A kénsav az egyik legerősebb sav, amely olajos folyadék. A kénsav kémiai tulajdonságai miatt széles körben alkalmazzák az iparban.

Általános leírása

A kénsav (H 2 SO 4) rendelkezik jellemző tulajdonságok savak és erős oxidálószer. Ez a legaktívabb szervetlen sav olvadáspontja 10°C. A sav 296°C-on forr víz és kén-oxid SO 3 felszabadulásával. Képes elnyelni a vízgőzt, ezért gázok szárítására szolgál.

Rizs. 1. Kénsav.

A kénsavat iparilag állítják elő kén-dioxidból (SO 2 ), amely a kén vagy piritek elégetésekor keletkezik. A sav keletkezésének két fő módja a következő:

• kapcsolatba lépni (koncentráció 94%) - a kén-dioxid oxidációja kén-trioxiddá (SO 3), majd hidrolízis:

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

• salétromos (koncentráció 75%) - a kén-dioxid oxidációja nitrogén-dioxiddal a víz kölcsönhatása során:

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

Az SO 3 kénsavban készült oldatát óleumnak nevezzük. Kénsav előállítására is használják.

Rizs. 2. A kénsav előállításának folyamata.

A vízzel való reakció elősegíti a nagy mennyiségű hő felszabadulását. Ezért a savat vízzel keverik, és nem fordítva. A víz könnyebb, mint a sav, és a felszínen marad. Ha vizet ad a savhoz, a víz azonnal felforr, és a sav fröcsköl.

Tulajdonságok

A kénsav kétféle sót képez:

• savanyú - hidroszulfátok (NaHS04, KHS04);
• közepes - szulfátok (BaSO 4, CaSO 4).

A tömény kénsav kémiai tulajdonságait a táblázat mutatja be.

Reakció	Mi képződik	Példa
fémekkel	kén-oxid; hidrogén-szulfid	Aktív anyaggal: 2H 2 SO 4 + Mg → MgSO 4 + SO 2 + 2H 2 O Közepes aktivitású fémekkel: 4H 2 SO 4 + 2Cr → Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + S; Inaktív állapotban: 2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
nem fémekkel	Sav; Kén-oxid	2P + 5H 2SO 4 → 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O
Oxidokkal	Kén-oxid	Fémek: H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O; Nemfémek: H 2 SO 4 + CO → CO 2 + SO 2 + H 2 O
Alapokkal		H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2 H 2 O
	Szén-dioxid; Sav	Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O Kvalitatív reakció: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 (fehér csapadék) + 2HCl
Összetett anyagok oxidációja	Szabad halogének; kén-oxid;	H 2SO 4 + 2HBr → Br 2 + SO 2 + 2H 2O; H 2 SO 4 + 2HI → I 2 + 2H 2 O + SO 2
A cukrok (cellulóz, keményítő, glükóz) szenesedése	kén-oxid; Szén-dioxid;	C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 → 18 H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2

Rizs. 3. Reakció cukorral.

A híg sav nem oxidálja az alacsony aktivitású fémeket, amelyek a hidrogén utáni elektrokémiai sorozatban vannak. Az aktív fémekkel (lítium, kálium, nátrium, magnézium) való kölcsönhatás során hidrogén szabadul fel és só képződik. tömény sav mutatja oxidáló tulajdonságok nehéz-, alkáli- és alkáliföldfémekkel hevítéskor. Arannyal és platinával nincs reakció.

A kénsav (hígított és koncentrált) hidegben nem lép kölcsönhatásba vassal, krómmal, alumíniummal, titánnal, nikkellel. A fémek passzivációja (védő oxidfilm képződése) miatt a kénsavat fémtartályokban lehet szállítani. A vas-oxid hevítéskor elpusztul.

Mit tanultunk?

A 9. osztályos órától a kénsav tulajdonságait tanultuk. Ez egy erős oxidálószer, amely reakcióba lép fémekkel, nem fémekkel, szerves vegyületek, sók, bázisok, oxidok. A vízzel való kölcsönhatás során hő szabadul fel. A kénsavat kén-oxidból nyerik. A tömény sav melegítés nélkül nem lép kölcsönhatásba egyes fémekkel, ami lehetővé teszi a sav fémtartályban történő szállítását.

Téma kvíz

Jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.1. Összes beérkezett értékelés: 150.

MEGHATÁROZÁS

vízmentes kénsav nehéz, viszkózus folyadék, amely vízzel bármilyen arányban könnyen elegyedik: a kölcsönhatást rendkívül nagy exoterm hatás (~880 kJ/mol végtelen hígításnál) jellemzi, amely robbanásveszélyes forráshoz és a keverék kifröccsenéséhez vezethet, ha víz kerül. hozzáadjuk a savhoz; ezért nagyon fontos, hogy az oldatok elkészítésekor mindig fordított sorrendben alkalmazzuk, és a savat lassan, keverés közben adjuk a vízhez.

A kénsav néhány fizikai tulajdonságát a táblázat tartalmazza.

A vízmentes H 2 SO 4 egy figyelemre méltó vegyület, szokatlanul magas dielektromos állandóval és nagyon magas elektromos vezetőképességgel, ami a vegyület ionos autodisszociációjának (autoprotolízisének), valamint az áramlást biztosító protontranszfer relé vezetési mechanizmusának köszönhető. elektromos áram viszkózus folyadékon keresztül egy nagy szám hidrogénkötések.

Asztal 1. Fizikai tulajdonságok kénsav.

Kénsav beszerzése

A kénsav a legfontosabb ipari vegyszer és a legolcsóbb ömlesztett sav a világon.

A tömény kénsavat („vitriololajat”) először „zöld vitriol” FeSO 4 × nH 2 O hevítésével állították elő, és nagy mennyiségben használták Na 2 SO 4 és NaCl előállítására.

V modern eljárás A kénsav előállításához vanádium(V)-oxidból álló katalizátort használnak kálium-szulfát hozzáadásával szilícium-dioxid vagy kovaföld hordozóra. A kén-dioxid SO 2 -t tiszta kén elégetésével vagy szulfidérc (elsősorban pirit vagy réz-, nikkel- és cinkércek) pörkölésével nyerik e fémek kinyerése során, majd az SO 2 -t trioxiddá oxidálják, majd kénsavat nyernek. vízben oldva:

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).

A kénsav kémiai tulajdonságai

A kénsav egy erős kétbázisú sav. Az első szakaszban alacsony koncentrációjú oldatokban szinte teljesen disszociál:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

Disszociáció a második szakaszban

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

kisebb mértékben jár. A kénsav disszociációs állandója a második szakaszban, ionaktivitásban kifejezve, K 2 = 10 -2.

Kétbázisú savként a kénsav két sósorozatot képez: közepes és savas. A kénsav közepes sóit szulfátoknak, a savas sókat hidroszulfátoknak nevezzük.

A kénsav mohón szívja fel a vízgőzt, ezért gyakran használják gázok szárítására. A vízfelvevő képesség sokak szenesedését is megmagyarázza szerves anyag, különösen a szénhidrátok osztályába tartozókat (rost, cukor stb.), tömény kénsav hatásának kitéve. A kénsav eltávolítja a hidrogént és az oxigént a szénhidrátokból, amelyek vizet képeznek, a szén pedig szén formájában szabadul fel.

A tömény kénsav, különösen forró, erőteljes oxidálószer. A HI-t és a HBr-t (de a HCl-t nem) szabad halogénné, a szenet CO 2 -dá, a ként SO 2 -dá oxidálja. Ezeket a reakciókat a következő egyenletek fejezik ki:

8HI + H 2SO 4 \u003d 4I 2 + H 2S + 4H 2O;

2HBr + H 2SO 4 \u003d Br 2 + SO 2 + 2H 2O;

C + 2H 2SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O.

A kénsav és a fémek kölcsönhatása koncentrációjától függően eltérően megy végbe. A híg kénsav hidrogénionjával oxidálódik. Ezért csak azokkal a fémekkel lép kölcsönhatásba, amelyek csak hidrogénig vannak a feszültségsorozatban, például:

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

Az ólom azonban nem oldódik híg savban, mert a keletkező PbSO 4 só oldhatatlan.

