Rikkihappo H2S04, moolimassa 98,082; väritön öljyinen, hajuton. Erittäin vahva dihappo, 18°C ​​s K a 1-2,8, K2 1,2 10-2, pK a 2 1,92; sidospituudet S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kulma HOSOH 104°, OSO 119°; kiehuu hajoamalla, jolloin muodostuu (98,3 % H 2 SO 4 ja 1,7 % H 2 O, kiehumispiste 338,8 °C; katso myös taulukko 1). Rikkihappo, joka vastaa 100 % H 2SO 4 -pitoisuutta, sen koostumus (%): H 2 SO 4 99,5 %, HSO 4 - 0,18 %, H 3 SO 4 + 0,14 %, H 3 O + 0 09 %, H 2 S 207 0,04 %, HS 2O 7 0,05 %. Sekoitetaan SO 3:n kanssa kaikissa suhteissa. Vesiliuoksissa rikkihappo dissosioituu lähes täysin H+:ksi, HSO 4- ja SO 4 2-:ksi. Muodostaa H 2 SO 4 · n H2O, missä n=1, 2, 3, 4 ja 6,5.

SO 3 -liuoksia rikkihapossa kutsutaan oleumiksi, ne muodostavat kaksi yhdistettä H 2 SO 4 SO 3 ja H 2 SO 4 2SO 3. Oleum sisältää myös pyrorikkihappoa, jota saadaan reaktiolla: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7 .

Rikkihapon saaminen

Raaka-aine vastaanottamiseen rikkihappo toimivat: S, metallisulfidit, H 2 S, lämpövoimalaitosjätteet, Fe, Ca, jne. sulfaatit. rikkihappo 1) raaka-aineet SO 2:n saamiseksi; 2) S02 S03:ksi (konversio); 3) SO3. Teollisuudessa käytetään kahta menetelmää saada rikkihappo eroavat SO 2:n hapettumistavassa - kosketus kiinteitä katalyyttejä (koskettimia) käyttäen ja typpioksidi - typen oksidien kanssa. Saadakseen rikkihappo Nykyaikaiset tehtaat käyttävät kontaktimenetelmässä vanadiinikatalyyttejä, jotka ovat syrjäyttäneet Pt- ja Fe-oksidit. Puhtaalla V 2 O 5:llä on heikko katalyyttinen aktiivisuus, joka kasvaa jyrkästi alkalimetallien läsnä ollessa, ja K-suoloilla on suurin vaikutus.. 7 V 2 O 5 ja K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 hajoavat 315-330 °C:ssa , 365-380 ja 400-405 °C, vastaavasti). Katalyysissä oleva aktiivinen komponentti on sulassa tilassa.

Kaavio S02:n hapettamiseksi S03:ksi voidaan esittää seuraavasti:

Ensimmäisessä vaiheessa saavutetaan tasapaino, toinen vaihe on hidas ja määrittää prosessin nopeuden.

Tuotanto rikkihappo rikistä kaksoiskosketus- ja kaksoisabsorptiomenetelmällä (kuva 1) koostuu seuraavista vaiheista. Pölystä puhdistuksen jälkeen ilma johdetaan kaasupuhaltimella kuivaustorniin, jossa se kuivataan 93-98 %. rikkihappo kosteuspitoisuuteen 0,01 tilavuusprosenttia. Kuivattu ilma tulee rikkiuuniin esilämmityksen jälkeen jossakin kosketusyksikön lämmönvaihtimissa. Rikki poltetaan uunissa, syötetään suuttimilla: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Kaasu, joka sisältää 10-14 tilavuusprosenttia SO 2:ta, jäähdytetään kattilassa ja sen jälkeen, kun se on laimennettu ilmalla SO 2 -pitoisuuteen 9-10 tilavuusprosenttia 420 °C:ssa, se menee kontaktilaitteeseen konversion ensimmäistä vaihetta varten, joka etenee kolmella katalyyttikerroksella (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), minkä jälkeen kaasu jäähdytetään lämmönvaihtimissa. Sitten kaasu, joka sisältää 8,5-9,5 % SO 3 200°C:ssa, menee ensimmäiseen absorptiovaiheeseen absorboijaan, kastellaan ja 98 %. rikkihappo: SO 3 + H 2O \u003d H 2SO 4 + 130,56 kJ. Sitten kaasua roisketaan. rikkihappo lämmitetään 420 °C:seen ja siirtyy konversion toiseen vaiheeseen virtaamalla kahdella katalyyttikerroksella. Ennen toista absorptiovaihetta kaasu jäähdytetään ekonomaiserissa ja syötetään toisen vaiheen vaimentimeen, joka on kasteltu 98 %:lla. rikkihappo ja sitten roiskeilta puhdistuksen jälkeen se vapautuu ilmakehään.

1 - rikkiuuni; 2 - hukkalämmön kattila; 3 - ekonomaiseri; 4 - käynnistysuuni; 5, 6 - käynnistysuunin lämmönvaihtimet; 7 - kosketinlaite; 8 - lämmönvaihtimet; 9 - oleumin absorboija; 10 - kuivaustorni; 11 ja 12, vastaavasti, ensimmäinen ja toinen monohydraattiabsorbentti; 13 - haponkerääjät.

1 - levyn syöttölaite; 2 - uuni; 3 - hukkalämmön kattila; 4 - syklonit; 5 - sähköstaattiset erottimet; 6 - pesutornit; 7 - märät sähkösuodattimet; 8 - puhallustorni; 9 - kuivaustorni; 10 - ruiskuloukku; 11 - ensimmäinen monohydraattiabsorberi; 12 - lämmönvaihtimet; 13 - kosketinlaite; 14 - oleumin absorboija; 15 - toinen monohydraattiabsorberi; 16 - jääkaapit; 17 - kokoelmat.

1 - denitraatiotorni; 2, 3 - ensimmäinen ja toinen tuotantotorni; 4 - hapetustorni; 5, 6, 7 - absorptiotornit; 8 - sähköstaattiset erottimet.

Tuotanto rikkihappo metallisulfideista (kuva 2) on paljon monimutkaisempi ja koostuu seuraavista toiminnoista. FeS 2:n pasuttaminen tapahtuu ilmasuihkuleijupetiuunissa: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Paahtokaasu, joka sisältää SO 2 13-14 %, jonka lämpötila on 900°C, tulee kattilaan, jossa se jäähdytetään 450°C:een. Pölynpoisto suoritetaan syklonissa ja sähkösuodattimessa. Seuraavaksi kaasu kulkee kahden pesutornin läpi, joita kastellaan 40 % ja 10 %. rikkihappo. Samalla kaasu lopulta puhdistetaan pölystä, fluorista ja arseenista. Kaasun puhdistamiseen aerosolista rikkihappo Pesutorneissa on kaksivaiheista märkää sähkösuodatinta. Kuivaustornissa kuivaamisen jälkeen, jota ennen kaasu laimennetaan 9 % SO 2 -pitoisuuteen, se syötetään puhaltimella ensimmäiseen konversiovaiheeseen (3 katalyyttipetiä). Lämmönvaihtimissa kaasu kuumennetaan 420°C:een ensimmäisestä konversiovaiheesta tulevan kaasun lämmön ansiosta. S03:ssa 92-95 %:iin hapetettu SO 2 menee ensimmäiseen imeytymisvaiheeseen oleum- ja monohydraattiabsorptioaineissa, missä se vapautuu SO 3 :sta. Seuraavaksi SO 2 - 0,5 % sisältävä kaasu menee toiseen konversiovaiheeseen, joka tapahtuu yhdellä tai kahdella katalyyttikerroksella. Kaasu lämmitetään alustavasti toisessa lämmönvaihdinryhmässä 420 °C:seen asti katalyysin toisesta vaiheesta tulevien kaasujen lämmön vuoksi. S03:n erotuksen jälkeen toisessa absorptiovaiheessa kaasu vapautuu ilmakehään.

