Реферат применение серной кислоты

Обновлено: 04.07.2024

Серная кислота известна с древности. Первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса "зеленого камня", встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну .

Позже, в 9 веке персидский алхимик Ар-Рази , прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO 4 •7H 2 O и CuSO 4 •5H 2 O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус , живший в 13 веке.

В 15 веке алхимики обнаружили, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры , или из пирита - серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах . И только в середине 18 столетия, когда было установлено, что свинец не растворяется в серной кислоте, от стеклянных лабораторий перешли к большим свинцовым камерам.

- изучить и исследовать свойства серной кислоты;

- узнать её значение в химической промышленности и жизни человека.

- собрать информацию о её применении в химической промышленности.

Химия сопровождает нас каждый день, невозможно прожить без использования законов и расчетов великой науки.

Серная кислота́ H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом.

Кислота серная - прозрачная, тяжелая, маслянистая жидкость с резким запахом. На воздухе медленно испаряется. Чистая серная кислота бесцветна, наличие примесей придает технической серной кислоте желтовато-бурый оттенок. Концентрацию серной кислоты определяют по содержанию в кислоте моногидрата или по плотности. С водой смешивается во всех отношениях, очень гигроскопична. Смешение серной кислоты с водой сопровождается высоким тепловым эффектом, выделением паров и газов .

Растворение серной кислоты в воде – физико-химическое явление, которое сопровождается выделением большого количества энергии (экзотермическая реакция. Каждому нужно знать правило:

Кислоту льём в воду, а не наоборот.

Иначе не избежать ожогов.

Правила обращения с кислотами

- Наливать кислоту осторожно, держа пробирку над ящиком.

- В случае попадания кислоты на кожу или слизистые оболочки, тщательно промыть под краном пораженное место.

- Нейтрализовать раствором соды.

Разрушающе действует на органические вещества, вызывает сильное раздражение глаз, вплоть до слепоты, разъедает кожу, вызывает ее изъязвление, ожоги, оказывает коррозионное действие на многие металлы. Серная кислота - негорючая пожароопасная жидкость. Разбавленная серная кислота растворяет металлы с выделением водорода, концентрированная вызывает самовоспламенение горючих веществ.

Серная кислота — довольно сильный окислитель.

I. Серная кислота в растворе обладает общими для класса кислот химическими свойствами.

1. Серная кислота ступенчато диссоциирует в растворе с образованием иона водорода.

H 2 SO 4 = H + +HSO 4 -

HSO 4 - = H + +SO 4 2-

серная кислота изменяет окраску индикаторов:

Метиловый оранжевый - розовеет

2.Окислительно-востановительные реакции характерны для взаимодействия растворов серной кислоты с металлами.

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

3.Реакции обмена разбавленной серной кислоты с основными и амфотерными оксидами:

MgO+H 2 SO 4 =MgSO 4 +H 2 OMgO+2H + =Mg 2+ +H 2 O

4.Реакции с основаниями

H 2 SO 4 +2KOH=K 2 SO 4 +2H 2 O

5.Реакции с растворами солей:

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

2H + + CO 3 -2 = CO 2 + H 2 O

Качественная реакция на серную кислоту и ее соли, с помощью которой можно распознать их среди других веществ, реакция с растворимыми солями бария:

H 2 SO 4 +BaCl 2 =BaSO 4 +2H 2 Cl

K 2 SO 4 +Ba(NO 3 ) 2 = BaSO 4 +2KNO 3

Суть процесса: выпадает белый осадок сульфата бария, не растворимый ни в воде, ни в кислотах:

Ba 2+ +SO 4 2+ = BaSO 4

Катион бария является реагентом на сульфат-ион.

II. Химические свойства концентрированной серной кислоты.

концентрированная серная кислота активно взаимодействует с водой, образуя гидраты.

H 2 SO 4 +n H 2 O= H 2 SO 4 * n H 2 O+Q

C+2H 2 SO 4 =CO 2 + 3SO 2 +2H 2 O

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

H 2 SO 4 +2H 2 Br= Br 2 +SO 2 +2H 2 O

взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами.

8 Na+5 H 2 SO 4 = 4Na 2 SO 4 + H 2 S+4H 2 O

Концентрированная серная кислота реагирует и с металлами, стоящими в ряду активности после водорода, с такими, как медь, серебро, ртуть. Реакции идут при нагревании. Cu+2H 2 SO 4 = Cu SO 4 +SO 2 +2H 2 O

Производство серной кислоты

Традиционно основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты в СССР получали из серы, треть – из колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.

В целях защиты окружающей среды во всем мире принимаются меры по использованию отходов промышленности, содержащих серу. В атмосферу с отходящими газами тепловых электростанций и металлургических заводов выбрасывается диоксида серы значительно больше, чем употребляется для производства серной кислоты. Из-за низкой концентрации SO 2 в таких отходящих газах их переработка пока еще не всегда осуществима.

В то же время отходящие газы – наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является сера. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих газов.

В кратере вулкана Иджен на острове Ява, расположено большое горячее озеро серной кислоты, по берегам которого местные жители в нечеловеческих условиях добывают серу. В чаше из базальтовых серых стен расположено яблочно-зеленое озеро, над поверхностью которого тянутся сернистые шлейфы. Озеро находится на высоте 2 386 метров над уровнем моря. Глубина его не велика - 212 метров.
По берегам вокруг черных отверстий, напоминающих раскрытые зевы чудовищ, отливают золотом валики серы. Такие же отверстия существуют в дне озера, поэтому его температура на поверхности составляет 60 градусов, а в глубине - свыше 200 градусов по Цельсию. Озеро хранит в своей чаше 40 миллионов тонн смеси концентрированных соляной и серной кислот.
Но, самое удивительное, - в каждом литре этой смеси содержится ещё и 5 граммов растворенного алюминия. Ученые подсчитали, что всего в озере растворено свыше 200 тысяч тонн этого металла.
"Дуновение" газов с высоким содержанием сероводорода, сернистого ангидрида и соляной кислоты не позволяет подолгу находиться в этом месте. Пары вызывают острые приступы кашля, если не одевать на лицо маску.
Тем не менее, в кратере вулкана вручную добывается сера для промышленных нужд. Носильщики серы набивают по 70 - 80 кг сырья в специальные корзины, неся их в одну ходку. Дневная зарплата работника - около 5 долларов. Средняя продолжительность жизни индонезийского добытчика серы составляет 30 лет.

Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO 4 , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Контактный способ вытесняет нитрозный (башенный). Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение диоксида серы при сжигании сернистого сырья. После очистки диоксида серы (особенно в контактном методе) ее окисляют до триоксида серы, который соединяют с водой с получением серной кислоты. Окисление SO 2 в SO 3 в обычных условиях протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В настоящее время контактным методом получают концентрированную серную кислоту, олеум и 100% серный ангидрид.

Одновременно с увеличением объема производства серной кислоты расширяется ассортимент продукции сернокислотных заводов, организуется выпуск особо чистой кислоты, 100% SO 2 , высококачественного олеума и кислоты, а также увеличивается производство новых продуктов на основе SO 2 . Кроме олеума, концентрированной серной кислоты и аккумуляторной кислоты, отечественные заводы выпускают также более чистую контактную кислоту улучшенного качества (для производства искусственного волокна, титановых белил и др.), чистый олеум, химически чистую и реактивную серную кислоту.

Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита.

4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Нитрозный метод получения серной кислоты

SO 2 + NO 2 → SO 3 + NO↑.

При реакции SO 3 с водой выделяется огромное количество теплоты и серная кислота начинает закипать с образованием "туманов" SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q Поэтому SO 3 смешивается с H 2 SO 4 , образуя раствор SO 3 в 91% H 2 SO 4 - олеум

Получение серной кислоты (т.н. купоросное масло) из железного купороса - термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси

2FeSO 4 *7H 2 O→Fe 2 O 3 +SO 2 +H 2 O+O 2

SO 2 +H 2 O+O 2 ⇆ H 2 SO 4

Упаковка, транспортирование, хранение

Техническую серную кислоту транспортируют в железнодорожных сернокислотных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов. Олеум транспортируют в специальных олеумных цистернах отправителя с утеплением или устройством для подогрева. Техническая серная кислота и олеум должны храниться в емкостях из стали или спецстали, как нефутерованных, так и футерованных кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивым материалом.

