Acid sulfuric

16.10.2019

Amigdalele

Acizii sunt compuși chimici constând din atomi de hidrogen și reziduuri acide, de exemplu, SO4, SO3, PO4 etc. Sunt anorganici și organici. Primele includ acid clorhidric, fosforic, sulfurat, azotic, sulfuric. La al doilea - acetic, palmitic, formic, stearic etc.

Ce este acidul sulfuric

Acest acid constă din doi atomi de hidrogen și un reziduu acid SO4. Are formula H2SO4.

Acidul sulfuric sau, așa cum se mai numește, sulfatul, se referă la diacide anorganice care conțin oxigen. Această substanță este considerată una dintre cele mai agresive și chimic active. În majoritatea reacțiilor chimice, acționează ca un agent oxidant. Acest acid poate fi utilizat sub formă concentrată sau diluată, în aceste două cazuri are proprietăți chimice ușor diferite.

Proprietăți fizice

Acidul sulfuric în condiții normale are o stare lichidă, punctul său de fierbere este de aproximativ 279,6 grade Celsius, punctul de îngheț, când se transformă în cristale solide, este de aproximativ -10 grade pentru sută la sută și aproximativ -20 pentru 95 la sută.

Acidul sulfat sută la sută pur este o substanță lichidă uleioasă, inodoră și incoloră, care are aproape dublul densității decât apa - 1840 kg / m3.

Proprietățile chimice ale acidului sulfat

Acidul sulfuric reacționează cu metalele, oxizii, hidroxizii și sărurile acestora. Diluat cu apă în diferite proporții, se poate comporta în moduri diferite, prin urmare, vom lua în considerare mai detaliat proprietățile unei soluții concentrate și slabe de acid sulfuric separat.

Soluție concentrată de acid sulfuric

O soluție concentrată este o soluție care conține cel puțin 90% acid sulfat. O astfel de soluție de acid sulfuric poate reacționa chiar și cu metale slab active, precum și cu nemetale, hidroxizi, oxizi și săruri. Proprietățile unei astfel de soluții de acid sulfat sunt similare cu cele ale acidului nitrat concentrat.

Interacțiunea cu metalele

În timpul reacției chimice a unei soluții concentrate de acid sulfat cu metale situate la dreapta hidrogenului în seria electrochimică a tensiunilor metalice (adică fără cele mai active), se formează astfel de substanțe: sulfatul metalului cu care interacționează, apa și dioxidul de sulf. Metalele, ca urmare a interacțiunii cu care se formează substanțele enumerate, includ cuprul (cuprul), mercurul, bismutul, argintul (argentul), platina și aurul (aurum).

Interacțiunea cu metalele inactive

Cu metalele care se află în stânga hidrogenului în seria tensiunilor, acidul sulfuric concentrat se comportă puțin diferit. Ca urmare a acestei reacții chimice, se formează următoarele substanțe: sulfatul unui anumit metal, hidrogen sulfurat sau sulf pur și apă. Metalele cu care are loc o astfel de reacție includ, de asemenea, fier (ferum), magneziu, mangan, beriliu, litiu, bariu, calciu și toate celelalte care se află în seria tensiunilor din stânga hidrogenului, cu excepția aluminiului, cromului, nichelului și titanului - cu acestea concentrate acidul sulfat nu interacționează.

Interacțiunea cu nemetalele

Această substanță este un agent oxidant puternic, prin urmare poate participa la reacții chimice redox cu nemetale, cum ar fi, de exemplu, carbonul (carbonul) și sulful. Ca urmare a unor astfel de reacții, apa este neapărat eliberată. Când această substanță este adăugată la carbon, se eliberează și dioxid de carbon și dioxid de sulf. Și dacă adăugăm acid la sulf, obținem doar dioxid de sulf și apă. Într-o astfel de reacție chimică, acidul sulfat acționează ca un agent oxidant.

