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 H2SO4, 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. Obdržať kyselina sírová Pri kontaktnej metóde moderné závody používajú vanádové katalyzátory, ktoré vytlačili oxidy Pt a Fe. Čistý V 2 O 5 má slabú katalytickú aktivitu, ktorá sa prudko zvyšuje v prítomnosti alkalických kovov, pričom najväčší účinok majú soli K. 7 V 2 O 5 a K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 rozkladajúce sa pri 315-330 365-380 a 400-405 °C, v danom poradí). 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 komplikovanejšia 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 monohydrátu, 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 prichádzajúceho 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.

Podstatou nitróznej metódy (obr. 3) je, že pražiaci plyn sa po ochladení a odstránení 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 prístrojového vybavenia, 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 náplňou, 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 priemyselné 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 fosforečných hnojív P 2 O 5 sa spotrebuje 2,2 – 3,4 t 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), smrteľných 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 nízkych teplotách v tuhej 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 + H 2 O.

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 hnedne 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.

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 do kyseliny; preto je dôležité pri príprave roztokov vždy použiť opačné poradie a kyselinu pridávať do vody pomaly a za stáleho miešania.

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.

Tabuľka 1. Fyzikálne vlastnosti kyseliny sírovej.

Získanie kyseliny sírovej

Kyselina sírová je najdôležitejšou priemyselnou chemikáliou a najlacnejšou kyselinou vyrábanou vo veľkom 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.

Moderný spôsob výroby kyseliny sírovej využíva katalyzátor pozostávajúci z oxidu vanadičného (V) 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 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 len po vodík, napr.

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 radoch 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. 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.
rozhodnutie	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 \u003d 0,9 × 16,66 \u003d 15 kmol. Napíšme reakčnú rovnicu pre oxidáciu oxidu sírového (IV) na oxid sírový (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

Autor Chemická encyklopédia b.b. N.S.Zefirov

KYSELINA SÍROVÁ H2S04, molekulová hmotnosť 98,082; bezfarebný olejovitá kvapalina bez zápachu. Veľmi silná dvojsýtna kyselina, pri 18 °C pK a 1 - 2,8, K2 1,2 10 -2, pK a 2 1,92; dĺžky väzieb v molekule S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, uhol HOSOH 104°, OSO 119°; vrie s rôznymi, pričom vzniká azeotropická zmes (98,3 % H 2 SO 4 a 1,7 % H 2 O s teplotou varu 338,8 ° C; pozri tiež tabuľku 1). KYSELINA SÍROVÁ, zodpovedajúca 100% obsahu H2SO4, má zloženie (%): H2S04 99,5, 0,18, 0,14, H30 + 0,09, H2S207 0,04, HS207 0,05. Miešateľný s vodou a SO 3 vo všetkých pomeroch. Vo vodných roztokoch je KYSELINA SÍROVÁ takmer úplne disociovaná na H+, a . Tvorí hydráty H2S04 nH20, 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.

Teplota varu vodných roztokov KYSELINY SÍROVEJ do stúpa so zvyšovaním jej koncentrácie a maximum dosahuje pri obsahu 98,3 % H 2 SO 4 (tab. 2). Teplota varu olea klesá so zvyšujúcim sa obsahom SO 3 . So zvyšovaním koncentrácie vodných roztokov KYSELINY SIROVEJ klesá celkový tlak pár nad roztokmi a pri obsahu 98,3 % H 2 SO 4 dosahuje minimum. So zvyšujúcou sa koncentráciou SO 3 v oleu sa zvyšuje celkový tlak pár nad ním. Tlak pár nad vodnými roztokmi KYSELINY SÍROVEJ c. a olea možno vypočítať pomocou rovnice: lgp (Pa) \u003d A - B / T + 2,126, hodnoty koeficientov A a B závisia od koncentrácia KYSELINY SÍROVEJ c.Para nad vodnými roztokmi KYSELINY SIROVEJ c.skladá sa zo zmesi vodnej pary, H 2 SO 4 a SO 3, pričom zloženie pary sa líši od zloženia kvapaliny pri všetkých koncentráciách KYSELINY SIROVEJ c., s výnimkou zodpovedajúcej azeotropickej zmesi.

S rastúcou teplotou sa zvyšuje disociácia H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 - Q, rovnica pre teplotnú závislosť rovnovážnej konštanty 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 T2. Pri normálnom tlaku stupeň disociácie: 10-5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K). Hustotu 100% KYSELINY SÍROVEJ môžeme určiť podľa rovnice: d = 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 g / cm 3. So zvyšujúcou sa koncentráciou roztokov KYSELINY SÍROVEJ ich tepelná kapacita klesá a dosahuje minimum pre 100% KYSELINU SIROVÚ, pričom tepelná kapacita olea stúpa so zvyšujúcim sa obsahom SO 3 .

So zvýšením koncentrácie a znížením teploty sa tepelná vodivosť l znižuje: l \u003d 0,518 + 0,0016 t - (0,25 + + t / 1293) C / 100, kde C je koncentrácia KYSELINY SÍROVEJ c., v% . Max. viskozitu má oleum H 2 SO 4 SO 3, so zvyšujúcou sa teplotou h klesá. Elektrický odolnosť KYSELINY SÍROVEJ voči je minimálna pri koncentrácii 30 a 92 % H2SO4 a maximálna pri koncentrácii 84 a 99,8 % H2S04. Pre oleum min. r pri koncentrácii 10 % SO3. So zvýšením teploty sa zvyšuje r KYSELINA SÍROVÁ. Dielektrikum priepustnosť 100% KYSELINA SÍROVÁ miestnosť 101 (298,15 K), 122 (281,15 K); kryoskopické konštantná 6,12, ebulioskopická. konštantná 5,33; koeficient difúzie pár KYSELINA SÍROVÁ vo vzduchu sa mení s teplotou; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

KYSELINA SÍROVÁ je pomerne silné oxidačné činidlo, najmä pri zahrievaní; oxiduje HI a čiastočne HBr na voľné halogény, uhlík na CO 2, S na SO 2, oxiduje mnohé kovy (Cu, Hg a pod.). V tomto prípade sa KYSELINA SÍROVÁ redukuje na SO 2 a najsilnejšie redukčné činidlá sa redukujú na S a H 2 S. Konc. H 2 SO 4 je čiastočne redukovaný H 2 , preto sa nemôže použiť na jej sušenie. Dif. Interakcia H2SO4 so všetkými kovmi, ktoré sú v elektrochemickej sérii napätí vľavo od vodíka, s uvoľňovaním H2. Oxidovať vlastnosti pre zriedenú H 2 SO 4 sú necharakteristické. KYSELINA SÍROVÁ poskytuje dve série solí: stredné sírany a kyslé hydrosulfáty (pozri Anorganické sírany), ako aj étery (pozri Organické sulfáty). Známe sú kyseliny peroxomonosírová (Caroova kyselina) H 2 SO 5 a peroxodisírová H 2 S 2 O 8 (pozri Síra).

Potvrdenie. Suroviny na získanie KYSELINY SÍROVEJ sú: S, sulfidy kovov, H 2 S, výfukové plyny z tepelných elektrární, sírany Fe, Ca atď. etapy získavania KYSELINY SÍROVEJ k.: 1) praženie surovín na získanie SO 2 ; 2) oxidácia S02 na S03 (konverzia); 3) absorpcia SO3. V priemysle sa na získanie KYSELINY SÍROVEJ používajú dva spôsoby, ktoré sa líšia spôsobom oxidácie SO 2, kontaktom pomocou pevných katalyzátorov (kontaktov) a dusíkom, s oxidmi dusíka. Na získanie KYSELINY SÍROVEJ kontaktnou metódou používajú moderné závody vanádové katalyzátory, ktoré vytlačili oxidy Pt a Fe. Čistý V 2 O 5 má slabú katalytickú aktivitu, ktorá sa prudko zvyšuje v prítomnosti solí alkalických kovov, pričom najväčší vplyv majú soli K. 7 V 2 O 5 a K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, rozkladajú sa pri 315 -330, 365-380 a 400-405 °C, v tomto poradí). 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 KYSELINY SÍROVEJ 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 93-98% KYSELINOU SIROVOU na vlhkosť 0,01% obj. Vysušený vzduch vstupuje do sírovej pece po predhriatí. ohrev v jednom z výmenníkov tepla kontaktnej jednotky. Pec spaľuje síru dodávanú tryskami: S + O 2 : SO 2 + + 297,028 kJ. Plyn obsahujúci 10-14 % obj. SO 2 sa ochladzuje v kotli 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, zavlažovaný oleom a 98% KYSELINOU SIROVOU na .:SO 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + + 130,56 kJ . Ďalej sa plyn očistí od rozstrekovania KYSELINY SÍROVEJ, zahreje sa na 420 °C a vstupuje do druhého stupňa premeny, ktorý prebieha na dvoch vrstvách katalyzátora. Pred druhým stupňom absorpcie je plyn ochladený v ekonomizéri a privádzaný do druhého stupňa absorbéra, zavlažovaný 98% KYSELINOU SIROVOU a následne po očistení od rozstrekov vypustený do atmosféry.