A tömény kénsav a kén (VI) miatt oxidálószer. Oxidálja a fémeket a feszültségsorokban az ezüstig bezárólag. Redukciójának termékei a fém aktivitásától és a körülményektől (savkoncentráció, hőmérséklet) függően eltérőek lehetnek. Ha alacsony aktivitású fémekkel, például rézzel lép kölcsönhatásba, a sav SO 2 -dá redukálódik:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Ha aktívabb fémekkel kölcsönhatásba lépnek, a redukciós termékek lehetnek dioxid és szabad kén és hidrogén-szulfid is. Például a cinkkel való kölcsönhatás során reakciók léphetnek fel:

Zn + 2H 2SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

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

4Zn + 5H 2SO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

A kénsav használata

A kénsav felhasználása országonként és évtizedről évtizedre változik. Így például az USA-ban a H 2 SO 4 felhasználásának fő területe a műtrágyagyártás (70%), ezt követi a vegyipar, a kohászat, az olajfinomítás (minden területen ~5%). Az Egyesült Királyságban a fogyasztás iparágonkénti megoszlása ​​eltérő: a megtermelt H 2 SO 4-nek mindössze 30%-a kerül felhasználásra műtrágyagyártásban, de 18%-a festékek, pigmentek és festék intermedierek, 16%-a vegyi gyártás, 12%-a megy el. szappanoknál és mosószereknél 10 %-ot természetes és mesterséges szálak előállítására, 2,5 %-ot a kohászatban használnak fel.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA

Gyakorlat	Határozza meg a kénsav tömegét, amely egy tonna piritből nyerhető, ha a pörkölési reakcióban a kén-oxid (IV) hozama 90%, a kén (IV) katalitikus oxidációja során a kén-oxid (VI) hozama 95%. az elméleti.
Megoldás	Írjuk fel a piritégetés reakcióegyenletét: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2O 3 + 8SO 2. Számítsa ki a piritanyag mennyiségét: n(FeS2) = m(FeS2)/M(FeS2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) = 56 + 2 × 32 = 120 g/mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Mivel a reakcióegyenletben a kén-dioxid együtthatója kétszer akkora, mint a FeS 2 együtthatója, a kén-oxid (IV) anyag elméletileg lehetséges mennyisége: n (SO 2) elmélet \u003d 2 × n (FeS 2) \u003d 2 × 8,33 = 16,66 kmol. És gyakorlatilag a kapott mól kén-oxid (IV) mennyisége: n (SO 2) gyakorlat \u003d η × n (SO 2) elmélet \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol. Írjuk fel a kén-oxid (IV) kén-oxiddá (VI) oxidációjának reakcióegyenletét: 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. A (VI) kén-oxid anyag elméletileg lehetséges mennyisége: n(SO 3) elmélet \u003d n (SO 2) gyakorlat \u003d 15 kmol. És gyakorlatilag a kapott mól kén-oxid (VI) mennyisége: n(SO 3) gyakorlat \u003d η × n (SO 3) elmélet \u003d 0,5 × 15 \u003d 14,25 kmol. Felírjuk a kénsav előállításának reakcióegyenletét: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4. Keresse meg a kénsav anyag mennyiségét: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) gyakorlat \u003d 14,25 kmol. A reakció hozama 100%. A kénsav tömege: m (H2S04) = n (H2S04) × M (H2S04); M (H 2SO 4) = 2 × Ar (H) + Ar (S) + 4 × Ar (O) = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 g/mol; m (H 2 SO 4) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg.
Válasz	A kénsav tömege 1397 kg

Bevezetés

A kénsav a vegyipar bázisának legfontosabb terméke. A vegyipar által előállított ásványi savak közül a kénsav az első helyen áll a termelés és a fogyasztás tekintetében. Ez két okkal magyarázható: az összes többi savhoz képest olcsóságával és tulajdonságaival. A kénsavat különféle iparágakban használják nemzetgazdaság, hiszen egy sor speciális tulajdonsággal rendelkezik, amelyek megkönnyítik technológiai használatát. A kénsav nem füstöl, koncentrált formában nem korrodálja a vasfémeket, számos stabil sót képes képezni, és olcsó alapanyaga a különféle iparágaknak. A kénsav legnagyobb fogyasztója jelenleg a foszfor- és nitrogéntartalmú ásványi műtrágyák, például ammónium-szulfát, ammofosz, szuperfoszfát stb. ipar. Az egyszerű szuperfoszfátot apatitok és foszforitok kénsavval történő kezelésével állítják elő. Az ásványi műtrágyák használata elősegíti a mezőgazdasági növények terméshozamának és a bennük lévő hasznos anyagok mennyiségének növelését. Ezenkívül a kénsavat bizonyos savak (foszforsav, sósav, ecetsav), szulfátok, műszálak, lakkok, festékek, műanyagok, mosószerek, robbanóanyagok, gyógyszerek, növényvédő szerek, valamint színesfémek előállítására használják. és ritka fémek, alkoholok, éterek. Kőolajtermékek finomítására, savas akkumulátorok elektrolitjaként, gépiparban - fémek felületének előkészítésére galvanikus bevonatok felhordásakor használják. A fémfeldolgozó iparban a kénsavat és sóit acéltermékek pácolására használják. Mielőtt egy anyag felhasználását megtalálná, annak fizikai és Kémiai tulajdonságok. Ezt követően világossá válnak az anyag felhasználásának határai.