Interacțiunea cu substanțele organice

Carbonizarea se poate distinge printre reacțiile acidului sulfuric cu substanțe organice. Acest proces are loc atunci când o anumită substanță se ciocnește cu hârtie, zahăr, fibre, lemn etc. În acest caz, carbonul este eliberat în orice caz. Carbonul format în timpul reacției poate reacționa parțial cu acidul sulfuric în exces. Fotografia arată reacția zahărului cu o soluție de acid sulfat de concentrație medie.

Reacții cu săruri

De asemenea, o soluție concentrată de H2SO4 reacționează cu sărurile uscate. În acest caz, are loc o reacție de schimb standard, în care se formează un sulfat metalic, care era prezent în structura sării, și un acid cu un reziduu care era în compoziția sării. Cu toate acestea, acidul sulfuric concentrat nu reacționează cu soluțiile de sare.

Interacțiunea cu alte substanțe

De asemenea, această substanță poate reacționa cu oxizii metalici și hidroxizii lor, în aceste cazuri, au loc reacții de schimb, în \u200b\u200bprimul, sulfatul metalic și apa sunt eliberate, în al doilea - același lucru.

Proprietățile chimice ale unei soluții slabe de acid sulfat

Acidul sulfuric diluat reacționează cu multe substanțe și are aceleași proprietăți ca toți acizii. Acesta, spre deosebire de cel concentrat, interacționează numai cu metalele active, adică cu cele care se află în stânga hidrogenului în seria de tensiuni. În acest caz, are loc aceeași reacție de substituție ca în cazul oricărui acid. Aceasta produce hidrogen. De asemenea, o astfel de soluție acidă interacționează cu soluțiile de sare, în urma căreia are loc o reacție de schimb, deja discutată mai sus, cu oxizi - la fel ca concentrat, cu hidroxizi - în același mod. Pe lângă sulfații obișnuiți, există și hidrosulfați, care sunt produsul interacțiunii hidroxidului și acidului sulfuric.

Cum se știe dacă soluția conține acid sulfuric sau sulfați

Pentru a determina dacă aceste substanțe sunt prezente în soluție, se utilizează o reacție calitativă specială pentru ioni sulfat, care vă permite să aflați. Acesta constă în adăugarea de bariu sau a compușilor săi la soluție. Acest lucru poate duce la un precipitat alb (sulfat de bariu), care indică prezența sulfaților sau a acidului sulfuric.

Cum se extrage acidul sulfuric

Cea mai răspândită metodă de producție industrială a acestei substanțe este extragerea sa din pirita de fier. Acest proces are loc în trei etape, la fiecare dintre care are loc o anumită reacție chimică. Să le luăm în considerare. În primul rând, oxigenul este adăugat la pirită, în urma căruia se formează oxid de fer și dioxid de sulf, care este utilizat pentru reacții ulterioare. Această interacțiune are loc la temperaturi ridicate. Aceasta este urmată de o etapă în care trioxidul de sulf este obținut prin adăugarea de oxigen în prezența unui catalizator, care este oxidul de vanadiu. Acum, în ultima etapă, se adaugă apă la substanța rezultată, prin care se obțin acizi sulfați. Acesta este cel mai frecvent proces pentru producția industrială de acid sulfat, este utilizat cel mai adesea deoarece pirita este materia primă cea mai accesibilă, potrivită pentru sinteza substanței descrise în acest articol. Acidul sulfuric obținut prin acest proces este utilizat în diverse industrii - atât în \u200b\u200bchimie, cât și în multe altele, de exemplu, în rafinarea petrolului, prepararea minereului etc. Utilizarea acestuia este, de asemenea, adesea prevăzută în tehnologia fabricării multor fibre sintetice. ...

„Cu greu există o altă substanță produsă artificial care este atât de des utilizată în tehnologie precum acidul sulfuric.

Acolo unde nu există fabrici pentru producția sa, producția profitabilă a multor alte substanțe de mare importanță tehnică este de neconceput ”

DI. Mendeleev

Acidul sulfuric este utilizat într-o varietate de industrii chimice:

îngrășăminte minerale, materiale plastice, coloranți, fibre artificiale, acizi minerali, detergenți;
în industria petrolieră și petrochimică:

pentru purificarea uleiului, producția de parafină;

în metalurgia neferoasă:

pentru producția de metale neferoase - zinc, cupru, nichel etc.

în metalurgia feroasă:

pentru gravarea metalelor;

în industria celulozei și hârtiei, alimentară și industria ușoară (pentru amidon, melasă, albirea țesăturilor) etc.

Producerea acidului sulfuric

Acidul sulfuric este produs în industrie în două moduri: de contact și azotat.

Metoda de contact pentru producerea de acid sulfuric

Acidul sulfuric este produs prin metoda de contact în cantități mari la instalațiile de acid sulfuric.

În prezent, principala metodă de producere a acidului sulfuric este contactul, deoarece această metodă are avantaje față de altele:

Obținerea unui produs sub formă de acid concentrat pur, acceptabil pentru toți consumatorii;

- reducerea emisiilor de substanțe nocive în atmosferă cu gaze de eșapament

I. Materii prime utilizate pentru producerea acidului sulfuric.

Materia primă principală

sulf - S

pirita (pirita) -FeS 2

sulfuri ale metalelor neferoase -Cu 2 S, ZnS, PbS

hidrogen sulfurat - H 2 S

Material suport

Catalizator - oxid de vanadiu -V 2 O 5

II. Pregătirea materiilor prime.

Să analizăm producția de acid sulfuric din pirită FeS 2.

1) Măcinarea piritei. Bucăți mari de pirită sunt zdrobite în concasoare înainte de utilizare. Știți că atunci când o substanță este măcinată, viteza de reacție crește, deoarece aria suprafeței de contact a reactanților crește.

2) Purificarea piritei. După zdrobirea piritei, aceasta este purificată de impurități (deșeuri de roci și pământ) prin flotație. Pentru a face acest lucru, pirita zdrobită este scufundată în cuve uriașe de apă, amestecată, roca reziduală plutește, apoi roca reziduală este îndepărtată.

III... Procese chimice de bază:

4 FeS 2 + 11 O 2 t \u003d 800 ° C→ 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q sau arderea sulfuluiS + O 2 t ° C→ SO 2

2SO 2 + O 2 400-500 ° DIN , V2O5 , p↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV ... Principii tehnologice:

Principiul continuității;

Principiul utilizării integrate a materiilor prime,utilizarea deșeurilor din alte producții;

Principiul de producție fără deșeuri;

Principiul transferului de căldură;

Principiul contracurentului (pat fluidizat);

Principiul automatizării și mecanizării proceselor de producție.

V ... Procese tehnologice:

Principiul continuității: prăjirea piritei într-un cuptor → aportul de oxid de sulf (IV ) și oxigen la sistemul de curățare → la dispozitivul de contact → alimentarea cu oxid de sulf (VI ) în turnul de absorbție.

VI ... Protectia mediului:

1) etanșeitatea conductelor și a echipamentelor

2) filtre de curatare a gazelor

Vii... Chimia producției :

PRIMUL STAGIU - tragerea piritei într-un cuptor cu pat fluidizat.

Pentru a obține acid sulfuric, acestea se folosesc în principal pirita de flotație - deșeuri de producție în timpul beneficiarii minereurilor de cupru care conțin un amestec de compuși ai sulfului de cupru și fier. Procesul de îmbogățire a acestor minereuri are loc la uzinele de îmbogățire Norilsk și Talnakh, care sunt principalii furnizori de materii prime. Această materie primă este mai profitabilă deoarece Pirita de sulf se extrage în principal în Ural și, în mod natural, livrarea acestuia poate fi foarte costisitoare. Utilizare posibilă sulf, care se formează și în timpul pansamentului minereurilor din metale neferoase extrase în mine.Pacific și NOF sunt, de asemenea, furnizori de sulf. (fabrici de concentrare).

Ecuația de reacție din prima etapă

4FeS 2 + 11O 2 t \u003d 800 ° C →2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Pirita umedă purificată (după flotație) zdrobită este turnată de sus într-un cuptor cu „pat fluidizat”. Aerul îmbogățit cu oxigen este trecut de jos (principiul contracurentului) pentru o ardere mai completă a piritei. Temperatura cuptorului ajunge la 800 ° C. Pirita devine roșie și este „suspendată” din cauza aerului suflat de dedesubt. Totul arată ca un lichid fierbinte roșu. Chiar și cele mai mici particule de pirită nu se prăjesc în „patul fluidizat”. Prin urmare, procesul de tragere este foarte rapid. Dacă mai devreme a durat 5-6 ore pentru a coace pirita, acum durează doar câteva secunde. Mai mult, în „patul fluidizat” puteți menține o temperatură de 800 ° C.

Datorită căldurii eliberate ca urmare a reacției, temperatura din cuptor este menținută. Excesul de căldură este eliminat: conductele cu apă trec de-a lungul perimetrului cuptorului, care se încălzește. Apa caldă este folosită în continuare pentru încălzirea centrală a spațiilor adiacente.

Oxidul de fier format Fe 2 O 3 (cenușă) nu este utilizat la producerea acidului sulfuric. Dar este colectat și trimis la o fabrică metalurgică, unde fierul și aliajele sale cu carbon sunt obținute din oxid de fier - oțel (2% carbon C în aliaj) și fontă (4% carbon C în aliaj).

Prin urmare, principiul producției chimice - producție fără deșeuri.

Iese din cuptor gaz de cuptor , compoziția căreia: SO 2, O 2, vapori de apă (pirita era umedă!) și cele mai mici particule de cenușă (oxid de fier).Un astfel de gaz al cuptorului trebuie curățat de impuritățile particulelor solide de cenușă și vapori de apă.

Curățarea gazului cuptorului de particulele solide de cenușă se efectuează în două etape - într-un ciclon (se folosește forța centrifugă, particulele solide de cenușă lovesc pereții ciclonului și cad în jos). Pentru a îndepărta particulele mici, amestecul este trimis la precipitatorii electrostatici, unde este purificat sub acțiunea unui curent de înaltă tensiune de ~ 60.000 V (se folosește atracție electrostatică, particulele de cenușă aderă la plăcile electrificate ale precipitatorului electrostatic, cu o acumulare suficientă sub propria greutate, sunt turnate în jos), pentru a îndepărta vaporii de apă din cuptor. gaz (deshidratarea gazului în cuptor), se folosește acid sulfuric concentrat, care este un desicant foarte bun deoarece absoarbe apa.

Uscarea gazului cuptorului se efectuează într-un turn de uscare - gazul cuptorului crește de jos în sus și acidul sulfuric concentrat curge de sus în jos. Pentru a crește suprafața de contact a gazului și a lichidului, turnul este umplut cu inele ceramice.

La ieșirea din turnul de uscare, gazul cuptorului nu mai conține particule de cenușă sau vapori de apă. Gazul cuptorului este acum un amestec de oxid de sulf SO2 și oxigen O2.

A DOUA FAZA - oxidarea catalitică a SO 2 la SO 3 cu oxigen în aparatul de contact.

Ecuația de reacție pentru această etapă:

2 SO 2 + O 2 400-500 ° C, V 2 O 5 , p ↔ 2 SO 3 + Q

Complexitatea celei de-a doua etape este că procesul de oxidare a unui oxid la altul este reversibil. Prin urmare, este necesar să selectați condițiile optime pentru reacția directă (obținerea SO3).