S02:n konversioaste S03:ksi kontaktimenetelmässä on 99,7 %, S03:n absorptioaste on 99,97 %. Tuotanto rikkihappo suoritetaan yhdessä katalyysivaiheessa, kun taas S02:n konversioaste S03:ksi ei ylitä 98,5 %. Ennen kuin kaasu vapautetaan ilmakehään, se puhdistetaan jäljellä olevasta SO 2:sta (katso). Nykyaikaisten laitosten tuottavuus on 1500-3100 tonnia/vrk.

Typpipoistomenetelmän (kuva 3) olemus on, että paahtokaasu käsitellään jäähdytyksen ja pölynpoiston jälkeen ns. nitroosilla - rikkihappo jossa typen oksideja on liuennut. Nitroosi absorboi SO 2:ta ja hapettuu sitten: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Tuloksena oleva NO liukenee huonosti nitroosiin ja vapautuu siitä ja hapettuu sitten osittain hapen vaikutuksesta kaasufaasissa NO 2:ksi. NO:n ja NO 2:n seos imeytyy uudelleen rikkihappo jne. Typen oksideja ei kuluteta typpipitoisessa prosessissa ja ne palautetaan tuotantokiertoon niiden epätäydellisen imeytymisen vuoksi. rikkihappo pakokaasut kuljettavat ne osittain pois. Typpipitoisen menetelmän edut: laitteiston suunnittelun yksinkertaisuus, alhaisemmat kustannukset (10-15% alhaisemmat kuin kontaktimenetelmä), mahdollisuus 100% SO 2 -käsittelyyn.

Tornityppiprosessin instrumentointi on yksinkertainen: SO 2 käsitellään 7-8 vuoratussa tornissa, joissa on keraaminen tiiviste, joista yksi (ontto) on säädettävä hapetustilavuus. Torneissa on haponkerääjät, jääkaapit, pumput, jotka syöttävät happoa tornien yläpuolella oleviin painesäiliöihin. Kahden viimeisen tornin eteen on asennettu takatuuletin. Kaasun puhdistamiseen aerosolista rikkihappo toimii sähköstaattisena suodattimena. Prosessissa tarvittavat typen oksidit saadaan HNO 3 :sta. Typen oksidien päästöjen vähentämiseksi ilmakehässä ja 100 % SO 2 -prosessoinnissa tuotanto- ja absorptiovyöhykkeiden väliin asennetaan typpipitoinen SO 2 -käsittelysykli yhdistettynä vesi-happomenetelmään typen oksidien syväpysäykseen. Typpipitoisen menetelmän haittana on tuotteen heikko laatu: pitoisuus rikkihappo 75%, typen oksidien, Fe:n ja muiden epäpuhtauksien läsnäolo.

Kiteytymismahdollisuuden vähentämiseksi rikkihappo kuljetuksen ja varastoinnin aikana asetetaan standardit kaupallisille arvoille rikkihappo, jonka pitoisuus vastaa alhaisimpia kiteytyslämpötiloja. Sisältö rikkihappo teknisissä luokissa (%): torni (typpipitoinen) 75, kosketin 92,5-98,0, oleum 104,5, korkea-prosenttinen oleum 114,6, akku 92-94. rikkihappo varastoidaan terässäiliöihin, joiden tilavuus on enintään 5000 m 3, ja niiden varaston kokonaiskapasiteetti on suunniteltu kymmenen päivän tuotantoon. Oleum ja rikkihappo kuljetetaan rautateiden terässäiliöissä. Keskitetty ja akku rikkihappo kuljetetaan haponkestävissä terässäiliöissä. Oleumin kuljetussäiliöt peitetään lämpöeristyksellä ja oleumia lämmitetään ennen täyttöä.

Määritä rikkihappo kolorimetrisesti ja fotometrisesti, BaSO 4 -suspension muodossa - fototurbidimetrisesti sekä kulometrisellä menetelmällä.

Rikkihapon käyttö

Rikkihappoa käytetään mineraalilannoitteiden valmistuksessa, elektrolyyttinä lyijyakuissa, erilaisten mineraalihappojen ja suolojen, kemiallisten kuitujen, väriaineiden, savua muodostavien aineiden ja räjähteiden valmistukseen, öljy-, metalli-, tekstiili-, nahka- ja muut teollisuudenalat. Sitä käytetään teollisessa orgaanisessa synteesissä dehydraatioreaktioissa (dietyylieetterin, estereiden saanti), hydrataatiossa (etyleenistä etanoli), sulfonoinnissa (ja väriaineiden valmistuksen välituotteissa), alkyloinnissa (isooktaanin, polyetyleeniglykolin, kaprolaktaamin saaminen) jne. Suurin kuluttaja rikkihappo- kivennäislannoitteiden tuotanto. 1 tonnia kohti P 2 O 5 -fosfaattilannoitteita kuluu 2,2-3,4 tonnia rikkihappo ja 1 t (NH 4) 2SO 4 - 0,75 t rikkihappo. Siksi rikkihappotehtaita rakennetaan yleensä mineraalilannoitteiden tuotantolaitosten yhteyteen. Maailman tuotanto rikkihappo Vuonna 1987 se saavutti 152 miljoonaa tonnia.

Rikkihappo ja oleum - erittäin aggressiivisia aineita, jotka vaikuttavat hengitysteihin, ihoon, limakalvoihin, aiheuttavat hengitysvaikeuksia, yskää, usein - kurkunpäätulehdus, trakeiitti, keuhkoputkentulehdus jne. Rikkihappoaerosolin MPC työskentelyalueen ilmassa on 1,0 mg/m 3, ilmakehässä 0,3 mg/m 3 (maksimi kertaluonteinen) ja 0,1 mg/m 3 (vuorokausikeskiarvo). Hämmästyttävä höyryjen pitoisuus rikkihappo 0,008 mg/l (60 min altistus), tappava 0,18 mg/l (60 min). Vaaraluokka 2. Aerosoli rikkihappo voi muodostua ilmakehään kemian- ja metallurgisen teollisuuden päästöjen seurauksena, jotka sisältävät S:n oksideja, ja pudota pois happosateena.

Jokainen kemian luokassa opiskeli happoja. Yhtä niistä kutsutaan rikkihapoksi, ja sen nimi on HSO 4. Artikkelimme kertoo rikkihapon ominaisuuksista.

Rikkihapon fysikaaliset ominaisuudet

Puhdas rikkihappo tai monohydraatti on väritön öljymäinen neste, joka jähmettyy kiteiseksi massaksi +10°C:ssa. Reaktioihin tarkoitettu rikkihappo sisältää 95 % H2SO4:a ja sen tiheys on 1,84 g/cm 3 . 1 litra tällaista happoa painaa 2 kg. Happo kovettuu -20°C:ssa. Sulamislämpö on 10,5 kJ/mol lämpötilassa 10,37 °C.