Внешний вид и некоторые технические характеристики

В зависимости от способа производства, концентрации кислоты, содержания примесей и назначения выпускается серная кислота следующих видов:

контактная (улучшенная и техническая);

олеум (улучшенный и технический);

Кислота серная отпускается в тару потребителя - полиэтиленовый канистры или стеклянные бутыли. Допускается хранение продукта в емкостях с эмалированным покрытием внутренней поверхности. При работе с серной кислотой избегать прямого контакта с веществом, защищать глаза, кожу и дыхательные пути, использовать защитную одежду. Хранить отдельно от всех веществ. Срок хранения продукта не ограничен.

. Концентрированная H 2 SO 4 частично восстанавливается H 2 . Из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H 2 SO 4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, с выделением H 2 . Окислительные свойства для разбавленной H 2 SO 4 нехарактерны. Серная кислота дает два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H 2 SO 4 ; и пероксодисерная H 2 SO 4 кислоты.

Кислота серная находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Ее используют как относительно сильную и дешевую кислоту в качестве дегидратационного, окисляющего и сульфирующего агента.

Серную кислоту применяют:

в производстве минеральных удобрений;

как электролит в свинцовых аккумуляторах;

для получения различных минеральных кислот и солей;

в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

в промышленном органическом синтезе в реакциях:

дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

гидратации (этанол из этилена);

сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);

алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т PO 4 фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH 2 ) 2 SO 4 — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Контактная кислота и олеум применяется:

в производстве различных органических полупродуктов, красителей для взрывчатых веществ;

в производстве жирных и сульфоновых кислот, красок, искусственного шелка, нитроэфиров;

для очистки бензина, керосина, минеральных масел;

для рафинации золота и серебра;

для отделения серебра от меди и др.

Аккумуляторная серная кислота служит для наполнения свинцовых аккумуляторов после разбавления ее дистиллированной водой, а также употребляется при гальванизации, никелировании и хромировании.

Серная кислота и олеум — чрезвычайно агрессивные вещества, поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности 2. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

Экспериментальная часть работы

На практическом этапе мы осуществили реакции, подтверждающие химические свойства H 2 SO 4.

Цель: изучение свойств разбавленной и концентрированной серной кислоты.

Опыт №1. Обугливание древесины.

Древесина состоит из множества органических веществ, среди которых – целлюлоза (C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ) n . Концентрированная серная кислота разрушает органические молекулы, отнимая водород и кислород – составляющие воды.

Разрушение органических молекул сопровождается выделением свободного углерода.

Поэтому лучинка чернеет, обугливается.

Кислота ведет себя как обезвоживающий агент.

Если поставить открытую емкость с концентрированной серной кислотой в помещении, через некоторое время объем жидкости заметно увеличится: кислота будет притягивать влагу из воздуха.

Опыт №2. Фейерверк в жидкости.

В мерный цилиндр наливаем 50 мл этилового спирта. Через пипетку, которая опущена до дна цилиндра, вводим 40 мл концентрированной серной кислоты. Таким образом, в цилиндре образуется два слоя жидкости с хорошо заметной границей : верхний слой - спирт, нижний – серная кислота В цилиндр бросаем немного мелких кристалликов перманганата калия. Дойдя до границы раздела, кристаллики начинают вспыхивать – вот нам и фейерверк. Появление вспышек связано с тем, что при соприкосновении с серной кислотой на поверхности кристалликов соли образуется марганцевый ангидрид Mn 2 O 7 – сильнейший окислитель, который поджигает небольшое количество спирта:

2KMnO 4 + H 2 SO 4 → Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O.

Mn 2 O 7 – зеленовато-бурая жидкость, неустойчива и при соприкосновении с горючими веществами поджигает их.

Опыт №3. Обугливание сахара

В химический стакан ёмкостью 150мл насыпьте 40г растёртого в порошок сахара и слегка смочите его 3-4мл воды. Теперь в полученную массу добавьте 20-25мл концентрированной серной кислоты и размешайте смесь стеклянной палочкой. Палочку не вынимайте. Через несколько минут смесь потемнеет, температура повысится, и из стакана начнёт "вырастать" чёрная пенообразная масса. Это пористый уголь, появление которого объясняется дегитратацией сахара серной кислотой:

C 12 H 22 O 11 = 12C + 11H 2 O

Кроме этого происходит восстановление серной кислоты углём:

2H 2 SO 4 + C = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

Вывод: концентрированная серная кислота – сильнейший окислитель.

Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь, из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (п-ов Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3·107 тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994 .

Облака серной кислоты, предположительно, составляют значительную часть облачного покрова Венеры.

Так почему же её называют "хлебом химической промышленностью"?

Во-первых, в плане применения серная кислота, практически, занимает первое место среди других кислот.

Во-вторых, серную используют в производстве красителей, пластмасс, взрывчатых веществ, искусственных волокон, обязательно используют!, для синтеза фосфорных и азотных удобрений, для очистки нефтепродуктов от вредных примесей.

В-третьих, её применяют для очистки поверхности металлов от оксидов перед никелированием и, вроде бы, перед хромированием, также для заливки аккумуляторов и производства других кислот!

В-четвёртых, я назвал только малую часть того, где применяют серную кислоту!

Применение её очень велико, без неё никак!

1. Мельников Е.Я, Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. Учебник для техникумов. М.: Химия, 1983. -- 432 с.

2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. 3-е изд. Учеб. для вузов. -- 3-е изд., перераб. -- М.: Академкнига, 2004. -- 528 с.: ил.

3. О.А. Федяева Промышленная экология. Конспект лекций. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.

Серная кислота как один из основных продуктов химической промышленности, ее физические и химические свойства, взаимодействие с металлами (железом). Стадии ее получения и сферы применения. Схема водородных связей и температура плавления в кристалле H2SO4.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	26.02.2010
Размер файла	146,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Чистая 100 %-ная серная кислота (моногидрат) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, застывающую в кристаллическую массу при +10 °С. Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см 3 и содержит около 95 % H₂SO₄. Затвердевает она лишь ниже -20 °С.

Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Незначительная собственная электролитическая диссоциация моногидрата протекает параллельно по двум направлениям: [Н₃SO₄ + ]·[НSO₄ - ] = 2·10 -4 и [Н₃О + ]·[НS₂О₇ - ] = 4·10 -5 . Его молекулярно-ионный состав может быть приближенно охарактеризован следующими данными (в %):

При добавлении даже малых количеств воды преобладающей становится диссоциация по схеме:Н₂О + Н₂SО₄ Н₃О+ + НSO₄ -

H₂SO₄ - сильная двухосновная кислота.

Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации:

1) Взаимодействие с металлами:

a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

b) концентрированная H₂ +6 SO₄ - сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S +4 O₂, S 0 или H₂S -2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются):

2) концентрированная H₂S +6 O₄ реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S +4 O₂):

3) с основными оксидами:

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H₂O

4) с гидроксидами:

2H + + Cu(OH)₂ --> Cu 2+ + 2H 2 O

5) обменные реакции с солями:

Образование белого осадка BaSO₄ (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.

Моногидрат (чистая, 100%-ая серная кислота) является ионизирующим растворителем, имеющим кислотный характер. В нём хорошо растворяются сульфаты многих металлов (переходя при этом в бисульфаты), тогда как соли других кислот растворяются, как правило, лишь при возможности их сольволиза (с переводом в бисульфаты). Азотная кислота ведет себя в моногидрате как слабое основаниеHNO₃ + 2 H₂SO₄ H₃O + + NO₂ + + 2 HSO₄ - хлорная - как очень слабая кислотаH₂SO₄ + HClO₄ = H₃SO₄ + + ClO₄ - Фторсульфоновая и хлорсульфоновая оказываются кислотами несколько более сильными (HSO₃F > HSO₃Cl > HClO₄). Моногидрат хорошо растворяет многие органические вещества, имеющие в своём составе атомы с неподелёнными электронными парами (способными к присоединению протона). Некоторые из них могут быть затем выделены обратно в неизменённом состоянии путем простого разбавления раствора водой. Моногидрат обладает высоким значением криоскопической константы (6,12°) и им иногда пользуются как средой для определения молекулярных весов.