Din ecuație rezultă că reacția este reversibilă, ceea ce înseamnă că în acest stadiu este necesar să se mențină astfel de condiții, astfel încât echilibrul să se deplaseze spre ieșireSO 3 în caz contrar, întregul proces va fi întrerupt. pentru că reacția continuă cu o scădere a volumului (3V ↔2 V ), este necesară creșterea presiunii. Presiunea este crescută la 7-12 atmosfere. Reacția este exotermă, prin urmare, ținând cont de principiul Le Chatelier, acest proces nu poate fi realizat la temperaturi ridicate, deoarece echilibrul se va deplasa spre stânga. Reacția începe la o temperatură de 420 de grade, dar datorită catalizatorului multistrat (5 straturi), îl putem crește la 550 de grade, ceea ce accelerează semnificativ procesul. Catalizatorul este vanadiu (V 2 O 5). Este ieftin, durează mult (5-6 ani), deoarece cel mai rezistent la acțiunea impurităților toxice. În plus, ajută la deplasarea echilibrului spre dreapta.

Amestecul (SO 2 și O 2) este încălzit într-un schimbător de căldură și se deplasează prin conducte, între care trece un amestec rece în direcția opusă, care trebuie încălzit. Rezultatul este schimb de caldura: materiile prime sunt încălzite, iar produsele de reacție sunt răcite la temperaturile solicitate.

A TREIA ETAPĂ - absorbția SO 3 de către acidul sulfuric în turnul de absorbție.

De ce este SO oxidul de sulf 3 nu se absoarbe în apă? La urma urmei, ar fi posibil să se dizolve oxidul de sulf în apă: SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 ... Faptul este că, dacă apa este utilizată pentru a absorbi oxidul de sulf, acidul sulfuric se formează sub formă de ceață, constând din cele mai mici picături de acid sulfuric (oxidul de sulf se dizolvă în apă cu eliberarea unei cantități mari de căldură, acidul sulfuric se încălzește atât de mult încât se fierbe și se transformă în abur ). Pentru a evita formarea de ceață de acid sulfuric, utilizați 98% acid sulfuric concentrat. Două procente de apă sunt atât de mici încât încălzirea lichidului va fi slabă și inofensivă. Oxidul de sulf se dizolvă foarte bine într-un astfel de acid, formând oleum: H 2 SO 4 nSO 3.

Ecuația de reacție a acestui proces:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 nSO 3

Oleul rezultat este turnat în rezervoare metalice și trimis la depozit. Apoi rezervoarele sunt umplute cu oleum, trenurile sunt formate și trimise către consumator.

Acidul sulfuric este utilizat pe scară largă în economia națională și este principalul produs al industriei chimice principale. În acest sens, există o creștere continuă a producției de acid sulfuric. Deci, dacă în 1900 producția mondială de acid sulfuric se ridica la 4,2 milioane de g, atunci în 1937 s-au obținut 18,8 milioane de g, iar în 1960 - mai mult de 47 de milioane de tone.
În prezent, Uniunea Sovietică ocupă locul al doilea în lume în producția de acid sulfuric. În 1960, URSS a produs 5,4 milioane de acid sulfuric, iar în 1965, producția de acid sulfuric în comparație cu 1958 va fi dublată.
Domeniile de aplicare a acidului sulfuric se datorează proprietăților sale și costului redus. Acidul sulfuric este un acid puternic, nevolatil și durabil, cu proprietăți oxidante foarte slabe și puternice de îndepărtare a apei la temperaturi moderate.

Principalul consumator de acid sulfuric este producția de îngrășăminte minerale - superfosfat și sulfat de amoniu. De exemplu, producerea unei singure tone de superfosfat (din fluorapatită), care nu conține apă higroscopică, necesită 600 kg de acid sulfuric 65%. Producția de îngrășăminte minerale consumă aproximativ jumătate din tot acidul produs.
O cantitate semnificativă de acid sulfuric este consumată în procesarea combustibilului lichid - pentru purificarea kerosenului, parafinei, uleiurilor lubrifiante din compuși sulfuroși și nesaturați, în prelucrarea gudronului de cărbune. Este, de asemenea, utilizat în purificarea diferitelor uleiuri și grăsimi minerale.
Acidul sulfuric este utilizat pe scară largă în diferite sinteze organice, de exemplu, pentru sulfonarea compușilor organici - în producerea de acizi sulfonici, diferiți coloranți, zaharină. În acest scop, se utilizează atât acidul concentrat, cât și acidul fumigant, precum și acidul clorosulfonic. Acidul sulfuric este utilizat ca agent de deshidratare în reacțiile de nitrație - în producția de nitrobenzen, nitroceluloză, nitroglicerină etc.
Fiind un acid non-volatil, acidul sulfuric este capabil să deplaseze acizii volatili din sărurile lor, care este utilizat în producția de fluorură de hidrogen, clorură de hidrogen și acid percloric.
Acidul sulfuric este adesea utilizat în prelucrarea (descompunerea) anumitor minereuri și concentrate, cum ar fi titanul, zirconiul, vanadiul și, uneori, niobiul, litiul și alte metale. Deoarece acidul sulfuric concentrat fierbe la o temperatură destul de ridicată și nu are practic niciun efect asupra fontei și oțelului, această descompunere poate fi realizată destul de complet folosind echipamente ieftine din aceste materiale.
Acidul sulfuric fierbinte diluat dizolvă bine oxizii metalici și este utilizat pentru așa-numita gravare a metalelor - curățarea acestora< особенно железа, от окислов.
Acidul sulfuric este un bun agent de uscare și în acest scop este utilizat pe scară largă în laboratoare și industrie. Umiditatea reziduală la utilizarea acidului sulfuric 95% este de 0,003 mg vapori de apă la 1 litru de gaz uscat.

Acid sulfuric H 2 SO 4 este unul dintre diacizii puternici. Într-o stare diluată, oxidează aproape toate metalele, cu excepția aurului și platinei. Reacționează intens cu nemetalele și substanțele organice, transformând unele dintre ele în cărbune. Când pregătiți o soluție de acid sulfuric, este întotdeauna necesar să-l adăugați în apă și nu invers, pentru a evita stropirea acidului și apa clocotită. La 10 ° C se solidifică, formând o masă sticloasă transparentă. Când este încălzit, acid sulfuric 100% pierde cu ușurință anhidridă sulfurică (trioxid de sulf SO 3) până când concentrația sa ajunge la 98%. În această stare se folosește de obicei în laboratoare. În stare concentrată (anhidră), acidul sulfuric este un lichid incolor, fumos în aer (datorat vaporilor), uleios, cu miros caracteristic (punctul de fierbere \u003d 338 ° C). Este un agent oxidant foarte puternic. Această substanță are toate proprietățile acizilor:

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric

H2S04 + Fe → FeSO4 + H2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O - în acest caz, acidul este concentrat.

H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O

Soluția albastră rezultată - CuSO 4 - o soluție de sulfat de cupru. Se mai numește acid sulfuric ulei de vitriol, deoarece sulfații se formează în timpul reacțiilor cu metalele și oxizii lor. De exemplu, în timpul unei reacții chimice cu fierul (Fe), se formează o soluție verde deschis de sulfat feros.

Reacție chimică cu baze și alcalii (sau reacție de neutralizare)

H2S04 + 2NaOH → Na2S04 + 2H2O

Acid sulfuric (sau, mai corect, o soluție de dioxid de sulf în apă) formează două tipuri de săruri: sulfiți și hidrosulfit... Aceste săruri sunt agenți reducători.

Н 2 SO 4 + NaOH → NaНSO 3 + Н 2 O - această reacție are loc cu un exces acid sulfuric

Н 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + 2Н 2 O - și această reacție are loc cu un exces de hidroxid de sodiu

Acid sulfuric are efect de albire. Toată lumea știe că apa cu clor are un efect similar. Dar diferența este că, spre deosebire de clor, dioxidul de sulf nu distruge coloranții, ci formează compuși chimici nevopsiți cu ei!

Pe lângă principal proprietățile acizilor acid sulfuric capabil să decoloreze o soluție de permanganat de potasiu conform următoarei ecuații:

5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

În această reacție, se formează o soluție roz pal, constând din sulfati de potasiu și mangan. Culoarea se datorează tocmai sulfatului de mangan.