Technológiai rész

Kénsav: fizikai és kémiai tulajdonságok, alkalmazás

Fizikai tulajdonságok

A kénsav A H2SO4 egy erős kétbázisú sav, amely a kén legmagasabb oxidációs állapotának (+6) felel meg. Normál körülmények között a tömény kénsav nehéz olajos folyadék, színtelen és szagtalan. A technikában a kénsavat vízzel és kénsav-anhidriddel (SO3) alkotott keverékeinek nevezik. Ha az SO3:H2O mólarány 1, - kénsavban (óleumban) készült SO3 oldat. A reaktív kénsav sűrűsége általában 1,84 g/cm3, és kb

95% H2SO4. Csak -20 °C alatt keményedik meg. A monohidrát olvadáspontja 10,37 °C, olvadáshője 10,5 kJ/mol. Normál körülmények között nagyon viszkózus folyadék, nagyon nagy dielektromos állandóval (e = 100 25 °C-on). Normál képződési entalpia ДH=298 kJ/mol. Standard Gibbs képződési energia ДG=298 kJ/mol. A képződés standard entrópiája S=298 J/mol·K. Szabványos moláris hőkapacitás Cp =298 J/mol·K.

Kémiai tulajdonságok

A kénsav erős kétbázisú sav, disszociációja két lépésben megy végbe:

H2SO4 = H+ + HSO4- - első lépés

HSO4 =H+ + SO42- - második fokozat

Tömény oldatokban a kénsav disszociációja a második szakaszban elhanyagolható.

A kénsav a legerősebb dehidratáló (vízeltávolító) anyag. Felszívja a nedvességet a levegőből (higroszkópos), elvonja a vizet a kristályos hidrátoktól:

H2SO4 konc. + CuSO4*5H2O kék = CuSO4 fehér + 5H2O;

szénhidrátok:

(elszenesíti a fát és a papírt):

H2SO4 tömény + C12H22O= 12C + 11H2O;

H2SO4 tömény + C2H5OH = CH2=CH2 + H2O

A kénsav az erős savak összes tulajdonságával rendelkezik:

a) kölcsönhatásba lép bázikus oxidokkal, például:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

b) indoklással, például:

2NaOH + H2SO4= Na2SO4 + 2H2O

c) kiszorít más savakat sóikból, például a nála gyengébbeket:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

vagy illékonyabb (alacsonyabb forráspontú, mint a kénsav):

NaNO3 szilárd. + H2SO4 konc = NaH SO4 + HNO3- melegítéskor.

A redox reakciókban a híg kénsav egy közönséges sav (nem oxidálószer) tulajdonságait mutatja - míg a H + ionok redukálódnak, például: Fe + H2SO4 híg \u003d FeSO4 + H2. A hígított H2SO4 nem lép kölcsönhatásba a feszültségsorban a hidrogéntől jobbra lévő fémekkel. A tömény kénsav oxidáló sav, míg a kén redukálódik (+6). A hidrogéntől jobbra lévő fémeket oxidálja a következő feszültségsorokban: Cu + 2 H2SO4conc \u003d CuSO4 + SO2 + 2H2O és a hidrogéntől balra lévő fémeket, míg a ként +4, 0 és -2 oxidációs állapotba redukálja:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4+ SO2 + 2H2O (1,12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

A vasat, alumíniumot, krómot tömény kénsavval passziválják (nem reagálnak), de erős melegítéssel a reakció megindul, például:

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

A tömény kénsav nemfémeket oxidál, például:

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

A tömény kénsav is oxidálódik összetett anyagok, például HI és HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

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

vas sók:

2FeSO4 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2.

