Серная кислота
Серная кислота — сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.
Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.
Замечу, что существует олеум — раствор SO3 в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.
Получение
Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении образовавшегося SO2 до SO3 и последующим взаимодействием с водой.
Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:
В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:
Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:
В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:
В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:
Химические свойства
В водном растворе диссоциирует ступенчато.
Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли — сульфаты.
KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 — кислая соль)
2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O (сульфат калия, соотношение 2:1 — средняя соль)
С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие другие кислоты, способна растворять осадки.
Серная кислота окисляет неметаллы — серу и углерод — соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.
Реакции с металлами
Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl. Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после — не реагируют с ней.
Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления. Они окисляются до +2.
Cu + H2SO4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)
Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами выделяется H2S, с металлами средней активности — S, с малоактивными металлами — SO2.
Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании данных металлов реакция идет.
Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3. В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.
Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц — речь идет об H2S, если же написано, что выделилось простое вещество — речь о сере (S).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Серная кислота. Свойства, добыча, применение и цена серной кислоты
В городе Ревда с рельсов сошли 15 вагонов с серной кислотой. Груз принадлежал Среднеуральскому медеплавильному заводу.
ЧП произошло на ведомственных железнодорожных путях в 2013-ом году. Кислота разлилась на площади в 1000 квадратных километров.
Это указывает на масштабы потребности промышленников в реагенте. В Средние века, к примеру, в год требовались лишь десятки литров серной кислоты.
В 21-ом же веке мировая выработка вещества в год – десятки миллионов тонн. По объему производства и применения судят о развитии химических отраслей стран. Так что, реагент достоин внимания. Описание начнем со свойств вещества.
Свойства серной кислоты
Внешне 100-процентная серная кислота – маслянистая жидкость. Она бесцветна и тяжела, отличается крайней гигроскопичностью.
Это значит, что вещество поглощает из атмосферы пары воды. При этом, кислота выделяет тепло.
Поэтому, к концентрированной форме вещества воду добавляют малыми дозами. Влей много и быстро, полетят брызги кислоты.
Учитывая ее свойство разъедать материи, в том числе, и живые ткани, ситуация опасна.
Концентрированной серной кислотой называют раствор, в котором реагента больше 40%. Такой способен растворить серебро , палладий .
Раствор серной кислоты до 40% — неконцентрированный, химически проявляет себя иначе. Воду в него доливать можно достаточно быстро.
Палладий с серебром не растворятся, зато, распадутся железо , латунь и медь . А вот концентрату кислоты все три металла не подвластны.
Если смотреть на таблицу Менделеева , серная кислота в растворе реагирует с активными металлами, стоящими до водорода.
Насыщенное же вещество взаимодействует и с неактивными. Исключение – благородные металлы. Почему же концентрат не «трогает» железо, медь?
Причина в их пассивации. Так называют процесс покрытия металлов защитной пленкой оксидов.
Она-то и препятствует растворению поверхностей, правда, лишь в обычных условиях. При нагреве реакция возможна.
Разбавленная серная кислота больше похожа на воду, нежели масло. Концентрат же, отличим не только по тягучести и плотности, но и дыму, исходящему от вещества на воздухе.
К сожалению, в Мертвом озере на Сицилии содержание кислоты меньше 40%. По внешнему виду водоема не скажешь, что он опасен.
Однако, из дна сочится опасный реагент, образующийся в породах земной коры. Сырьем может служить, к примеру, пирит .
Этот минерал еще зовут серным колчеданом . При контакте с воздухом и водой распадается на 2-ух и 3-ех валентное железо.
Второй продукт реакции – серная кислота. Формула героини статьи , соответственно: — H2SO3. Нет ни специфического цвета, ни запаха.
Опустив, по незнанию, руку в воды сицилийского озера Смерти на пару минут, люди лишаются кожи .
Учитывая разъедающую способность водоема, местные преступники взялись сбрасывать в него трупы. Несколько дней, и от органики не остается и следа.
Продуктом реакции серной кислоты с органикой нередко является уголь . Реагент отщепляет от органики воду. Вот и остается черный углерод.
В итоге, топливо можно получить из «сырой» древесины, сахара . Человеческие ткани – не исключение. Но, это уже сюжет для фильма ужасов.
Качество горючего получаемого из обработанной органики низкое. Кислота в реакции является окислителем, хотя, может быть и восстановителем.
В последней роли вещество выступает, к примеру, взаимодействуя с галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева.
Все эти вещества сами не являются сильными восстановителями. Если же кислота встречается с таковыми, выступает лишь в роли окислителя.
Пример: — реакция с сероводородом. А какие реакции дают саму серную кислоту, как ее добывают и производят?
Добыча серной кислоты
В прошлые века реагент добывали не только из железной руды, называемой пиритом, но и из железного купороса, а так же, квасцов.