Концентрированная H₂SO₄ является довольно сильным окислителем, особенно при нагревании (восстанавливается обычно до SO₂). Например, она окисляет HI и частично HВr (но не HСl) до свободных галогенов. Окисляются ею и многие металлы - Cu, Hg и др. (тогда как золото и платина по отношению к H₂SO₄ устойчивы). Так взаимодействие с медью идёт по уравнению:

Действуя в качестве окислителя, серная кислота обычно восстанавливается до SO₂. Однако наиболее сильными восстановителями она может быть восстановлена до S и даже H₂S. С сероводородом концентрированная серная кислота реагирует по уравнению:

Следует отметить, что она частично восстанавливается также газообразным водородом и поэтому не может применяться для его осушки.

Рис. 13. Электропроводность растворов серной кислоты.

Растворение концентрированной серной кислоты в воде сопровождается значительным выделением тепла (и некоторым уменьшением общего объёма системы). Моногидрат почти не проводит электрического тока. Напротив, водные растворы серной кислоты являются хорошими проводниками. Как видно на рис. 13, максимальной электропроводностью обладает приблизительно 30 %-ная кислота. Минимум кривой соответствует гидрату состава H₂SO₄·H₂O.

Выделение тепла при растворении моногидрата в воде составляет (в зависимости от конечной концентрации раствора) до 84 кДж/моль H₂SO₄. Напротив, смешиванием 66 %-ной серной кислоты, предварительно охлажденной до 0 °С, со снегом (1:1 по массе) может быть достигнуто понижение температуры, до -37 °С.

Изменение плотности водных растворов H₂SO₄ с её концентрацией (вес. %) дано ниже:

H2SO4 ,лат. Acidum sulfuricum - сильная двухосновная кислота, молярная масса около 98 г/моль.

Чистая серная кислота - бесцветная едкая маслянистая жидкость без запаха, плотностью 1,84 г/см3, превращающаяся при 10,4°С в твёрдую кристаллическую массу. Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании около 98% H2SO4.

Концентрированная серная кислота очень бурно реагирует с водой, так как при этом выделяется большое количество тепла (19 ккал на моль кислоты) вследствие образования гидратов. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая её в воду, а не наоборот.

Серная кислота обладает высокой гигроскопичностью, то есть хорошо поглощает водные пары из воздуха, поэтому может применяться для осушения газов, не реагирующих с нею. Гигроскопичностью обьясняется и обугливание органических веществ, к примеру, сахара или дерева, при воздействии на них концентрированной серной кислотой. При этом образуются гидраты серной кислоты. Также из-за малой летучести её используют для вытеснения других, более летучих кислот из их солей.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно, а продукты реакции зависят от условий ее проведения и активности самого металла. Образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры.

Разбавленная серная кислота взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода (H), с выделением Н2, окислительные свойства для нее нехарактерны.

В промышленности серная кислота получают двумя методами: контактный метод с использованием твердых катализаторов (контактов), и нитрозный — с оксидами азота. Сырьём служат сера, сульфиды металлов и т.п. Выпускается кислота нескольких сортов, в зависимости от чистоты и концентрации: аккумуляторная(самая чистая), техническая,башенная, купоросное масло, олеум(раствор серного ангидрида в серной кислоте).

Применение серной кислоты:

Применение серной кислоты в промышленности

Пищевая промышленность знакома с серной кислотой в виде пищевой добавки Е513. Кислота выступает в качестве эмульгатора. Данная пищевая добавка используется для изготовления напитков. С её помощью регулируется кислотность. Помимо пищи, Е513 входит в состав минеральных удобрений. Применение серной кислоты в промышленности имеет широкое распространение. Промышленный органический синтез использует серную кислоту для проведения следующих реакций: алкилирование, дегидратация, гидратация. С помощью данной кислоты восстанавливается необходимое количество смол на фильтрах, что используются на производстве дистилированной воды.

Применение серной кислоты в быту

Серная кислота в домашних условиях пользуется спросом среди автолюбителей. Процесс приготовления раствора электролита для автомобильного аккумулятора сопровождается добавление серной кислоты. Работая с данной кислотой следует помнить о правилах безопасности. В случае попадания кислоты на одежду или открытые участки кожи, стоит немедленно промыть их проточной водой. Серная кислота, которая разлилась на металл, может нейтрализоваться с помощью извести или мела. Заправляя автомобильный аккумулятор необходимо придерживаться некой последовательности: постепенно добавлять кислоту к воде, а не наоборот. Когда вода вступает в реакцию с серной кислотой происходит сильное нагревание жидкости, что может приводить к её разбрызгиванию. Поэтому стоит быть особо внимательным, чтобы жидкость не попала на лицо, или в глаза. Кислота должна храниться в плотно закрытой емкости. Важно, чтобы химическое вещество сохранялось в недоступном для детей месте.

Применение серной кислоты в медицине

В медицине нашлось широкое применение солей серной кислоты. К примеру, магний сульфат назначается людям с целью достичь слабительного эффекта. Еще одним производным серной кислоты есть натрий тиосульфат. Лекарственное средство используется в роли противоядия в случае отправления следующими веществами: ртуть, свинец, галогены, цианид. Тиосульфат натрий вместе с соляной кислотой используется для лечения дерматологических заболеваний. Профессор Демьянович предложил союз этих двух препаратов для лечения чесотки. В виде водного раствора, натрий тиосульфат вводят людям, которые страдают аллергическими недугами.

Магния сульфат обладает широким спектром возможностей. Поэтому применяется врачами различных специальностей. В качестве спазмолитика магний сульфат вводят больным при гипертонической болезни. Если у человека присутствуют заболевания желчного пузыря, вещество вводится внутрь для улучшение желчеотделения. Применение серной кислоты в медицине в виде магния сульфата в гинекологической практике встречается часто. Гинекологи помогают роженицам посредством введения магния сульфата внутримышечно, таким способом они обезболивают роды. Помимо всех выше указанных свойств, магний сульфат обладает антисудорожным эффектом.

Применение серной кислоты в производстве

Серная кислота, области применение которой разнообразны, используется так же при производстве минеральных удобрений. Для более удобного сотрудничества, заводы,что занимаются производством серной кислоты и минеральных удобрений, в основном, расположены поблизости друг от друга. Этот момент создает непрерывное производство.

Применение серной кислоты в изготовлении красителей и синтетических волокон занимает второе место по распространенности после производства минеральных удобрений. Многие отрасли промышленности используют серную кислоту в некоторых процессах на производстве. Применение серной кислоты нашло спрос и в быту. Люди пользуются химическим веществом для обслуживания своих автомобилей. Приобрести серную кислоту возможно в магазинах, что имеют специализацию по продаже химических веществ, в том числе у нас по ссылке. Серная кислота транспортируется соответственно правилам перевозки подобного груза. Железнодорожный или автомобильный транспорт перевозит кислоту в соответствующих емкостях. В первом случае в качестве емкости выступает цистерна, во втором – бочка или контейнер.

Особенности применения и биологическая опасность

Серная кислота и близкие к ней продукты - чрезвычайно токсичные вещества, которым присвоен класс опасностиII. Их пары поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко – ларингит, трахеит, бронхит. Предельно допустимая концентрация паров серной кислоты в воздухе рабочей зоны производственных помещений - 1 мг/м3 . Люди, работающие с токсичными кислотами, снабжаются спецодеждой и средствами личной защиты. Концентрированная серная кислота при неаккуратном обращении с ней может вызвать химический ожог.

При попадании серной кислоты внутрь немедленно после приема появляются резкие боли в области рта и всего пищеварительного тракта, сильная рвота с примесью сначала алой крови, а затем бурыми массами. Одновременно с рвотой начинается сильный кашель. Развивается резкий отек гортани и голосовых связок, вызывающий резкие затруднения дыхания. Зрачки расширяются, а кожа лица принимает темно-синий цвет. Отмечается падение и ослабление сердечной деятельности. Смерть наступает при дозе в 5 миллиграммов. При отравлении серной кислотой необходимо срочное промывание желудка и прием магнезии.

Физические свойства.

Чистая 100 %-ная серная кислота (моногидрат) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, застывающую в кристаллическую массу при +10 °С. Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см 3 и содержит около 95 % H₂ SO₄ . Затвердевает она лишь ниже -20 °С.

Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Незначительная собственная электролитическая диссоциация моногидрата протекает параллельно по двум направлениям: [Н₃ SO₄ + ]·[НSO₄ - ] = 2·10 -4 и [Н₃ О + ]·[НS₂ О₇ - ] = 4·10 -5 . Его молекулярно-ионный состав может быть приближенно охарактеризован следующими данными (в %):

99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Химические свойства.

H₂ SO₄ - сильная двухосновная кислота.

Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации:

1) Взаимодействие с металлами:

a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

b) концентрированная H₂ +6 SO₄ - сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S +4 O₂ , S 0 или H₂ S -2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются):

2) концентрированная H₂ S +6 O₄ реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S +4 O₂ ):

3) с основными оксидами:

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H₂ O

2H + + Cu(OH)₂ --> Cu 2+ + 2H 2 O

5) обменные реакции с солями:

Моногидрат (чистая, 100%-ая серная кислота) является ионизирующим растворителем, имеющим кислотный характер. В нём хорошо растворяются сульфаты многих металлов (переходя при этом в бисульфаты), тогда как соли других кислот растворяются, как правило, лишь при возможности их сольволиза (с переводом в бисульфаты). Азотная кислота ведет себя в моногидрате как слабое основаниеHNO₃ + 2 H₂ SO₄ H₃ O + + NO₂ + + 2 HSO₄ - хлорная - как очень слабая кислотаH₂ SO₄ + HClO₄ = H₃ SO₄ + + ClO₄ - Фторсульфоновая и хлорсульфоновая оказываются кислотами несколько более сильными (HSO₃ F > HSO₃ Cl > HClO₄ ). Моногидрат хорошо растворяет многие органические вещества, имеющие в своём составе атомы с неподелёнными электронными парами (способными к присоединению протона). Некоторые из них могут быть затем выделены обратно в неизменённом состоянии путем простого разбавления раствора водой. Моногидрат обладает высоким значением криоскопической константы (6,12°) и им иногда пользуются как средой для определения молекулярных весов.

Концентрированная H₂ SO₄ является довольно сильным окислителем, особенно при нагревании (восстанавливается обычно до SO₂ ). Например, она окисляет HI и частично HВr (но не HСl) до свободных галогенов. Окисляются ею и многие металлы - Cu, Hg и др. (тогда как золото и платина по отношению к H₂ SO₄ устойчивы). Так взаимодействие с медью идёт по уравнению:

Действуя в качестве окислителя, серная кислота обычно восстанавливается до SO₂ . Однако наиболее сильными восстановителями она может быть восстановлена до S и даже H₂ S. С сероводородом концентрированная серная кислота реагирует по уравнению:

Рис. 13. Электропроводность растворов серной кислоты.

Выделение тепла при растворении моногидрата в воде составляет (в зависимости от конечной концентрации раствора) до 84 кДж/моль H₂ SO₄ . Напротив, смешиванием 66 %-ной серной кислоты, предварительно охлажденной до 0 °С, со снегом (1:1 по массе) может быть достигнуто понижение температуры, до -37 °С.

Изменение плотности водных растворов H₂ SO₄ с её концентрацией (вес. %) дано ниже:

5	10	20	30	40	50	60
15 °С	1,033	1,068	1,142	1,222	1,307	1,399	1,502
25 °С	1,030	1,064	1,137	1,215	1,299	1,391	1,494
70	80	90	95	97	100
15 °С	1,615	1,732	1,820	1,839	1,841	1,836
25 °С	1,606	1,722	1,809	1,829	1,831	1,827

Как видно из этих данных, определение по плотности концентрации серной кислоты выше 90 вес. % становится весьма неточным. Давление водяного пара над растворами H₂ SO₄ различной концентрации при разных температурах показано на рис. 15. В качестве осушителя серная кислота может действовать лишь до тех пор, пока давление водяного пара над её раствором меньше, чем его парциальное давление в осушаемом газе.