Ryža. 1. Schéma výroby kyseliny sírovej zo síry: 1-sírová pec; 2-rekuperačný kotol; 3 - ekonomizér; 4-štartovacie ohnisko; 5, 6-výmenníky tepla štartovacej pece; 7-kolíkové zariadenie; 8-výmenníky tepla; 9-oleum absorbér; 10 sušiaca veža; 11 a 12, v tomto poradí, prvý a druhý absorbér monohydrátu; 13-zberačov kys.

Obr.2. Schéma výroby kyseliny sírovej z pyritu: podávač 1 misky; 2-pec; 3-rekuperačný kotol; 4-cyklóny; 5-elektrostatické odlučovače; 6 umývacích veží; 7-mokré elektrostatické odlučovače; 8 fúkacia veža; 9-sušiaca veža; 10-rozstrekovacia pasca; 11-prvý absorbér monohydrátu; 12-výmena tepla-wiki; 13 - kontaktné zariadenie; 14-olejový absorbér; 15 sekundový absorbér monohydrátu; 16 chladničiek; 17 kolekcií.

Ryža. 3. Schéma výroby kyseliny sírovej nitróznou metódou: 1 - denitratz. veža; 2, 3-prvý a druhý produkt. veže; 4-oxidovať. veža; 5, 6, 7-absorpčné. veže; 8 - elektrostatické odlučovače.

Výroba KYSELINY SÍROVEJ zo sulfidov kovov (obr. 2) je oveľa komplikovanejšia 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% KYSELINOU SÍROVOU.Zároveň sa plyn konečne čistí od prachu, fluóru a arzénu. Dva stupne mokrých elektrostatických odlučovačov slúžia na čistenie plynu z aerosólu KYSELINY SIROVÉ, ktorý vzniká v umývacích vežiach. 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 zohrieva až na 420 °C v dôsledku tepla plynu pochádzajúceho z prvého stupňa premeny. SO 2 oxidovaný na 92-95 % v SO 3 prechádza do prvého stupňa absorpcie v absorbéroch olea a monohydrátu, 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 prichádzajúceho 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 KYSELINY SÍROVEJ prebieha tiež v jednom stupni katalýzy, pričom stupeň premeny SO 2 na SO 3 nepresahuje 98,5 %. Pred vypustením do atmosféry sa plyn čistí od zvyšného SO 2 (pozri Čistenie plynu). Produktivita moderných zariadení je 1500-3100 ton / deň.

Podstatou nitróznej metódy (obr. 3) je, že pražiaci plyn sa po ochladení a očistení od prachu spracuje s takzvanou nitrózou-C. do., v ktorom sol. oxidy dusíka. SO2 je absorbovaný nitrózou a potom oxidovaný: SO2 + N203 + H20: 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 je reabsorbovaná KYSELINOU SÍROVOU. atď. Oxidy dusíka sa v procese dusíka nespotrebúvajú a vracajú sa späť do výroby. cyklu, v dôsledku neúplnej absorpcie ich KYSELINY SÍROVEJ sú čiastočne odnášané výfukovými plynmi. Výhody nitróznej metódy: jednoduchosť prístrojového vybavenia, 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 keramikou. tryskou, jedna z veží (dutá) je nastaviteľné okysličovadlo. 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 od aerosólu KYSELINY SÍROVEJ slúži 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 produktov: koncentrácia KYSELINY SÍROVEJ 75%, prítomnosť oxidov dusíka, Fe a iných nečistôt.

Aby sa znížila možnosť kryštalizácie KYSELINY SIROVEJ počas prepravy a skladovania, boli stanovené normy pre komerčné druhy KYSELINY SÍROVEJ, ktorých koncentrácia zodpovedá najnižším kryštalizačným teplotám. Obsah KYSELINA SÍROVÁ c.v tech. stupne (%): veža (dusík) 75, kontakt 92,5-98,0, oleum 104,5, vysokopercentné oleum 114,6, batéria 92-94. KYSELINA SÍROVÁ je skladovaná v oceľových nádržiach do objemu 5000 m 3 , ich celková kapacita v sklade je dimenzovaná na desať dní výroby. Oleum a KYSELINA SÍROVÁ sa prepravujú v oceľových železničných cisternách. Konc. a akumulátor KYSELINA SÍROVÁ do. sa prepravujú v kyselinovzdorných oceľových nádržiach. Nádrže na prepravu olea sú pokryté tepelnou izoláciou a oleum sa pred plnením ohrieva.

KYSELINA SÍROVÁ sa stanovuje kolorimetricky a fotometricky, vo forme suspenzie BaSO 4 - fototurbidimetricky, ako aj coulometricky. metóda.

Aplikácia. KYSELINA SÍROVÁ sa používa pri výrobe minerálnych hnojív, ako elektrolyt do olovených batérií, na výrobu rôznych minerálnych kyselín a solí, chemických vlákien, farbív, dymotvorných látok a výbušnín, v ropnom, kovoobrábacom, textilnom, kožiarskom, a iné priemyselné odvetvia. Používa sa na prom. organická syntéza pri dehydratačných reakciách (získanie dietyléteru, esterov), hydratácia (etanol z etylénu), sulfonácia (syntetické detergenty a medziprodukty pri výrobe farbív), alkylácia (získanie izooktánu, polyetylénglykolu, kaprolaktámu) atď. najväčším spotrebiteľom KYSELINY SÍROVEJ je výroba minerálnych hnojív. Na 1 tonu fosforečných hnojív P 2 O 5 sa spotrebuje 2,2-3,4 tony KYSELINY SÍROVEJ a na 1 tonu (NH 4) 2 SO 4 -0,75 tony KYSELINY SIROVEJ.Preto majú závody kyseliny sírovej tendenciu stavať komplex s továrňami na výrobu minerálnych hnojív. Svetová produkcia KYSELINY SÍROVEJ v roku 1987 dosiahla 152 miliónov ton.

KYSELINA SÍROVÁ a oleum sú mimoriadne agresívne látky, ktoré pôsobia na dýchacie cesty, pokožku, sliznice, spôsobujú ťažkosti s dýchaním, kašeľ, často zápal hrtana, priedušnice, priedušiek a pod. 0 mg/m3, v atm. vzduch 0,3 mg/m 3 (max. jednorazovo) a 0,1 mg/m 3 (denný priemer). Škodlivá koncentrácia pár KYSELINY SÍROVEJ je 0,008 mg/l (expozícia 60 minút), smrteľná 0,18 mg/l (60 minút). Trieda nebezpečnosti 2. Aerosól KYSELINA SÍROVÁ sa môže vytvárať v atmosfére v dôsledku chemických a metalurgických emisií. priemyselné odvetvia obsahujúce oxidy S a vypadávajú ako kyslé dažde.

Literatúra: Handbook of sulfuric acid, ed. K. M. Malina, 2. vyd., M., 1971; Amelin A.G., Technológia kyseliny sírovej, 2. vydanie, M., 1983; Vasiliev B.T., Otvagina M.I., Technológia kyseliny sírovej, M., 1985. Yu.V. Filatov.

Chemická encyklopédia. Zväzok 4 >>

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 skupenstvom tepla 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 %):

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

Keď sa pridajú aj malé množstvá vody, prevláda disociácia podľa schémy: H 2 O + H 2 SO 4<==>H3O++ + HSO4-

Chemické vlastnosti

H2S04 je silná dvojsýtna kyselina.

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

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

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

1) Interakcia s kovmi:

a) zriedená kyselina sírová rozpúšťa iba kovy, ktoré sú v sérii napätia naľavo 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) koncentrovaný H 2 S + 6 O 4 reaguje pri zahrievaní s niektorými nekovmi v dôsledku svojich silných oxidačných vlastností a mení sa 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

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

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

MgCO3 + H2S04 --> MgS04 + H20 + CO2H2CO3

Monohydrát (čistý, 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 HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - chloristá - ako veľmi slabá kyselina Cl > HClO 4). Monohydrát dobre rozpúšťa mnohé organické látky obsahujúce atómy s nezdieľanými elektrónovými pármi (schopnými pripojiť protón). Niektoré z nich sa potom môžu 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 na 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. trinásť.

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 H 2 SO 4 · H 2 O.

Uvoľnenie 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:

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 rôznych teplotách je znázornený 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. pätnásť.

Ryža. šestnásť. Body varu nad roztokmi H2SO4. 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 + 11O2 --> 2Fe203 + 8SO2 + Q

Proces je heterogénny:

• 1) mletie pyritu železa (pyritu)
• 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
• 3. etapa. Absorpčná veža:

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

Voda sa nedá použiť z dôvodu tvorby hmly. Aplikujte keramické trysky a princíp protiprúdu.

Aplikácia.

Pamätajte! Kyselina sírová sa musí naliať do vody v malých častiach a nie naopak. V opačnom prípade môže dôjsť k prudkej chemickej reakcii, v dôsledku ktorej môže človek dostať ťažké popáleniny.

Kyselina sírová je jedným z hlavných produktov chemického priemyslu. Ide o výrobu minerálnych hnojív (superfosfát, síran amónny), rôznych kyselín a solí, liečiv 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 na železo nepôsobí. To vám umožní skladovať a prepravovať ho v oceľových nádržiach. Naopak, zriedená H 2 SO 4 ľahko rozpúšťa železo za uvoľňovania vodíka. Oxidačné vlastnosti pre ňu nie sú 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.