Acid sulfuric capabil să decoloreze bromul

H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr

În această reacție, se formează o soluție, formată din 2 acizi puternici simultan: sulfuric și bromic.

Dacă depozitați acid sulfuric cu acces la aer, atunci această soluție este oxidată și se transformă în acid sulfuric

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2

DEFINIȚIE

Anhidru acid sulfuric este un lichid greu, vâscos care se amestecă ușor cu apă în orice proporție: interacțiunea se caracterizează printr-un efect exoterm extrem de ridicat (~ 880 kJ / mol cu \u200b\u200bdiluare infinită) și poate duce la fierbere explozivă și stropire a amestecului dacă se adaugă apă la un acid; de aceea este atât de important să folosiți întotdeauna ordinea inversă la prepararea soluțiilor și să adăugați acid în apă, încet și cu agitare.

Unele dintre proprietățile fizice ale acidului sulfuric sunt prezentate în tabel.

H 2 SO 4 anhidru este un compus remarcabil cu o constantă dielectrică neobișnuit de mare și o conductivitate electrică foarte ridicată, care se datorează autodissocierii ionice (auto-protolizei) compusului, precum și mecanismului de conducere a cursei de releu cu transfer de protoni, care asigură fluxul curentului electric printr-un lichid vâscos cu un număr mare de legături de hidrogen.

Tabelul 1. Proprietățile fizice ale acidului sulfuric.

Producerea acidului sulfuric

Acidul sulfuric este cel mai important produs chimic industrial și cel mai ieftin acid cu volum mare din orice țară din lume.

Acidul sulfuric concentrat („ulei vitriol”) a fost obținut mai întâi prin încălzirea „vitriolului verde” FeSO 4 × nH20 și consumat în cantități mari pentru a obține Na2S04 și NaCI.

În procesul modern de producere a acidului sulfuric, se folosește un catalizator, format din oxid de vanadiu (V) cu adaos de sulfat de potasiu pe un suport de dioxid de siliciu sau pământ de diatomee. Dioxidul de sulf SO 2 se obține prin arderea sulfului pur sau prin prăjirea minereului sulfurat (în principal pirită sau minereuri de Cu, Ni și Zn) în procesul de extragere a acestor metale. Apoi SO 2 se oxidează în trioxid, iar apoi acidul sulfuric se obține prin dizolvare în apă:

S + O2 → S02 (ΔH 0 - 297 kJ / mol);

SO2 + ½ O2 → SO3 (ΔH 0 - 9,8 kJ / mol);

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

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric

Acidul sulfuric este un acid dibazic puternic. În prima etapă a soluțiilor cu concentrație scăzută, se disociază aproape complet:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 -.

Disocierea în etapa a doua

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

continuă într-o măsură mai mică. Constanta de disociere a acidului sulfuric în a doua etapă, exprimată prin activitatea ionilor, K 2 \u003d 10 -2.

Ca acid dibazic, acidul sulfuric formează două serii de săruri: medie și acidă. Sărurile medii ale acidului sulfuric se numesc sulfați, iar sărurile acide se numesc hidrosulfați.

Acidul sulfuric absoarbe cu lăcomie vaporii de apă și, prin urmare, este adesea folosit pentru uscarea gazelor. Capacitatea de a absorbi apa explică, de asemenea, carbonizarea multor substanțe organice, în special a celor care aparțin clasei de carbohidrați (fibre, zahăr etc.), atunci când sunt expuse acidului sulfuric concentrat. Acidul sulfuric elimină hidrogenul și oxigenul din carbohidrați, care formează apă, iar carbonul este eliberat sub formă de cărbune.