A kénsavat többféle minőségben állítják elő. Különböznek a koncentrációban és a szennyeződések mennyiségében. Az orvosi készítmények, különösen a tiszta reagensek előállításához tiszta sav szükséges az akkumulátorok töltéséhez. Fémek pácolásánál, szuperfoszfát előállítása során használhat olyan savat, amely némileg szennyezett. Gazdaságilag előnyös. Az ilyen sav olcsóbb A kénsavipar úgynevezett óleumot állít elő, amelyet bizonyos szerves készítmények és robbanóanyagok gyártásánál használnak fel. Az óleum kénsav-anhidrid kénsavas oldata. Az óleumfajták a kénsavban lévő kénsav-anhidrid koncentrációjában különböznek. Bizonyos speciális célokra legfeljebb 60% kénsav-anhidridet tartalmazó óleumot állítanak elő. Tehát a műszaki kénsavat és a műszaki óleumot (GOST 2184-77) használják különféle sók, savak, különféle szerves termékek, színezékek, robbanóanyagok, ásványi műtrágyák előállításához, víztelenítő és szárítószerként, semlegesítési, maratási folyamatokban. és sokan mások. Ezek a termékek nem éghetőek, és a 2. toxicitási osztályba tartoznak.

A kénsav a legszélesebb körben alkalmazható. A kénsav legnagyobb fogyasztója az ásványi műtrágyák gyártása. 1 tonna P2O5-foszfát műtrágyához 2,2-3,4 tonna kénsavat, 1 tonna (NH4)2SO4-hez pedig 0,75 tonna kénsavat fogyasztanak. Ezért a kénsav üzemeket általában az ásványi műtrágyákat előállító üzemekkel együtt építik. A kénsavat sósav, salétromsav, foszforsav, fluorsav és sok szerves sav cseréjével, szerves szulfovegyületek előállítására is használják, különféle gázok tisztítására, nitráló keverékek része, festékek gyártásában, akkumulátorok töltésében, a kohászatban , a kénsavat a késztermékek mikrorepedéseinek kimutatására, a fémfeldolgozó üzemekben a kénsavat használják a galvanizáló műhelyekben. Mint ismeretes, mielőtt nikkelt, krómot, rezet fémtermékekre elektromos módszerrel felhordnánk, alaposan meg kell tisztítani, letörölni, zsírtalanítani és végül rövid ideig kénsavas fürdőben tartani. Ezzel egyidejűleg a legvékonyabb fémréteget is feloldja, és a szennyeződések nyomait is eltávolítja vele. Ugyanakkor a fém felülete érdesebbé válik: mikroszkopikus mélyedések, kiemelkedések jelennek meg rajta. Az elektrolitikus bevonatok jobban tapadnak egy ilyen felülethez, és erősebben tapadnak a fémhez. A kénsav a különféle ércek és ásványok feldolgozásához is szükséges. Ritka fémek érceinek feldolgozásakor nagyon fontos savas módon osztja szét őket. Általában a legolcsóbb nem illékony kénsavat használják erre a célra. A zúzott ércet meghatározott arányban kénsavval összekeverjük és felmelegítjük. A kapott oldatot és a csapadékot tovább dolgozzuk fel vegyileg, az oldatból izolálandó elem kémiai tulajdonságai alapján. Több ezer tonna kénsavat fordítanak ritka elemekből álló ércek kémiai feldolgozására. Nagyszámú kénsavra van szüksége az olajfinomító iparnak az olaj és különféle frakcióinak tisztításához. V szerves szintézis tömény kénsav szükséges komponense számos színezék és gyógyászati ​​anyagok. A kénsav sóit széles körben használják. A nátrium-szulfátot (Glauber-só Na2SO4 * 10H2O) szódagyártáshoz és az üvegiparban használják. A kalcium-szulfát a természetben elterjedt gipsz-dihidrát (CaSO4 * 2H2O) és vízmentes anhidritsó (CaSO4) formájában. Az anhidrit kötőanyagokat gipszkő magas hőmérsékleten (600-700 °C) történő égetésével állítják elő különféle adalékanyagokkal. Ezzel egyidejűleg befejező gipszcementet és kalcinált gipszet (exrich gipsz) kapunk. Ezek az anyagok sokkal lassabban keményednek meg, mint a félvizes gipsz, és habarcsok és kis szilárdságú betonok, valamint műmárvány, varrat nélküli padlóburkolatok stb. gyártására használják. Magnézium-szulfát vagy keserűsó (MgSO4 * 7H2O) az orvostudományban hashajtóként használják. A vas-szulfátot (II) vagy a vas-szulfátot (FeSO4 * 7H2O) sárga vérsó (K4), tinta előállítására, víz tisztítására és fa tartósítására használják. A réz-szulfátot vagy réz-szulfátot (CuSO4 * 5H2O) különféle kártevő gombák elleni küzdelemre használják. Mezőgazdaság, rézbevonatok gyártására és különféle rézvegyületek gyártására. Három vegyértékű fém-szulfátot (Fe3+, Al3+, Cr3+) és egyértékű fém-szulfátot (K+, NH4+, Rb+) tartalmazó oldatokból a K2 SO4Al2(SO4)32*4H2O vagy KAl(SO4)3*12H2O típusú kettős sók kristályosodnak ki. Kálium és alumínium helyett bármilyen kombinációban megállják a helyüket felsorolt ​​tételek. Ezeket a vegyületeket timsónak nevezik. A timsó csak szilárd formában létezik. Oldatban két független sóként viselkednek, azaz egy- és három vegyértékű fémek szulfátjainak keverékeiként. A kénsav és sói híg oldatait a textiliparban és más iparágakban használják. könnyűipar. Az élelmiszeriparban a kénsavat keményítő, melasz és számos egyéb termék előállítására használják. Az elektrotechnikában akkumulátorok elektrolitjaként használják. A kénsavat gázok szárítására és savak koncentrálására használják. Végül a kénsavat a reakcióközeg komponenseként használják a nitrálási eljárásokban, különösen a robbanóanyagok előállításában.

Módszerek kénsav előállítására

Még a XIII században is. kénsavat kaptak kis mennyiségben termikus bomlás vas-szulfát FeSO4, ezért a kénsav egyik fajtáját ma is vitriololajnak hívják, bár kénsavat régóta nem állítanak elő vitriolból.

Jelenleg a kénsavat kétféle módon állítják elő: salétromos, amely több mint 200 éve létezik, és kontakt, amelyet az iparban sajátítanak el. késő XIXés a 20. század eleje.

Attól függően, hogy a kén-dioxid SO3-dá történő oxidációját hogyan hajtják végre, két fő módszer létezik a kénsav előállítására. A kénsav előállítására szolgáló kontakt módszerben a kén-dioxid SO3-dá történő oxidációját szilárd katalizátorokon hajtják végre. A kén-trioxidot a folyamat utolsó szakaszában - a kén-trioxid abszorpciójában - kénsavvá alakítják, amelyet egyszerűen a következő reakcióegyenlettel ábrázolhatunk: SO3 + H2O = H2SO4

A nitrogén (torony) módszer szerinti eljárás során oxigénhordozóként nitrogén-oxidokat használnak. A kén-dioxid oxidációt folyékony fázisban hajtják végre, és a végtermék kénsav: SO2 + N2O3 + H2O= H2SO4 + 2NO

Jelenleg az ipar elsősorban a kontaktusos módszert alkalmazza a kénsav előállítására, ami nagyobb intenzitású készülékek alkalmazását teszi lehetővé.

Az alapanyag jellemzői

A kénsav előállításának alapanyaga a kéntartalmú vegyületek, amelyekből kén-dioxid nyerhető. Az iparban a kénsav mintegy 80%-át természetes kénből és vas(kén)piritekből nyerik. A nyersanyagmérlegben jelentős helyet foglalnak el a színesfémkohászatból származó füstgázok. Egyes iparágak hidrogén-szulfidot használnak nyersanyagként, amely az olajfinomítás során a kén tisztítása során keletkezik.

A kénsav előállításának kezdeti reagensei elemi kén és kéntartalmú vegyületek lehetnek, amelyekből vagy ként, vagy kén-dioxidot nyerhetünk. Hagyományosan a fő nyersanyagforrás a kén és a vas (kén) pirit. A kénsav körülbelül felét kénből, egyharmadát piritből nyerik. A nyersanyagmérlegben jelentős helyet foglalnak el a színesfémkohászatból származó, kén-dioxidot tartalmazó füstgázok. Ugyanakkor a kipufogógáz a legolcsóbb alapanyag, a pirit nagykereskedelmi ára is alacsony, míg a kén a legdrágább alapanyag. Ezért ahhoz, hogy a kénsav kénből történő előállítása gazdaságosan megvalósítható legyen, olyan sémát kell kidolgozni, amelyben a feldolgozás költsége lényegesen alacsonyabb lesz, mint a pirit vagy a füstgázok feldolgozásának költsége.

A hígítatlan kénsav kovalens vegyület.

Egy molekulában a kénsavat tetraéderesen négy oxigénatom veszi körül, amelyek közül kettő a hidroxilcsoportok része. Az S–O kötések kettősek, az S–OH kötések egyszeresek.

A színtelen, jégszerű kristályok réteges szerkezetűek: minden H 2 SO 4 molekula négy szomszédos erős hidrogénkötéshez kapcsolódik, egyetlen térbeli vázat alkotva.

A folyékony kénsav szerkezete hasonló a szilárd kénsav szerkezetéhez, csak a térbeli keret épsége tört meg.

A kénsav fizikai tulajdonságai

Normál körülmények között a kénsav nehéz olajos folyadék, színtelen és szagtalan. A gépészetben a kénsavat vízzel és kénsav-anhidriddel alkotott keverékeinek nevezik. Ha az SO 3:H 2 O mólaránya kisebb, mint 1, akkor ez kénsav vizes oldata, ha nagyobb, mint 1, akkor SO 3 kénsavas oldata.

100% H2S04 10,45 °C-on kristályosodik; T fp. = 296,2 °C; sűrűsége 1,98 g/cm 3 . A H 2 SO 4 H 2 SO 4 és SO 3 bármilyen arányban keveredik és hidrátokat képez, a hidratációs hő olyan nagy, hogy a keverék felforrhat, kifröccsenhet és égési sérüléseket okozhat. Ezért kell savat adni a vízhez, és nem fordítva, mivel amikor vizet adunk a savhoz, könnyebb víz kerül a sav felületére, ahol az összes felszabaduló hő koncentrálódik.

Ha a kénsav legfeljebb 70% H 2 SO 4 tartalmú vizes oldatát melegítjük és forraljuk, csak vízgőz kerül a gőzfázisba. A töményebb oldatok felett is megjelennek a kénsavgőzök.

Szerkezeti jellemzőit és anomáliáit tekintve a folyékony kénsav hasonló a vízhez. Itt ugyanaz a hidrogénkötés-rendszer, majdnem ugyanaz a térbeli keret.

A kénsav kémiai tulajdonságai

A kénsav az egyik legerősebb ásványi sav, magas polaritása miatt a H-O kötés könnyen felszakad.

A kénsav vizes oldatban disszociál hidrogéniont és savmaradékot képezve:

H 2SO 4 \u003d H + + HSO 4-;

HSO 4 - \u003d H + + SO 4 2-.

Összefoglaló egyenlet:

H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-.

A savak tulajdonságait mutatja be , reagál fémekkel, fém-oxidokkal, bázisokkal és sókkal.

A híg kénsav nem mutat oxidáló tulajdonságokat, fémekkel kölcsönhatásba lépve hidrogén és a fémet a legalacsonyabb oxidációs állapotban tartalmazó só szabadul fel. Hidegben a sav közömbös az olyan fémekkel szemben, mint a vas, az alumínium és még a bárium is.

A koncentrált sav oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik. Lehetséges interakciós termékek egyszerű anyagok tömény kénsavval a táblázatban találhatók. A redukciós termék függése a sav koncentrációjától és a fém aktivitási fokától látható: minél aktívabb a fém, annál mélyebben redukálja a kénsav szulfátionját.

Kölcsönhatás oxidokkal:

CaO + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 \u003d H 2 O.

Kölcsönhatás az alapokkal:

2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O.

Sókkal való kölcsönhatás:

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

Oxidáló tulajdonságok

A kénsav a HI-t és a HBr-t szabad halogénné oxidálja:

H 2 SO 4 + 2HI \u003d I 2 + 2H 2 O + SO 2.

A kénsav eltávolítja a kémiailag megkötött vizet a hidroxilcsoportokat tartalmazó szerves vegyületekből. Az etil-alkohol dehidratálása tömény kénsav jelenlétében etilén képződéséhez vezet:

C 2 H 5 OH \u003d C 2 H 4 + H 2 O.

A cukor, a cellulóz, a keményítő és más szénhidrátok kénsavval való érintkezéskor történő elszenesedése szintén a kiszáradásukkal magyarázható:

C 6 H 12 O 6 + 12H 2 SO 4 \u003d 18H 2 O + 12SO 2 + 6CO 2.

Híg savakkal, amelyek oxidáló tulajdonságokat mutatnakhidrogénionok(hígított kénsav, foszforsav, kénes, minden anoxikus és szerves sav stb.)

A fémek reagálnak:
feszültségsorozatban helyezkedik el a hidrogénhez(ezek a fémek képesek kiszorítani a hidrogént a savból);
ezekkel a savakkal képezve oldható sók(e fémek felületén nem képződik védősó)
film).

A reakció eredményeként oldható sókés kitűnjön hidrogén:
2A1 + 6HCI \u003d 2A1C1 3 + ZN 2
M g + H 2 SO 4 \u003d M gS O 4 + H 2
razb.
VAL VEL u + H 2 SO 4 → x (mert C u H 2 után áll)
razb.
Pb + H 2 SO 4 → x (mert Pb SO 4 vízben nem oldódik)
razb.
Egyes savak a savmaradékot képező elem miatt oxidálószerek, ilyenek például a tömény kénsav, valamint a salétromsav bármilyen koncentrációban. Az ilyen savakat ún oxidáló savak.

Ezen savak anionjai magasabb oxidációs állapotú kén- és nitrogénatomokat tartalmaznak

Oxidáló tulajdonságok savas maradványokés sokkal erősebb, mint a hidrogén nona H, ezért a salétromsav és a tömény kénsav kölcsönhatásba lép szinte minden fémmel, amely a feszültségsorozatban található, a hidrogén előtt és után egyaránt, az aranyon kívülés platina. Mivel ezekben az esetekben az oxidálószerek nem savmaradékok (a legmagasabb oxidációs állapotú kén- és nitrogénatomok miatt), és nem hidrogén-hidrogének, salétromsav és tömény kénsav kölcsönhatásában Val vel a fémek nem bocsátanak ki hidrogént. A fém ezen savak hatására oxidálódik jellemző (stabil) oxidációs állapotés sót képez, és a savredukció terméke a fém aktivitásától és a sav hígítási fokától függ

A kénsav kölcsönhatása fémekkel

A híg és tömény kénsavak eltérően viselkednek. A hígított kénsav úgy viselkedik, mint a közönséges sav. Aktív fémek a hidrogéntől balra lévő feszültségsorban

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

kiszorítani a hidrogént a hígított kénsavból. Hidrogénbuborékokat látunk, amikor híg kénsavat adunk egy cinkkel ellátott kémcsőbe.

H 2 SO 4 + Zn \u003d Zn SO 4 + H 2

A réz a hidrogén utáni feszültségsorozatban van - ezért a híg kénsav nem hat a rézre. És a tömény kénsavban a cink és a réz így viselkedik ...

Cink, pl aktív fém, talán forma koncentrálttal kénsav, kén-dioxid, elemi kén és még kénhidrogén is.

2H 2SO 4 + Zn \u003d SO 2 + ZnSO 4 + 2H 2 O

A réz kevésbé aktív fém. Ha tömény kénsavval kölcsönhatásba lép, azt kén-dioxiddá redukálja.

2H 2SO 4 tömény. + Cu \u003d SO 2 + CuSO 4 + 2H 2 O

Kémcsövekben sűrített A kénsav kén-dioxidot szabadít fel.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a diagramok olyan termékeket jelölnek, amelyek tartalmuk a lehető legnagyobb savredukciós termékek közül.

A fenti sémák alapján összeállítjuk az egyenleteket specifikus reakciókra - a réz és a magnézium kölcsönhatása koncentrált kénsavval:
0 +6 +2 +4
VAL VEL u + 2H 2 SO 4 \u003d C uSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
konc.
0 +6 +2 -2
4M g + 5H 2 SO 4 \u003d 4 M gSO 4 + H 2 S + 4 H 2 O
konc.

Néhány fém ( Fe. AI, Cr) nem lépnek kölcsönhatásba tömény kénsavval és salétromsav normál hőmérsékleten, ahogy megtörténik passziváció fém. Ez a jelenség azzal jár, hogy a fém felületén vékony, de nagyon sűrű oxidfilm képződik, amely védi a fémet. Emiatt a salétromsavat és a tömény kénsavat vaskonténerekben szállítják.

Ha a fém változó oxidációs állapotot mutat, akkor a H + -ionok miatt oxidálószerként működő savakkal olyan sókat képez, amelyekben az oxidációs állapota alacsonyabb a stabilnál, az oxidáló savakkal pedig olyan sókat, amelyekben az oxidációs állapota stabilabb:
0 +2
F e + H 2 SO 4 \u003d F e SO 4 + H 2
0 razb. + 3
F e + H 2 SO 4 \u003d F e 2 (SO 4) 3 + 3 SO 2 + 6H 2 O
konc

I. I. Novosinszkij
N.S.Novoshinskaya