Под последним понятием скрываются кристаллогидраты сульфатов, двойные соли .
В принципе, все перечисленные минералы являются серосодержащим сырьем, поэтому, могут применяться для производства серной кислоты и в современности.
Минеральная основа бывает разной, но итог ее обработки один – серный ангидрит с формулой SO2. Образуется при реакции серы с кислородом. Получается, нужно сжечь основу.
Полученный ангидрит проходит абсорбцию водой. Формула реакции такова: SO2+1/2O2+H2) -àH2SO4. Как видно, в процессе участвует кислород.
В обычных условиях сернистый ангидрид с ним взаимодействует медленно. Поэтому, промышленники окисляют сырье на катализаторах.
Метод именуется контактным. Есть еще нитрозный подход. Это окисление оксидами азота .
Однако, за последний метод «голосуют» лишь 20% промышленников. Основная же масса серной кислоты получается по контактной схеме.
Если подсчитать практику человечества по получению серной кислоты, «накапает» более 1000 лет.
Первые упоминания о реагенте и его добыче содержит труд, датируемый 940-ым годом.
Это записи одного из персидских алхимиков по имени Абубекер аль-Рази. Однако, о кислых газах, получаемых путем прокаливания квасцов, говорил и Джафар аль-Суфи.
Этот арабский алхимик жил еще в 8-ом веке. Однако, судя по записям, в чистом виде серную кислоту не получил.
Применение серной кислоты
Более 40% кислоты идут на производство минеральных удобрений. В ходу суперфосфат, сульфат аммония, аммофос.
Все это комплексные подкормки, на которые делают ставки фермеры и крупные производители.
В удобрения добавляют моногидрат. Это чистая, 100-процентная кислота. Кристаллизуется уже при 10 градусах Цельсия.
Если используют раствор, берут 65-процентный. Такой, к примеру, добавляют в суперфосфат, получаемый из минерала апатит .
На производство всего одной тонны удобрения уходят 600 кило концентрата кислоты.
Около 30% серной кислоты тратятся на очистку углеводородов. Реагент улучшает качество смазочных масел, керосина, парафина.
К ним примыкают минеральные масла и жиры. Их тоже очищают с помощью серного концентрата.
Способность реагента растворять металлы применяется при переработке руд. Их разложение столь же бюджетно, как и сама кислота.
Не растворяя железо, она не растворяет и содержащую его сталь . Значит, можно использовать аппаратуру из нее, а не дорогих сплавов .
Подойдет, так же, дешевый чугун , тоже сделанный на основе феррума. Что же касается растворяемых, добываемых с помощью серной кислоты металлов, можно получить ниобий , титан, цирконий , ванадий , литий . Останется осадить их из раствора.
В главе «Свойства» указывалось, что при нагреве серная кислота справляется с оксидными пленками на латуни, меди, железе.
Поэтому, горячий реагент используют для их травления. Так именуют очистку металлических поверхностей. После обработки, сплавы и изделия из них выглядят как новые.
Способность кислоты поглощать воду из атмосферы, делает реагент отличным осушителем.
Если воздействовать на воздух 95-процентным раствором, остаточная влажность составит всего 0,003 миллиграмма паров воды на литр осушаемого газа. Метод применяют в лабораториях и на промышленных производствах.
Стоит отметить роль не только чистого вещества, но и его соединений. Они пригождаются, в основном, в медицине.
Бариевая каша, к примеру, задерживает рентгеновское излучение. Врачи заполняют веществом полые органы, облегчая исследования рентгенологов. Формула бариевой каши: — BaSO4.
Природный гипс , кстати, тоже содержит серную кислоту, и тоже нужен медикам, но уже при фиксации переломов.
Необходим минерал и строителям, использующим его в качестве связующего, скрепляющего материала, а так же, для декоративной отделки.
Цена серной кислоты
Цена на реагент – одна из причин его популярности. Килограмм технической серной кислоты можно приобрести всего за 7 рублей.
Столько за свою продукцию просят, к примеру, менеджеры одного из предприятий Ростова на Дону. Разливают канистрами по 37 кило.
Это стандартный объем тары. Встречаются, так же, канистры в 35 и 36 килограммов.
Купить серную кислоту специализированного плана, к примеру, аккумуляторную, немногим дороже.
За 36-килограммовую канистру просят, как правило, от 2000 рублей. Вот, кстати, еще одна сфера применения реагента.
Не секрет, что разбавленная дистиллированной водой кислота – это электролит. Он нужен не только для обычных батареек, но и машинных аккумуляторов.
Разряжаются они, поскольку серная кислота расходуется, при этом, выделяется более легкая вода. Падает плотность электролита, а значит, и его эффективность.
Источник