Väkevän rikkihapon ominaisuudet vaihtelevat. Esimerkiksi kun tätä happoa liuotetaan veteen, vapautuu suuri määrä lämpöä (19 kcal / mol) hydraattien muodostumisen vuoksi. Nämä hydraatit voidaan eristää liuoksesta matalissa lämpötiloissa kiinteässä muodossa.

Rikkihappo on yksi kemianteollisuuden perustuotteista. Se on tarkoitettu mineraalilannoitteiden (ammoniumsulfaatti, superfosfaatti), erilaisten suolojen ja happojen, pesuaineiden ja lääkkeiden, tekokuitujen, väriaineiden, räjähteiden valmistukseen. Rikkihappoa käytetään myös metallurgiassa (esimerkiksi uraanimalmien hajottamiseen), öljytuotteiden puhdistukseen, kaasujen kuivaamiseen ja niin edelleen.

Rikkihapon kemialliset ominaisuudet

Rikkihapon kemialliset ominaisuudet ovat:

1. Vuorovaikutus metallien kanssa:
   • laimea happo liuottaa vain ne metallit, jotka ovat vedyn vasemmalla puolella jännitesarjassa, esimerkiksi H 2 +1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
   • rikkihapon hapettavat ominaisuudet ovat erinomaiset. Kun se on vuorovaikutuksessa eri metallien (paitsi Pt, Au) kanssa, se voidaan pelkistää H 2 S -2:ksi, S +4 O 2:ksi tai S 0:ksi, esimerkiksi:
   • 2H2+6S04+2Ag0 = S+402+Ag2+1S04+2H20;
   • 5H2+6S04+8Na0 \u003d H2S-2 + 4Na2+1S04+4H20;
2. Väkevä happo H 2 S +6 O 4 reagoi myös (kuumennettaessa) joidenkin ei-metallien kanssa samalla kun se muuttuu rikkiyhdisteiksi, joilla on alhaisempi hapetusaste, esimerkiksi:
   • 2H2S +604 + C0 = 2S +402 + C +402 + 2H20;
   • 2H2S +604 + S0 = 3S +402 + 2H20;
   • 5H2S +604 + 2P0 = 2H3P +504 + 5S +402 + 2H20;
3. Emäksisten oksidien kanssa:
   • H2S04 + CuO = CuS04 + H20;
4. Hydroksidien kanssa:
   • Cu(OH)2 + H2S04 = CuS04 + 2H20;
   • 2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20;
5. Vuorovaikutus suolojen kanssa vaihtoreaktioissa:
   • H 2SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;

BaSO 4:n muodostumista (valkoinen sakka, happoihin liukenematon) käytetään tämän hapon ja liukoisten sulfaattien määrittämiseen.

Monohydraatti on ionisoiva liuotin, jolla on hapan luonne. On erittäin hyvä liuottaa siihen monien metallien sulfaatteja, esimerkiksi:

• 2H 2SO 4 + HNO 3 \u003d NO 2 + + H 3O + + 2HSO 4-;
• HClO 4 + H 2 SO 4 \u003d ClO 4 - + H 3 SO 4 +.

Väkevä happo on varsinkin kuumennettaessa melko vahva hapetin, esimerkiksi 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

Hapettavana aineena toimiva rikkihappo pelkistyy tavallisesti S02:ksi. Mutta se voidaan pelkistää S:ksi ja jopa H2S:ksi, esimerkiksi H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

Monohydraatti ei läheskään voi johtaa sähköä. Sitä vastoin vesipitoiset happoliuokset ovat hyviä johtimia. Rikkihappo imee kosteutta voimakkaasti, joten sitä käytetään erilaisten kaasujen kuivaamiseen. Kuivausaineena rikkihappo toimii niin kauan kuin vesihöyryn paine sen liuoksen yläpuolella on pienempi kuin sen paine kuivattavassa kaasussa.

Jos laimeaa rikkihappoliuosta keitetään, vesi poistetaan siitä, kun taas kiehumispiste nousee 337 ° C: een, esimerkiksi kun rikkihappoa, jonka pitoisuus on 98,3%, aletaan tislata. Sitä vastoin liuoksista, jotka ovat väkevämpiä, ylimäärä rikkihappoanhydridiä haihtuu. Höyry, joka kiehuu 337 °C:n lämpötilassa, happo hajoaa osittain SO 3:ksi ja H 2 O:ksi, jotka jäähdytettäessä yhdistyvät jälleen. Tämän hapon korkea kiehumispiste sopii käytettäväksi haihtuvien happojen erottamiseen niiden suoloista kuumennettaessa.

Hapon käsittelyyn liittyvät varotoimet

Rikkihappoa käsiteltäessä on noudatettava erityistä varovaisuutta. Kun tämä happo joutuu kosketuksiin ihon kanssa, iho muuttuu valkoiseksi, sitten ruskehtavaksi ja punoitusta. Ympäröivä kudos turpoaa. Jos tämä happo joutuu kosketuksiin jonkin kehon osan kanssa, se on pestävä nopeasti pois vedellä ja palanut alue on voideltava soodaliuoksella.

Nyt tiedät, että rikkihappo, jonka ominaisuuksia on tutkittu hyvin, on yksinkertaisesti välttämätön erilaisissa tuotannossa ja kaivostoiminnassa.

MÄÄRITELMÄ

vedetön rikkihappo on raskas, viskoosi neste, joka sekoittuu helposti veteen missä tahansa suhteessa: vuorovaikutukselle on ominaista poikkeuksellisen suuri eksoterminen vaikutus (~880 kJ / mol äärettömällä laimennuksella) ja se voi johtaa seoksen räjähdysmäiseen kiehumiseen ja roiskumiseen, jos vettä lisätään happoon; siksi on niin tärkeää käyttää aina päinvastaista järjestystä liuosten valmistuksessa ja lisätä happoa veteen hitaasti ja sekoittaen.

Joitakin rikkihapon fysikaalisia ominaisuuksia on esitetty taulukossa.

Vedetön H 2 SO 4 on merkittävä yhdiste, jolla on epätavallisen korkea dielektrisyysvakio ja erittäin korkea sähkönjohtavuus, mikä johtuu yhdisteen ionisesta autodissosiaatiosta (autoprotolyysistä) sekä protoninsiirtoreleen johtamismekanismista, joka varmistaa sähkövirta viskoosin nesteen läpi, jossa on suuri määrä vetysidoksia.

Taulukko 1. Rikkihapon fysikaaliset ominaisuudet.

Rikkihapon saaminen

Rikkihappo on tärkein teollisuuskemikaali ja halvin kaikkialla maailmassa valmistettu bulkkihappo.

Väkevä rikkihappo ("vitrioliöljy") saatiin ensin kuumentamalla "vihreää vitriolia" FeSO 4 × nH 2 O:ta ja sitä käytettiin suuria määriä Na 2 SO 4:n ja NaCl:n saamiseksi.

Nykyaikainen rikkihapon valmistusprosessi käyttää katalyyttiä, joka koostuu vanadiini(V)oksidista, johon on lisätty kaliumsulfaattia piidioksidin tai piimaan kantoaineella. Rikkidioksidia SO 2 saadaan polttamalla puhdasta rikkiä tai pasuttamalla sulfidimalmia (pääasiassa rikkikiisua tai Cu-, Ni- ja Zn-malmeja) näiden metallien uuttamisprosessissa. Sitten SO 2 hapetetaan trioksidiksi ja sitten saadaan rikkihappoa veteen liukeneminen:

S + O 2 → S02 (AH 0 - 297 kJ/mol);

S02 + 1/202 → S03 (AH 0 - 9,8 kJ/mol);

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

Rikkihapon kemialliset ominaisuudet

Rikkihappo on vahva kaksiemäksinen happo. Ensimmäisessä vaiheessa pienipitoisuuksissa liuoksissa se dissosioituu lähes täydellisesti:

H 2SO 4 ↔H + + HSO 4-.

Dissosiaatio toisessa vaiheessa

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

etenee pienemmässä määrin. Rikkihapon dissosiaatiovakio toisessa vaiheessa ioniaktiivisuutena ilmaistuna K 2 = 10 -2.

Kaksiemäksisenä happona rikkihappo muodostaa kaksi sarjaa suoloja: keskipitkän ja hapan. Rikkihapon keskisuoloja kutsutaan sulfaatteiksi ja happamia suoloja kutsutaan hydrosulfaatteiksi.

Rikkihappo imee ahneesti vesihöyryä ja siksi sitä käytetään usein kaasujen kuivaamiseen. Veden imeytyskyky selittää myös monien orgaanisten aineiden hiiltymisen, erityisesti hiilihydraattien luokkaan kuuluvien (kuitu, sokeri jne.), kun ne joutuvat alttiiksi väkevälle rikkihapolle. Rikkihappo poistaa vetyä ja happea hiilihydraateista, jotka muodostavat vettä, ja hiiltä vapautuu hiilen muodossa.

Väkevä rikkihappo, erityisesti kuuma, on voimakas hapetin. Se hapettaa HI:n ja HBr:n (mutta ei HCl:n) vapaiksi halogeeneiksi, hiilen CO 2 :ksi, rikin SO 2 :ksi. Nämä reaktiot ilmaistaan ​​yhtälöillä:

8HI + H 2SO 4 \u003d 4I 2 + H 2S + 4H 2O;

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

C + 2H 2SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2O;

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

Rikkihapon vuorovaikutus metallien kanssa etenee eri tavalla sen pitoisuudesta riippuen. Laimea rikkihappo hapettuu vety-ioninsa kanssa. Siksi se on vuorovaikutuksessa vain niiden metallien kanssa, jotka ovat jännitteiden sarjassa vain vetyyn asti, esimerkiksi:

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

Lyijy ei kuitenkaan liukene laimeaan happoon, koska tuloksena oleva PbSO 4 -suola on liukenematon.

Väkevä rikkihappo on rikkin (VI) vuoksi hapettava aine. Se hapettaa metalleja jännitesarjassa hopeaan asti. Sen pelkistystuotteet voivat olla erilaisia ​​riippuen metallin aktiivisuudesta ja olosuhteista (happopitoisuus, lämpötila). Kun happo on vuorovaikutuksessa vähäaktiivisten metallien, kuten kuparin, kanssa, happo pelkistyy SO 2:ksi:

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

Vuorovaikutuksessa aktiivisempien metallien kanssa pelkistystuotteet voivat olla sekä dioksidia että vapaata rikkiä ja rikkivetyä. Esimerkiksi vuorovaikutuksessa sinkin kanssa voi tapahtua reaktioita:

Zn + 2H 2SO 4 \u003d ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2O;

3Zn + 4H2S04 = 3ZnS04 + S↓ + 4H20;

4Zn + 5H2SO4 \u003d 4ZnSO 4 + H2S + 4H2O.

Rikkihapon käyttö

Rikkihapon käyttö vaihtelee maittain ja vuosikymmenestä toiseen. Joten esimerkiksi Yhdysvalloissa H 2 SO 4 -kulutuksen pääalue on lannoitteiden tuotanto (70 %), jota seuraa kemian tuotanto, metallurgia, öljynjalostus (~ 5 % kullakin alueella). Isossa-Britanniassa kulutuksen jakautuminen toimialoittain on erilainen: vain 30 % tuotetusta H 2 SO 4 :sta käytetään lannoitteiden valmistukseen, mutta 18 % menee maaleihin, pigmentteihin ja väriainevälituotteisiin, 16 % kemikaalien tuotantoon, 12 %. saippuasta ja pesuaineista 10 % luonnon- ja tekokuitujen valmistukseen ja 2,5 % metallurgiaan.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele	Määritä rikkihapon massa, joka voidaan saada yhdestä tonnista rikkikiisua, jos rikkioksidin (IV) saanto pasutusreaktiossa on 90 % ja rikkioksidin (VI) saanto rikin (IV) katalyyttisessä hapetuksessa on 95 %. teoreettisesta.
Ratkaisu	Kirjoita reaktioyhtälö rikkikiisulle: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2O 3 + 8SO 2. Laske pyriittiaineen määrä: n(FeS2) = m(FeS2)/M(FeS2); M (FeS 2) \u003d Ar (Fe) + 2 × Ar (S) = 56 + 2 × 32 = 120 g / mol; n (FeS 2) \u003d 1000 kg / 120 \u003d 8,33 kmol. Koska reaktioyhtälössä rikkidioksidin kerroin on kaksi kertaa niin suuri kuin FeS 2:n kerroin, on rikkioksidin (IV) teoreettisesti mahdollinen määrä: n (SO 2) teoria \u003d 2 × n (FeS 2) \u003d 2 × 8,33 \u003d 16,66 kmol. Ja käytännössä saatu rikkioksidin (IV) moolimäärä on: n (SO 2) harjoitus \u003d η × n (SO 2) teoria \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol. Kirjoitetaan reaktioyhtälö rikkioksidin (IV) hapettumiselle rikkioksidiksi (VI): 2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3. Teoreettisesti mahdollinen rikkioksidiaineen (VI) määrä on: n(SO 3) teoria \u003d n (SO 2) harjoitus \u003d 15 kmol. Ja käytännössä saatu rikkioksidin (VI) moolimäärä on: n(SO 3) harjoitus \u003d η × n (SO 3) teoria \u003d 0,5 × 15 \u003d 14,25 kmol. Kirjoitamme rikkihapon valmistuksen reaktioyhtälön: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4. Selvitä rikkihappoaineen määrä: n (H 2 SO 4) \u003d n (SO 3) harjoitus \u003d 14,25 kmol. Reaktion saanto on 100 %. Rikkihapon massa on: m (H2S04) \u003d n (H2S04) × M (H2S04); M(H2S04) = 2 x Ar(H) + Ar(S) + 4 x Ar(O) = 2 x 1 + 32 + 4 x 16 = 98 g/mol; m (H 2 SO 4) \u003d 14,25 × 98 \u003d 1397 kg.
Vastaus	Rikkihapon massa on 1397 kg

Kirjoittaja Chemical Encyclopedia s.b. N.S. Zefirov

RIKKIHAPPO H2S04, molekyylipaino 98,082; väritön hajuton öljyinen neste. Erittäin vahva kaksiemäksinen happo, 18 °C:ssa pKa 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pKa 2 1,92; sidospituudet molekyylissä S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kulma HOSOH 104°, OSO 119°; kiehuu erilaisten kanssa muodostaen atseotrooppisen seoksen (98,3 % H 2 SO 4 ja 1,7 % H 2 O, kiehumispiste 338,8 °C; katso myös taulukko 1). Rikkihapon, joka vastaa 100 % H2S04-pitoisuutta, koostumus (%): H2S04 99,5, 0,18, 0,14, H3O + 0,09, H2S2O7 0,04, HS2O7 0,05. Sekoittuu veden ja SO 3:n kanssa kaikissa suhteissa. Vesiliuoksissa RIKKIHAPPO on lähes täysin dissosioitunut H+:ksi ja . Muodostaa hydraatteja H2SO4nH20, jossa n = 1, 2, 3, 4 ja 6,5.

SO 3 -liuoksia rikkihapossa kutsutaan oleumiksi, ne muodostavat kaksi yhdistettä H 2 SO 4 SO 3 ja H 2 SO 4 2SO 3. Oleum sisältää myös pyrorikkihappoa, joka saadaan reaktiolla: H 2 SO 4 + + SO 3: H 2 S 2 O 7.

Rikkihapon vesiliuosten kiehumispiste kohoaa sen pitoisuuden kasvaessa ja saavuttaa maksiminsa 98,3 % H 2 SO 4 -pitoisuudessa (taulukko 2). Oleumin kiehumispiste laskee SO 3 -pitoisuuden kasvaessa. Rikkihapon vesiliuosten pitoisuuden kasvaessa liuosten kokonaishöyrynpaine laskee ja saavuttaa 98,3 %:n H 2 SO 4 -pitoisuudella minimin. Kun SO 3 -pitoisuus oleumissa kasvaa, sen yläpuolella oleva kokonaishöyrynpaine kasvaa. Höyrynpaine rikkihapon c ja oleumin vesiliuoksiin voidaan laskea yhtälöllä: lgp (Pa) \u003d A - B / T + 2,126, kertoimien A ja B arvot riippuvat RIKKIHAPON pitoisuus c. RIKKIHAPON vesiliuosten päällä oleva höyry c. koostuu vesihöyryn, H 2 SO 4:n ja SO 3:n seoksesta, kun taas höyryn koostumus eroaa nesteen koostumuksesta kaikilla rikkihapon pitoisuuksilla c., lukuun ottamatta vastaavaa atseotrooppista seosta.

Lämpötilan noustessa H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 - Q:n dissosiaatio kasvaa, tasapainovakion lämpötilariippuvuuden yhtälö 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 . Normaalipaineessa dissosiaatioaste: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K). 100 % RIKKIHAPON tiheys voidaan määrittää yhtälöllä: d = 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 g / cm 3. Rikkihappoliuosten pitoisuuden kasvaessa niiden lämpökapasiteetti laskee ja saavuttaa 100 % RIKKIHAPON minimin, kun taas oleumin lämpökapasiteetti kasvaa SO 3 -pitoisuuden kasvaessa.

Pitoisuuden kasvaessa ja lämpötilan laskussa lämmönjohtavuus l laskee: l \u003d 0,518 + 0,0016t - (0,25 + + t / 1293) C / 100, missä C on RIKKIHAPON pitoisuus c., % . Max. viskositeetissa on oleum H 2 SO 4 SO 3, lämpötilan noustessa h laskee. Sähköinen rikkihapon kestävyys on minimaalinen pitoisuudessa 30 ja 92 % H2S04 ja suurin pitoisuudessa 84 ja 99,8 % H2S04. Oleumille min. r konsentraatiossa 10 % S03. Lämpötilan noustessa r RIKKIHAPPO lisääntyy. Dielektrinen läpäisevyys 100 % RIKKIHAPPO huone 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskooppinen vakio 6,12, ebulioskooppinen. vakio 5,33; höyryn diffuusiokerroin RIKKIHAPPO ilmassa muuttuu lämpötilan mukaan; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

RIKKIHAPPO on melko voimakas hapetin, erityisesti kuumennettaessa; hapettaa HI:n ja osittain HBr:n vapaiksi halogeeneiksi, hiilen CO 2:ksi, S:n SO 2:ksi, hapettaa monia metalleja (Cu, Hg jne.). Tässä tapauksessa RIKKIHAPPO pelkistetään SO 2:ksi ja tehokkaimmat pelkistysaineet S:ksi ja H 2 S:ksi. Kons. H 2 pelkistää H 2 SO 4:n osittain, minkä vuoksi sitä ei voida käyttää sen kuivaamiseen. Diff. H 2 SO 4 -vuorovaikutus kaikkien metallien kanssa, jotka ovat sähkökemiallisessa jännitesarjassa vedyn vasemmalla puolella, jolloin vapautuu H 2 . Hapettua ominaisuudet laimealle H 2 SO 4:lle ovat epätyypillisiä. RIKKIHAPPO antaa kaksi sarjaa suoloja: keskisuuret sulfaatit ja happamat hydrosulfaatit (katso Epäorgaaniset sulfaatit) sekä eetterit (katso orgaaniset sulfaatit). Peroksomorikkihapot (Caron happo) H 2 SO 5 ja peroksodirikkihappo H 2 S 2 O 8 tunnetaan (katso Rikki).

Kuitti. Raaka-aineita RIKKIHAPPON saamiseksi ovat: S, metallisulfidit, H 2 S, lämpövoimalaitosten pakokaasut, Fe, Ca jne. sulfaatit. RIKKIHAPPON saannin vaiheet k.: 1) raaka-aineiden pasuttaminen SO 2:n saamiseksi; 2) S02:n hapetus S03:ksi (konversio); 3) SO 3:n absorptio. Teollisuudessa käytetään kahta menetelmää rikkihapon saamiseksi, jotka eroavat SO 2:n hapetustavassa, kosketuksessa käyttäen kiinteitä katalyyttejä (kontakteja) ja typpioksidia typen oksidien kanssa. Rikkihapon saamiseksi kontaktimenetelmällä nykyaikaiset tehtaat käyttävät vanadiinikatalyyttejä, jotka ovat syrjäyttäneet Pt- ja Fe-oksidit. Puhtaalla V 2 O 5:llä on heikko katalyyttinen aktiivisuus, joka lisääntyy jyrkästi alkalimetallisuolojen läsnä ollessa, ja K-suoloilla on suurin vaikutus 7 V 2 O 5 ja K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, hajoavat 315 °C:ssa -330, 365-380 ja 400-405 °C, vastaavasti). Katalyysissä oleva aktiivinen komponentti on sulassa tilassa.

Kaavio S02:n hapettamiseksi S03:ksi voidaan esittää seuraavasti:

Ensimmäisessä vaiheessa saavutetaan tasapaino, toinen vaihe on hidas ja määrittää prosessin nopeuden.

RIKKIHAPON valmistus rikistä kaksoiskontakti- ja kaksoisabsorptiomenetelmällä (kuva 1) koostuu seuraavista vaiheista. Pölypuhdistuksen jälkeen ilma johdetaan kaasupuhaltimella kuivaustorniin, jossa se kuivataan 93-98 % RIKIHAPOLLA kosteuspitoisuuteen 0,01 tilavuusprosenttia. Kuivattu ilma tulee esilämmityksen jälkeen rikkiuuniin. lämmitys yhdessä kontaktiyksikön lämmönvaihtimista. Uunissa poltetaan suuttimien syöttämää rikkiä: S + O 2 : SO 2 + + + 297,028 kJ. Kaasu, joka sisältää 10-14 tilavuusprosenttia SO 2:ta, jäähdytetään kattilassa ja sen jälkeen, kun se on laimennettu ilmalla SO 2 -pitoisuuteen 9-10 tilavuusprosenttia 420 °C:ssa, se menee kontaktilaitteeseen konversion ensimmäistä vaihetta varten. , joka etenee kolmella katalyyttikerroksella (SO 2 + V 2 O 2 : : SO 3 + 96,296 kJ), minkä jälkeen kaasu jäähdytetään lämmönvaihtimissa. Sitten kaasu, joka sisältää 8,5-9,5 % SO 3:a 200 °C:ssa, menee ensimmäiseen absorptiovaiheeseen absorptioon, joka on kasteltu oleumilla ja 98-prosenttisella RIkkihapolla .: SO 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + + + 130,56 kJ . Seuraavaksi kaasu puhdistetaan rikkihapon roiskeista, kuumennetaan 420 °C:seen ja siirtyy toiseen konversiovaiheeseen, joka tapahtuu kahdella katalyyttikerroksella. Ennen toista absorptiovaihetta kaasu jäähdytetään ekonomaiserissa ja syötetään toisen vaiheen absorptioon, kastellaan 98 % RIKKIHAPPOLLA ja sitten roiskeilta puhdistuksen jälkeen se vapautuu ilmakehään.

Riisi. 1. Kaavio rikkihapon valmistamiseksi rikistä: 1-rikkiuuni; 2-talteenottokattila; 3 - ekonomaiseri; 4-käynnistimen tulipesä; 5, 6-aloitusuunin lämmönvaihtimet; 7-nastainen laite; 8-lämmönvaihtimet; 9-oleumin absorboija; 10 kuivaustorni; 11 ja 12, vastaavasti, ensimmäinen ja toinen monohydraattiabsorbentti; 13-hapon kerääjää.

Kuva 2. Kaavio rikkihapon valmistamiseksi rikkikiisukkeesta: 1-astian syöttölaite; 2-uuni; 3-talteenottokattila; 4-syklonit; 5-sähköstaattiset erottimet; 6 pesutornia; 7-märkä sähköstaattiset erottimet; 8 puhallustorni; 9-kuivaustorni; 10-roiskeloukku; 11-ensimmäinen monohydraattiabsorberi; 12-lämmönvaihto-wiki; 13 - kosketinlaite; 14-oleumin absorboija; 15 sekunnin monohydraattiabsorberi; 16 jääkaappia; 17 kokoelmaa.

Riisi. 3. Kaavio rikkihapon valmistamiseksi typpihappomenetelmällä: 1 - denitratz. torni; 2, 3-ensimmäinen ja toinen tuote. tornit; 4-hapettuu. torni; 5, 6, 7-absorptio. tornit; 8 - sähköstaattiset erottimet.

RIKKIHAPON valmistaminen metallisulfideista (kuva 2) on paljon monimutkaisempaa ja koostuu seuraavista toimenpiteistä. FeS 2:n pasuttaminen tapahtuu ilmapuhallusleijupetiuunissa: 4FeS 2 + 11O 2: 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Paahtokaasu, jonka SO 2 -pitoisuus on 13-14 % ja jonka lämpötila on 900 °C, tulee kattilaan, jossa se jäähdytetään 450 °C:seen. Pölynpoisto suoritetaan syklonissa ja sähkösuodattimessa. Lisäksi kaasu kulkee kahden pesutornin läpi, jotka on kasteltu 40 % ja 10 % RIKKIHAPPOLLA.Samalla kaasu puhdistetaan lopuksi pölystä, fluorista ja arseenista. Kaksivaiheiset märkäsähkösuodattimet kaasun puhdistamiseksi pesutorneissa muodostuneesta RIKKIHAPPO-aerosolista. Kuivaustornissa kuivaamisen jälkeen, jota ennen kaasu laimennetaan 9 % SO 2 -pitoisuuteen, se syötetään puhaltimella ensimmäiseen konversiovaiheeseen (3 katalyyttipetiä). Lämmönvaihtimissa kaasu kuumennetaan 420 °C:seen konversion ensimmäisestä vaiheesta tulevan kaasun lämmön ansiosta. S03:ssa 92-95 %:iin hapetettu SO 2 menee ensimmäiseen imeytymisvaiheeseen oleum- ja monohydraattiabsorptioaineissa, missä se vapautuu SO 3 :sta. Seuraavaksi SO 2 - 0,5 % sisältävä kaasu menee toiseen konversiovaiheeseen, joka tapahtuu yhdellä tai kahdella katalyyttikerroksella. Kaasu lämmitetään alustavasti toisessa lämmönvaihdinryhmässä 420 °C:seen asti katalyysin toisesta vaiheesta tulevien kaasujen lämmön vuoksi. S03:n erotuksen jälkeen toisessa absorptiovaiheessa kaasu vapautuu ilmakehään.

S02:n konversioaste S03:ksi kontaktimenetelmässä on 99,7 %, S03:n absorptioaste on 99,97 %. Rikkihapon tuotanto tapahtuu myös yhdessä katalyysivaiheessa, kun taas SO 2:n konversioaste SO 3:ksi ei ylitä 98,5 %. Ennen kuin kaasu vapautetaan ilmakehään, se puhdistetaan jäljellä olevasta SO 2:sta (katso Kaasun puhdistus). Nykyaikaisten laitteistojen tuottavuus on 1500-3100 tonnia/vrk.

Typpipoistomenetelmän (kuva 3) ydin on, että paahtokaasu käsitellään jäähdytyksen ja pölystä puhdistuksen jälkeen ns. nitroosi-C:llä. to., jossa sol. typpioksidit. Nitroosi absorboi SO 2:ta ja hapettuu sitten: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + NO. Tuloksena oleva NO liukenee huonosti nitroosiin ja vapautuu siitä ja hapettuu sitten osittain hapen vaikutuksesta kaasufaasissa NO 2:ksi. NO:n ja NO 2:n seos imeytyy uudelleen rikkihapoon. jne. Typen oksideja ei kuluteta typpipitoisessa prosessissa, vaan ne palautetaan tuotantoon. RIKKIHAPPOnsa epätäydellisen imeytymisen vuoksi pakokaasut kuljettavat ne osittain pois. Typpipitoisen menetelmän edut: laitteiston suunnittelun yksinkertaisuus, alhaisemmat kustannukset (10-15% alhaisemmat kuin kontaktimenetelmä), mahdollisuus 100% SO 2 -käsittelyyn.

Tornityppiprosessin instrumentointi on yksinkertainen: SO 2 käsitellään 7-8 vuoratussa keramiikkatornissa. suutin, yksi torneista (ontto) on säädettävä hapetin. äänenvoimakkuutta. Torneissa on haponkerääjät, jääkaapit, pumput, jotka syöttävät happoa tornien yläpuolella oleviin painesäiliöihin. Kahden viimeisen tornin eteen on asennettu takatuuletin. Sähköstaattinen suodatin puhdistaa kaasun rikkihapon aerosolista. Prosessissa tarvittavat typen oksidit saadaan HNO 3 :sta. Typen oksidien päästöjen vähentämiseksi ilmakehässä ja 100 % SO 2 -prosessoinnissa tuotanto- ja absorptiovyöhykkeiden väliin asennetaan typpipitoinen SO 2 -käsittelysykli yhdistettynä vesi-happomenetelmään typen oksidien syväpysäykseen. Typpipitoisen menetelmän haittana on tuotteiden heikko laatu: RIKKIHAPPON pitoisuus on 75%, typen oksidien, Fe:n ja muiden epäpuhtauksien läsnäolo.

Rikkihapon kiteytymismahdollisuuden vähentämiseksi kuljetuksen ja varastoinnin aikana on laadittu standardit kaupallisille RIKKIHAPPOlaaduille, joiden pitoisuus vastaa alhaisimpia kiteytyslämpötiloja. Sisältö RIKKIHAPPO c. in tech. arvot (%): torni (typpipitoinen) 75, kosketin 92,5-98,0, oleum 104,5, korkea-prosenttinen oleum 114,6, akku 92-94. RIKKIHAPPO varastoidaan jopa 5000 m 3 tilavuuteen asti, niiden varaston kokonaiskapasiteetti on suunniteltu kymmenen päivän tuotantoon. Oleum ja RIKKIHAPPO kuljetetaan teräsrautatiesäiliöissä. Kons. ja akku SULFORIC ACID kuljetetaan haponkestävissä terässäiliöissä. Oleumin kuljetussäiliöt peitetään lämpöeristyksellä ja oleumia lämmitetään ennen täyttöä.

RIKKIHAPPO määritetään kolorimetrisesti ja fotometrisesti, BaSO 4 -suspension muodossa - fototurbidimetrisesti sekä kulometrisesti. menetelmä.

Sovellus. RIKKIHAPPOA käytetään mineraalilannoitteiden valmistuksessa, elektrolyyttinä lyijyakuissa, erilaisten mineraalihappojen ja suolojen, kemiallisten kuitujen, väriaineiden, savua muodostavien aineiden ja räjähteiden valmistukseen, öljyssä, metallintyöstössä, tekstiileissä, nahassa, ja muilla teollisuudenaloilla. Sitä käytetään prom. orgaaninen synteesi dehydraatioreaktioissa (dietyylieetterin, esterien saanti), hydraatio (etanoli eteenistä), sulfonointi (synteettiset pesuaineet ja välituotteet värien valmistuksessa), alkylointi (isooktaanin, polyetyleeniglykolin, kaprolaktaamin saanti) jne. Suurin rikkihapon kuluttaja on kivennäislannoitteiden tuotanto. 1 tonnia kohti P 2 O 5 -fosforilannoitteita kuluu 2,2-3,4 tonnia RIKKIPAPPA ja 1 tonnia kohti (NH 4) 2 SO 4 -0,75 tonnia RIKIHAPOA. kompleksi tehtaiden kanssa mineraalilannoitteiden tuotantoa varten. Maailman rikkihapon tuotanto vuonna 1987 oli 152 miljoonaa tonnia.

RIKKIHAPPO ja oleum ovat erittäin aggressiivisia aineita, jotka vaikuttavat hengitysteihin, ihoon, limakalvoihin, aiheuttavat hengitysvaikeuksia, yskää, usein kurkunpäätulehdusta, trakeiittia, keuhkoputkentulehdusta jne. MAC aerosoli RIKKIHAPPO happoa työalueen ilmassa 1, 0 mg/m3, atm. ilmaa 0,3 mg / m 3 (maks. yksittäinen) ja 0,1 mg / m 3 (vuorokausikeskiarvo). Rikkihappohöyryjen haitallinen pitoisuus on 0,008 mg/l (altistus 60 minuuttia), tappava 0,18 mg/l (60 minuuttia). Vaaraluokka 2. Aerosoli RIKKIHAPPOA voi muodostua ilmakehässä kemiallisten ja metallurgisten päästöjen seurauksena. S-oksideja sisältävät teollisuudenalat ja putoavat happosateina.

Kirjallisuus: Handbook of sulfuric acid, toim. K. M. Malina, 2. painos, M., 1971; Amelin A.G., Technology of sulfuric acid, 2. painos, M., 1983; Vasiliev B.T., Otvagina M.I., Technology of sulfuric acid, M., 1985. Yu.V. Filatov.

Kemiallinen tietosanakirja. Osa 4 >>

Fyysiset ominaisuudet

Puhdas 100 % rikkihappo (monohydraatti) on väritön öljymäinen neste, joka jähmettyy kiteiseksi massaksi +10 °C:ssa. Reaktiivisen rikkihapon tiheys on tavallisesti 1,84 g/cm3 ja se sisältää noin 95 % H2S04:a. Se kovettuu vain alle -20 °C.

Monohydraatin sulamispiste on 10,37 °C sulamislämmön ollessa 10,5 kJ/mol. Normaaleissa olosuhteissa se on erittäin viskoosi neste, jolla on erittäin korkea dielektrisyysvakio (e = 100 25 °C:ssa). Monohydraatin merkityksetön oma elektrolyyttinen dissosiaatio etenee rinnakkain kahteen suuntaan: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 ja [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 -5. Sen molekyyli-ionikoostumus voidaan luonnehtia likimäärin seuraavilla tiedoilla (%):

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

Kun lisätään pieniäkin määriä vettä, dissosiaatiosta tulee vallitseva kaavion mukaan: H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -

Kemiallisia ominaisuuksia

H2SO4 on vahva kaksiemäksinen happo.

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

Ensimmäinen vaihe (keskikokoisille pitoisuuksille) johtaa 100-prosenttiseen dissosiaatioon:

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

1) Vuorovaikutus metallien kanssa:

a) laimea rikkihappo liuottaa vain metalleja, jotka ovat vedyn vasemmalla puolella olevassa jännitesarjassa:

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

b) väkevä H2+6S04 - vahva hapetin; kun se on vuorovaikutuksessa metallien kanssa (paitsi Au, Pt), se voidaan pelkistää S +4 O 2:ksi, S 0:ksi tai H 2 S -2:ksi (Fe, Al, Cr eivät myöskään reagoi ilman kuumennusta - ne ovat passivoituneet):

• 2Ag 0 + 2H 2 + 6 SO 4 --> Ag 2 + 1 SO 4 + S + 4 O 2 + 2 H 2 O
• 8Na 0 + 5H 2 + 6 SO 4 --> 4Na 2 + 1 SO 4 + H 2 S - 2 + 4 H 2 O
• 2) väkevä H 2 S +6 O 4 reagoi kuumennettaessa joidenkin epämetallien kanssa voimakkaiden hapettavien ominaisuuksiensa vuoksi, muuttuen heikomman hapetusasteen rikkiyhdisteiksi (esim. S + 4 O 2):

С 0 + 2H 2S +6 O 4 (kont.) --> C +4 O 2 + 2S + 4 O 2 + 2H 2 O

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

• 2P 0 + 5H 2S +6 O 4 (kont.) --> 5S +4O2 + 2H3P +5O4 + 2H2O
• 3) emäksisten oksidien kanssa:

CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H 2O

4) hydroksidien kanssa:

H 2 SO 4 + 2 NaOH --> Na 2 SO 4 + 2 H 2 O

H + + OH - --> H 2 O

H 2SO 4 + Cu(OH) 2 --> CuSO 4 + 2H 2 O

• 2H + + Cu(OH) 2 --> Cu 2+ + 2H 2O
• 5) vaihtoreaktiot suolojen kanssa:

BaCl 2 + H 2SO 4 --> BaSO 4 + 2 HCl

Ba 2+ + SO 4 2- --> BaSO 4

Valkoisen BaS04-saostuman muodostumista (happoihin liukenematon) käytetään rikkihapon ja liukoisten sulfaattien tunnistamiseen.

MgCO 3 + H 2 SO 4 --> MgSO 4 + H 2 O + CO 2 H 2 CO 3

Monohydraatti (puhdas, 100 % rikkihappo) on ionisoiva liuotin, jolla on hapan luonne. Monien metallien sulfaatit liukenevat siihen hyvin (muuntuvat bisulfaatteiksi), kun taas muiden happojen suolat liukenevat yleensä vain, jos niiden solvolyysi on mahdollista (muuntamalla bisulfaatteiksi). Typpihappo käyttäytyy monohydraatissa heikkona emäksenä HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - perkloori - erittäin heikkona happona Cl > HClO 4). Monohydraatti liuottaa hyvin monia orgaanisia aineita, jotka sisältävät atomeja, joissa on jakamattomia elektronipareja (pystyy kiinnittämään protonin). Jotkut näistä voidaan sitten eristää takaisin muuttumattomina yksinkertaisesti laimentamalla liuos vedellä. Monohydraatilla on korkea kryoskooppinen vakio (6,12°), ja sitä käytetään joskus väliaineena molekyylipainojen määrittämiseen.

Väkevä H 2 SO 4 on melko voimakas hapetin, varsinkin kuumennettaessa (se pelkistyy yleensä SO 2:ksi). Se esimerkiksi hapettaa HI:n ja osittain HBr:n (mutta ei HCl:n) vapaiksi halogeeneiksi. Se hapettaa myös monia metalleja - Cu, Hg jne. (kun taas kulta ja platina ovat stabiileja H 2 SO 4 : n suhteen). Vuorovaikutus kuparin kanssa tapahtuu siis yhtälön mukaisesti:

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

Hapettavana aineena toimiva rikkihappo pelkistyy tavallisesti S02:ksi. Se voidaan kuitenkin pelkistää S:ksi ja jopa H 2 S:ksi vahvimmilla pelkistysaineilla. Väkevä rikkihappo reagoi rikkivedyn kanssa yhtälön mukaisesti:

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

On huomattava, että se pelkistyy osittain myös kaasumaisen vedyn vaikutuksesta, joten sitä ei voida käyttää sen kuivaamiseen.

Riisi. 13.

Väkevän rikkihapon liukenemiseen veteen liittyy merkittävä lämmön vapautuminen (ja jonkin verran järjestelmän kokonaistilavuuden vähenemistä). Monohydraatti ei läheskään johda sähköä. Sitä vastoin rikkihapon vesiliuokset ovat hyviä johtimia. Kuten kuvasta näkyy. 13, noin 30 % hapolla on suurin sähkönjohtavuus. Käyrän minimi vastaa hydraattia, jonka koostumus on H 2 SO 4 · H 2 O.

Lämmön vapautuminen monohydraatin liukeneessa veteen on (riippuen liuoksen lopullisesta konsentraatiosta) jopa 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Päinvastoin, sekoittamalla 66-prosenttista rikkihappoa, joka on esijäähdytetty 0 °C:seen, lumeen (1:1 painon mukaan), voidaan saavuttaa lämpötilan pudotus jopa -37 °C:seen.

H2S04:n vesiliuosten tiheyden muutos sen pitoisuudella (paino-%) on annettu alla:

Kuten näistä tiedoista voidaan nähdä, rikkihapon pitoisuuden tiheyden määritys yli 90 paino-% % muuttuu melko epätarkoksi. Vesihöyryn paine eri pitoisuuksilla eri lämpötiloissa olevien H 2 SO 4 -liuosten päällä on esitetty kuvassa. 15. Rikkihappo voi toimia kuivausaineena vain niin kauan kuin vesihöyryn paine sen liuoksen yläpuolella on pienempi kuin sen osapaine kuivattavassa kaasussa.

Riisi. viisitoista.

Riisi. 16. Kiehumispisteet H 2 SO 4 -liuosten yläpuolella. H2SO4-liuokset.

Kun laimeaa rikkihappoliuosta keitetään, siitä tislataan pois vesi ja kiehumispiste nousee 337 °C:seen, kun 98,3 % H 2 SO 4 alkaa tislautua (kuva 16). Päinvastoin, ylimäärä rikkihappoanhydridiä haihtuu väkevämmistä liuoksista. 337 °C:ssa kiehuva rikkihapon höyry hajoaa osittain H 2 O:ksi ja SO 3:ksi, jotka yhdistyvät uudelleen jäähtyessään. Rikkihapon korkea kiehumispiste mahdollistaa sen käytön haihtuvien happojen eristämiseen niiden suoloista (esimerkiksi HCl NaCl:sta) kuumennettaessa.

Kuitti

Monohydraatti voidaan saada kiteyttämällä väkevää rikkihappoa -10 °C:ssa.

Rikkihapon tuotanto.

• 1. vaihe. Pyriitti-uuni.
• 4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Prosessi on heterogeeninen:

• 1) jauhava rautapyriitti (pyriitti)
• 2) "leijupeti"-menetelmä
• 3) 800 °С; ylimääräisen lämmön poistaminen
• 4) happipitoisuuden nousu ilmassa
• 2. vaihe. Puhdistuksen, kuivauksen ja lämmönvaihdon jälkeen rikkidioksidi tulee kosketuslaitteeseen, jossa se hapettuu rikkihapon anhydridiksi (450 °C - 500 °C; katalyytti V 2 O 5):
• 2SO2 + O2
• 3. vaihe. Absorptiotorni:

nSO 3 + H 2 SO 4 (kons.) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (oleumi)

Vettä ei voi käyttää sumun muodostumisen vuoksi. Käytä keraamisia suuttimia ja vastavirtausperiaatetta.

Sovellus.

Muistaa! Rikkihappo on kaadettava veteen pieninä annoksina, ei päinvastoin. Muuten voi tapahtua voimakas kemiallinen reaktio, jonka seurauksena henkilö voi saada vakavia palovammoja.

Rikkihappo on yksi kemianteollisuuden päätuotteista. Se menee mineraalilannoitteiden (superfosfaatti, ammoniumsulfaatti), erilaisten happojen ja suolojen, lääkkeiden ja pesuaineiden, väriaineiden, tekokuitujen, räjähteiden tuotantoon. Sitä käytetään metallurgiassa (malmien, esimerkiksi uraanin, hajottaminen), öljytuotteiden puhdistukseen, kuivausaineena jne.

Käytännössä tärkeää on se, että erittäin vahva (yli 75 %) rikkihappo ei vaikuta rautaan. Näin voit säilyttää ja kuljettaa sitä terässäiliöissä. Päinvastoin, laimennettu H 2 SO 4 liuottaa helposti rautaa vapauttamalla vetyä. Hapettavat ominaisuudet eivät ole sille lainkaan tyypillisiä.

Vahva rikkihappo imee kosteutta voimakkaasti ja siksi sitä käytetään usein kaasujen kuivaamiseen. Monista vetyä ja happea sisältävistä orgaanisista aineista se ottaa pois vettä, jota usein käytetään tekniikassa. Samaan (sekä vahvan H 2 SO 4 :n hapettaviin ominaisuuksiin) liittyy sen tuhoava vaikutus kasvien ja eläinten kudoksiin. Iholle tai pukeutumiseen työn aikana vahingossa joutunut rikkihappo tulee pestä välittömästi pois runsaalla vedellä, sitten kostuta vaurioitunut alue laimealla ammoniakkiliuoksella ja huuhdella uudelleen vedellä.