Рис. 15. Давление водяного пара.

Рис. 16. Температуры кипения над растворами H₂ SO₄ . растворов H₂ SO₄ .

При кипячении разбавленного раствора серной кислоты из него отгоняется вода, причём температура кипения повышается вплоть до 337 °С, когда начинает перегоняться 98,3 % H₂ SO₄ (рис. 16). Напротив, из более концентрированных растворов улетучивается избыток серного ангидрида. Пар кипящей при 337 °С серной кислоты частично диссоциирован на H₂ O и SO₃ , которые вновь соединяются при охлаждении. Высокая температура кипения серной кислоты позволяет использовать её для выделения при нагревании легколетучих кислот из их солей (например, HCl из NaCl).

Моногидрат может быть получен кристаллизацией концентрированной серной кислоты при -10 °С.

Производство серной кислоты.

1-я стадия. Печь для обжига колчедана.

1) измельчение железного колчедана (пирита)

2) метод "кипящего слоя"

3) 800°С; отвод лишнего тепла

4) увеличение концентрации кислорода в воздухе

2-я стадия. После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450°С - 500°С; катализатор V₂ O₅ ):

3-я стадия. Поглотительная башня:

Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока.

Помните! Серную кислоту нужно вливать малыми порциями в воду, а не на оборот. Иначе может произойти бурная химическая реакция, в результате которой человек может получить сильные ожоги.

Серная кислота — один из основных продуктов химической промышленности. Идет на производство минеральных удобрений (суперфосфат, сульфат аммония), различных кислот и солей, лекарственных и моющих средств, красителей, искусственных волокон, взрывчатых веществ. Применяется в металлургии (разложение руд, напр. урановых), для очистки нефтепродуктов, как осушитель и др.

Практически важно то обстоятельство, что очень крепкая (выше 75 %) серная кислота не действует на железо. Это позволяет хранить и перевозить её в стальных цистернах. Напротив, разбавленная H₂ SO₄ легко растворяет железо с выделением водорода. Окислительные свойства для неё вовсе не характерны.

Крепкая серная кислота энергично поглощает влагу и поэтому часто применяется для осушки газов. От многих органических веществ, содержащих в своём составе водород и кислород, она отнимает воду, что нередко используется в технике. С этим же (а также с окислительными свойствами крепкой H₂ SO₄ ) связано её разрушающее действие на растительные и животные ткани. Случайно попавшую при работе на кожу или платье серную кислоту следует тотчас же смыть большим количеством воды, затем смочить пострадавшее место разбавленным раствором аммиака и вновь промыть водой.

Молекулы чистой серной кислоты.

Рис.1. Схема водородных связей в кристалле H₂ SO₄ .

Молекулы, образующие кристалл моногидрата, (НО)₂ SO₂ соединены друг с другом довольно сильными (25 кДж/моль) водородными связями, как это схематически показано на рис. 1. Сама молекула (НО)₂ SO₂ имеет структуру искаженного тетраэдра с атомом серы около центра и характеризуется следующими параметрами: (d(S-ОН) = 154 пм, РНО-S-ОН = 104°, d(S=O) = 143 пм, РOSO = 119°. В ионе HOSO₃ - , d(S-ОН) = 161 и d(SO) = 145 пм, а при переходе к иону SO₄ 2- тетраэдр приобретает правильную форму и параметры выравниваются [d(SO) = 148 пм].Кристаллогидраты серной кислоты.

Для серной кислоты известно несколько кристаллогидратов, состав которых показан на рис. 14. Из них наиболее бедный водой представляет собой соль оксония: H₃ O + HSO₄ - . Так как рассматриваемая система очень склонна к переохлаждению, фактически наблюдаемые в ней температуры замерзания лежат гораздо ниже температур плавления.

Рис. 14. Температуры плавления в системе H₂ O·H₂ SO₄ .

Читайте также: