Серная кислота — химические свойства и промышленное производство
Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);
плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).
Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.
Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):
Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).
В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).
В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3
Химические свойства серной кислоты:
H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.
1) В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:
H2SO4 = H + + HSO4 — ;
HSO4 — = H + + SO4 2- .
Суммарное уравнение:
H2SO4 = 2H + + SO4 2- .
2) Взаимодействие серной кислоты с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn 0 + H2 +1 SO4(разб) → Zn +2 SO4 + H2
3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
5) Обменные реакции с солями:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).
Особые свойства концентрированной H2SO4 :
1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S +4 O2, S 0 или H2S -2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe 0 → Fe 3+ , Cr 0 → Cr 3+ , Mn 0 → Mn 4+ ,Sn 0 → Sn 4+
Активный металл
8 Al + 15 H2SO4(конц.)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3 H2S
4│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление
Металл средней активности
2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ — окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление
Металл малоактивный
2Bi + 6H2SO4(конц.)→ Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3 SO2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ — восстановление
2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O2:
3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О
2 КI + 2Н2SО4 = К2SO4 + SO2 + I2 + 2Н2О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl
Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.
Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.
Источник
Как серная кислота отнимает воду
Чистая серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, превращающуюся при 10, 4 ° С в твёрдую кристаллическую массу.
Продажная концентрированная кислота содержит примерно 96, 5% H 2 SO 4 ; плотность её составляет 1 , 84 г/см 3 . Неразбавленная кислота чувствуется по весу: 1 литр весит почти 2 кг.
При растворении серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла ( 19 ккал на моль кислоты) вследствие образования гидратов. Гидраты могут быть выделены из раствора в твёрдом виде при низких температурах.
Серная кислота обладает способностью поглощать пары воды и поэтому может применяться для осушения газов. Способностью поглощать воду объясняется и обугливание многих органических веществ, особенно относящихся к классу углеводов (клетчатка, сахар и др.), при действии на них концентрированной серной кислоты (см. рис.). В состав углеводов водород и кислород входят в таком же соотношении, в каком они находятся в воде. Серная кислота отнимает от углеводов элементы воды, а углерод выделяется в виде угля.
Из-за малой летучести серной кислоты её используют для вытеснения других, более летучих кислот из их солей.
Серная кислота является энергичным окислителем; её окислительные свойства проявляются при взаимодействии со многими веществами.
Взаимодействие серной кислоты с металлами проходит различно в зависимости от её концентрации. Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Из-за этого она взаимодействует только с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода, например:
Но свинец не растворяется в разбавленной кислоте, поскольку образующаяся соль PbSO 4 нерастворима.
Концентрированная серная кислота является окислителем за счёт серы. Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно. Продукты её восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла и от условий (концентрация кислоты, температура). При взаимодействии с малоактивными металлами, например, с медью, кислота восстанавливается до SO 2 :
При взаимодействии с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как SO 2 , так и свободная сера и сероводород. Так, при взаимодействии с цинком могут протекать реакции:
Серная кислота применяется в производстве минеральных удобрений, для получения разнообразных минеральных кислот и солей, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ, в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности. Самым крупным потребителем серной кислоты является производство минеральных удобрений — суперфосфата и сульфата аммония. На производство одной тонны суперфосфата уходило около 350 кг. серной кислоты, а на производство одной тонны сульфата аммония — 750 кг.
Под действием серной кислоты кожа становится сначала белой, затем буроватой с покраснением. При этом окружающие ткани распухают. При попадании серной кислоты на кожу её необходимо как можно скорее смыть сильной струёй воды, обожжённое место смочить 5% — ным раствором соды.
| Серная кислота в литровой ёмкости квалификации « ЧДА » . |
| Так выглядит сахар после воздействия на него серной кислотой. |
| Серная кислота прожгла бумагу и хлопчатобумажную ткань. |
| Применение серной кислоты в промышленности. Источник Серная кислотаСерная 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. ПолучениеИзвестны 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 свойстваВ 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  Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также  В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно |
