Autor: Enciclopedia chimică N.S. Zefirov

ACID SULFURIC H2S04, greutate moleculară 98,082; incolor lichid uleios inodor. Un acid dibazic foarte puternic, la 18°C ​​pK a 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pK a 2 l.92; lungimi de legătură în moleculă S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, unghi HOSOH 104°, OSO 119°; fierbe cu diverse, formând un amestec azeotrop (98,3% H2SO4 și 1,7% H2O cu un punct de fierbere de 338,8 °C; vezi și Tabelul 1). ACIDUL SULFURIC, corespunzător unui conținut de 100% H2SO4, are compoziția (%): H2SO4 99,5, 0,18, 0,14, H3O + 0,09, H2S2O7 0,04, HS2O7 0,05 . Miscibil cu apa si SO 3 in toate proportiile. În soluții apoase, ACIDUL SULFURIC se disociază aproape complet în H + și. Formează hidrați H2SO4nH2O, unde n = 1, 2, 3, 4 și 6,5.

Soluțiile de SO3 în ACID SULFURIC se numesc oleum; ele formează doi compuși H2SO4SO3 și H2SO42SO3. Oleum mai conține acid pirosulfuric, obținut prin reacția: H 2 SO 4 + + SO 3 : H 2 S 2 O 7.

Punctul de fierbere al soluţiilor apoase de ACID SULFURIC creşte odată cu creşterea concentraţiei acestuia şi atinge un maxim la un conţinut de 98,3% H 2 SO 4 (Tabelul 2). Punctul de fierbere al oleumului scade odată cu creșterea conținutului de SO3. Pe măsură ce concentrația soluțiilor apoase de ACID SULFURIC crește, presiunea totală a vaporilor deasupra soluțiilor scade și atinge un minim la un conținut de 98,3% H2SO4. Pe măsură ce concentrația de SO 3 în oleum crește, presiunea totală a vaporilor deasupra acesteia crește. Presiunea vaporilor deasupra soluțiilor apoase de ACID SULFURIC și oleum poate fi calculată prin ecuația: logp(Pa) = A - B/T+ 2.126, valorile coeficientului A și B depind de concentrația de ACID SULFURIC. soluțiile de ACID SULFURIC constă dintr-un amestec de vapori de apă, H 2 SO 4 și SO 3, în timp ce compoziția vaporilor diferă de compoziția lichidului la toate concentrațiile de ACID SULFURIC, cu excepția amestecului azeotrop corespunzător.

Odată cu creșterea temperaturii, disocierea H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 - Q crește, ecuația pentru dependența de temperatură a constantei de echilibru este lnК p = 14,74965 - 6,71464ln(298/T) - 8, 10161 10 4 T 2 -9643,04 /T-9,4577 10 -3 T+2,19062 x 10 -6 T 2 . La presiune normală, gradul de disociere este: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K). Densitatea ACIDULUI SULFURIC 100% poate fi determinată prin ecuația: d = 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 g/cm 3 . Odată cu creșterea concentrației de soluții de ACID SULFURIC, capacitatea lor termică scade și atinge un minim pentru ACID SULFURIC 100%; capacitatea termică a oleumului crește odată cu creșterea conținutului de SO3.

Odată cu creșterea concentrației și scăderea temperaturii, conductivitatea termică l scade: l = 0,518 + 0,0016t - (0,25 + + t/1293) C/100, unde C este concentrația ACIDULUI SULFURIC, în%. Max. Vâscozitatea oleumului H 2 SO 4 SO 3 scade odată cu creșterea temperaturii. Electric rezistenţa ACIDULUI SULFURIC este minimă la o concentraţie de 30 şi 92% H 2 SO 4 şi maximă la o concentraţie de 84 şi 99,8% H 2 SO 4. Pentru oleum min. r la o concentraţie de 10% SO3. Odată cu creșterea temperaturii r crește ACIDUL SULFURIC. Dielectric permeabilitate 100% ACID SULFURIC k. 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); crioscopic constantă 6,12, ebulioscopică. constanta 5,33; coeficientul de difuzie al vaporilor de ACID SULFURIC în aer se modifică cu temperatura; D = 1,67 10 -5 T 3/2 cm2/s.

ACIDUL SULFURIC este un agent oxidant destul de puternic, mai ales atunci când este încălzit; oxidează HI și parțial HBr la halogeni liberi, carbonul la CO 2, S la SO 2, oxidează multe metale (Cu, Hg etc.). În acest caz, ACIDUL SULFURIC este redus la SO 2, iar cei mai puternici agenţi reducători se reduc la S şi H 2 S. Conc. H 2 SO 4 este parțial redus cu H 2, motiv pentru care nu poate fi folosit pentru uscare. Razb. Interacțiunea H 2 SO 4 cu toate metalele situate în seria tensiunii electrochimice la stânga hidrogenului, cu eliberarea de H 2. Oxida. proprietăţile pentru H 2 SO 4 diluat sunt necaracteristice. ACIDUL SULFURIC dă două serii de săruri: sulfați medii și hidrosulfați acizi (vezi sulfați anorganici), precum și eteri (vezi sulfați organici). Sunt cunoscuţi acizii peroxomonosulfuric (acid caro) H2SO5 şi H2S2O8 peroxodisulfuric (vezi Sulful).

Chitanță. Materiile prime pentru producerea acidului sulfuric sunt: ​​S, sulfuri metalice, H 2 S, gaze reziduale ale centralelor termice, sulfati de Fe, Ca etc. etape de obţinere a ACIDULUI SULFURIC: 1) prăjirea materiilor prime pentru producerea SO 2; 2) oxidarea S02 la S03 (conversie); 3) absorbția SO 3. În industrie se folosesc două metode pentru producerea ACIDULUI SULFURIC, care diferă prin metoda de oxidare a SO 2 - contact cu catalizatori solizi (contacte) și azotos - cu oxizi de azot. Pentru a obține acid sulfuric prin metoda de contact, fabricile moderne folosesc catalizatori de vanadiu, care au înlocuit oxizii de Pt și Fe. V 2 O 5 pur are activitate catalitică slabă, care crește brusc în prezența sărurilor de metale alcaline, influența fiind cea mai mare a sărurilor K. Rolul promotor al metalelor alcaline se datorează formării pirosulfonadaților cu punct de topire scăzut (3K 2 S 2). O 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 și K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, descompunându-se la 315-330, 365-380 și, respectiv, 400-405 ° C). Componenta activă în condiții de cataliză este în stare topită.

Schema de oxidare a SO2 la SO3 poate fi reprezentată după cum urmează:

În prima etapă se atinge echilibrul, a doua etapă este lentă și determină viteza procesului.

Producerea ACIDULUI SULFURIC din sulf prin metoda contactului dublu și absorbției duble (Fig. 1) constă în următoarele etape. Aerul, după curățarea de praf, este furnizat de o suflantă de gaz către turnul de uscare, unde este uscat cu ACID SULFURIC 93-98% până la un conținut de umiditate de 0,01% în volum. Aerul uscat intră în cuptorul cu sulf după preîncălzire. încălzire într-unul dintre schimbătoarele de căldură ale unității de contact. Cuptorul arde sulful furnizat prin duze: S + O 2 : SO 2 + + 297,028 kJ. Gazul care conține 10-14% în volum SO 2 este răcit în cazan și, după diluarea cu aer la un conținut de SO 2 de 9-10% în volum la 420 ° C, intră în aparatul de contact pentru prima etapă de conversie, care are loc pe trei straturi de catalizator (SO 2 + V 2 O 2 :: SO 3 + 96,296 kJ), după care gazul este răcit în schimbătoare de căldură. Apoi gazul care conține 8,5-9,5% SO 3 la 200 ° C intră în prima etapă de absorbție în absorbantul irigat cu oleum și ACID SULFURIC 98%: SO 3 + H 2 O : H 2 SO 4 + + 130,56 kJ. Apoi, gazul este purificat din stropi de ACID SULFURIC, încălzit la 420 °C și intră în a doua etapă de conversie, care are loc pe două straturi de catalizator. Înainte de a doua etapă de absorbție, gazul este răcit în economizor și alimentat absorbantului de a doua etapă, irigat cu ACID SULFURIC 98%, iar apoi, după curățarea de stropire, este eliberat în atmosferă.

Orez. 1. Schema de producere a acidului sulfuric din sulf: 1-cuptor de sulf; 2-cazan de recuperare; 3 - economizor; focar cu 4 porniri; 5, 6 - schimbătoare de căldură ale cuptorului de pornire; dispozitiv cu 7 pini; 8-schimbatoare de caldura; 9-absorbant de oleum; 10-turn de uscare; 11 şi 12 sunt primul şi respectiv al doilea absorbant monohidrat; colectoare de 13 acizi.

Fig.2. Schema de producere a acidului sulfuric din pirite: alimentator cu 1 placă; 2-cuptor; 3-cazan de recuperare; 4-cicloni; 5-precipitatoare electrice; 6-turnuri de spalat; 7-precipitatoare electrostatice umede; 8-turn de evacuare; 9-turn de uscare; 10-capcană pentru stropi; 11-primul absorbant monohidrat; 12-heat-change-wiki; 13 - dispozitiv de contact; absorbant 14-oleum; absorbant monohidrat de 15 secunde; 16-frigidere; 17 colecții.

Orez. 3. Schema de producere a acidului sulfuric prin metoda nitrozei: 1 - denitrat. turn; 2, 3 - primul și al doilea produs. turnuri; 4-oxid. turn; 5, 6, 7-absorb. turnuri; 8 - precipitatoare electrice.

Producerea ACIDULUI SULFURIC din sulfuri metalice (Fig. 2) este mult mai complicată și constă în următoarele operații. FeS 2 este arse într-un cuptor cu pat fluidizat folosind explozie de aer: 4FeS 2 + 11O 2: 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Gazul de prăjire cu un conținut de SO 2 de 13-14%, având o temperatură de 900 °C, intră în cazan, unde este răcit la 450 °C. Îndepărtarea prafului se realizează într-un ciclon și un precipitator electric. In continuare, gazul trece prin doua turnuri de spalare, irigate cu ACID SULFURIC 40% si 10%.Totodata, gazul este curatat in final de praf, fluor si arsen. Pentru purificarea gazului din aerosolii ACID SULFURIC format în turnurile de spălare sunt prevăzute două trepte de precipitatoare electrostatice umede. După uscare într-un turn de uscare, înainte de care gazul este diluat la un conținut de 9% SO2, acesta este alimentat de o suflantă de gaz la prima etapă de conversie (3 straturi de catalizator). În schimbătoarele de căldură, gazul este încălzit la 420 °C datorită căldurii gazului care provine din prima etapă de conversie. SO 2, oxidat cu 92-95% în SO 3, trece la prima etapă de absorbție în absorbanții de oleum și monohidrat, unde este eliberat de SO 3. Apoi, gazul care conține SO 2 ~ 0,5% intră în a doua etapă de conversie, care are loc pe unul sau două straturi de catalizator. Gazul este preîncălzit într-un alt grup de schimbătoare de căldură la 420 °C datorită căldurii gazelor provenite din a doua etapă de cataliză. După ce SO3 este separat în a doua etapă de absorbție, gazul este eliberat în atmosferă.

Gradul de conversie a SO2 la SO3 folosind metoda contactului este de 99,7%, gradul de absorbție a SO3 este de 99,97%. Producerea ACIDULUI SULFURIC se realizează într-o etapă de cataliză, iar gradul de conversie a SO2 în SO3 nu depășește 98,5%. Înainte de a fi eliberat în atmosferă, gazul este purificat din SO2 rămas (vezi Purificarea gazelor). Productivitatea instalatiilor moderne este de 1500-3100 t/zi.

Esența metodei nitrozei (Fig. 3) este că gazul de prăjire, după răcire și curățare de praf, este tratat cu așa-numita nitroză-C. to., în care sol. oxizi de azot. SO 2 este absorbit de nitroză și apoi oxidat: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O : H 2 SO 4 + NO. NO rezultat este slab solubil în nitroză și este eliberat din acesta și apoi parțial oxidat de oxigen în faza gazoasă la NO 2. Amestecul de NO și NO2 este din nou absorbit de ACIDUL SULFURIC. etc. Oxizii de azot nu sunt consumați în procesul de azot și sunt returnați în producție. ciclului, datorită absorbției lor incomplete de către ACIDUL SULFURIC, sunt parțial duși de gazele de eșapament. Avantajele metodei nitrozei: simplitatea instrumentării, cost mai mic (10-15% mai mic decât contactul), posibilitatea de reciclare 100% a SO 2.

Designul hardware al procesului turnului de nitroză este simplu: SO 2 este procesat în 7-8 turnuri căptușite cu ceramică. duză, unul dintre turnuri (gol) este un oxidant reglabil. volum. Turnurile au colectoare de acid, frigidere și pompe care furnizează acid rezervoarelor sub presiune de deasupra turnurilor. Un ventilator de coadă este instalat în fața ultimelor două turnuri. Un precipitator electric este folosit pentru a purifica gazul din aerosol ACID SULFURIC. Oxizii de azot necesari procesului se obtin din HNO3. Pentru a reduce emisia de oxizi de azot în atmosferă și reciclarea 100% a SO 2, între zonele de producție și absorbție este instalat un ciclu de procesare a SO 2 fără azot în combinație cu metoda apă-acid de captare în profunzime a oxizilor de azot. Dezavantajul metodei azotate este calitatea scăzută a produsului: concentrația de ACID SULFURIC este de 75%, prezența oxizilor de azot, Fe și alte impurități.

Pentru a reduce posibilitatea de cristalizare a ACIDULUI SULFURIC în timpul transportului și depozitării, au fost stabilite standarde pentru clasele comerciale de ACID SULFURIC, a căror concentrație corespunde cu cele mai scăzute temperaturi de cristalizare. Cuprins ACID SULFURIC în tehnologie. grade (%): turn (nitros) 75, contact 92,5-98,0, oleum 104,5, oleum procent mare 114,6, baterie 92-94. ACIDUL SULFURIC este depozitat în rezervoare de oțel cu un volum de până la 5000 m 3, capacitatea totală a acestora în depozit fiind proiectată pentru producție de zece zile. Oleum și ACID SULFURIC sunt transportate în rezervoare de oțel. Conc. si ACIDUL SULFURIC din baterie se transporta in rezervoare din otel rezistent la acizi. Rezervoarele pentru transportul oleumului sunt acoperite cu izolație termică, iar oleum-ul este încălzit înainte de umplere.

ACIDUL SULFURIC se determină colorimetric și fotometric, sub formă de suspensie de BaSO 4 - fototurbidimetric, precum și coulometric. metodă.

Aplicație. ACIDUL SULFURIC este utilizat la producerea îngrășămintelor minerale, ca electrolit în bateriile cu plumb, pentru producerea diverșilor acizi și săruri minerale, fibre chimice, coloranți, substanțe fumigene și explozivi, în petrol, prelucrarea metalelor, textile, piele și alte industrii. Este folosit în industrie. sinteza organica in reactii de deshidratare (producerea de dietil eter, esteri), hidratare (etanol din etilena), sulfonare (detergenti sintetici si produse intermediare in producerea colorantilor), alchilare (producerea de izooctan, polietilen glicol, capro-lactama), etc.Cel mai mare consumator de ACID SULFURIC este producţia de îngrăşăminte minerale. Pentru 1 t de îngrășăminte cu fosfor P 2 O 5 se consumă 2,2-3,4 t de ACID SULFURIC, iar pentru 1 t de (NH 4) 2 SO 4 se consumă -0,75 t de ACID SULFURIC Prin urmare, au tendința de a forma acid sulfuric plante într-un complex cu fabrici pentru producerea îngrășămintelor minerale. Producția mondială de ACID SULFURIC în 1987 a ajuns la 152 milioane de tone.

ACIDUL SULFURIC și oleum sunt substanțe extrem de agresive care afectează tractul respirator, pielea, mucoasele, provocând dificultăți de respirație, tuse, adesea laringită, traheită, bronșită etc. MPC de aerosol ACID SULFURIC în aerul zonei de lucru 1, 0 mg/ m3, la atm. aer 0,3 mg/m 3 (max. o singură dată) și 0,1 mg/m 3 (medie zilnică). Concentrația dăunătoare a vaporilor de ACID SULFURIC este de 0,008 mg/l (expunere 60 min), letală 0,18 mg/l (60 min). Clasa de pericol 2. Aerosol ACID SULFURIC se poate forma în atmosferă ca urmare a emisiilor chimice și metalurgice. industriile care conțin oxizi de S și cad sub formă de ploaie acide.

Literatură: Manual de acid sulfuric, ed. K. M. Malina, ed. a II-a, M., 1971; Amelin A.G., Tehnologia acidului sulfuric, ed. a 2-a, M., 1983; Vasiliev B. T., Otvagina M. I., Tehnologia acidului sulfuric, M., 1985. Yu.V. Filatov.

Enciclopedie chimică. Volumul 4 >>

Proprietăți fizice

Acidul sulfuric pur 100% (monohidrat) este un lichid uleios incolor care se solidifică într-o masă cristalină la +10 °C. Acidul sulfuric reactiv are de obicei o densitate de 1,84 g/cm3 și conține aproximativ 95% H2SO4. Se întărește doar sub -20 °C.

Punctul de topire al monohidratului este de 10,37 °C cu o căldură de fuziune de 10,5 kJ/mol. În condiții normale, este un lichid foarte vâscos cu o constantă dielectrică foarte mare (e = 100 la 25 °C). Minor propriu disociere electrolitică monohidratul curge în paralel în două direcţii: [H 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2·10 -4 şi [H 3 O + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4·10 -5 . Compoziția sa ionică moleculară poate fi caracterizată aproximativ prin următoarele date (în%):

H 2 SO 4 HSO 4 - H 3 SO 4 + H 3 O + HS 2 O 7 - H 2 S 2 O 7

99,50,180,140,090,050,04

Când se adaugă chiar și cantități mici de apă, disocierea devine predominantă conform schemei: H 2 O + H 2 SO 4<==>H3O++ + HSO4-

Proprietăți chimice

H2SO4 este un acid dibazic puternic.

H2SO4<-->H + + H SO 4 -<-->2H + + SO 4 2-

Primul pas (pentru concentrații medii) duce la o disociere de 100%:

K2 = ( ) / = 1,2 10-2

1) Interacțiunea cu metalele:

a) acidul sulfuric diluat dizolvă numai metalele din seria de tensiune din stânga hidrogenului:

Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (diluat) --> Zn + 2 SO 4 + H 2 O

b) H2+6SO4 concentrat - un oxidant puternic; atunci când interacționează cu metale (cu excepția Au, Pt) poate fi redus la S +4 O 2, S 0 sau H 2 S -2 (Fe, Al, Cr, de asemenea, nu reacţionează fără încălzire - sunt pasivați):

• 2Ag 0 + 2H 2 +6 SO 4 --> Ag 2 + 1 SO 4 + S + 4 O 2 + 2H 2 O
• 8Na 0 + 5H 2 +6 SO 4 --> 4Na 2 +1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O
• 2) H 2 S + 6 O 4 concentrat reacționează atunci când este încălzit cu unele nemetale datorită proprietăților sale puternice de oxidare, transformându-se în compuși cu sulf cu o stare de oxidare inferioară (de exemplu, S +4 O 2):

C 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) --> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S + 6 O 4 (conc) --> 3S + 4 O 2 + 2H 2 O

• 2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (conc) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O
• 3) cu oxizi bazici:

CuO + H2S04 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu2+ + H2O

4) cu hidroxizi:

H2S04 + 2NaOH --> Na2S04 + 2H2O

H + + OH - --> H2O

H2S04 + Cu(OH)2 --> CuS04 + 2H2O

• 2H + + Cu(OH)2 --> Cu2+ + 2H2O
• 5) reacții de schimb cu săruri:

BaCI2 + H2S04 --> BaS04 + 2HCI

Ba2+ + SO42- --> BaSO4

Formarea unui precipitat alb de BaSO 4 (insolubil în acizi) este utilizată pentru a identifica acidul sulfuric și sulfații solubili.

MgC03 + H2SO4 --> MgS04 +H2O + CO2H2CO3

Monohidratul (acid sulfuric pur, 100%) este un solvent ionizant de natură acidă. Sulfații multor metale se dizolvă bine în ea (transformându-se în bisulfați), în timp ce sărurile altor acizi se dizolvă, de regulă, numai dacă pot fi solvolizate (transformându-se în bisulfați). Acid azotic se comportă în monohidrat ca o bază slabă HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - percloric - ca acid foarte slab H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 - Acizii fluorosulfonic și clorosulfonic sunt acizi ceva mai puternici (HSO 3 F > HSO3CI > HClO4). Monohidratul dizolvă bine multe substanțe organice care conțin atomi cu perechi de electroni singuri (capabile să atașeze un proton). Unele dintre ele pot fi apoi izolate înapoi neschimbate prin simpla diluare a soluției cu apă. Monohidratul are o constantă crioscopică ridicată (6,12°) și este uneori folosit ca mediu pentru determinarea greutăților moleculare.

H2SO4 concentrat este un agent oxidant destul de puternic, mai ales atunci când este încălzit (de obicei este redus la SO2). De exemplu, oxidează HI și parțial HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni. Multe metale sunt, de asemenea, oxidate de acesta - Cu, Hg etc. (în timp ce aurul și platina sunt stabile în raport cu H 2 SO 4). Deci interacțiunea cu cuprul urmează ecuația:

Cu + 2 H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

Acţionând ca un agent de oxidare, acidul sulfuric este de obicei redus la SO2. Cu toate acestea, cu cei mai puternici agenți reducători poate fi redus la S și chiar H 2 S. Acidul sulfuric concentrat reacționează cu hidrogenul sulfurat conform ecuației:

H2S04 + H2S = 2H2O + SO2 + S

Trebuie remarcat faptul că este, de asemenea, redus parțial cu hidrogenul gazos și, prin urmare, nu poate fi folosit pentru uscare.

Orez. 13.

Dizolvarea acidului sulfuric concentrat în apă este însoțită de o eliberare semnificativă de căldură (și de o scădere ușoară a volumului total al sistemului). Monohidratul aproape nu conduce curentul electric. Dimpotrivă, soluțiile apoase de acid sulfuric sunt buni conductori. După cum se poate observa în Fig. 13, aproximativ 30% acid are conductivitate electrică maximă. Minimul curbei corespunde hidratului cu compoziţia H 2 SO 4 · H 2 O.

Degajarea de căldură la dizolvarea monohidratului în apă este (în funcție de concentrația finală a soluției) de până la 84 kJ/mol H 2 SO 4. Dimpotrivă, amestecând acid sulfuric 66%, prerăcit la 0 °C, cu zăpadă (1:1 în greutate), se poate realiza o scădere a temperaturii până la -37 °C.

Modificarea densității soluțiilor apoase de H2SO4 cu concentrația sa (% în greutate) este prezentată mai jos:

După cum se poate observa din aceste date, determinarea prin densitate a concentrației de acid sulfuric peste 90 wt. % devine foarte inexact. Presiunea vaporilor de apă peste soluțiile de H2SO4 de diferite concentrații la diferite temperaturi este prezentată în Fig. 15. Acidul sulfuric poate acționa ca un desicant numai atâta timp cât presiunea vaporilor de apă deasupra soluției sale este mai mică decât presiunea sa parțială în gazul care se usucă.

Orez. 15.

Orez. 16. Punctele de fierbere peste soluții de H2SO4. soluţii de H2SO4.

Când se fierbe o soluție diluată de acid sulfuric, apa este distilată din ea, iar punctul de fierbere crește până la 337 ° C, când 98,3% de H 2 SO 4 începe să se distileze (Fig. 16). Dimpotrivă, excesul de anhidridă sulfurică se evaporă din soluții mai concentrate. Vaporii acidului sulfuric care fierb la 337 °C sunt parțial disociați în H2O și SO3, care se recombină la răcire. Punctul de fierbere ridicat al acidului sulfuric îi permite să fie utilizat pentru a separa acizii foarte volatili de sărurile lor atunci când este încălzit (de exemplu, HCl de NaCl).

Chitanță

Monohidratul poate fi obținut prin cristalizarea acidului sulfuric concentrat la -10 °C.

Producerea acidului sulfuric.

• etapa 1. Cuptor pentru arderea piritelor.
• 4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Procesul este eterogen:

• 1) pirita de fier de măcinat (pirită)
• 2) metoda „pat fluidizat”.
• 3) 800°C; îndepărtarea excesului de căldură
• 4) creșterea concentrației de oxigen în aer
• a 2-a etapă. După curățare, uscare și schimb de căldură, dioxidul de sulf intră în aparatul de contact, unde este oxidat în anhidridă sulfurică (450°C - 500°C; catalizator V 2 O 5):
• 2SO2 + O2
• a 3-a etapă. Turn de absorbție:

nSO 3 + H 2 SO 4 (conc) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (oleum)

Apa nu poate fi folosită din cauza formării de ceață. Se folosesc duze ceramice și principiul în contracurent.

Aplicație.

Tine minte! Acidul sulfuric trebuie turnat în apă în porții mici și nu invers. În caz contrar, poate apărea o reacție chimică violentă, ducând la arsuri grave.

Acidul sulfuric este unul dintre produsele principale ale industriei chimice. Folosit pentru producerea de îngrășăminte minerale (superfosfat, sulfat de amoniu), diferiți acizi și săruri, medicamente și detergenti, coloranți, fibre artificiale, explozivi. Este folosit în metalurgie (descompunerea minereurilor, de exemplu uraniu), pentru purificarea produselor petroliere, ca desicant etc.

Practic este important ca acidul sulfuric foarte puternic (peste 75%) să nu aibă efect asupra fierului. Acest lucru îi permite să fie depozitat și transportat în rezervoare de oțel. Dimpotrivă, H 2 SO 4 diluat dizolvă ușor fierul cu eliberarea de hidrogen. Proprietățile oxidante nu sunt deloc caracteristice acestuia.

Acidul sulfuric puternic absoarbe umiditatea și, prin urmare, este adesea folosit pentru a usca gazele. Din multe materie organică conținând hidrogen și oxigen, ia apa, care este adesea folosită în tehnologie. Acest lucru (precum și proprietățile oxidante ale H 2 SO 4 puternic) este asociat cu efectul său distructiv asupra țesuturilor vegetale și animale. Acidul sulfuric care ajunge accidental pe piele sau pe rochie în timpul lucrului trebuie spălat imediat. o cantitate mare apă, apoi umeziți zona afectată cu o soluție de amoniac diluată și clătiți din nou cu apă.

Trioxidul de sulf apare de obicei ca un lichid incolor. Poate exista și sub formă de gheață, cristale fibroase sau gaz. Când trioxidul de sulf este expus la aer, începe să se elibereze fum alb. Este o componentă a unei astfel de substanțe chimice active precum acidul sulfuric concentrat. Este un lichid limpede, incolor, uleios și foarte agresiv. Este folosit în producția de îngrășăminte, explozivi, alți acizi, în industria petrolului și în bateriile plumb-acid din mașini.

Acid sulfuric concentrat: proprietăți

Acidul sulfuric este foarte solubil în apă, are un efect coroziv asupra metalelor și țesăturilor și carbonizează lemnul și majoritatea altor substanțe organice la contact. Efectele adverse asupra sănătății prin inhalare pot apărea ca urmare a expunerii pe termen lung la concentrații scăzute ale substanței sau a expunerii pe termen scurt la concentrații mari.

Acidul sulfuric concentrat este folosit pentru a produce îngrășăminte și alte substanțe chimice, în rafinarea petrolului, în producția de fier și oțel și în multe alte scopuri. Deoarece are un punct de fierbere destul de ridicat, poate fi folosit pentru a elibera mai mulți acizi volatili din sărurile lor. Acidul sulfuric concentrat are o proprietate higroscopică puternică. Este folosit uneori ca agent de uscare pentru deshidratare (eliminarea apei metoda chimica) mulți compuși, cum ar fi carbohidrații.

Reacții cu acid sulfuric

Acidul sulfuric concentrat reacționează cu zahărul într-un mod neobișnuit, lăsând în urmă o masă neagră fragilă, spongioasă de carbon. O reacție similară se observă atunci când este expus la piele, celuloză și alte fibre vegetale și animale. Când acidul concentrat este amestecat cu apă, se produce un numar mare de căldură suficientă pentru fierbere instantanee. Pentru a se dilua, trebuie adăugat încet în apă rece cu amestecare constantă pentru a limita acumularea de căldură. Acidul sulfuric reacționează cu lichidul, formând hidrați cu proprietăți pronunțate.

caracteristici fizice

Un lichid incolor și inodor într-o soluție diluată are un gust acru. Acidul sulfuric este extrem de agresiv atunci când este expus la piele și toate țesuturile corpului, provocând arsuri grave la contactul direct. În forma sa pură, H 2 SO4 nu este un conductor de electricitate, dar situația se schimbă în sens invers odată cu adăugarea de apă.

Unele proprietăți sunt că greutatea moleculară este de 98,08. Punctul de fierbere este de 327 de grade Celsius, punctul de topire -2 grade Celsius. Acidul sulfuric este un acid mineral puternic și unul dintre principalele produse ale industriei chimice datorită aplicațiilor sale comerciale largi. Se formează în mod natural din oxidarea materialelor sulfurate, cum ar fi sulfura de fier.

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric (H 2 SO4) se manifestă în diferite reacții chimice:

1. Când interacționează cu alcalii, se formează două serii de săruri, inclusiv sulfați.
2. Reacționează cu carbonați și bicarbonați pentru a forma săruri și dioxid de carbon(CO2).
3. Afectează diferit metalele, în funcție de temperatură și gradul de diluție. Rece și diluat eliberează hidrogen, fierbinte și concentrat eliberează emisii de SO2.
4. O soluție de H 2 SO 4 (acid sulfuric concentrat) se descompune în trioxid de sulf (SO 3) și apă (H 2 O) când este fiert. Proprietățile chimice includ și rolul unui agent oxidant puternic.

Pericol de incendiu

Acidul sulfuric este foarte reactiv pentru a aprinde materiale combustibile fin dispersate la contact. Când sunt încălzite, încep să se elibereze gaze foarte toxice. Este exploziv și incompatibil cu o sumă imensă substante. La temperaturi și presiuni ridicate pot apărea modificări și deformații chimice destul de agresive. Poate reacționa violent cu apa și alte lichide, provocând stropire.

Pericol pentru sanatate

Acidul sulfuric corodează toate țesuturile corpului. Inhalarea vaporilor poate provoca leziuni pulmonare grave. Deteriorarea membranei mucoase a ochilor poate duce la pierderea completă a vederii. Contactul cu pielea poate provoca necroză severă. Chiar și câteva picături pot fi fatale dacă acidul are acces în trahee. Expunerea cronică poate provoca traheobronșită, stomatită, conjunctivită, gastrită. Pot apărea perforații gastrice și peritonită, însoțite de colaps circulator. Acidul sulfuric este foarte caustic și trebuie manipulat cu grijă extremă. Semnele și simptomele expunerii pot fi severe și includ salivare, sete extremă, dificultăți la înghițire, durere, șoc și arsuri. Vărsăturile sunt de obicei de culoarea cafelei măcinate. Expunerea acută prin inhalare poate duce la strănut, răgușeală, sufocare, laringită, dificultăți de respirație, iritarea căilor respiratorii și dureri în piept. De asemenea, pot apărea sângerări din nas și gingii, edem pulmonar, bronșită cronică și pneumonie. Expunerea pielii poate duce la arsuri dureroase severe și dermatită.

Prim ajutor

1. Așezați victimele Aer proaspat. Personalul serviciilor de urgență trebuie să evite expunerea la acid sulfuric.
2. Evaluați semnele vitale, inclusiv pulsul și frecvența respiratorie. Dacă nu este detectat un puls, efectuați măsuri de resuscitare în funcție de leziunile suplimentare primite. Dacă respirația este dificilă, asigurați-vă sprijin respirator.
3. Scoateți hainele murdare cât mai curând posibil.
4. În caz de contact cu ochii, clătiți cu apă caldă timp de cel puțin 15 minute; pe piele, spălați cu apă și săpun.
5. Dacă inhalați vapori toxici, clătiți-vă gura cu multă apă; nu beți și nu vă provocați vărsăturile.
6. Transportați victimele la o unitate medicală.

DEFINIȚIE

Anhidru acid sulfuric este un lichid greu, vâscos, care este ușor miscibil cu apa în orice proporție: interacțiunea este caracterizată printr-un efect exotermic extrem de mare (~880 kJ/mol la diluție infinită) și poate duce la fierbere explozivă și stropire a amestecului dacă apa este adăugat la acid; De aceea este atât de important să inversați întotdeauna ordinea în prepararea soluțiilor și să adăugați acidul în apă, încet și amestecând.

Unele proprietăți fizice ale acidului sulfuric sunt prezentate în tabel.

H2SO4 anhidru este un compus remarcabil cu o constantă dielectrică neobișnuit de mare și o conductivitate electrică foarte mare, care se datorează autodisocierii ionice (autoprotoliza) a compusului, precum și unui mecanism de conducere cu releu de transfer de protoni care permite curentului electric să curgă printr-un lichid vâscos. cu un număr mare de legături de hidrogen.

Tabelul 1. Proprietățile fizice ale acidului sulfuric.

Prepararea acidului sulfuric

Acidul sulfuric este cel mai important produs chimic industrial și cel mai ieftin acid produs în volum mare oriunde în lume.

Acidul sulfuric concentrat („ulei de vitriol”) a fost obținut mai întâi prin încălzirea „vitriolului verde” FeSO 4 × nH 2 O și a fost consumat în cantități mari pentru a produce Na 2 SO 4 și NaCl.

ÎN proces modern Pentru a produce acid sulfuric, se folosește un catalizator constând din oxid de vanadiu (V) cu adăugare de sulfat de potasiu pe un purtător de dioxid de siliciu sau kieselguhr. Dioxidul de sulf SO2 este produs prin arderea sulfului pur sau prin prăjirea minereului sulfurat (în primul rând pirită sau minereuri de Cu, Ni și Zn) în procesul de extracție a acestor metale.SO2 este apoi oxidat la trioxid, iar apoi acidul sulfuric se obține prin dizolvare în apă:

S + O2 → S02 (AH 0 - 297 kJ/mol);

S02 + ½ O2 → S03 (AH0 - 9,8 kJ/mol);

S03 + H20 → H2S04 (AH 0 - 130 kJ/mol).

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric

Acidul sulfuric este un acid dibazic puternic. În prima etapă, în soluții de concentrație scăzută, se disociază aproape complet:

H2S04↔H++ + HSO4-.

Etapa a doua disociere

HSO 4 — ↔H + + SO 4 2-

apare într-o măsură mai mică. Constanta de disociere a acidului sulfuric în a doua etapă, exprimată în termeni de activitate ionică, K 2 = 10 -2.

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

Acidul sulfuric absoarbe cu lăcomie vaporii de apă și, prin urmare, este adesea folosit pentru a usca gazele. Capacitatea de absorbție a apei explică și carbonizarea multor substanțe organice, în special a celor aparținând clasei de carbohidrați (fibre, zahăr etc.), atunci când sunt expuse la acid 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 fierbinte, este un agent oxidant puternic. oxidează HI și HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni, cărbunele la CO2, sulful la SO2. Aceste reacții sunt exprimate prin ecuațiile:

8HI + H2S04 = 4I2 + H2S + 4H20;

2HBr + H2S04 = Br2 + S02 + 2H20;

C + 2H2S04 = CO2 + 2S02 + 2H20;

S + 2H2S04 = 3S02 + 2H2O.

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

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2.

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

Acidul sulfuric concentrat este un agent oxidant datorat sulfului (VI). Oxidează metalele din domeniul de tensiune până la argint inclusiv. Produsele reducerii sale pot varia în funcție de activitatea metalului și de condiții (concentrație de acid, temperatură). Când interacționați cu puțin metale active, de exemplu cu cupru, acidul se reduce la SO 2:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O.

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 zincul, pot apărea următoarele reacții:

Zn + 2H2S04 = ZnS04 + S02 + 2H20;

3Zn + 4H2S04 = 3ZnS04 + S↓ + 4H20;

4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O.

Aplicarea acidului sulfuric

Utilizarea acidului sulfuric variază de la o țară la alta și de la un deceniu la altul. De exemplu, în SUA, principala zonă de consum de H 2 SO 4 este în prezent producția de îngrășăminte (70%), urmată de producție chimică, metalurgie, rafinarea petrolului (~5% în fiecare zonă). În Marea Britanie, distribuția consumului pe industrie este diferită: doar 30% din H2SO4 produs este utilizat în producția de îngrășăminte, dar 18% se îndreaptă către vopsele, pigmenți și semiproduse din producția de coloranți, 16% la producția chimică, 12 % pentru producția de săpunuri și detergenți, 10% pentru producția de fibre naturale și artificiale și 2,5% este utilizat în metalurgie.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Determinați masa de acid sulfuric care poate fi obținută dintr-o tonă de pirit dacă randamentul de oxid de sulf (IV) în reacția de prăjire este de 90%, iar oxidul de sulf (VI) în oxidarea catalitică a sulfului (IV) este de 95% de teoretic.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția de ardere a piritei: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Să calculăm cantitatea de substanță pirita: n(FeS2) = m(FeS2) / M(FeS2); M(FeS2) = Ar(Fe) + 2×Ar(S) = 56 + 2×32 = 120g/mol; n(FeS 2) = 1000 kg / 120 = 8,33 kmoli. Deoarece în ecuația de reacție coeficientul pentru dioxidul de sulf este de două ori mai mare decât coeficientul pentru FeS 2, atunci cantitatea teoretic posibilă de substanță oxid de sulf (IV) este egală cu: n(SO2) teor = 2 ×n(FeS2) = 2 ×8,33 = 16,66 kmoli. Iar cantitatea de moli de oxid de sulf (IV) obținută practic este: n(SO 2) pract = η × n(SO 2) teor = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Să scriem ecuația de reacție pentru oxidarea oxidului de sulf (IV) la oxid de sulf (VI): 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Cantitatea teoretic posibilă de oxid de sulf (VI) este egală cu: n(SO 3) teor = n(SO 2) pract = 15 kmoli. Iar cantitatea obținută practic de moli de oxid de sulf (VI) este: n(SO 3) pract = η × n(SO 3) teor = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Să scriem ecuația reacției pentru producerea acidului sulfuric: SO3 + H2O = H2SO4. Să aflăm cantitatea de acid sulfuric: n(H2S04) = n(S03) pract = 14,25 kmoli. Randamentul de reacție este de 100%. Masa acidului sulfuric este egală cu: m(H2S04) = n(H2S04) × M(H2S04); M(H2S04) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m(H2SO4) = 14,25 × 98 = 1397 kg.
Răspuns	Masa acidului sulfuric este de 1397 kg

Fiecare persoană a studiat acizii la lecțiile de chimie. Unul dintre ele se numește acid sulfuric și este denumit HSO4. Articolul nostru vă va spune despre proprietățile acidului sulfuric.

Proprietățile fizice ale acidului sulfuric

Acidul sulfuric pur sau monohidratul este un lichid uleios incolor care se solidifică într-o masă cristalină la o temperatură de +10°C. Acidul sulfuric destinat reacțiilor conține 95% H 2 SO 4 și are o densitate de 1,84 g/cm 3. 1 litru de astfel de acid cântărește 2 kg. Acidul se intareste la o temperatura de -20°C. Căldura de fuziune este de 10,5 kJ/mol la o temperatură de 10,37°C.

Proprietățile acidului sulfuric concentrat sunt variate. De exemplu, atunci când acest acid este dizolvat în apă, o cantitate mare de căldură (19 kcal/mol) va fi eliberată din cauza formării hidraților. Acești hidrați pot fi izolați din soluție la temperaturi scăzute sub formă solidă.

Acidul sulfuric este unul dintre cele mai de bază produse din industria chimică. Este destinat producerii de îngrășăminte minerale (sulfat de amoniu, superfosfat), diverse săruri și acizi, detergenți și medicamente, fibre artificiale, coloranți, explozivi. Acidul sulfuric este folosit și în metalurgie (de exemplu, descompunerea minereurilor de uraniu), pentru purificarea produselor petroliere, pentru uscarea gazelor etc.

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric sunt:

1. Interacțiunea cu metalele:
   • acidul diluat dizolvă numai acele metale care sunt la stânga hidrogenului în seria de tensiune, de exemplu H 2 +1 SO 4 + Zn 0 = H 2 O + Zn + 2 SO 4;
   • Proprietățile oxidante ale acidului sulfuric sunt mari. Când interacționează cu diferite metale (cu excepția Pt, Au), acesta poate fi redus la H 2 S -2, S +4 O 2 sau S 0, de exemplu:
   • 2H2+6S04 + 2Ag0 = S +4O2 + Ag2+1S04 + 2H20;
   • 5H2+6S04+8Na0 = H2S-2 + 4Na2+1S04 + 4H20;
2. Acidul concentrat H 2 S +6 O 4 reacționează de asemenea (când este încălzit) cu unele nemetale, transformându-se în compuși ai sulfului cu o stare de oxidare mai scăzută, de exemplu:
   • 2H2S +6O4 + C0 = 2S +4O2 + C +4O2 + 2H2O;
   • 2H2S +6O4 + S0 = 3S +4O2 + 2H2O;
   • 5H2S +6O4 + 2P0 = 2H3P +5O4 + 5S +4O2 + 2H2O;
3. Cu oxizi bazici:
   • H2S04 + CuO = CuS04 + H20;
4. Cu hidroxizi:
   • Cu(OH)2 + H2S04 = CuS04 + 2H20;
   • 2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20;
5. Interacțiunea cu sărurile în timpul reacțiilor metabolice:
   • H2S04 + BaCI2 = 2HCI + BaS04;

Formarea BaS04 (un precipitat alb insolubil în acizi) este utilizată pentru a determina acest acid și sulfații solubili.

Monohidratul este un solvent ionizant de natură acidă. Este foarte bine să dizolvați sulfații multor metale în ea, de exemplu:

• 2H2S04 + HNO3 = NO2 + + H3O + + 2HS04-;
• HCI04 + H2S04 = Cl04- + H3S04 +.

Acidul concentrat este un agent oxidant destul de puternic, mai ales atunci când este încălzit, de exemplu 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

Acţionând ca un agent de oxidare, acidul sulfuric este de obicei redus la SO2. Dar poate fi redus la S și chiar la H 2 S, de exemplu H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

Monohidratul cu greu poate conduce electricitate. În schimb, soluțiile apoase de acid sunt buni conductori. Acidul sulfuric absoarbe puternic umezeala, de aceea este folosit pentru a usca diferite gaze. Ca desicant, acidul sulfuric acționează atâta timp cât presiunea vaporilor de apă deasupra soluției sale este mai mică decât presiunea sa în gazul care este uscat.

Dacă fierbeți o soluție diluată de acid sulfuric, atunci apa va fi îndepărtată din ea, iar punctul de fierbere va crește la 337 ° C, de exemplu, atunci când încep să distileze acid sulfuric la o concentrație de 98,3%. Dimpotrivă, din soluții mai concentrate, excesul de anhidridă sulfurică se evaporă. Aburul acidului care fierbe la o temperatură de 337°C se descompune parțial în SO3 și H20, care se vor combina din nou la răcire. Punctul de fierbere ridicat al acestui acid este potrivit pentru utilizarea sa la separarea acizilor foarte volatili din sărurile lor atunci când sunt încălzite.

Precauții la lucrul cu acid

Când manipulați acidul sulfuric, trebuie să fiți extrem de atenți. Când acest acid ajunge pe piele, pielea devine albă, apoi apare maroniu și roșeață. Țesuturile din jur se umflă. Dacă acest acid ajunge pe orice parte a corpului, trebuie spălat rapid cu apă, iar zona arsă trebuie lubrifiată cu o soluție de sifon.

Acum știți că acidul sulfuric, ale cărui proprietăți au fost bine studiate, este pur și simplu de neînlocuit pentru o varietate de producție și extracție minerală.