صناعات مختلفة اقتصاد وطنيلأنه يحتوي على مجموعة من الخصائص الخاصة التي تسهل استخدامه التكنولوجي. حامض الكبريتيك لا يدخن ، في شكل مركّز لا يؤدّي إلى تآكل المعادن الحديدية ، وهو قادر على تكوين العديد من الأملاح المستقرة وهو مادة خام رخيصة لمختلف الصناعات. أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك في الوقت الحاضر هو صناعة الأسمدة المعدنية الفوسفورية والنيتروجينية ، مثل كبريتات الأمونيوم ، الأموفوس ، السوبر فوسفات ، إلخ. يتم الحصول على السوبر فوسفات البسيط عن طريق معالجة الأباتيت والفوسفوريت بحمض الكبريتيك. يساعد استخدام الأسمدة المعدنية على زيادة غلة المحاصيل الزراعية ومحتوى المغذيات فيها. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم حامض الكبريتيك في إنتاج بعض الأحماض (الفوسفوريك ، الهيدروكلوريك ، الخليك) ، الكبريتات ، الألياف الاصطناعية ، الورنيش ، الدهانات ، البلاستيك ، المنظفات ، المتفجرات ، الأدوية ، المبيدات ، وكذلك في إنتاج المواد غير الحديدية. والمعادن النادرة والكحول والإيثرات. يتم استخدامه لتكرير المنتجات البترولية ، كإلكتروليت في البطاريات الحمضية ، في الهندسة الميكانيكية - لإعداد سطح المعادن عند تطبيق الطلاء الجلفاني. في صناعة المعادن ، يستخدم حامض الكبريتيك وأملاحه في تخليل منتجات الصلب. قبل العثور على استخدام لمادة ما ، ادرس أولاً بالتفصيل المادة الفيزيائية و الخواص الكيميائية... بعد ذلك ، تصبح حدود استخدام المادة واضحة.

الجزء التكنولوجي

حمض الكبريتيك: الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، التطبيق

الخصائص الفيزيائية

حمض الكبريتيك H2SO4 هو حمض ثنائي القاعدة قوي يقابل أعلى حالة أكسدة للكبريت (+6). في ظل الظروف العادية ، يعتبر حمض الكبريتيك المركز سائلًا زيتيًا ثقيلًا وعديم اللون والرائحة. في التكنولوجيا ، يسمى حمض الكبريتيك خليط مع كل من الماء و أنهيدريد الكبريتيك SO3. إذا كانت النسبة المولية SO3: H2O هي 1 ، فإن محلول SO3 في حامض الكبريتيك (أوليوم). عادة ما يكون لحمض الكبريتيك التفاعلي كثافة 1.84 جم / سم 3 ويحتوي على حوالي

95٪ H2SO4. يتصلب فقط عند درجة حرارة أقل من -20 درجة مئوية. نقطة انصهار مونوهيدرات هي 10.37 درجة مئوية عند حرارة انصهار 10.5 كيلوجول / مول. في ظل الظروف العادية ، يكون سائلًا شديد اللزوجة مع ثابت عازل عالي جدًا (e = 100 عند 25 درجة مئوية). المحتوى الحراري القياسي للتكوين هو DH = 298 kJ / mol. طاقة جيبس ​​القياسية للتكوين هي ДG = 298 kJ / mol. الانتروبيا المعيارية للتكوين هي S = 298 J / mol · K. السعة الحرارية المولارية القياسية Cp = 298 J / mol · K.

الخواص الكيميائية

حمض الكبريتيك هو حمض ثنائي القاعدة قوي ، ويتم تفككه على مرحلتين:

H2SO4 = H + + HSO4- - المرحلة الأولى

HSO4 = H + + SO42- - المرحلة الثانية

في المحاليل المركزة ، تفكك حامض الكبريتيك في المرحلة الثانية لا يكاد يذكر.

حمض الكبريتيك مادة قوية تجفيف (تجفيف). يمتص الرطوبة من الهواء (استرطابي) ، يأخذ الماء بعيدًا عن الهيدرات البلورية:

H2SO4 conc. + CuSO4 * 5H2O أزرق = CuSO4 أبيض + 5H2O ؛

الكربوهيدرات:

(تفحيم الخشب والورق):

H2SO4 conc. + C12H22O = 12C + 11H2O ؛

H2SO4 conc. + C2H5OH = CH2 = CH2 + H2O

يعرض حامض الكبريتيك جميع خصائص الأحماض القوية:

أ) يتفاعل مع الأكاسيد الأساسية ، على سبيل المثال:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

ب) مع القواعد ، على سبيل المثال:

2NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 + 2H2O

ج) يزيح الأحماض الأخرى من أملاحها ، على سبيل المثال ، الأحماض الأضعف منها:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

أو أكثر تطايرًا (نقاط غليان أقل من حمض الكبريتيك):

NaNO3tv. + H2SO4 conc = NaH SO4 + HNO3- عند التسخين.

في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يُظهر حمض الكبريتيك المخفف خصائص حمض عادي (عامل غير مؤكسد) - بينما يتم تقليل أيونات H + ، على سبيل المثال: Fe + H2SO4 dil = Fe SO4 + H2. لا يتفاعل H2SO4 المخفف مع المعادن في سلسلة الفولتية على يمين الهيدروجين. حمض الكبريتيك المركز هو حمض مؤكسد ، بينما يتم تقليل الكبريت (+6). يؤكسد المعادن في سلسلة الفولتية على يمين الهيدروجين: Cu + 2 H2SO4conc = Cu SO4 + SO2 + 2H2O والمعادن الموجودة على يسار الهيدروجين ، بينما يتم تقليل الكبريت إلى حالة الأكسدة +4 و 0 و -2:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4 + SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

يتم تخميل الحديد والألمنيوم والكروم (لا تتفاعل) مع حامض الكبريتيك المركز ، ومع ذلك ، مع التسخين القوي ، يبدأ التفاعل ، على سبيل المثال:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O.

يعمل حمض الكبريتيك المركز على أكسدة غير المعادن ، على سبيل المثال:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1.16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

يتأكسد حمض الكبريتيك المركز أيضًا مواد معقدة، على سبيل المثال HI و HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O ؛

أملاح الحديد:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 2H2O + SO2.

يتم إنتاج حامض الكبريتيك في عدة درجات. تختلف في تركيز وكمية الشوائب. لإنتاج الأدوية ، الكواشف عالية النقاء ، لملء البطاريات ، مطلوب حمض نقي. عند تخليل المعادن ، في إنتاج السوبر فوسفات ، يمكنك استخدام حمض به بعض التلوث. انها مفيدة اقتصاديا. هذا الحمض أرخص ، وتنتج صناعة حامض الكبريتيك ما يسمى الأوليوم ، الذي يستخدم في إنتاج بعض المستحضرات العضوية والمتفجرات. Oleum هو محلول من أنهيدريد الكبريتيك في حامض الكبريتيك. تختلف أصناف الأوليوم في تركيز أنهيدريد الكبريتيك في حمض الكبريتيك. لبعض الأغراض الخاصة ، يتم إنتاج زيت الأوليوم الذي يحتوي على ما يصل إلى 60٪ أنهيدريد الكبريتيك. لذلك ، يتم استخدام حمض الكبريتيك التقني والأوليوم التقني (GOST 2184-77) في إنتاج مختلف الأملاح والأحماض وجميع أنواع المنتجات العضوية والأصباغ والمتفجرات والأسمدة المعدنية ، كعامل تجفيف وتجفيف ، في عمليات التحييد. والحفر وغيرها الكثير. هذه المنتجات غير قابلة للاشتعال وتنتمي إلى الدرجة الثانية من السمية.

يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع. أكبر مستهلك لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية. بالنسبة لطن واحد من P2O5 الأسمدة الفسفورية يتم استهلاك 2.2-3.4 طن من حامض الكبريتيك و 1 طن من (NH4) 2SO4 - 0.75 طن من حامض الكبريتيك. لذلك ، يسعون جاهدين لبناء مصانع حامض الكبريتيك بالتزامن مع مصانع لإنتاج الأسمدة المعدنية. يستخدم حمض الكبريتيك أيضًا للحصول على الهيدروكلوريك والنتريك والفوسفوريك والهيدروفلوريك والعديد من الأحماض العضوية عن طريق التبادل ، ومركبات السلفو العضوية ، لتنقية الغازات المختلفة ، وهو جزء من مخاليط النترجة ، ويستخدم في إنتاج الأصباغ ، لشحن البطاريات ، في علم المعادن ، يستخدم حامض الكبريتيك للكشف عن الشقوق الدقيقة في المنتجات النهائية ؛ في مصانع تشغيل المعادن ، يستخدم حامض الكبريتيك في ورش الطلاء الكهربائي. كما تعلم ، قبل تطبيق النيكل والكروم والنحاس على المنتجات المعدنية بالطريقة الكهربائية ، يجب تنظيفها تمامًا ومسحها وإزالة الشحوم منها ، وأخيراً الاحتفاظ بها لفترة قصيرة في الحمام بمحلول حامض الكبريتيك. في الوقت نفسه ، يذوب أنحف طبقة من المعدن ويتم إزالة آثار الأوساخ معها. في الوقت نفسه ، يصبح سطح المعدن أكثر خشونة: تظهر عليه نتوءات و نتوءات مجهرية. تلتصق الطلاءات الإلكتروليتية بشكل أفضل بمثل هذا السطح وتلتصق بشدة بالمعدن. كما أن حمض الكبريتيك ضروري لمعالجة الخامات والمعادن المختلفة. عند معالجة خامات المعادن النادرة أهمية عظيمةطريقة حمضية لتفكيكها. عادة ما يتم استخدام أرخص حمض الكبريتيك غير المتطاير لهذا الغرض. يتم خلط الخام المسحوق بنسبة معينة مع حامض الكبريتيك وتسخينه. تتم معالجة المحلول الناتج والرواسب كيميائيا، بناءً على الخصائص الكيميائية للعنصر الذي يجب عزله عن المحلول. يتم استهلاك آلاف الأطنان من حامض الكبريتيك في المعالجة الكيميائية لخامات العناصر النادرة. عدد كبير منحمض الكبريتيك مطلوب من قبل صناعة تكرير النفط لتنقية النفط وجزيئاته المختلفة. الخامس التوليف العضويحامض الكبريتيك المركز - مكون ضروري في إنتاج العديد من الأصباغ و المواد الطبية... تستخدم أملاح حامض الكبريتيك على نطاق واسع. تستخدم كبريتات الصوديوم (ملح Glauber's Na2SO4 * 10H2O) لإنتاج الصودا وفي صناعة الزجاج. تنتشر كبريتات الكالسيوم في الطبيعة على شكل ثنائي هيدرات بلوري الجبس (CaSO4 * 2H2O) وملح الأنهيدريت اللامائي (Ca SO4). يتم الحصول على مواد رابطة الأنهيدريت بإطلاق حجر الجبس في درجات حرارة مرتفعة (600-700 درجة مئوية) بمواد مضافة مختلفة. في نفس الوقت يتم الحصول على تشطيب الأسمنت الجبسي والجبس المكلس (جبس إكستريش). تتصلب هذه المواد بشكل أبطأ بكثير من الجبس شبه المائي ، وتُستخدم في تصنيع الملاط والخرسانة منخفضة القوة ، وكذلك الرخام الصناعي ، والأرضيات غير الملحومة ، وما إلى ذلك ، يتم استخدام كبريتات المغنيسيوم ، أو الملح المر (MgSO4 * 7H2O) في الطب كملين. تستخدم كبريتات الحديد (II) ، أو كبريتات الحديدوز (FeSO4 * 7H2O) لتحضير ملح الدم الأصفر (K4) ، والحبر ، لتنقية المياه والحفاظ على الخشب. تستخدم كبريتات النحاس أو كبريتات النحاس (CuSO4 * 5H2O) لمكافحة الآفات الفطرية المختلفة الزراعةلإنتاج طلاءات النحاس ومركبات النحاس المختلفة. من المحاليل التي تحتوي على كبريتات معدنية ثلاثية التكافؤ (Fe3 + ، Al3 + ، Cr3 +) وكبريتات معدنية أحادية التكافؤ (K + ، NH4 + ، Rb +) ، أملاح مزدوجة من K2 SO4Al2 (SO4) 32 * 4H2O أو KAl (SO4) 3 * تبلور نوع 12H2O. بدلاً من البوتاسيوم والألمنيوم ، يمكنهم الوقوف في أي تركيبة العناصر المدرجة... هذه المركبات تسمى الشب. الشب موجود فقط في شكل صلب. في المحلول ، يتصرفون كملحين مستقلين ، أي كمزيج من كبريتات معدنية أحادية وثلاثية التكافؤ. تستخدم المحاليل المخففة لحمض الكبريتيك وأملاحه في صناعة النسيج والصناعات الأخرى صناعة خفيفة... في صناعة المواد الغذائية ، يستخدم حامض الكبريتيك للحصول على النشا والدبس وعدد من المنتجات الأخرى. في الهندسة الكهربائية ، يتم استخدامه كإلكتروليت في البطاريات. يستخدم حامض الكبريتيك لتجفيف الغازات ولتركيز الحمض. أخيرًا ، يتم استخدام حامض الكبريتيك كمكون لوسط التفاعل في عمليات النترات ، ولا سيما في إنتاج المتفجرات.

طرق إنتاج حامض الكبريتيك

مرة أخرى في القرن الثالث عشر. تم الحصول على حامض الكبريتيك بكميات صغيرة التحلل الحراريلذلك ، حتى الآن ، يُطلق على أحد أصناف حمض الكبريتيك زيت فيتريول ، على الرغم من أن حامض الكبريتيك لم يتم إنتاجه من الزجاج لفترة طويلة.

حاليًا ، يتم إنتاج حامض الكبريتيك بطريقتين: النيتروز ، الموجود منذ أكثر من 200 عام ، والاتصال ، والمتقن في الصناعة في أواخر التاسع عشروبداية القرن العشرين.

اعتمادًا على كيفية إجراء عملية أكسدة SO2 إلى SO3 ، هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج حامض الكبريتيك. في طريقة التلامس لإنتاج حامض الكبريتيك ، تتم أكسدة SO2 إلى SO3 على محفزات صلبة. يتم تحويل ثالث أكسيد الكبريت إلى حمض الكبريتيك في المرحلة الأخيرة من العملية - امتصاص ثالث أكسيد الكبريت ، والذي يمكن تبسيطه بواسطة معادلة التفاعل: SO3 + H2O = H2SO4

عند تنفيذ العملية وفقًا لطريقة النيتروز (البرج) ، يتم استخدام أكاسيد النيتروجين كناقل للأكسجين. تتم عملية أكسدة ثاني أكسيد الكبريت في المرحلة السائلة والمنتج النهائي هو حمض الكبريتيك: SO2 + N2O3 + H2O = H2SO4 + 2NO

في الوقت الحاضر ، تستخدم الصناعة بشكل أساسي طريقة الاتصال لإنتاج حامض الكبريتيك ، مما يجعل من الممكن استخدام الأجهزة بكثافة أكبر.

خصائص المواد الخام

قاعدة المواد الخام لإنتاج حامض الكبريتيك هي مركبات تحتوي على الكبريت ، ويمكن الحصول منها على ثاني أكسيد الكبريت. في الصناعة ، يتم الحصول على حوالي 80٪ من حامض الكبريتيك من بيريت الكبريت الطبيعي والحديد (الكبريتيك). تحتل الغازات العادمة من المعادن غير الحديدية مكانًا مهمًا في موازنة المواد الخام. تستخدم بعض الصناعات كبريتيد الهيدروجين كمادة خام ، والتي تتكون أثناء تنقية الكبريت في تكرير النفط.

يمكن أن تكون الكواشف الأولية لإنتاج حامض الكبريتيك عبارة عن مركبات تحتوي على الكبريت والكبريت ، والتي يمكن من خلالها الحصول على الكبريت أو ثاني أكسيد الكبريت. تقليديا ، المصادر الرئيسية للمواد الخام هي الكبريت والحديد (الكبريت) البيريت. يتم الحصول على حوالي نصف حامض الكبريتيك من الكبريت ، والثلث من البيريت. تحتل غازات النفايات من المعادن غير الحديدية التي تحتوي على ثاني أكسيد الكبريت مكانًا مهمًا في توازن المواد الخام. في الوقت نفسه ، تعتبر غازات النفايات أرخص المواد الخام ، كما أن أسعار الجملة للبيريت منخفضة أيضًا ، والكبريت هو أغلى مادة خام. وبالتالي ، من أجل أن يكون إنتاج حامض الكبريتيك من الكبريت ممكنًا اقتصاديًا ، يجب تطوير مخطط تكون فيه تكلفة معالجته أقل بكثير من تكلفة معالجة البيريت أو غازات النفايات.

حمض الكبريتيك غير المخفف مركب تساهمي.

في جزيء حامض الكبريتيك ، يكون محاطًا رباعي السطوح بأربع ذرات أكسجين ، اثنتان منها جزء من مجموعات الهيدروكسيل. روابط S - O مزدوجة ، وسندات S - OH مفردة.

تحتوي البلورات الشبيهة بالجليد عديمة اللون على بنية ذات طبقات: كل جزيء H 2 SO 4 متصل بأربعة روابط هيدروجينية قوية متجاورة ، مما يشكل إطارًا مكانيًا واحدًا.

هيكل حامض الكبريتيك السائل مشابه لهيكل صلب ، يتم انتهاك سلامة الإطار المكاني فقط.

الخواص الفيزيائية لحمض الكبريتيك

في ظل الظروف العادية ، يعتبر حمض الكبريتيك سائلًا زيتيًا ثقيلًا وعديم اللون والرائحة. في التكنولوجيا ، يسمى حمض الكبريتيك خليط مع كل من الماء وأنهيدريد الكبريتيك. إذا كانت النسبة المولية لـ SO 3: H 2 O أقل من 1 ، فهذا محلول مائي من حمض الكبريتيك ، إذا كان أكثر من 1 ، فهو محلول SO 3 في حمض الكبريتيك.

يتبلور 100٪ H 2 SO 4 عند 10.45 درجة مئوية ؛ تيبالة = 296.2 درجة مئوية ؛ الكثافة 1.98 جم / سم 3. يمزج H 2 SO 4 مع H 2 O و SO 3 بأي نسبة لتكوين هيدرات ، وتكون حرارة الترطيب كبيرة لدرجة أن الخليط يمكن أن يغلي ويتناثر ويسبب حروقًا. لذلك ، من الضروري إضافة حمض إلى الماء ، وليس العكس ، لأنه عند إضافة الماء إلى الحمض ، سيكون الماء الأخف على سطح الحمض ، حيث ستتركز كل الحرارة المنبعثة.

عند تسخين وغليان المحاليل المائية لحمض الكبريتيك التي تحتوي على ما يصل إلى 70٪ H 2 SO 4 ، يتم إطلاق بخار الماء فقط في مرحلة البخار. تظهر أبخرة حمض الكبريتيك أيضًا فوق المحاليل الأكثر تركيزًا.

من حيث السمات الهيكلية والشذوذ ، يشبه حمض الكبريتيك السائل الماء. هنا نفس نظام الروابط الهيدروجينية ، نفس الإطار المكاني تقريبًا.

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك

حمض الكبريتيك هو واحد من أقوى الأحماض المعدنية ؛ بسبب القطبية العالية ، تتكسر رابطة H - O بسهولة.

في محلول مائي ، يتفكك حمض الكبريتيك ، وتشكيل أيون الهيدروجين وبقايا الحمض:

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 - ؛

H SO 4 - = H + + SO 4 2-.

معادلة الملخص:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-.

يظهر خصائص الحمض يتفاعل مع المعادن وأكاسيد المعادن والقواعد والأملاح.

لا يحمل حامض الكبريتيك المخفف خواص مؤكسدة ؛ فعندما يتفاعل مع المعادن ، يتم إطلاق الهيدروجين والملح ، ويحتوي على المعدن في أدنى حالة أكسدة. في البرد ، يكون الحمض خاملًا للمعادن مثل الحديد والألمنيوم وحتى الباريوم.

الحمض المركز له خصائص مؤكسدة. منتجات التفاعل الممكنة مواد بسيطةمع حامض الكبريتيك المركز مذكورة في الجدول. يظهر اعتماد منتج الاختزال على تركيز الحمض ودرجة نشاط المعدن: كلما زاد نشاط المعدن ، قلل بشكل أعمق من أيون كبريتات حامض الكبريتيك.

التفاعل مع الأكاسيد:

CaO + H 2 SO 4 = CaSO 4 = H 2 O.

التفاعل مع القواعد:

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

التفاعل مع الأملاح:

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

خصائص مؤكسدة

يؤكسد حامض الكبريتيك HI و HBr لتحرير الهالوجينات:

H 2 SO 4 + 2HI = I 2 + 2H 2 O + SO 2.

يزيل حمض الكبريتيك الماء المرتبط كيميائيًا من المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل. يؤدي تجفيف الكحول الإيثيلي في وجود حامض الكبريتيك المركز إلى إنتاج الإيثيلين:

ج 2 H 5 OH = C 2 H 4 + H 2 O.

يفسر أيضًا تجفيف السكر والسليلوز والنشا والكربوهيدرات الأخرى التي تلامس حمض الكبريتيك:

ج 6 س 12 س 6 + 12 س 2 سو 4 = 18 س 2 س + 12 س 2 + 6 كو 2.

مع الأحماض المخففة ، والتي تظهر خصائص مؤكسدة بسببأيونات الهيدروجين(الكبريت المخفف ، الفوسفوريك ، الكبريت ، جميع الأحماض العضوية الخالية من الأكسجين ، إلخ.)

تتفاعل المعادن:
تقع في سلسلة من الفولتية للهيدروجين(هذه المعادن قادرة على إزاحة الهيدروجين من الحمض) ؛
تشكيل مع هذه الأحماض أملاح قابلة للذوبان(لا يتشكل ملح وقائي على سطح هذه المعادن
فيلم).

نتيجة لرد الفعل ، أملاح قابلة للذوبانوتبرز هيدروجين:
2A1 + 6HCI = 2A1C1 3 + ZN 2
مز + ح 2 سو 4 = م ج س О 4 + 2
مكسور.
مع u + H 2 SO 4 → X (منذ C u يقف بعد H 2)
مكسور.
PL + H 2 SO 4 → X (منذ PL SO 4 غير قابل للذوبان في الماء)
مكسور.
بعض الأحماض هي عوامل مؤكسدة بسبب عنصر يشكل بقايا حمضية ، وتشمل حامض الكبريتيك المركز ، وكذلك حمض النيتريك بأي تركيز. تسمى هذه الأحماض أحماض مؤكسدة.

تحتوي أنيونات هذه الأحماض على ذرات الكبريت والنيتروجين في أعلى حالات الأكسدة

خصائص مؤكسدة المخلفات الحمضيةوهو أقوى بكثير من الهيدروجين غير الهيدروجين ، لذلك تتفاعل أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة مع جميع المعادن الموجودة في سلسلة من الفولتية ، قبل وبعد الهيدروجين ، ماعدا الذهبو البلاتين.نظرًا لأن العوامل المؤكسدة في هذه الحالات هي عبارة عن بقايا حمضية (بسبب ذرات الكبريت والنيتروجين في حالات الأكسدة الأعلى) ، وليس نون الهيدروجين H ، إذن في تفاعل النيتريك وأحماض الكبريتيك المركزةمع لا تطلق المعادن أي هيدروجين.يتأكسد المعدن تحت تأثير هذه الأحماض إلى حالة الأكسدة المميزة (المستقرة)ويشكل ملحًا ، ويعتمد منتج الاختزال الحمضي على نشاط المعدن ودرجة تخفيف الحمض

تفاعل حامض الكبريتيك مع المعادن

تتصرف أحماض الكبريتيك المخففة والمركزة بشكل مختلف. يتصرف حامض الكبريتيك المخفف مثل الحمض العادي. المعادن النشطة في سلسلة الفولتية على يسار الهيدروجين

لي ، ك، Ca ، Na ، Mg ، Al ، Mn ، Zn ، Fe ، Co ، Ni ، Sn ، Pb ، H2 ، Cu ، Hg ، Ag ، Au

استبدال الهيدروجين من حامض الكبريتيك المخفف. نرى فقاعات الهيدروجين عند إضافة حمض الكبريتيك المخفف إلى أنبوب الزنك.

H 2 SO 4 + Zn = Zn SO 4 + H 2

يعتبر النحاس من بين الضغوط بعد الهيدروجين - لذلك ، لا يعمل حمض الكبريتيك المخفف على النحاس. وفي حامض الكبريتيك المركز يتصرف الزنك والنحاس بهذه الطريقة ...

مثل الزنك معدن نشط, يمكنشكل مع التركيزحامض الكبريتيك وثاني أكسيد الكبريت والكبريت العنصري وحتى كبريتيد الهيدروجين.

2H 2 SO 4 + Zn = SO 2 + ZnSO 4 + 2H 2 O

النحاس معدن أقل تفاعلًا. عند التفاعل مع حامض الكبريتيك المركز ، فإنه يقلل إلى ثاني أكسيد الكبريت.

2H 2 SO 4 conc. + النحاس = SO 2 + CuSO 4 + 2H 2 O

في أنابيب الاختبار ذات تتركزيطلق حامض الكبريتيك ثاني أكسيد الكبريت.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المخططات تشير إلى المنتجات ، ومحتواها هو الأعلى بين المنتجات الممكنة للحد من الحمض.

بناءً على المخططات المذكورة أعلاه ، سنقوم بتكوين معادلات تفاعلات محددة - تفاعل النحاس والمغنيسيوم مع حمض الكبريتيك المركز:
0 +6 +2 +4
مع u + 2H 2 SO 4 = C uSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
اضرب.
0 +6 +2 -2
4 م g + 5H 2 SO 4 = 4M gSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
اضرب.

بعض المعادن ( الحديد... منظمة العفو الدولية ، سيص) لا تتفاعل مع الكبريت المركز و أحماض النيتريكفي درجة الحرارة العادية ، فكيف الحال التخميلفلز. ترتبط هذه الظاهرة بتكوين طبقة أكسيد رفيعة ولكنها كثيفة جدًا على سطح المعدن ، والتي تحمي المعدن. لهذا السبب ، يتم نقل أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة في حاويات حديدية.

إذا أظهر المعدن حالات أكسدة متغيرة ، فعندئذ مع الأحماض ، وهي عوامل مؤكسدة بسبب أيونات H + ، فإنه يشكل أملاحًا تكون فيها حالة الأكسدة أقل من المستقرة ، ومع الأحماض المؤكسدة ، تكون الأملاح التي تكون فيها حالة الأكسدة أكثر استقرارًا:
0 +2
F e + H 2 SO 4 = F e SO 4 + H 2
0 انقسام + 3
F e + H 2 SO 4 = F e 2 (SO 4) 3 + 3 SO 2 + 6H 2 O
نهاية

أنا نوفوشينسكي
NS نوفوشينسكايا