Teplota topenia kyseliny sírovej. vlastnosti kyseliny sírovej. Interakcia s inými jednoduchými látkami

Oxid sírový je zvyčajne bezfarebná kvapalina. Môže existovať aj ako ľad, vláknité kryštály alebo plyn. Keď je oxid sírový vystavený vzduchu, začína sa uvoľňovať biely dym. Je integrálnym prvkom takej reaktívnej látky, ako je koncentrovaná kyselina sírová. Je to číra, bezfarebná, olejovitá a vysoko korozívna kvapalina. Používa sa pri výrobe hnojív, výbušnín, iných kyselín, v ropnom priemysle a olovených akumulátorov v automobiloch.

Koncentrovaná kyselina sírová: vlastnosti

Kyselina sírová sa dobre rozpúšťa vo vode, je korozívna pre kovy a tkaniny a pri kontakte zuhoľnatene drevo a väčšinu ostatných organických látok. Dlhodobé vystavenie nízkym koncentráciám alebo krátkodobé vystavenie vysokým koncentráciám môže mať nepriaznivé účinky na zdravie v dôsledku vdýchnutia.

Koncentrovaná kyselina sírová sa používa na výrobu hnojív a iných chemikálií, pri rafinácii ropy, pri výrobe železa a ocele a na mnohé iné účely. Keďže má dostatočne vysoký bod varu, možno ho použiť na uvoľnenie prchavých kyselín z ich solí. Koncentrovaná kyselina sírová má silnú hygroskopickú vlastnosť. Niekedy sa používa ako sušidlo na dehydratáciu (odstránenie vody chemickými prostriedkami) mnohých zlúčenín, ako sú sacharidy.

Reakcie kyseliny sírovej

Koncentrovaná kyselina sírová reaguje nezvyčajným spôsobom na cukor a zanecháva za sebou krehkú hubovitú čiernu hmotu uhlíka. Podobná reakcia sa pozoruje pri kontakte s pokožkou, celulózou a inými rastlinnými a živočíšnymi vláknami. Keď sa koncentrovaná kyselina zmieša s vodou, uvoľní sa veľké množstvo tepla, ktoré je dostatočné na okamžité varenie. Na riedenie by sa mal pomaly pridávať do studenej vody za stáleho miešania, aby sa obmedzilo hromadenie tepla. Kyselina sírová reaguje s kvapalinou a vytvára hydráty s výraznými vlastnosťami.

fyzicka charakteristika

Bezfarebná kvapalina bez zápachu v zriedenom roztoku má kyslú chuť. Kyselina sírová je pri kontakte s pokožkou a všetkými tkanivami tela mimoriadne agresívna a pri priamom kontakte spôsobuje vážne popáleniny. Vo svojej čistej forme H 2 SO4 nie je vodič elektriny, ale situácia sa mení v opačnom smere s pridaním vody.

Niektoré vlastnosti sú, že molekulová hmotnosť je 98,08. Teplota varu je 327 stupňov Celzia, teplota topenia -2 stupne Celzia. Kyselina sírová je silná minerálna kyselina a vďaka svojmu širokému komerčnému využitiu je jedným z hlavných produktov chemického priemyslu. Tvorí sa prirodzene z oxidácie sulfidových materiálov, ako je sulfid železa.

Chemické vlastnosti kyselina sírová (H2SO4) sa prejavujú rôznymi chemickými reakciami:

1. Pri interakcii s alkáliami sa vytvárajú dve série solí vrátane síranov.
2. Reaguje s uhličitanmi a hydrogénuhličitanmi za vzniku solí a oxidu uhličitého (CO 2).
3. Na kovy pôsobí rôzne, v závislosti od teploty a stupňa riedenia. Studený a zriedený produkuje vodík, horúci a koncentrovaný produkuje emisie SO 2 .
4. Pri vare sa roztok H 2 SO4 (koncentrovaná kyselina sírová) rozkladá na oxid sírový (SO 3) a vodu (H 2 O). K chemickým vlastnostiam patrí aj úloha silného oxidačného činidla.

nebezpečenstvo ohňa

Kyselina sírová je vysoko reaktívna na zapálenie jemných horľavých materiálov pri kontakte. Pri zahrievaní sa začnú uvoľňovať vysoko toxické plyny. Je výbušný a nekompatibilný s obrovským množstvom látok. Pri zvýšených teplotách a tlakoch môže dochádzať k dosť agresívnym chemickým zmenám a deformáciám. Môže prudko reagovať s vodou a inými kvapalinami a spôsobiť striekanie.

hazard so zdravím

Kyselina sírová koroduje všetky tkanivá tela. Vdychovanie pár môže spôsobiť vážne poškodenie pľúc. Poškodenie sliznice očí môže viesť k úplnej strate zraku. Kontakt s pokožkou môže spôsobiť závažnú nekrózu. Dokonca aj niekoľko kvapiek môže byť smrteľných, ak sa kyselina dostane do priedušnice. Chronická expozícia môže spôsobiť tracheobronchitídu, stomatitídu, konjunktivitídu, gastritídu. Môže sa vyskytnúť perforácia žalúdka a peritonitída sprevádzaná kolapsom krvného obehu. Kyselina sírová je vysoko žieravá látka, s ktorou sa musí zaobchádzať mimoriadne opatrne. Príznaky a symptómy po expozícii môžu byť závažné a zahŕňajú slintanie, intenzívny smäd, ťažkosti s prehĺtaním, bolesť, šok a popáleniny. Zvratky majú zvyčajne farbu mletej kávy. Akútna inhalačná expozícia môže mať za následok kýchanie, chrapot, dusenie, laryngitídu, dyspnoe, podráždenie dýchania a bolesť na hrudníku. Môže sa vyskytnúť aj krvácanie z nosa a ďasien, pľúcny edém, chronická bronchitída a zápal pľúc. Vystavenie pokožke môže viesť k ťažkým bolestivým popáleninám a dermatitíde.

Prvá pomoc

1. Presuňte obete na čerstvý vzduch. Pohotovostný personál by sa pri tom mal vyhýbať vystaveniu kyseline sírovej.
2. Posúďte vitálne funkcie vrátane pulzu a frekvencie dýchania. Ak sa pulz nezistí, vykonajte resuscitáciu v závislosti od ďalších zranení. Ak je dýchanie prítomné a je ťažké, poskytnite podporu dýchania.
3. Čo najskôr vyzlečte znečistený odev.
4. Pri zasiahnutí očí vyplachujte teplou vodou aspoň 15 minút, pokožku umyte mydlom a vodou.
5. Pri vdychovaní toxických výparov si vypláchnite ústa veľkým množstvom vody, pite a je zakázané samovyvolávanie zvracania.
6. Zraneného dopravte do zdravotníckeho zariadenia.

DEFINÍCIA

bezvodý kyselina sírová je ťažká viskózna kvapalina, ktorá je ľahko miešateľná s vodou v akomkoľvek pomere: interakcia sa vyznačuje mimoriadne veľkým exotermickým účinkom (~ 880 kJ / mol pri nekonečnom riedení) a môže viesť k explozívnemu varu a striekaniu zmesi, ak je voda pridaný ku kyseline; Preto je také dôležité vždy používať opačné poradie pri príprave roztokov a pomaly a za miešania pridajte kyselinu do vody.

Niektoré fyzikálne vlastnosti kyseliny sírovej sú uvedené v tabuľke.

Bezvodá H 2 SO 4 je pozoruhodná zlúčenina s nezvyčajne vysokou dielektrickou konštantou a veľmi vysokou elektrickou vodivosťou, ktorá je spôsobená iónovou autodisociáciou (autoprotolýzou) zlúčeniny, ako aj vodivým mechanizmom prenosu protónov, ktorý zabezpečuje prietok elektrický prúd cez viskóznu kvapalinu s veľkým počtom vodíkových väzieb.

Stôl 1. Fyzikálne vlastnosti kyselina sírová.

Získanie kyseliny sírovej

Kyselina sírová je najdôležitejšou priemyselnou chemikáliou a najlacnejšou hromadnou kyselinou vyrábanou kdekoľvek na svete.

Koncentrovaná kyselina sírová („vitriolový olej“) sa najskôr získala zahrievaním „zeleného vitriolu“ FeSO 4 x nH 2 O a spotrebovala sa vo veľkých množstvách na získanie Na2S04 a NaCl.

AT moderný proces Na výrobu kyseliny sírovej sa používa katalyzátor pozostávajúci z oxidu vanadičného s prídavkom síranu draselného na nosiči oxidu kremičitého alebo kremeliny. Oxid siričitý SO 2 sa získava spaľovaním čistej síry alebo pražením sulfidovej rudy (predovšetkým pyritu alebo rúd Cu, Ni a Zn) v procese extrakcie týchto kovov, potom sa SO 2 oxiduje na oxid a následne sa získava kyselina sírová rozpustenie vo vode:

S + 02 -> S02 (AH0 - 297 kJ/mol);

S02 + 1/2 O2 -> S03 (AH0 - 9,8 kJ/mol);

SO3 + H20 → H2S04 (AH0 - 130 kJ/mol).

Chemické vlastnosti kyseliny sírovej

Kyselina sírová je silná dvojsýtna kyselina. V prvom štádiu sa v roztokoch s nízkou koncentráciou takmer úplne disociuje:

H2SO4↔H++ HSO4-.

Disociácia na druhom stupni

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

prebieha v menšej miere. Disociačná konštanta kyseliny sírovej v druhom stupni, vyjadrená ako iónová aktivita, K 2 = 10 -2.

Ako dvojsýtna kyselina tvorí kyselina sírová dve série solí: stredné a kyslé. Stredné soli kyseliny sírovej sa nazývajú sírany a kyslé soli sa nazývajú hydrosírany.

Kyselina sírová nenásytne absorbuje vodnú paru, a preto sa často používa na sušenie plynov. Schopnosť absorbovať vodu tiež vysvetľuje zuhoľnatenie mnohých organických látok, najmä tých, ktoré patria do triedy uhľohydrátov (vláknina, cukor atď.), keď sú vystavené koncentrovanej kyseline sírovej. Kyselina sírová odstraňuje vodík a kyslík zo sacharidov, ktoré tvoria vodu a uhlík sa uvoľňuje vo forme uhlia.

Koncentrovaná kyselina sírová, najmä horúca, je silné oxidačné činidlo. Oxiduje HI a HBr (ale nie HCl) na voľné halogény, uhlie na CO 2, síru na SO 2 . Tieto reakcie sú vyjadrené rovnicami:

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

2HBr + H2S04 \u003d Br2 + S02 + 2H20;

C + 2H2S04 \u003d C02 + 2S02 + 2H20;

S + 2H2S04 \u003d 3S02 + 2H20.

Interakcia kyseliny sírovej s kovmi prebieha odlišne v závislosti od jej koncentrácie. Zriedená kyselina sírová oxiduje svojim vodíkovým iónom. Preto interaguje iba s tými kovmi, ktoré sú v sérii napätí iba do vodíka, napríklad:

Zn + H2S04 \u003d ZnS04 + H2.

Olovo sa však v zriedenej kyseline nerozpúšťa, pretože výsledná soľ PbS04 je nerozpustná.

Koncentrovaná kyselina sírová je oxidačné činidlo spôsobené sírou (VI). Oxiduje kovy v napäťových sériách až po striebro vrátane. Produkty jeho redukcie môžu byť rôzne v závislosti od aktivity kovu a od podmienok (koncentrácia kyseliny, teplota). Pri interakcii s nízkoaktívnymi kovmi, ako je meď, sa kyselina redukuje na SO2:

Cu + 2H2S04 \u003d CuS04 + S02 + 2H20.

Pri interakcii s aktívnejšími kovmi môžu byť produkty redukcie tak oxid, ako aj voľná síra a sírovodík. Napríklad pri interakcii so zinkom môžu nastať reakcie:

Zn + 2H2S04 \u003d ZnS04 + S02 + 2H20;

3Zn + 4H2S04 = 3ZnS04 + S↓ + 4H20;

4Zn + 5H2S04 \u003d 4ZnS04 + H2S + 4H20.

Použitie kyseliny sírovej

Použitie kyseliny sírovej sa líši od krajiny ku krajine a od desaťročia k desaťročiu. Takže napríklad v USA je hlavnou oblasťou spotreby H 2 SO 4 výroba hnojív (70 %), po ktorej nasleduje chemická výroba, metalurgia, rafinácia ropy (~5 % v každej oblasti). V Spojenom kráľovstve je rozdelenie spotreby podľa priemyslu odlišné: iba 30 % vyrobenej H 2 SO 4 sa používa na výrobu hnojív, ale 18 % ide na farby, pigmenty a medziprodukty farbív, 16 % na chemickú výrobu, 12 % do mydla a pracích prostriedkov, 10 % na výrobu prírodných a umelých vlákien a 2,5 % sa používa v metalurgii.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Určte hmotnosť kyseliny sírovej, ktorú možno získať z jednej tony pyritu, ak je výťažok oxidu sírového (IV) pri pražiacej reakcii 90 % a oxidu sírového (VI) pri katalytickej oxidácii síry (IV) je 95 %. z teoretického.
Riešenie	Napíšme reakčnú rovnicu pre vypaľovanie pyritu: 4FeS2 + 1102 \u003d 2Fe203 + 8SO2. Vypočítajte množstvo pyritovej látky: n(FeS2) = m(FeS2)/M(FeS2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 x Ar (S) \u003d 56 + 2 x 32 \u003d 120 g / mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Pretože v reakčnej rovnici je koeficient pre oxid siričitý dvakrát väčší ako koeficient pre FeS 2, teoreticky možné množstvo látky oxidu sírového (IV) je: n (SO 2) teória \u003d 2 × n (FeS 2) \u003d 2 × 8,33 \u003d 16,66 kmol. A prakticky získané mólové množstvo oxidu sírového (IV) je: n (SO 2) prax \u003d η × n (SO 2) teória alebo \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol. Napíšme reakčnú rovnicu pre oxidáciu oxidu síry (IV) na oxid síry (VI): 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Teoreticky možné množstvo látky oxidu sírového (VI) je: n(SO 3) teória \u003d n (SO 2) prax \u003d 15 kmol. A prakticky získané mólové množstvo oxidu sírového (VI) je: n(SO 3) prax \u003d η × n (SO 3) teória \u003d 0,5 × 15 \u003d 14,25 kmol. Napíšeme reakčnú rovnicu na výrobu kyseliny sírovej: S03 + H20 \u003d H2S04. Nájdite množstvo látky kyseliny sírovej: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) prax \u003d 14,25 kmol. Výťažok reakcie je 100 %. Hmotnosť kyseliny sírovej je: m (H2S04) \u003d n (H2S04) x M (H2S04); M(H2S04) = 2xAr(H) + Ar(S) + 4xAr(0) = 2x1 + 32 + 4x16 = 98 g/mol; m (H2S04) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg.
Odpoveď	Hmotnosť kyseliny sírovej je 1397 kg

fyzikálne vlastnosti.

Čistá 100% kyselina sírová (monohydrát) je bezfarebná olejovitá kvapalina, ktorá tuhne na kryštalickú hmotu pri +10 °C. Reaktívna kyselina sírová má zvyčajne hustotu 1,84 g/cm3 a obsahuje asi 95 % H2S04. Vytvrdzuje len pod -20 °C.

Teplota topenia monohydrátu je 10,37 °C so skupenským teplom topenia 10,5 kJ/mol. Za normálnych podmienok je to veľmi viskózna kvapalina s veľmi vysokou dielektrickou konštantou (e = 100 pri 25 °C). Nevýznamná vlastná elektrolytická disociácia monohydrátu prebieha paralelne v dvoch smeroch: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 a [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 - 5. Jeho molekulovo-iónové zloženie možno približne charakterizovať nasledujúcimi údajmi (v %):

H2SO4 HSO 4- H3SO4+ H3O+ HS 2 O 7 - H2S207 99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Keď sa pridá aj malé množstvo vody, prevláda disociácia podľa schémy:

H20 + H2S04<==>H3O++ + HSO4-

Chemické vlastnosti.

H2S04 je silná dvojsýtna kyselina.

H2SO4<-->H++ HSO 4 -<-->2H++ SO42-

Prvý stupeň (pri stredných koncentráciách) vedie k 100% disociácii:

K 2 \u003d ( ) / \u003d 1,2 10 -2

1) Interakcia s kovmi:

a) zriedená kyselina sírová rozpúšťa iba kovy, ktoré sú v sérii napätí vľavo od vodíka:

Zn0 + H2 +1 SO4 (razb) --> Zn +2 SO4 + H20

b) koncentrovaná H 2 +6 SO 4 - silné oxidačné činidlo; pri interakcii s kovmi (okrem Au, Pt) sa môže redukovať na S +4 O 2, S 0 alebo H 2 S -2 (Fe, Al, Cr tiež nereagujú bez zahrievania - sú pasivované):

2Ag 0 + 2H 2 + 6 SO 4 --> Ag 2 + 1 SO 4 + S + 4 O 2 + 2 H 2 O

8Na0 + 5H2 + 6 SO4 --> 4Na2 + 1 S04 + H2S -2 + 4H20

2) koncentrovaná H2S +604 reaguje pri zahrievaní s niektoré nekovy vďaka svojim silným oxidačným vlastnostiam sa menia na zlúčeniny síry s nižším oxidačným stavom (napríklad S + 4 O 2):

С 0 + 2H2S +604 (konc) --> C +402 + 2S +402 + 2H20

SO + 2H2S +604 (konc) --> 3S +402 + 2H20

2P0 + 5H2S +604 (konc) --> 5S +402 + 2H3P +504 + 2H20

3) so zásaditými oxidmi:

CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H+ --> Cu2+ + H20

4) s hydroxidmi:

H2S04 + 2NaOH --> Na2S04 + 2H20

H+ + OH - --> H20

H2S04 + Cu(OH)2 --> CuS04 + 2H20

2H+ + Cu(OH)2 --> Cu2+ + 2H20

5) výmenné reakcie so soľami:

BaCl2 + H2S04 --> BaS04 + 2HCl

Ba2+ + SO42- --> BaSO4

Tvorba bielej zrazeniny BaSO 4 (nerozpustná v kyselinách) sa využíva na identifikáciu kyseliny sírovej a rozpustných síranov.

Monohydrát (čistá, 100% kyselina sírová) je ionizujúce rozpúšťadlo kyslého charakteru. Sírany mnohých kovov sú v ňom dobre rozpustené (premieňajú sa na hydrogensírany), zatiaľ čo soli iných kyselín sa rozpúšťajú spravidla iba vtedy, ak je možná ich solvolýza (s premenou na hydrogensírany). Kyselina dusičná sa v monohydráte správa ako slabá zásada

HN03 + 2 H2S04<==>H30 + + N02 + + 2 HS04 -

chloristá - ako veľmi slabá kyselina

H2SO4 + HClO4 = H3S04 + + ClO4-

Kyseliny fluórsulfónové a chlórsulfónové sú o niečo silnejšie (HS03F>HS03Cl>HCl04). Monohydrát dobre rozpúšťa mnohé organické látky obsahujúce atómy s nezdieľanými elektrónovými pármi (schopnými pripojiť protón). Niektoré z nich možno potom izolovať späť nezmenené jednoduchým zriedením roztoku vodou. Monohydrát má vysokú kryoskopickú konštantu (6,12°) a niekedy sa používa ako médium na stanovenie molekulových hmotností.

Koncentrovaná H 2 SO 4 je dosť silné oxidačné činidlo, najmä pri zahrievaní (zvyčajne sa redukuje na SO 2). Napríklad oxiduje HI a čiastočne HBr (ale nie HCl) na voľné halogény. Oxiduje aj mnohé kovy - Cu, Hg atď. (zatiaľ čo zlato a platina sú stabilné vzhľadom na H 2 SO 4). Takže interakcia s meďou prebieha podľa rovnice:

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

Kyselina sírová, ktorá pôsobí ako oxidačné činidlo, sa zvyčajne redukuje na SO2. Najsilnejšími redukčnými činidlami sa však dá redukovať na S a dokonca aj H 2 S. Koncentrovaná kyselina sírová reaguje so sírovodíkom podľa rovnice:

H2SO4 + H2S \u003d 2H20 + SO2 + S

Treba si uvedomiť, že je čiastočne redukovaný aj plynným vodíkom a preto sa nedá použiť na jeho sušenie.

Ryža. 13. Elektrická vodivosť roztokov kyseliny sírovej.

Rozpúšťanie koncentrovanej kyseliny sírovej vo vode je sprevádzané výrazným uvoľňovaním tepla (a určitým znížením celkového objemu systému). Monohydrát takmer nevedie elektrický prúd. Naproti tomu vodné roztoky kyseliny sírovej sú dobrými vodičmi. Ako je vidieť na obr. 13, približne 30 % kyseliny má maximálnu elektrickú vodivosť. Minimum krivky zodpovedá hydrátu so zložením H2SO4·H20.

Uvoľňovanie tepla pri rozpustení monohydrátu vo vode je (v závislosti od konečnej koncentrácie roztoku) až 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Naopak zmiešaním 66 % kyseliny sírovej, predchladenej na 0 °C, so snehom (1:1 hmotnostne) možno dosiahnuť teplotný spád, až do -37 °C.

Zmena hustoty vodných roztokov H 2 SO 4 s jej koncentráciou (hm. %) je uvedená nižšie:

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

Ako je z týchto údajov zrejmé, stanovenie hustoty koncentrácie kyseliny sírovej nad 90 hm. % sa stáva dosť nepresným.

Tlak vodnej pary nad roztokmi H 2 SO 4 rôznych koncentrácií pri rozdielne teploty znázornené na obr. 15. Kyselina sírová môže pôsobiť ako sušiace činidlo, len pokiaľ je tlak vodnej pary nad jej roztokom nižší ako jej parciálny tlak v sušenom plyne.

Ryža. 15. Tlak vodnej pary.

Ryža. 16. Body varu nad roztokmi H 2 SO 4 . roztoky H2SO4.

Pri varení zriedeného roztoku kyseliny sírovej sa z neho oddestiluje voda a bod varu stúpne až na 337 °C, kedy začne destilovať 98,3 % H 2 SO 4 (obr. 16). Naopak, prebytok anhydridu kyseliny sírovej prchá z koncentrovanejších roztokov. Para kyseliny sírovej vriaca pri 337 °C je čiastočne disociovaná na H 2 O a SO 3, ktoré sa po ochladení rekombinujú. Vysoký bod varu kyseliny sírovej umožňuje jej použitie na izoláciu prchavých kyselín z ich solí (napríklad HCl z NaCl) pri zahrievaní.

Potvrdenie.

Monohydrát možno získať kryštalizáciou koncentrovanej kyseliny sírovej pri -10 °C.

Výroba kyseliny sírovej.

1. etapa. Pyritová pec.

4FeS2 + 1102 --> 2Fe203 + 8SO2 + Q

Proces je heterogénny:

1) mletie pyritu železa (pyrit)

2) metóda "fluidizovaného lôžka".

3) 800 °С; odstránenie prebytočného tepla

4) zvýšenie koncentrácie kyslíka vo vzduchu

2. etapa.Po vyčistení, vysušení a výmene tepla sa oxid siričitý dostáva do kontaktného zariadenia, kde sa oxiduje na anhydrid kyseliny sírovej (450 °C - 500 °C; katalyzátor V 2 O 5):

2SO2 + O2<-->2SO3

3. etapa. Absorpčná veža:

nS03 + H2S04 (konc) --> (H2S04 nS03) (oleum)

Voda sa nedá použiť kvôli tvorbe hmly. Aplikujte keramické trysky a princíp protiprúdu.

Aplikácia.

Pamätajte! Kyselina sírová sa musí naliať do vody v malých častiach a nie naopak. Inak násilné chemická reakciačo by mohlo viesť k ťažkým popáleninám.

Kyselina sírová je jedným z hlavných produktov chemického priemyslu. Ide o výrobu minerálnych hnojív (superfosfát, síran amónny), rôznych kyselín a solí, liekov a čistiacich prostriedkov, farbív, umelých vlákien, výbušnín. Používa sa v metalurgii (rozklad rúd, napr. uránu), na čistenie ropných produktov, ako sušidlo atď.

Prakticky dôležitý je fakt, že veľmi silná (nad 75%) kyselina sírová nepôsobí na železo. To vám umožní skladovať a prepravovať ho v oceľových nádržiach. Naopak, zriedená H 2 SO 4 ľahko rozpúšťa železo za uvoľňovania vodíka. Oxidačné vlastnosti nie sú pre ňu vôbec typické.

Silná kyselina sírová silne absorbuje vlhkosť, a preto sa často používa na sušenie plynov. Z mnohých organických látok obsahujúcich vodík a kyslík odoberá vodu, ktorá sa často využíva v technike. S tým istým (ako aj s oxidačnými vlastnosťami silnej H 2 SO 4) je spojený jej deštruktívny účinok na rastlinné a živočíšne tkanivá. Kyselina sírová, ktorá sa náhodne dostane na pokožku alebo šaty počas práce, by sa mala okamžite umyť veľkým množstvom vody, potom navlhčiť postihnuté miesto zriedeným roztokom amoniaku a znova opláchnuť vodou.

Molekuly čistej kyseliny sírovej.

Obr.1. Schéma vodíkových väzieb v kryštáli H2SO4.

Molekuly, ktoré tvoria kryštál monohydrátu, (HO)2S02, sú navzájom spojené pomerne silnými (25 kJ/mol) vodíkovými väzbami, ako je schematicky znázornené na obr. 1. Samotná molekula (HO) 2 SO 2 má štruktúru skresleného štvorstenu s atómom síry v blízkosti stredu a je charakterizovaná nasledujúcimi parametrami: (d (S-OH) = 154 pm, PHO-S-OH = 104 °, d (S = O) \u003d 143 pm, ROSO \u003d 119 °. V HOSO 3 - ión, d (S-OH) \u003d 161 a d (SO) \u003d 145 pm, a keď ide do SO 4 ión, 2-tetraedrón nadobudne správny tvar a parametre sú zarovnané.

Kyselina sírová hydratuje.

Pre kyselinu sírovú je známych niekoľko kryštalických hydrátov, ktorých zloženie je znázornené na obr. 14. Z nich je na vodu najchudobnejšia oxóniová soľ: H 3 O + HSO 4 -. Keďže uvažovaný systém je veľmi náchylný na podchladenie, skutočne pozorované teploty mrazu v ňom sú oveľa nižšie ako teploty topenia.

Ryža. 14. Teploty topenia v systéme H20·H2SO4.

Kyselina sírová H2S04, molárna hmotnosť 98,082; bezfarebný olejový, bez zápachu. Veľmi silná dikyselina, pri 18°C ​​s K a 1 - 2,8, K2 1,2 10-2, pK a 2 1,92; dĺžky väzieb v S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, uhol HOSOH 104°, OSO 119°; vrie za rozkladu, pričom vzniká (98,3 % H 2 SO 4 a 1,7 % H 2 O s teplotou varu 338,8 °C; pozri aj tabuľku. 1). Kyselina sírová, čo zodpovedá 100% obsahu H2S04, má zloženie (%): H2S04 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3S04 + 0,14%, H30 + 0,09%, H2S 207 0,04 %, HS207 0,05 %. Miešateľný s a SO 3 vo všetkých pomeroch. Vo vodných roztokoch kyselina sírová takmer úplne disociuje na H+, HSO 4 - a SO 4 2-. Tvorí H 2 SO 4 · n H20, kde n= 1, 2, 3, 4 a 6,5.

roztoky SO 3 v kyseline sírovej sa nazývajú oleum, tvoria dve zlúčeniny H 2 SO 4 SO 3 a H 2 SO 4 2SO 3. Oleum obsahuje aj kyselinu pyrosírovú, ktorá sa získava reakciou: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Získanie kyseliny sírovej

Surovina na príjem kyselina sírová slúžia ako: S, sulfidy kovov, H 2 S, odpady z tepelných elektrární, sírany Fe, Ca atď. Hlavné etapy získavania kyselina sírová 1) suroviny na získanie S02; 2) S02 na S03 (konverzia); 3) SO3. V priemysle sa na získanie používajú dva spôsoby kyselina sírová, líšiace sa spôsobom oxidácie SO 2 - kontakt s použitím pevných katalyzátorov (kontaktov) a dusný - s oxidmi dusíka. Na získanie kyselina sírová kontaktom na moderné továrne používajú sa vanádiové katalyzátory, ktoré vytláčajú oxidy Pt a Fe. Čistý V205 má slabú katalytickú aktivitu, ktorá sa prudko zvyšuje v prítomnosti alkalických kovov a najväčší vplyv soli majú K. Propagačná úloha alkalických kovov je spôsobená tvorbou pyrosulfovanadátov s nízkou teplotou topenia (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 a K 2 S 2 O 7 V 205, rozkladá sa pri 315-330, 365-380 a 400-405 °C). Aktívna zložka pod katalýzou je v roztavenom stave.

Schéma oxidácie S02 na S03 môže byť znázornená nasledovne:

V prvej fáze sa dosiahne rovnováha, druhá fáza je pomalá a určuje rýchlosť procesu.

Výroba kyselina sírová zo síry metódou dvojitého kontaktu a dvojitej absorpcie (obr. 1) pozostáva z nasledujúcich etáp. Vzduch po vyčistení od prachu je privádzaný plynovým dúchadlom do sušiacej veže, kde je vysušený na 93-98% kyselina sírová na obsah vlhkosti 0,01 % obj. Vysušený vzduch vstupuje do sírovej pece po predhriatí v jednom z výmenníkov tepla kontaktnej jednotky. Síra sa spaľuje v peci, dodávaná dýzami: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Plyn s obsahom 10-14 % obj. SO 2 sa v kotli ochladí a po zriedení vzduchom na obsah SO 2 9-10 % obj. pri 420°C vstupuje do kontaktného aparátu pre prvý stupeň premeny, ktorý prebieha na troch vrstvách katalyzátora (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), po ktorých sa plyn ochladzuje vo výmenníkoch tepla. Potom plyn obsahujúci 8,5-9,5% SO 3 pri 200°C vstupuje do prvého stupňa absorpcie do absorbéra, je zavlažovaný a 98% kyselina sírová: SO3 + H20 \u003d H2S04 + 130,56 kJ. Plyn sa potom rozpráši. kyselina sírová, zahriaty na 420 °C a vstupuje do druhého stupňa konverzie, pričom prúdi na dvoch vrstvách katalyzátora. Pred druhým absorpčným stupňom je plyn ochladený v ekonomizéri a privádzaný do druhého stupňa absorbéra, zavlažovaný 98% kyselina sírová a potom, po očistení od postriekania, sa uvoľní do atmosféry.

1 - sírová pec; 2 - kotol na odpadové teplo; 3 - ekonomizér; 4 - štartovacia pec; 5, 6 - výmenníky tepla štartovacej pece; 7 - kontaktné zariadenie; 8 - výmenníky tepla; 9 - absorbér olea; 10 - sušiaca veža; 11 a 12, v tomto poradí, prvý a druhý absorbér monohydrátu; 13 - zberače kyselín.

1 - podávač tanierov; 2 - pec; 3 - kotol na odpadové teplo; 4 - cyklóny; 5 - elektrostatické odlučovače; 6 - umývacie veže; 7 - mokré elektrostatické odlučovače; 8 - fúkacia veža; 9 - sušiaca veža; 10 - lapač postreku; 11 - prvý absorbér monohydrátu; 12 - výmenníky tepla; 13 - kontaktné zariadenie; 14 - absorbér olea; 15 - druhý absorbér monohydrátu; 16 - chladničky; 17 - zbierky.

1 - denitračná veža; 2, 3 - prvá a druhá výrobná veža; 4 - oxidačná veža; 5, 6, 7 - absorpčné veže; 8 - elektrostatické odlučovače.

Výroba kyselina sírová zo sulfidov kovov (obr. 2) je oveľa zložitejšia a pozostáva z nasledujúcich operácií. Praženie FeS 2 sa uskutočňuje vo vzduchovej fluidnej peci: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Pražiaci plyn s obsahom SO 2 13-14% s teplotou 900°C vstupuje do kotla, kde sa ochladí na 450°C. Odstraňovanie prachu sa vykonáva v cyklóne a elektrostatickom odlučovači. Ďalej plyn prechádza cez dve pracie veže, zavlažované 40 % a 10 % kyselina sírová. Zároveň sa plyn konečne čistí od prachu, fluóru a arzénu. Na čistenie plynu z aerosólu kyselina sírová V premývacích vežiach sú vytvorené dva stupne mokrých elektrostatických odlučovačov. Po vysušení v sušiacej veži, pred ktorým sa plyn zriedi na obsah 9 % S02, sa pomocou dúchadla privedie do prvého stupňa konverzie (3 lôžka katalyzátora). Vo výmenníkoch tepla sa plyn ohrieva na 420 °C v dôsledku tepla plynu prichádzajúceho z prvého stupňa konverzie. SO 2 oxidovaný na 92-95 % v SO 3 prechádza do prvého stupňa absorpcie v absorbéroch olea a monohydrátov, kde sa uvoľňuje z SO 3 . Ďalej plyn obsahujúci S02 ~ 0,5 % vstupuje do druhého stupňa konverzie, ktorý prebieha na jednej alebo dvoch vrstvách katalyzátora. Plyn je v ďalšej skupine výmenníkov tepla predbežne ohrievaný až na 420 °C vplyvom tepla plynov pochádzajúcich z druhého stupňa katalýzy. Po oddelení SO 3 v druhom stupni absorpcie sa plyn uvoľňuje do atmosféry.

Stupeň premeny SO 2 na SO 3 pri kontaktnej metóde je 99,7 %, stupeň absorpcie SO 3 je 99,97 %. Výroba kyselina sírová uskutočnené v jednom stupni katalýzy, pričom stupeň konverzie S02 na S03 nepresahuje 98,5 %. Pred vypustením do atmosféry sa plyn čistí od zvyšného SO 2 (pozri). Produktivita moderných zariadení je 1500-3100 ton/deň.

Podstata nitróznej metódy (obr. 3) spočíva v tom, že pražiaci plyn sa po ochladení a vyčistení od prachu spracuje s tzv. kyselina sírová v ktorých sú rozpustené oxidy dusíka. S02 je absorbovaný nitrózou a potom oxidovaný: S02 + N203 + H20 \u003d H2S04 + NO. Výsledný NO je slabo rozpustný v nitróze a uvoľňuje sa z nej a potom čiastočne oxiduje kyslíkom v plynnej fáze na NO 2 . Zmes NO a NO 2 sa reabsorbuje kyselina sírová atď. Oxidy dusíka sa v procese dusíka nespotrebúvajú a v dôsledku ich neúplnej absorpcie sa vracajú do výrobného cyklu. kyselina sírováčiastočne ich odnášajú výfukové plyny. Výhody nitróznej metódy: jednoduchosť konštrukcie hardvéru, nižšia cena (o 10-15% nižšia ako kontaktná), možnosť spracovania 100% SO 2 .

Prístrojové vybavenie vežového nitrózneho procesu je jednoduché: SO 2 sa spracováva v 7-8 vyložených vežiach s keramickou výplňou, jedna z veží (dutá) má nastaviteľný oxidačný objem. Veže majú zberače kyselín, chladničky, čerpadlá, ktoré dodávajú kyselinu do tlakových nádrží nad vežami. Pred poslednými dvoma vežami je nainštalovaný zadný ventilátor. Na čistenie plynu z aerosólu kyselina sírová slúži ako elektrostatický odlučovač. Oxidy dusíka potrebné pre proces sa získavajú z HN03. Pre zníženie emisií oxidov dusíka do ovzdušia a 100% spracovanie SO 2 je medzi výrobnou a absorpčnou zónou inštalovaný bezdusíkový cyklus spracovania SO 2 v kombinácii s vodno-kyselinovou metódou na hĺbkové zachytávanie oxidov dusíka. Nevýhodou nitróznej metódy je nízka kvalita produktu: koncentrácia kyselina sírová 75%, prítomnosť oxidov dusíka, Fe a iných nečistôt.

Na zníženie možnosti kryštalizácie kyselina sírová počas prepravy a skladovania sa stanovujú normy pre komerčné druhy kyselina sírová, ktorého koncentrácia zodpovedá najnižším kryštalizačným teplotám. Obsah kyselina sírová v technických stupňoch (%): veža (dusitá) 75, kontaktná 92,5-98,0, oleum 104,5, vysokopercentné oleum 114,6, batéria 92-94. kyselina sírová skladované v oceľových nádržiach s objemom do 5000 m 3 ich celková kapacita v sklade je dimenzovaná na desaťdňovú výrobu. Oleum a kyselina sírová prepravované v oceľových železničných cisternách. Koncentrovaný a batériový kyselina sírová prepravované v kyselinovzdorných oceľových nádržiach. Nádrže na prepravu olea sú pokryté tepelnou izoláciou a oleum sa pred plnením ohrieva.

Určiť kyselina sírová kolorimetricky a fotometricky, vo forme suspenzie BaSO 4 - fototurbidimetricky, ako aj coulometrickou metódou.

Použitie kyseliny sírovej

Kyselina sírová sa používa pri výrobe minerálnych hnojív, ako elektrolyt v olovených batériách, na výrobu rôznych minerálnych kyselín a solí, chemických vlákien, farbív, dymotvorných látok a výbušnín, v ropnom, kovoobrábacom, textilnom, kožiarskom a iné odvetvia. Používa sa v priemyselnej organickej syntéze pri dehydratačných reakciách (získavanie dietyléteru, esterov), hydratácii (etanol z etylénu), sulfonácii (a medziprodukty pri výrobe farbív), alkylácii (získavanie izooktánu, polyetylénglykolu, kaprolaktámu) atď. Najväčší spotrebiteľ kyselina sírová- výroba minerálnych hnojív. Na 1 tonu fosfátových hnojív P 2 O 5 sa spotrebuje 2,2 – 3,4 ton kyselina sírová a na 1 t (NH4)2S04 - 0,75 t kyselina sírová. Preto sa závody na výrobu kyseliny sírovej zvyknú stavať v spojení so závodmi na výrobu minerálnych hnojív. Svetová produkcia kyselina sírová v roku 1987 dosiahol 152 miliónov ton.

Kyselina sírová a oleum - mimoriadne agresívne látky, ktoré postihujú dýchacie cesty, kožu, sliznice, spôsobujú ťažkosti s dýchaním, kašeľ, často - laryngitída, tracheitída, bronchitída atď. MPC aerosólu kyseliny sírovej vo vzduchu pracovného priestoru je 1,0 mg/m 3 , v atmosfére 0,3 mg/m 3 (maximálne jednorazovo) a 0,1 mg/m 3 (denný priemer). Nápadná koncentrácia pár kyselina sírová 0,008 mg/l (60 min. expozícia), smrteľná 0,18 mg/l (60 min). Trieda nebezpečnosti 2. Aerosól kyselina sírová sa môže tvoriť v atmosfére v dôsledku emisií z chemického a hutníckeho priemyslu obsahujúcich oxidy S a vypadávať ako kyslé dažde.

Každý človek na hodine chémie študoval kyseliny. Jedna z nich sa nazýva kyselina sírová a má označenie HSO4. O tom, aké sú vlastnosti kyseliny sírovej, náš článok povie.

Fyzikálne vlastnosti kyseliny sírovej

Čistá kyselina sírová alebo monohydrát je bezfarebná olejovitá kvapalina, ktorá tuhne na kryštalickú hmotu pri +10°C. Kyselina sírová určená na reakcie obsahuje 95 % H 2 SO 4 a má hustotu 1,84 g/cm 3 . 1 liter takejto kyseliny váži 2 kg. Kyselina tvrdne pri -20°C. Teplo topenia je 10,5 kJ/mol pri teplote 10,37°C.

Vlastnosti koncentrovanej kyseliny sírovej sú rôzne. Napríklad pri rozpustení tejto kyseliny vo vode sa v dôsledku tvorby hydrátov uvoľní veľké množstvo tepla (19 kcal / mol). Tieto hydráty môžu byť izolované z roztoku pri nízke teploty v pevnej forme.

Kyselina sírová je jedným z najzákladnejších produktov v chemickom priemysle. Je určený na výrobu minerálnych hnojív (síran amónny, superfosfát), rôznych solí a kyselín, čistiacich prostriedkov a liečiv, umelých vlákien, farbív, výbušnín. Kyselina sírová sa používa aj v metalurgii (napríklad rozklad uránových rúd), na čistenie ropných produktov, na sušenie plynov a pod.

Chemické vlastnosti kyseliny sírovej

Chemické vlastnosti kyseliny sírovej sú:

1. Interakcia s kovmi:
   • zriedená kyselina rozpúšťa iba tie kovy, ktoré sú naľavo od vodíka v sérii napätí, napríklad H2 + 1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
   • oxidačné vlastnosti kyseliny sírovej sú skvelé. Pri interakcii s rôznymi kovmi (okrem Pt, Au) sa môže redukovať na H 2 S -2, S + 4 O 2 alebo S 0, napríklad:
   • 2H2+6S04 + 2Ag0 = S +402 + Ag2 + 1 S04 + 2H20;
   • 5H2+6S04 + 8Nao \u003d H2S-2 + 4Na2+1 S04 + 4H20;
2. Koncentrovaná kyselina H 2 S + 6 O 4 tiež reaguje (pri zahrievaní) s niektorými nekovmi, pričom sa mení na zlúčeniny síry s nižším oxidačným stavom, napr.
   • 2H2S +604 + Co = 2S +402 + C +402 + 2H20;
   • 2H2S +604 + S0 = 3S +402 + 2H20;
   • 5H2S +604 + 2P0 = 2H3P +504 + 5S +402 + 2H20;
3. So zásaditými oxidmi:
   • H2S04 + CuO = CuS04 + H20;
4. S hydroxidmi:
   • Cu(OH)2 + H2S04 = CuS04 + 2H20;
   • 2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20;
5. Interakcia so soľami pri výmenných reakciách:
   • H2S04 + BaCl2 \u003d 2HCl + BaS04;

Na stanovenie tejto kyseliny a rozpustných síranov sa využíva tvorba BaSO 4 (biela zrazenina, nerozpustná v kyselinách).

Monohydrát je ionizujúce rozpúšťadlo kyslého charakteru. Je veľmi dobré v ňom rozpustiť sírany mnohých kovov, napríklad:

• 2H2S04 + HN03 \u003d N02 + + H30 + + 2HS04-;
• HCl04 + H2S04 \u003d Cl04 - + H3S04+.

Koncentrovaná kyselina je pomerne silné oxidačné činidlo, najmä pri zahrievaní, napríklad 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H20.

Kyselina sírová, ktorá pôsobí ako oxidačné činidlo, sa zvyčajne redukuje na SO2. Môže sa však redukovať na S a dokonca aj na H2S, napríklad H2S + H2S04 = SO2 + 2H20 + S.

Monohydrát takmer nemôže viesť elektrický prúd. Naopak, vodné roztoky kyselín sú dobrými vodičmi. Kyselina sírová silne absorbuje vlhkosť, preto sa používa na sušenie rôznych plynov. Kyselina sírová pôsobí ako sušidlo, pokiaľ je tlak vodnej pary nad jej roztokom nižší ako jej tlak v plyne, ktorý sa suší.

Pri varení zriedeného roztoku kyseliny sírovej sa z neho odstráni voda, pričom bod varu stúpne napríklad na 337 °C, keď sa začne destilovať kyselina sírová s koncentráciou 98,3 %. Naopak, z roztokov, ktoré sú koncentrovanejšie, sa prebytočný anhydrid kyseliny sírovej odparuje. Para vriaca pri teplote 337 °C kyselina sa čiastočne rozloží na SO 3 a H 2 O, ktoré sa po ochladení opäť spoja. Vysoký bod varu tejto kyseliny je vhodný na použitie pri oddeľovaní prchavých kyselín od ich solí pri zahrievaní.

Opatrenia pri manipulácii s kyselinami

Pri manipulácii s kyselinou sírovou je potrebné postupovať mimoriadne opatrne. Keď sa táto kyselina dostane do kontaktu s pokožkou, koža zbelie, potom zhnedne a objaví sa začervenanie. Okolité tkanivo opuchne. Ak sa táto kyselina dostane do kontaktu s akoukoľvek časťou tela, musí sa rýchlo zmyť vodou a popálené miesto namazať roztokom sódy.

Teraz viete, že kyselina sírová, ktorej vlastnosti sú dobre študované, je jednoducho nevyhnutná pre rôzne druhy výroby a ťažby.