Acidul sulfuric concentrat, mai ales când este fierbinte, este un agent oxidant viguros. Oxidează HI și HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni, cărbune la CO 2, sulf la SO 2. Aceste reacții sunt exprimate prin ecuațiile:

8HI + H2S04 \u003d 4I2 + H2S + 4H20;

2HBr + H2S04 \u003d Br2 + S02 + 2H2O;

C + 2H2S04 \u003d CO2 + 2SO2 + 2H20;

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

Interacțiunea acidului sulfuric cu metalele se desfășoară diferit în funcție de concentrația acestuia. Acidul sulfuric diluat se oxidează cu ionul său hidrogen. Prin urmare, interacționează numai cu acele metale care se află în seria de tensiuni doar până la hidrogen, de exemplu:

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

Cu toate acestea, plumbul nu este solubil în acid diluat, deoarece sarea PbSO4 rezultată este insolubilă.

Acidul sulfuric concentrat este un agent oxidant datorat sulfului (VI). Oxidează metalele până la argint, inclusiv. Produsele reducerii sale pot fi diferite în funcție de activitatea metalului și de condițiile (concentrația acidului, temperatura). Când interacționăm cu metale cu activitate scăzută, de exemplu, cu cuprul, acidul este redus la SO 2:

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

Atunci când interacționează cu metale mai active, produsele de reducere pot fi atât dioxid, cât și sulf liber și hidrogen sulfurat. De exemplu, atunci când interacționați cu zinc, pot apărea reacții:

Zn + 2H2S04 \u003d ZnSO4 + S02 + 2H2O;

3Zn + 4H 2 SO 4 \u003d 3ZnSO 4 + S ↓ + 4H 2 O;

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

Aplicarea acidului sulfuric

Utilizarea acidului sulfuric variază de la țară la țară și de la un deceniu la altul. Astfel, de exemplu, în Statele Unite în prezent, principala zonă de consum de H 2 SO 4 este producția de îngrășăminte (70%), urmată de producția chimică, metalurgie, rafinare a petrolului (~ 5% în fiecare regiune). În Marea Britanie, distribuția consumului pe industrie este diferită: doar 30% din H 2 SO 4 produs este utilizat în producția de îngrășăminte, dar 18% se îndreaptă către vopsele, pigmenți și produse intermediare pentru producția de coloranți, 16% pentru industria chimică, 12% pentru producția de săpun și detergenți, 10 % pentru producția de fibre naturale și artificiale și 2,5% este utilizat în metalurgie.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Sarcina

Determinați masa acidului sulfuric care poate fi obținută dintr-o tonă de pirită dacă randamentul oxidului de sulf (IV) în reacția de prăjire este de 90%, iar oxidul de sulf (VI) în oxidarea catalitică a sulfului (IV) - 95% din teoretic.

Decizie

Să notăm ecuația reacției pentru prăjirea piritei:

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.

Să calculăm cantitatea de substanță pirită:

n (FeS 2) \u003d m (FeS 2) / M (FeS 2);

M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) \u003d 56 + 2 × 32 \u003d 120 g / mol;

n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol.

Deoarece în ecuația de reacție coeficientul pentru dioxidul de sulf este de două ori mai mare decât coeficientul pentru FeS 2, cantitatea teoretic posibilă de substanță oxidă de sulf (IV) este:

n (SO 2) teorem \u003d 2 × n (FeS 2) \u003d 2 × 8,33 \u003d 16,66 kmol.

Iar cantitatea practic obținută de moli de oxid de sulf (IV) este:

n (SO 2) pract \u003d η × n (SO 2) teorem \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol.

Să scriem ecuația de reacție pentru oxidarea oxidului de sulf (IV) la oxidul de sulf (VI):

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3.

Cantitatea teoretic posibilă de substanță oxidică de sulf (VI) este:

n (SO 3) teorem \u003d n (SO 2) pract \u003d 15 kmol.

Iar cantitatea practic obținută de moli de oxid de sulf (VI) este:

n (SO 3) pract \u003d η × n (SO 3) theor \u003d 0,5 × 15 \u003d 14,25 kmol.

Să scriem ecuația pentru reacția obținerii acidului sulfuric

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

Să găsim cantitatea de substanță acidă sulfurică: