Сярната киселина е една от най-силните киселини, която е маслена течност. Химичните свойства на сярната киселина я правят широко използвана в промишлеността.

общо описание

Сярна киселина (H 2 SO 4) има характерни свойствакиселини и е силен окислител. Това е най-активното неорганична киселинас точка на топене 10°С. Киселината кипи при 296 ° C с отделяне на вода и серен оксид SO 3. Той е в състояние да абсорбира водни пари, поради което се използва за изсушаване на газове.

Ориз. 1. Сярна киселина.

Сярната киселина се произвежда промишлено от серен диоксид (SO 2), който се образува при изгарянето на сяра или пирит. Има два основни начина за образуване на киселина:

• контакт (концентрация 94%) - окисление на серен диоксид до серен триоксид (SO 3), последвано от хидролиза:

  2SO 2 + O 2 → 2SO3; SO3 + H2O → H2SO4;

• азотен (концентрация 75%) - окисление на серен диоксид от азотен диоксид по време на взаимодействието на водата:

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

Разтвор на SO 3 в сярна киселина се нарича олеум. Използва се и за производство на сярна киселина.

Ориз. 2. Процесът на получаване на сярна киселина.

Реакцията с вода генерира много топлина. Следователно към водата се добавя киселина, а не обратното. Водата е по-лека от киселината, тя остава на повърхността. Ако добавите вода към киселината, водата ще заври мигновено, което ще доведе до пръскане на киселината.

Имоти

Сярната киселина образува два вида соли:

• кисел - хидросулфати (NaHSO 4, KHSO 4);
• средно аритметично - сулфати (BaSO 4, CaSO 4).

Химичните свойства на концентрираната сярна киселина са представени в таблицата.

Реакция	Какво се образува	Пример
С метали	серен оксид; Водороден сулфид	С активен: 2H 2 SO 4 + Mg → MgSO 4 + SO 2 + 2H 2 O С метали със средна активност: 4H 2 SO 4 + 2Cr → Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + S; С ниска активност: 2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
С неметали	киселина; серен оксид	2P + 5H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
С оксиди	серен оксид	Метали: H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O; Неметали: H 2 SO 4 + CO → CO 2 + SO 2 + H 2 O
С основи		H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
	Въглероден двуокис; киселина	Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O Качествена реакция: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 (бяла утайка) + 2HCl
Окисление на сложни вещества	Свободни халогени; серен оксид;	H2SO4 + 2HBr → Br2 + SO2 + 2H2O; H 2 SO 4 + 2HI → I 2 + 2H 2 O + SO 2
овъгляване на захари (целулоза, нишесте, глюкоза)	серен оксид; Въглероден двуокис;	C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 → 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2

Ориз. 3. Реакция със захар.

Разредената киселина не окислява нискоактивните метали, които са в електрохимичния ред след водорода. При взаимодействие с активни метали (литий, калий, натрий, магнезий) се отделя водород и се образува сол. Концентрирана киселинаекспонати окислителни свойствас тежки, алкални и алкалоземни метали при нагряване. Няма реакция със златото и платината.

Сярната киселина (разредена и концентрирана) на студено не взаимодейства с желязо, хром, алуминий, титан, никел. Поради пасивирането на металите (образуване на защитен оксиден филм), сярната киселина може да се транспортира в метални резервоари. Железният оксид се разпада при нагряване.

Какво научихме?

От урока в 9. клас те научиха за свойствата на сярната киселина. Той е мощен окислител, който реагира с метали, неметали, органични съединения, соли, основи, оксиди. При взаимодействие с вода се генерира топлина. Сярна киселина се получава от серен оксид. Концентрираната киселина не взаимодейства с някои метали без нагряване, което позволява на киселината да се транспортира в метален контейнер.

Тест по тема

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.1. Общо получени оценки: 150.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Безводен сярна киселина е тежка, вискозна течност, която лесно се смесва с вода във всякакви пропорции: взаимодействието се характеризира с изключително висок екзотермичен ефект (~ 880 kJ / mol с безкрайно разреждане) и може да доведе до експлозивно кипене и разпръскване на сместа, ако се добави вода към киселината; следователно е толкова важно винаги да използвате обратния ред при приготвяне на разтвори и да добавяте киселина към водата, бавно и с разбъркване.

Някои от физичните свойства на сярната киселина са показани в таблицата.

Безводният H 2 SO 4 е забележително съединение с необичайно висока диелектрична константа и много висока електрическа проводимост, което се дължи на йонна автодисоциация (автопротолиза) на съединението, както и на релето електрически токпрез вискозна течност с Голям бройводородни връзки.

Маса 1. Физически свойствасярна киселина.

Производство на сярна киселина

Сярната киселина е най-важният промишлен химикал и най-евтината киселина с голям обем във всяка страна в света.

Концентрираната сярна киселина („масло от витриол“) за първи път се получава чрез нагряване на „зелен витриол“ FeSO 4 × nH 2 O и се консумира в големи количества за получаване на Na 2 SO 4 и NaCl.

V съвременен процесза производството на сярна киселина се използва катализатор, състоящ се от ванадиев (V) оксид с добавяне на калиев сулфат върху подложка от силициев диоксид или диатомит. Серен диоксид SO 2 се получава чрез изгаряне на чиста сяра или чрез изпичане на сулфидна руда (предимно пирит или руди от Cu, Ni и Zn) в процеса на извличане на тези метали. След това SO 2 се окислява до триоксид и след това се получава сярна киселина чрез разтваряне във вода:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0 - 297 kJ / mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9,8 kJ / mol);

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

Химични свойства на сярната киселина

Сярната киселина е силна двуосновна киселина. На първия етап, в разтвори с ниска концентрация, той се дисоциира почти напълно:

H2SO4 ↔H + + HSO4-.

Дисоциация във втория етап

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

протича в по-малка степен. Константата на дисоциация на сярната киселина на втория етап, изразена чрез активността на йони, K 2 = 10 -2.

Като двуосновна киселина, сярната киселина образува две серии соли: средна и киселинна. Средните соли на сярната киселина се наричат ​​сулфати, а киселинните се наричат ​​хидросулфати.

Сярната киселина алчно абсорбира водните пари и затова често се използва за изсушаване на газове. Способността да абсорбира вода също обяснява овъгляването на мнозина органична материя, особено тези, свързани с класа въглехидрати (фибри, захар и др.), когато са изложени на концентрирана сярна киселина. Сярната киселина отстранява водорода и кислорода от въглехидратите, които образуват вода, а въглеродът се освобождава под формата на въглища.

Концентрираната сярна киселина, особено когато е гореща, е енергичен окислител. Той окислява HI и HBr (но не HCl) до свободни халогени, въглища до CO 2, сяра до SO 2. Тези реакции се изразяват с уравненията:

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O;

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O;

C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;

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

Взаимодействието на сярната киселина с металите протича по различен начин в зависимост от нейната концентрация. Разредената сярна киселина се окислява със своя водороден йон. Следователно той взаимодейства само с онези метали, които стоят в поредицата от напрежения само до водород, например:

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

Оловото обаче не се разтваря в разредена киселина, тъй като получената сол на PbSO 4 е неразтворима.

Концентрираната сярна киселина е окислител поради сярата (VI). Той окислява метали до и включително сребро. Продуктите от неговата редукция могат да бъдат различни в зависимост от активността на метала и от условията (концентрация на киселина, температура). При взаимодействие с нискоактивни метали, например с мед, киселината се редуцира до SO 2:

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

При взаимодействие с по-активни метали редукционните продукти могат да бъдат както диоксид, така и свободна сяра и сероводород. Например, при взаимодействие с цинк могат да възникнат реакции:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H20;

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S ↓ + 4H2O;

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

Използването на сярна киселина

Използването на сярна киселина варира в различните страни и от десетилетие до десетилетие. Така например в Съединените щати в момента основната област на потребление на H 2 SO 4 е производството на торове (70%), последвано от химическо производство, металургия, рафиниране на нефт (~ 5% във всеки регион ). В Обединеното кралство разпределението на потреблението по индустрия е различно: само 30% от произведената H 2 SO 4 се използва за производството на торове, но 18% отиват за бои, пигменти и междинни продукти за производство на багрила, 16% за химическата промишленост, 12% за производството на сапун и перилни препарати, 10% за производството на естествени и изкуствени влакна и 2,5% се използва в металургията.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Определете масата на сярната киселина, която може да се получи от един тон пирит, ако добивът на серен оксид (IV) в реакцията на печене е 90%, а на серен оксид (VI) при каталитичното окисление на сяра (IV) - 95% на теоретичното.
Решение	Нека напишем уравнението на реакцията за печене на пирит: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Нека изчислим количеството пиритно вещество: n (FeS 2) = m (FeS 2) / M (FeS 2); M (FeS 2) = Ar (Fe) + 2 × Ar (S) = 56 + 2 × 32 = 120 g / mol; n (FeS 2) = 1000 kg / 120 = 8,33 kmol. Тъй като в уравнението на реакцията коефициентът за серен диоксид е два пъти по-голям от коефициента за FeS 2, теоретично възможното количество вещество на серен (IV) оксид е: n (SO 2) theor = 2 × n (FeS 2) = 2 × 8,33 = 16,66 kmol. И практически полученото количество молове серен (IV) оксид е: n (SO 2) практика = η × n (SO 2) теория = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Нека напишем уравнението на реакцията за окисляване на серен (IV) оксид до серен (VI) оксид: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Теоретично възможното количество вещество на серен (VI) оксид е: n (SO 3) теория = n (SO 2) практика = 15 kmol. И практически полученото количество молове серен (VI) оксид е: n (SO 3) практика = η × n (SO 3) теория = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Нека напишем уравнението за реакцията на получаване на сярна киселина: SO3 + H2O = H2SO4. Нека намерим количеството на сярната киселина: n (H2SO4) = n (SO3) практ = 14,25 kmol. Реакционният добив е 100%. Масата на сярната киселина е: m (H2SO4) = n (H2SO4) × M (H2SO4); M (H 2 SO 4) = 2 × Ar (H) + Ar (S) + 4 × Ar (O) = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 g / mol; m (H2SO4) = 14,25 × 98 = 1397 kg.
Отговор	Масата на сярната киселина е 1397 кг

Въведение

Сярната киселина е най-важният продукт на химическата промишленост. Сред минералните киселини, произведени от химическата промишленост, сярната киселина е на първо място по производство и потребление. Това се обяснява с две причини: неговата евтиност в сравнение с всички други киселини и неговите свойства. Сярната киселина се използва в различни индустрии Национална икономика, тъй като притежава набор от специални свойства, които улесняват технологичното му използване. Сярната киселина не пуши, в концентрирана форма не корозира черните метали, способна е да образува множество стабилни соли и е евтина суровина за различни индустрии. Най-големият консуматор на сярна киселина в момента е индустрията на фосфорни и азотни минерални торове, като амониев сулфат, амофос, суперфосфат и др. Прост суперфосфат се получава чрез обработка на апатити и фосфорити със сярна киселина. Използването на минерални торове спомага за повишаване на добива на земеделските култури и съдържанието на хранителни вещества в тях. Освен това сярната киселина се използва за производството на някои киселини (фосфорна, солна, оцетна), сулфати, изкуствени влакна, лакове, бои, пластмаси, детергенти, експлозиви, лекарства, пестициди, както и при производството на цветни и редки метали, алкохоли, етери. Използва се за рафиниране на петролни продукти, като електролит в киселинни акумулатори, в машиностроенето - за подготовка на повърхността на метали при нанасяне на галванични покрития. В металообработващата промишленост сярната киселина и нейните соли се използват за ецване на стоманени продукти. Преди да намерите приложение за дадено вещество, първо проучете подробно неговите физически и Химични свойства... След това границите на употребата на веществото стават ясни.

Технологична част

Сярна киселина: физични и химични свойства, приложение

Физически свойства

Сярната киселина H2SO4 е силна двуосновна киселина, съответстваща на най-високата степен на окисление на сярата (+6). При нормални условия концентрираната сярна киселина е тежка, маслена течност, без цвят и мирис. В технологията сярна киселина се нарича смес с вода и серен анхидрид SO3. Ако моларното съотношение SO3:H2O е 1, тогава разтворът на SO3 в сярна киселина (олеум). Реактивната сярна киселина обикновено има плътност 1,84 g / cm3 и съдържа около

95% H2SO4. Втвърдява се само под -20 ° C. Точката на топене на монохидрата е 10,37 ° C при топлина на топене от 10,5 kJ / mol. При нормални условия това е много вискозна течност с много висока диелектрична константа (e = 100 при 25 ° C). Стандартната енталпия на образуване е DH = 298 kJ / mol. Стандартната енергия на Гибс на образуване е ДG = 298 kJ / mol. Стандартната ентропия на образуване е S = 298 J / mol · K. Стандартен моларен топлинен капацитет Cp = 298 J / mol · K.

Химични свойства

Сярната киселина е силна двуосновна киселина, нейната дисоциация протича на два етапа:

H2SO4 = H + + HSO4- - първи етап

HSO4 = H + + SO42- - втори етап

В концентрирани разтвори дисоциацията на сярната киселина във втория етап е незначителна.

Сярната киселина е мощно дехидратиращо (дехидратиращо) вещество. Той абсорбира влагата от въздуха (хигроскопичен), отнема водата от кристалните хидрати:

H2SO4 конц. + CuSO4 * 5H2O синьо = CuSO4 бяло + 5H2O;

въглехидрати:

(овъгляване на дърво и хартия):

H2SO4 концентрирана + C12H22O = 12C + 11H2O;

H2SO4 концентрирана + C2H5OH = CH2 = CH2 + H2O

Сярната киселина проявява всички свойства на силните киселини:

а) взаимодейства с основни оксиди, например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

б) с основи, например:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

в) измества други киселини от техните соли, например тези, които са по-слаби от него:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

или по-летливи (точки на кипене по-ниски от сярната киселина):

NaNO3tv. + H2SO4 conc = NaH SO4 + HNO3- при нагряване.

При окислително-редукционните реакции разредената сярна киселина проявява свойствата на обикновена киселина (неокислител) - докато H + йони се редуцират, например: Fe + H2SO4 dil = Fe SO4 + H2. Разреденият H2SO4 не взаимодейства с метали в поредицата от напрежения вдясно от водорода. Концентрираната сярна киселина е окисляваща киселина, докато сярата е редуцирана (+6). Той окислява метали, стоящи в поредица от напрежения вдясно от водорода: Cu + 2 H2SO4conc = Cu SO4 + SO2 + 2H2O и метали, стоящи вляво от водорода, докато сярата се редуцира до степен на окисление +4, 0 и -2 :

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

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

Желязото, алуминият, хромът се пасивират (не реагират) с концентрирана сярна киселина, но при силно нагряване реакцията започва, например:

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

Концентрираната сярна киселина окислява неметалите, например:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1,16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

Концентрираната сярна киселина също се окислява сложни вещества, например HI и HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O;

железни соли:

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

Сярната киселина се произвежда в няколко степени. Те се различават по концентрация и количество примеси. За производството на лекарства, високочисти реагенти, за пълнене на батерии е необходима чиста киселина. При мариноване на метали, при производството на суперфосфат, можете да използвате киселина, която има известно замърсяване. Това е икономически изгодно. Тази киселина е по-евтина.Индустрията на сярна киселина произвежда така наречения олеум, който се използва при производството на някои органични препарати и експлозиви. Олеумът е разтвор на серен анхидрид в сярна киселина. Сортовете олеум се различават по концентрацията на серен анхидрид в сярна киселина. За някои специални цели се произвежда олеум, съдържащ до 60% серен анхидрид. И така, техническата сярна киселина и техническият олеум (GOST 2184-77) се използват в производството на различни соли, киселини, всички видове органични продукти, багрила, експлозиви, минерални торове, като дехидратиращ и изсушаващ агент, в процесите на неутрализация , офорт и много други. Тези продукти са незапалими и принадлежат към 2-ри клас на токсичност.

Сярната киселина се използва широко. Най-големият консуматор на сярна киселина е производството на минерални торове. За 1 тон фосфорни торове P2O5 се изразходват 2,2-3,4 тона сярна киселина, а за 1 тон (NH4) 2SO4 - 0,75 тона сярна киселина. Затова те се стремят да изградят заводи за сярна киселина заедно с заводи за производство на минерални торове. Сярната киселина се използва и за получаване на солна, азотна, фосфорна, флуороводородна и много органични киселини чрез обмен, органични сулфо съединения, за пречистване на различни газове, е част от нитриращи смеси, използва се в производството на багрила, за зареждане на акумулатори, в металургията , сярната киселина се използва за откриване на микропукнатини в готови продукти; в металообработващите предприятия сярната киселина се използва в цеховете за галванично покритие. Както знаете, преди да приложите никел, хром, мед върху метални изделия по електрическия метод, те трябва да бъдат добре почистени, избърсвани, обезмаслени и накрая, държани за кратко време във вана с разтвор на сярна киселина. В същото време разтваря най-тънкия слой метал и с него се отстраняват следите от мръсотия. В същото време повърхността на метала става по-груба: върху нея се появяват микроскопични вдлъбнатини и изпъкналости. Електролитните покрития прилепват по-добре към такава повърхност и по-здраво прилепват към метала. Също така сярната киселина е необходима за преработката на различни руди и минерали. При преработка на редки метални руди голямо значениеима киселинен начин да ги разгради. Обикновено за тази цел се използва най-евтината нелетлива сярна киселина. Натрошената руда се смесва в определено съотношение със сярна киселина и се загрява. Полученият разтвор и утайката се обработват допълнително химически, въз основа на химичните свойства на елемента, който трябва да бъде изолиран от разтвора. Хиляди тонове сярна киселина се изразходват за химическа обработка на руди от редки елементи. Голям бройсярната киселина се изисква от нефтопреработващата промишленост за пречистване на нефт и различните му фракции. V органичен синтезконцентрирана сярна киселина - необходим компонент в производството на много багрила и лекарствени вещества... Солите на сярната киселина са широко използвани. Натриевият сулфат (глауберовата сол Na2SO4 * 10H2O) се използва за производството на сода и в стъкларската промишленост. Калциевият сулфат е широко разпространен в природата под формата на гипсов кристален хидрат дихидрат (CaSO4 * 2H2O) и безводна анхидритна сол (Ca SO4). Анхидритните свързващи вещества се получават чрез изпичане на гипсов камък при повишени температури (600-700°C) с различни добавки. В същото време се получава довършителен гипсов цимент и калциниран гипс (екстричен гипс). Тези материали се втвърдяват много по-бавно от полуводния гипс и се използват за производството на хоросани и нискоякостни бетони, както и за изкуствен мрамор, безшевни подови настилки и др. Използва се магнезиев сулфат или горчива сол (MgSO4 * 7H2O). в медицината като слабително. Железен (II) сулфат или железен сулфат (FeSO4 * 7H2O) се използва за приготвяне на жълта кръвна сол (K4), мастило, за пречистване на вода и запазване на дървесината. Меден сулфат или меден сулфат (CuSO4 * 5H2O) се използва за борба с различни гъбички - вредители селско стопанство, за производство на медни покрития и различни медни съединения. От разтвори, съдържащи тривалентен метален сулфат (Fe3 +, Al3 +, Cr3 +) и едновалентен метален сулфат (K +, NH4 +, Rb +), двойни соли на K2 SO4Al2 (SO4) 32 * 4H2O или KAl (SO4) 3 * 12H2O тип кристализират. Вместо калий и алуминий, те могат да стоят във всяка комбинация изброени елементи... Тези съединения се наричат ​​стипца. Стипца съществува само в твърда форма. В разтвор те се държат като две независими соли, т.е. като смес от едно- и тривалентни метални сулфати. Разредените разтвори на сярна киселина и нейните соли се използват в текстилната и други индустрии лека промишленост... В хранително-вкусовата промишленост сярната киселина се използва за получаване на нишесте, меласа и редица други продукти. В електротехниката се използва като електролит в батериите. Сярната киселина се използва за сушене на газове и за концентрация на киселина. И накрая, сярната киселина се използва като компонент на реакционната среда в процесите на нитриране, по-специално при производството на експлозиви.

Методи за производство на сярна киселина

Още през XIII век. сярна киселина се получава в малки количества термично разлаганежелезен сулфат FeSO4, следователно дори сега една от разновидностите на сярна киселина се нарича витриолово масло, въпреки че сярна киселина не се произвежда от витриол от дълго време.

Понастоящем сярната киселина се произвежда по два начина: азотна, която съществува повече от 200 години, и контактна, усвоена в промишлеността в края на XIXи началото на XX век.

В зависимост от това как се извършва процесът на окисление на SO2 до SO3, има два основни метода за производство на сярна киселина. При контактния метод за производство на сярна киселина окисляването на SO2 до SO3 се извършва върху твърди катализатори. Серният триоксид се превръща в сярна киселина на последния етап от процеса - абсорбцията на серен триоксид, което може да се опрости чрез уравнението на реакцията: SO3 + H2O = H2SO4

При извършване на процеса по азотен (кула) метод се използват азотни оксиди като кислороден носител. Окислението на серен диоксид се извършва в течна фаза и крайният продукт е сярна киселина: SO2 + N2O3 + H2O = H2SO4 + 2NO

Понастоящем индустрията използва основно контактния метод за производство на сярна киселина, което прави възможно използването на устройства с по-голям интензитет.

Характеристики на суровините

Суровинската база за производството на сярна киселина са сяросъдържащи съединения, от които може да се получи серен диоксид. В промишлеността около 80% от сярната киселина се получава от естествена сяра и железен (сярен) пирит. Отпадъчните газове от цветната металургия заемат значително място в суровинния баланс. Някои индустрии използват сероводород като суровина, който се образува при пречистването на сярата при рафинирането на нефт.

Изходните реагенти за производството на сярна киселина могат да бъдат елементарна сяра и сяросъдържащи съединения, от които може да се получи или сяра, или серен диоксид. Традиционно основните източници на суровини са сяра и железен (сярен) пирит. Около половината от сярната киселина се получава от сяра, а една трета от пирит. Значително място в баланса на суровините заемат отпадъчните газове от цветната металургия, съдържащи серен диоксид. В същото време отпадъчните газове са най-евтината суровина, цените на едро за пирит също са ниски, а сярата е най-скъпата суровина. Следователно, за да бъде производството на сярна киселина от сяра икономически осъществимо, трябва да се разработи схема, при която разходите за нейната преработка ще бъдат значително по-ниски от разходите за преработка на пирит или отпадъчни газове.

Неразредената сярна киселина е ковалентно съединение.

В молекулата на сярната киселина тя е тетраедрално заобиколена от четири кислородни атома, два от които са част от хидроксилните групи. S - O връзките са двойни, а S - OH връзките са единични.

Безцветните ледени кристали имат слоеста структура: всяка молекула H2SO4 е свързана с четири съседни силни водородни връзки, образувайки единна пространствена рамка.

Структурата на течната сярна киселина е подобна на тази на твърдата, само че целостта на пространствената рамка е нарушена.

Физични свойства на сярната киселина

При нормални условия сярната киселина е тежка, мазна течност, без цвят и мирис. В технологията сярна киселина се нарича смес с вода и серен анхидрид. Ако моларното съотношение на SO 3: H 2 O е по-малко от 1, тогава това е воден разтвор на сярна киселина, ако е повече от 1, това е разтвор на SO 3 в сярна киселина.

100% H2SO4 кристализира при 10,45°С; Tбала = 296,2°С; плътност 1,98 g / cm 3. H 2 SO 4 се смесва с H 2 O и SO 3 в произволно съотношение, за да образува хидрати, топлината на хидратация е толкова голяма, че сместа може да заври, да се пръсне и да причини изгаряния. Следователно е необходимо да се добавя киселина към водата, а не обратното, тъй като когато се добави вода към киселина, по-леката вода ще бъде на повърхността на киселината, където ще бъде концентрирана цялата освободена топлина.

При нагряване и кипене на водни разтвори на сярна киселина, съдържащи до 70% H 2 SO 4, в парната фаза се отделя само водна пара. Парите на сярна киселина също се появяват над по-концентрирани разтвори.

По структурни характеристики и аномалии течната сярна киселина е подобна на водата. Тук е същата система от водородни връзки, почти същата пространствена рамка.

Химични свойства на сярната киселина

Сярната киселина е една от най-силните минерални киселини; поради високата полярност връзката Н-О лесно се разрушава.

Във воден разтвор сярната киселина се дисоциира , образувайки водороден йон и киселинен остатък:

H2S04 = H++ HSO4-;

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

Обобщено уравнение:

H2SO4 = 2H + + SO42-.

Показва киселинни свойства , реагира с метали, метални оксиди, основи и соли.

Разредената сярна киселина не проявява окислителни свойства; когато взаимодейства с метали, се отделят водород и сол, съдържащи метала в най-ниско окислително състояние. На студа киселината е инертна спрямо метали като желязо, алуминий и дори барий.

Концентрираната киселина има окислителни свойства. Възможни продукти за взаимодействие прости веществас концентрирана сярна киселина са дадени в таблицата. Показана е зависимостта на редукционния продукт от концентрацията на киселината и степента на метална активност: колкото по-активен е металът, толкова по-дълбоко намалява сулфатния йон на сярната киселина.

Взаимодействие с оксиди:

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

Взаимодействие с бази:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O.

Взаимодействие със соли:

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

Окисляващи свойства

Сярната киселина окислява HI и HBr до свободни халогени:

H2SO4 + 2HI = I2 + 2H2O + SO2.

Сярната киселина отстранява химически свързаната вода от органични съединения, съдържащи хидроксилни групи. Дехидратацията на етилов алкохол в присъствието на концентрирана сярна киселина води до производството на етилен:

C2H5OH = C2H4 + H2O.

Овъгляването на захар, целулоза, нишесте и други въглехидрати в контакт със сярна киселина също се обяснява с тяхното дехидратиране:

C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2 + 6CO2.

С разредени киселини, които проявяват окислителни свойства порадиводородни йони(разредена сярна, фосфорна, сярна, всички безкислородни и органични киселини и др.)

металите реагират:
разположени в поредица от напрежения до водород(тези метали са способни да изместват водорода от киселината);
образуващи се с тези киселини разтворими соли(на повърхността на тези метали не се образува защитна сол
филм).

В резултат на реакцията, разтворими солии се откроява водород:
2A1 + 6HCI = 2A1C1 3 + ZN 2
М g + H2SO4 = M gS О 4 + Н 2
счупен.
С u + H 2 SO 4 → х (тъй като C u стои след H 2)
счупен.
PL + H 2ТАКА 4 → х (тъй като PL SO 4 неразтворим във вода)
счупен.
Някои киселини са окислители поради елемент, който образува киселинен остатък, Те включват концентрирана сярна киселина, както и азотна киселина с всякаква концентрация. Такива киселини се наричат окислителни киселини.

Анионите на тези киселини съдържат серни и азотни атоми в най-високите степени на окисление

Окисляващи свойства киселинни остатъции е много по-силен от водорода без H, следователно, азотната и концентрираната сярна киселини взаимодействат с почти всички метали, разположени в серия от напрежения, както преди, така и след водорода, освен златои платина.Тъй като окислителите в тези случаи не са киселинните остатъци (поради серните и азотните атоми в по-високите степени на окисление), а не водородните не N, то при взаимодействието на азотна и концентрирана сярна киселинис не се отделя водород от металите.Металът под действието на тези киселини се окислява до характерно (стабилно) състояние на окислениеи образува сол, а киселинният редукционен продукт зависи от активността на метала и степента на разреждане на киселината

Взаимодействие на сярна киселина с метали

Разредените и концентрирани сярни киселини се държат различно. Разредената сярна киселина се държи като обикновена киселина. Активни метали в поредицата от напрежения вляво от водорода

Ли, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au

измести водорода от разредената сярна киселина. Виждаме водородни мехурчета при добавяне на разредена сярна киселина към цинкова тръба.

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

Медта е сред напреженията след водорода - следователно разредената сярна киселина не действа върху медта. И в концентрирана сярна киселина цинкът и медта се държат по този начин ...

Като цинк активен метал, може биформа с концентрирансярна киселина, серен диоксид, елементарна сяра и дори сероводород.

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

Медта е по-малко реактивен метал. Когато взаимодейства с концентрирана сярна киселина, тя я редуцира до серен диоксид.

2H2SO4 конц. + Cu = SO2 + CuSO4 + 2H2O

В епруветки с концентрирансярната киселина отделя серен диоксид.

Трябва да се има предвид, че диаграмите показват продуктите, чието съдържание е най-високо сред възможните продукти на киселинната редукция.

Въз основа на горните схеми ще съставим уравненията на специфични реакции - взаимодействието на мед и магнезий с концентрирана сярна киселина:
0 +6 +2 +4
С u + 2H 2 SO 4 = C uSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
конц.
0 +6 +2 -2
4 м g + 5H 2 SO 4 = 4M gSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
конц.

Някои метали ( Fe... AI, Cr) не взаимодействат с концентрирана сярна и азотни киселинипри нормална температура, така че как върви пасивиранеметални. Това явление е свързано с образуването на тънък, но много плътен оксиден филм върху металната повърхност, който предпазва метала. Поради тази причина азотната и концентрираната сярна киселини се транспортират в железни контейнери.

Ако металът проявява променливи степени на окисление, тогава с киселини, които са окислители поради H + йони, той образува соли, в които степента му на окисление е по-ниска от стабилната, а с окислителни киселини - соли, в които степента на окисление е по-стабилна:
0 +2
F e + H 2 SO 4 = F e SO 4 + H 2
0 разделяне + 3
F e + H 2 SO 4 = F e 2 (SO 4) 3 + 3 SO 2 + 6H 2 O
край

И. И. Новошински
N.S.Novoshinskaya