Сярна киселина: химични свойства, характеристики, получаване на сярна киселина в производството. Свойства на сярната киселина Точка на кипене на киселините

Сярна киселина H2SO4, моларна маса 98.082; безцветен мазен, без мирис. Много силна дикиселина, при 18°C ​​​​p К а 1 - 2.8, K 2 1.2 10 -2, pK а 2 1,92; дължини на връзката в S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, ъгъл HOSOH 104°, OSO 119°; кипи с разлагане, образувайки (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 ° C; виж също таблица. 1). Сярна киселина, съответстващ на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): 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%, HS207 0,05%. Смесва се с и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори сярна киселинапочти напълно се дисоциира на H + , HSO 4 - и SO 4 2- . Образува H 2 SO 4 · н H 2 O, където н=1, 2, 3, 4 и 6,5.

разтворите на SO 3 в сярна киселина се наричат ​​олеум, те образуват две съединения H 2 SO 4 SO 3 и H 2 SO 4 2SO 3. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава по реакцията: H 2 SO 4 +SO 3 = H 2 S 2 O 7 .

Получаване на сярна киселина

Суровина за получаване сярна киселинаслужат като: S, метални сулфиди, H 2 S, отпадъци от топлоелектрически централи, сулфати на Fe, Ca и др. Основните етапи на получаване сярна киселина: 1) суровини за получаване на SO 2 ; 2) SO 2 в SO 3 (конверсия); 3) SO3. В индустрията се използват два метода за получаване сярна киселина, различаващи се по начина на окисление на SO 2 - контакт с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотен - с азотни оксиди. За получаване сярна киселинаПри контактния метод съвременните инсталации използват ванадиеви катализатори, които са изместили Pt и Fe оксиди. Чистият V 2 O 5 има слаба каталитична активност, която рязко се увеличава в присъствието на алкални метали, като най-голям ефект имат солите на K. 7 V 2 O 5 и K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 се разлагат при 315-330°С. , 365-380 и 400-405 °C, съответно). Активният компонент при катализа е в разтопено състояние.

Схемата за окисление на SO 2 до SO 3 може да бъде представена по следния начин:

На първия етап се постига равновесие, вторият етап е бавен и определя скоростта на процеса.

производство сярна киселинаот сяра по метода на двоен контакт и двойна абсорбция (фиг. 1) се състои от следните етапи. Въздухът след почистване от прах се подава от газов вентилатор в сушилната кула, където се изсушава 93-98% сярна киселинадо съдържание на влага 0,01% обемни. Изсушеният въздух влиза в пещта за сяра след предварително загряване в един от топлообменниците на контактния възел. Сярата се изгаря в пещта, доставяна от дюзи: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Газът, съдържащ 10-14% обемни SO 2, се охлажда в котела и след разреждане с въздух до съдържание на SO 2 9-10% обемни при 420°C постъпва в контактния апарат за първия етап на преобразуване, който протича върху три слоя катализатор (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), след което газът се охлажда в топлообменници. След това газът, съдържащ 8,5-9,5% SO 3 при 200 ° C, навлиза в първия етап на абсорбция в абсорбера, напоен и 98% сярна киселина: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. След това газът се разпръсква. сярна киселина, загрява се до 420°C и влиза във втория етап на преобразуване, протичащ върху два слоя катализатор. Преди втория етап на абсорбция газът се охлажда в економайзера и се подава в абсорбера на втория етап, напоен с 98% сярна киселина, а след това след почистване от пръски се изпуска в атмосферата.

1 - сярна пещ; 2 - котел за отпадъчна топлина; 3 - економайзер; 4 - стартова пещ; 5, 6 - топлообменници на стартовата пещ; 7 - контактно устройство; 8 - топлообменници; 9 - олеум абсорбатор; 10 - сушилна кула; 11 и 12, съответно първия и втория монохидратен абсорбер; 13 - киселинни колектори.

1 - плоча за подаване; 2 - фурна; 3 - котел за отпадъчна топлина; 4 - циклони; 5 - електрофилтри; 6 - миещи кули; 7 - мокри електрофилтри; 8 - издухваща кула; 9 - сушилна кула; 10 - спрей уловител; 11 - първият монохидратен абсорбер; 12 - топлообменници; 13 - контактно устройство; 14 - олеум абсорбатор; 15 - втори монохидратен абсорбер; 16 - хладилници; 17 - колекции.

1 - денитрационна кула; 2, 3 - първата и втората производствени кули; 4 - окислителна кула; 5, 6, 7 - абсорбционни кули; 8 - електрофилтри.

производство сярна киселинаот метални сулфиди (фиг. 2) е много по-сложен и се състои от следните операции. Изпичането на FeS 2 се извършва в пещ с въздушен взрив с кипящ слой: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Газът за печене, съдържащ SO 2 13-14%, имащ температура 900°C, влиза в котела, където се охлажда до 450°C. Отпрахването се извършва в циклон и електрофилтър. След това газът преминава през две миещи кули, напоени с 40% и 10% сярна киселина. В същото време газът се пречиства окончателно от прах, флуор и арсен. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаобразувани в миещите кули, са предвидени две степени на мокри електрофилтри. След изсушаване в сушилна кула, преди което газът се разрежда до съдържание на 9% SO 2 , той се подава към първия етап на конверсия (3 слоя катализатор) чрез вентилатор. В топлообменниците газът се нагрява до 420°C поради топлината на газа, идваща от първия етап на преобразуване. SO 2, окислен до 92-95% в SO 3, преминава към първия етап на абсорбция в олеумни и монохидратни абсорбери, където се освобождава от SO 3 . След това газът, съдържащ SO 2 ~ 0,5% навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху един или два слоя катализатор. Газът се нагрява предварително в друга група топлообменници до 420 °C поради топлината на газовете, идваща от втория етап на катализа. След отделяне на SO 3 във втория етап на абсорбция, газът се освобождава в атмосферата.

Степента на превръщане на SO 2 в SO 3 при метод за контакт 99,7%, скорост на абсорбция на SO 3 99,97%. производство сярна киселинаизвършва се в един етап на катализа, докато степента на превръщане на SO 2 в SO 3 не надвишава 98,5%. Преди да бъде изпуснат в атмосферата, газът се пречиства от останалия SO 2 (виж). Производителността на съвременните инсталации е 1500-3100 т/ден.

Същността на азотния метод (фиг. 3) е, че газът за печене след охлаждане и почистване от прах се обработва с така наречената нитроза - сярна киселинав които са разтворени азотни оксиди. SO 2 се абсорбира от нитроза и след това се окислява: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Полученият NO е слабо разтворим в нитроза и се освобождава от нея, след което частично се окислява от кислород в газовата фаза до NO 2 . Смес от NO и NO 2 се реабсорбира сярна киселинаи т.н. Азотните оксиди не се изразходват в азотния процес и се връщат в производствения цикъл поради непълното им усвояване. сярна киселинате се отнасят частично от отработените газове. Предимства на азотния метод: простота на хардуерния дизайн, по-ниска цена (10-15% по-ниска от контактната), възможност за 100% обработка на SO 2.

Оборудването на азотния процес в кулата е просто: SO 2 се обработва в 7-8 облицовани кули с керамична опаковка, една от кулите (куха) е регулируем окислителен обем. Кулите имат киселинни колектори, хладилници, помпи, които доставят киселина в резервоари под налягане над кулите. Пред последните две кули е монтиран заден вентилатор. За почистване на газ от аерозол сярна киселинаслужи като електростатичен филтър. Необходимите за процеса азотни оксиди се получават от HNO 3 . За намаляване на емисиите на азотни оксиди в атмосферата и 100% преработка на SO 2 е инсталиран цикъл на обработка без азотен SO 2 между производствената и абсорбционната зони в комбинация с водно-киселинен метод за дълбоко улавяне на азотни оксиди. Недостатъкът на азотния метод е ниското качество на продукта: концентрация сярна киселина 75%, наличие на азотни оксиди, Fe и други примеси.

За намаляване на възможността за кристализация сярна киселинапо време на транспортиране и съхранение се установяват стандарти за търговски класове сярна киселина, чиято концентрация отговаря на най ниски температурикристализация. Съдържание сярна киселинав технически степени (%): кула (азотен) 75, контакт 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентен олеум 114,6, батерия 92-94. сярна киселинасъхранявани в стоманени резервоари с обем до 5000 m 3, общият им капацитет в склада е предназначен за десетдневно производство. Олеум и сярна киселинатранспортирани в стоманени железопътни цистерни. Концентриран и батерия сярна киселинатранспортирани в стоманени резервоари, устойчиви на киселини. Резервоарите за транспортиране на олеум са покрити с топлоизолация и олеумът се загрява преди пълнене.

Определи сярна киселинаколориметрично и фотометрично, под формата на суспензия на BaSO 4 - фототурбидиметрично, както и по кулонометричен метод.

Използването на сярна киселина

Сярната киселина се използва в производството на минерални торове, като електролит в оловни батерии, за получаване на различни минерални киселини и соли, химически влакна, багрила, вещества, образуващи дим и експлозиви, в нефтената, металообработващата, текстилната, кожарската и други индустрии. Използва се в промишления органичен синтез при реакции на дехидратация (получаване на диетилов етер, естери), хидратиране (етанол от етилен), сулфониране (и междинни продукти при производството на багрила), алкилиране (получаване на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др. Най-големият потребител сярна киселина- производство на минерални торове. За 1 тон P 2 O 5 фосфатни торове се изразходват 2,2-3,4 тона сярна киселина, а за 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t сярна киселина. Поради това инсталациите за сярна киселина са склонни да се изграждат заедно с инсталациите за производство на минерални торове. Световно производство сярна киселинапрез 1987 г. достига 152 милиона тона.

Сярна киселинаи олеум - изключително агресивни вещества, които засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, често - ларингит, трахеит, бронхит и др. ПДК на аерозол на сярна киселина във въздуха на работната зона е 1,0 mg/m 3, в атмосферата 0,3 mg/m 3 (максимално еднократно) и 0,1 mg/m 3 (средно денонощие). Поразителната концентрация на изпарения сярна киселина 0,008 mg/l (60 min експозиция), летално 0,18 mg/l (60 min). Клас на опасност 2. Аерозол сярна киселинамогат да се образуват в атмосферата в резултат на емисии от химическа и металургична промишленост, съдържащи оксиди на S, и да изпаднат като киселинен дъжд.

Физични свойства

Чистата 100% сярна киселина (монохидрат) е безцветна маслена течност, която се втвърдява в кристална маса при +10 °C. Реактивната сярна киселина обикновено има плътност 1,84 g/cm 3 и съдържа около 95% H 2 SO 4 . Втвърдява се само под -20 °C.

Точката на топене на монохидрата е 10,37 °C с топлина на топене 10,5 kJ/mol. При нормални условия това е много вискозна течност с много висока диелектрична константа (e = 100 при 25 °C). Незначителната собствена електролитна дисоциация на монохидрата протича паралелно в две посоки: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 и [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 - 5 . Неговият молекулярно-йонен състав може приблизително да се характеризира със следните данни (в%):

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

Когато се добавят дори малки количества вода, дисоциацията става преобладаваща по схемата: H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -

Химични свойства

H 2 SO 4 е силна двуосновна киселина.

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

Първият етап (за средни концентрации) води до 100% дисоциация:

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

1) Взаимодействие с метали:

а) разредената сярна киселина разтваря само метали, които са в серията на напрежение вляво от водорода:

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

б) концентриран H 2 +6 SO 4 - силен окислител; при взаимодействие с метали (с изключение на Au, Pt), може да се редуцира до S +4 O 2, S 0 или H 2 S -2 (Fe, Al, Cr също не реагират без нагряване - те се пасивират):

• 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) концентрираният H 2 S +6 O 4 реагира при нагряване с някои неметали поради силните си окислителни свойства, превръщайки се в серни съединения с по-ниска степен на окисление (например S + 4 O 2):

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

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

• 2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (конц.) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O
• 3) с основни оксиди:

CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O

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

4) с хидроксиди:

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

H + + OH - --> H 2 O

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

• 2H + + Cu(OH) 2 --> Cu 2+ + 2H 2 O
• 5) обменни реакции със соли:

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

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

образование бяла утайка BaSO 4 (неразтворим в киселини) се използва за идентифициране на сярна киселина и разтворими сулфати.

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

Монохидратът (чиста, 100% сярна киселина) е йонизиращ разтворител с киселинен характер. Сулфатите на много метали се разтварят добре в него (превръщайки се в бисулфати), докато солите на други киселини се разтварят, като правило, само ако могат да бъдат разтворени (с превръщане в бисулфати). Азотната киселина се държи в монохидрат като слаба основа HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 - перхлорна - като много слаба киселина Cl > HClO 4). Монохидратът разтваря добре много органични вещества, съдържащи атоми с неподелени електронни двойки (способни да прикрепят протон). Някои от тях след това могат да бъдат изолирани обратно непроменени чрез просто разреждане на разтвора с вода. Монохидратът има висока криоскопична константа (6,12°) и понякога се използва като среда за определяне на молекулни тегла.

Концентрираната H 2 SO 4 е доста силен окислител, особено при нагряване (обикновено се редуцира до SO 2). Например, той окислява HI и частично HBr (но не и HCl) до свободни халогени. Той също така окислява много метали - Cu, Hg и др. (докато златото и платината са стабилни по отношение на H 2 SO 4). Така че взаимодействието с медта протича съгласно уравнението:

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

Действайки като окислител, сярната киселина обикновено се редуцира до SO 2 . Но с най-силните редуциращи агенти може да се редуцира до S и дори до H 2 S. Концентрираната сярна киселина реагира със сероводород съгласно уравнението:

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

Трябва да се отбележи, че той също е частично редуциран от газообразен водород и следователно не може да се използва за изсушаването му.

Ориз. 13.

Разтварянето на концентрирана сярна киселина във вода е придружено от значително отделяне на топлина (и известно намаляване на общия обем на системата). Монохидрат почти не провежда електрически ток. Обратно, водните разтвори на сярна киселина са добри проводници. Както се вижда на фиг. 13, приблизително 30% киселина има максимална електрическа проводимост. Минимумът на кривата съответства на хидрат със състав H 2 SO 4 ·H 2 O.

Отделянето на топлина при разтваряне на монохидрата във вода е (в зависимост от крайната концентрация на разтвора) до 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Напротив, чрез смесване на 66% сярна киселина, предварително охладена до 0 ° C, със сняг (1: 1 тегловно), може да се постигне понижаване на температурата до -37 ° C.

Промяната в плътността на водните разтвори на H 2 SO 4 с неговата концентрация (тегл.%) е дадена по-долу:

Както може да се види от тези данни, определянето на плътността на концентрацията на сярна киселина над 90 тегл. % става доста неточен. Налягането на водните пари върху разтвори на H 2 SO 4 с различни концентрации при различни температури е показано на фиг. 15. Сярната киселина може да действа като изсушаващ агент само докато налягането на водните пари над нейния разтвор е по-малко от нейното парциално налягане в газа, който се суши.

Ориз. 15.

Ориз. 16. Точки на кипене над разтвори на H2SO4. Разтвори на H2SO4.

Когато разреден разтвор на сярна киселина се вари, водата се дестилира от него и точката на кипене се повишава до 337 ° C, когато 98,3% H 2 SO 4 започва да дестилира (фиг. 16). Напротив, излишъкът от серен анхидрид се изпарява от по-концентрирани разтвори. Парата от сярна киселина, кипяща при 337 ° C, е частично дисоциирана на H 2 O и SO 3, които се рекомбинират при охлаждане. Високата точка на кипене на сярната киселина позволява да се използва за изолиране на летливи киселини от техните соли (например HCl от NaCl) при нагряване.

Касова бележка

Монохидратът може да се получи чрез кристализация на концентрирана сярна киселина при -10°C.

Производство на сярна киселина.

• 1-ви етап. Пиритна пещ.
• 4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Процесът е разнороден:

• 1) смилане на железен пирит (пирит)
• 2) метод "кипящ слой".
• 3) 800°С; отстраняване на излишната топлина
• 4) повишаване на концентрацията на кислород във въздуха
• 2-ри етап. След почистване, сушене и топлообмен, серният диоксид навлиза в контактния апарат, където се окислява до серен анхидрид (450 ° C - 500 ° C; катализатор V 2 O 5):
• 2SO2 + O2
• 3-ти етап. Абсорбционна кула:

nSO 3 + H 2 SO 4 (конц.) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (олеум)

Водата не може да се използва поради образуването на мъгла. Нанесете керамични дюзи и принципа на противотока.

Приложение.

Помня! Сярната киселина трябва да се излива във водата на малки порции, а не обратното. В противен случай може да възникне бурна химическа реакция, в резултат на която човек може да получи тежки изгаряния.

Сярната киселина е един от основните продукти на химическата промишленост. Отива за производството на минерални торове (суперфосфат, амониев сулфат), различни киселини и соли, лекарства и детергенти, багрила, изкуствени влакна, експлозиви. Използва се в металургията (разлагане на руди, например уран), за пречистване на петролни продукти, като десикант и др.

Практически важен е фактът, че много силна (над 75%) сярна киселина не действа на желязото. Това ви позволява да го съхранявате и транспортирате в стоманени резервоари. Напротив, разреденият H 2 SO 4 лесно разтваря желязото с отделянето на водород. Оксидиращите свойства изобщо не са характерни за него.

Силната сярна киселина абсорбира енергично влагата и затова често се използва за изсушаване на газове. От много органична материясъдържащ водород и кислород в състава си, той отнема вода, която често се използва в технологиите. Със същото (както и с окислителните свойства на силния H 2 SO 4) се свързва разрушителният му ефект върху растителните и животинските тъкани. Сярна киселина, която случайно попадне върху кожата или дрехите по време на работа, трябва незабавно да се измие обилно с вода, след това да се намокри засегнатата област с разреден разтвор на амоняк и да се изплакне отново с вода.

свойства на сярната киселина

Безводната сярна киселина (монохидрат) е тежка маслена течност, която се смесва с вода във всякакви пропорции с отделяне на голямо количество топлина. Плътността при 0 ° C е 1,85 g / cm 3. Кипи при 296°C и замръзва при -10°C. Сярната киселина се нарича не само монохидрат, но и нейните водни разтвори (), както и разтвори на серен триоксид в монохидрат (), наречени олеум. Олеумът "пуши" във въздуха поради десорбция от него. Чистата сярна киселина е безцветна, докато търговската киселина е тъмна на цвят с примеси.

Физичните свойства на сярната киселина, като плътност, температура на кристализация, точка на кипене, зависят от нейния състав. На фиг. 1 показва кристализационна диаграма на системата. Максимумите в него съответстват на състава на съединенията или наличието на минимуми се обяснява с факта, че температурата на кристализация на смеси от две вещества е по-ниска от температурата на кристализация на всяко от тях.

Ориз. 1

Безводната 100% сярна киселина има относително висока температура на кристализация от 10,7 °C. За да се намали възможността от замръзване на търговски продукт по време на транспортиране и съхранение, концентрацията на техническата сярна киселина се избира така, че да има достатъчно ниска температура на кристализация. Индустрията произвежда три вида търговска сярна киселина.

Сярната киселина е много активна. Той разтваря метални оксиди и повечето чисти метали; при повишени температури той измества всички други киселини от солите. Особено алчно сярната киселина се свързва с вода поради способността си да дава хидрати. Той отнема вода от други киселини, от кристални соли и дори кислородни производни на въглеводороди, които не съдържат самата вода, а водород и кислород в комбинация H: O = 2. дървото и други растителни и животински тъкани, съдържащи целулоза, нишесте и захар, са разрушава се в концентрирана сярна киселина; водата се свързва с киселина и от тъканта остава само фино диспергиран въглерод. В разредена киселина целулозата и нишестето се разпадат, за да образуват захари. Ако влезе в контакт с човешката кожа, концентрираната сярна киселина причинява изгаряния.

Високата активност на сярната киселина, съчетана с относително ниската себестойност на производството, предопредели огромния мащаб и изключителното разнообразие на нейното приложение (фиг. 2). Трудно е да се намери индустрия, която да не е консумирала сярна киселина или продукти, произведени от нея в различни количества.

Ориз. 2

Най-големият потребител на сярна киселина е производството на минерални торове: суперфосфат, амониев сулфат и др.. Много киселини (например фосфорна, оцетна, солна) и соли се произвеждат предимно с помощта на сярна киселина. Сярната киселина се използва широко в производството на цветни и редки метали. В металообработващата промишленост сярната киселина или нейните соли се използват за декапиране на стоманени продукти преди боядисване, калайдисване, никелиране, хромиране и др. Значителни количества сярна киселина се използват за рафиниране на петролни продукти. С използването на сярна киселина е свързано и получаването на редица багрила (за тъкани), лакове и бои (за сгради и машини), лекарствени вещества и някои пластмаси. С помощта на сярна киселина, етилов и други алкохоли, някои естери, синтетични перилни препарати, редица пестициди за борба с селскостопански вредители и плевели. Разредените разтвори на сярна киселина и нейните соли се използват в производството на коприна, в текстилната промишленост за обработка на влакна или тъкани преди боядисването им, а също и в други отрасли на леката промишленост. В хранително-вкусовата промишленост сярната киселина се използва при производството на нишесте, меласа и редица други продукти. Транспортът използва оловни батерии със сярна киселина. Сярната киселина се използва за изсушаване на газове и за концентриране на киселини. И накрая, сярната киселина се използва в процесите на нитриране и в производството на повечето експлозиви.

СЯРНА КИСЕЛИНА H2SO4, молекулна маса 98,082; безцветен маслена течност без мирис. Много силна двуосновна киселина, при 18°C ​​pK a 1 - 2.8, K 2 1.2 10 -2, pK a 2 l.92; дължини на връзката в молекулата S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, ъгъл HOSOH 104°, OSO 119°; кипи с различни, образувайки азеотропна смес (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 ° C; виж също таблица 1). СЯРНАТА КИСЕЛИНА, съответстваща на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): H 2 SO 4 99,5, 0,18, 0,14, H 3 O + 0,09, H 2 S 2 O 7 0,04, HS 2 O 7 0,05. Смесва се с вода и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори СЯРНАТА КИСЕЛИНА е почти напълно дисоциирана на Н + и . Образува хидрати H 2 SO 4 nH 2 O, където n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Разтворите на SO 3 в СЯРНА КИСЕЛИНА се наричат ​​олеум, те образуват две съединения H 2 SO 4 SO 3 и H 2 SO 4 2SO 3. Олеумът съдържа и пиросярна киселина, която се получава чрез реакцията: H 2 SO 4 + + SO 3: H 2 S 2 O 7.

Точката на кипене на водните разтвори на СЯРНА КИСЕЛИНА до. се увеличава с увеличаване на концентрацията му и достига максимум при съдържание от 98,3% H 2 SO 4 (Таблица 2). Точката на кипене на олеума намалява с увеличаване на съдържанието на SO 3. С увеличаване на концентрацията на водни разтвори на СЯРНА КИСЕЛИНА общото налягане на парите над разтворите намалява и при съдържание от 98,3% H 2 SO 4 достига минимум. С увеличаване на концентрацията на SO 3 в олеума, общото налягане на парите над него се увеличава. Налягането на парата е над водни разтвориСЯРНА КИСЕЛИНА c. и олеум могат да се изчислят по уравнението: lgp (Pa) \u003d A - B / T + 2.126, стойностите на коефициентите A и B зависят от концентрацията на СЯРНА КИСЕЛИНА c. H 2 SO 4 и SO 3 , докато съставът на парата се различава от състава на течността при всички концентрации на СЯРНА КИСЕЛИНА, с изключение на съответната азеотропна смес.

С повишаване на температурата се увеличава дисоциацията на H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 - Q, уравнението за температурната зависимост на равновесната константа 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 . При нормално налягане степента на дисоциация: 10 -5 (373 K), 2,5 (473 K), 27,1 (573 K), 69,1 (673 K). Плътността на 100% СЯРНА КИСЕЛИНА може да се определи по уравнението: d = 1,8517 - - 1,1 10 -3 t + 2 10 -6 t 2 g / cm 3. С увеличаване на концентрацията на разтвори на СЯРНА КИСЕЛИНА, техният топлинен капацитет намалява и достига минимум за 100% СЯРНА КИСЕЛИНА, докато топлинният капацитет на олеума се увеличава с увеличаване на съдържанието на SO 3.

С увеличаване на концентрацията и понижаване на температурата, топлопроводимостта l намалява: l \u003d 0,518 + 0,0016t - (0,25 + + t / 1293) C / 100, където C е концентрацията на СЯРНА КИСЕЛИНА c., в% . Макс. вискозитет има олеум H 2 SO 4 SO 3, с повишаване на температурата h намалява. Електрически устойчивостта на СЯРНАТА КИСЕЛИНА към е минимална при концентрация 30 и 92% H 2 SO 4 и максимална при концентрация 84 и 99,8% H 2 SO 4 . За олеум мин. r при концентрация 10% SO 3 . С повишаване на температурата, r СЯРНА КИСЕЛИНА се увеличава. Диелектрик пропускливост 100% СЯРНА КИСЕЛИНА стая 101 (298.15 K), 122 (281.15 K); криоскопски постоянен 6.12, ебулиоскопичен. константа 5,33; коефициент на дифузия на парите СЯРНА КИСЕЛИНА във въздуха се променя с температурата; D \u003d 1,67 10 -5 T 3/2 cm 2 / s.

СЯРНАТА КИСЕЛИНА е доста силен окислител, особено при нагряване; окислява HI и частично HBr до свободни халогени, въглерод до CO 2, S до SO 2, окислява много метали (Cu, Hg и др.). В този случай СЯРНАТА КИСЕЛИНА се редуцира до SO 2, а най-мощните редуциращи агенти се редуцират до S и H 2 S. Конц. H 2 SO 4 се редуцира частично от H 2 , поради което не може да се използва за изсушаването му. разл. Взаимодействие на H 2 SO 4 с всички метали, които са в електрохимичната серия от напрежения вляво от водорода, с освобождаването на H 2 . Оксидирайте свойствата за разреден H 2 SO 4 са нехарактерни. СЯРНАТА КИСЕЛИНА дава две серии соли: средни сулфати и кисели хидросулфати (вижте Неорганични сулфати), както и етери (вижте Органични сулфати). Известни са пероксомоносярна (киселина на Каро) H 2 SO 5 и пероксодисулфурна H 2 S 2 O 8 киселини (виж Сяра).

Касова бележка.Суровините за получаване на СЯРНА КИСЕЛИНА са: S, метални сулфиди, H 2 S, отработени газове от топлоелектрически централи, сулфати на Fe, Ca и др. Основни. етапи на получаване на СЯРНА КИСЕЛИНА к.: 1) изпичане на суровини за получаване на SO 2 ; 2) окисление на SO 2 до SO 3 (конверсия); 3) Абсорбция на SO 3. В промишлеността се използват два метода за получаване на СЯРНА КИСЕЛИНА, които се различават по начина, по който се окислява SO 2, контакт с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотен, с азотни оксиди. За получаване на СЯРНА КИСЕЛИНА чрез контактен метод съвременните инсталации използват ванадиеви катализатори, които са изместили Pt и Fe оксиди. Чистият V 2 O 5 има слаба каталитична активност, която рязко нараства в присъствието на соли на алкални метали, като най-голямо влияние оказват K солите 7 V 2 O 5 и K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, разлагащи се при 315 -330, 365-380 и 400-405 °C, съответно). Активният компонент при катализа е в разтопено състояние.

Схемата за окисление на SO 2 до SO 3 може да бъде представена по следния начин:

На първия етап се постига равновесие, вторият етап е бавен и определя скоростта на процеса.

Производството на СЯРНА КИСЕЛИНА от сяра по метода на двоен контакт и двойна абсорбция (фиг. 1) се състои от следните етапи. Въздухът след почистване от прах се подава от газов вентилатор в сушилната кула, където се изсушава с 93-98% СЯРНА КИСЕЛИНА до съдържание на влага 0,01% обемни. Изсушеният въздух влиза в пещта за сяра след предварително нагряване. отопление в един от топлообменниците на контактната единица. Пещта изгаря сяра, доставяна от дюзи: S + O 2 : SO 2 + + 297,028 kJ. Газът, съдържащ 10-14% обемни SO 2, се охлажда в котела и след разреждане с въздух до съдържание на SO 2 от 9-10% обемни при 420 ° C, влиза в контактния апарат за първия етап на преобразуване , който протича върху три слоя катализатор (SO 2 + V 2 O 2 : : SO 3 + 96.296 kJ), след което газът се охлажда в топлообменници. След това газът, съдържащ 8,5-9,5% SO 3 при 200 ° C, навлиза в първия етап на абсорбция в абсорбера, напоен с олеум и 98% СЯРНА КИСЕЛИНА до .: SO 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + + 130,56 kJ . След това газът се почиства от пръски от СЯРНА КИСЕЛИНА, нагрява се до 420 ° C и навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху два слоя катализатор. Преди втория етап на абсорбция газът се охлажда в економайзера и се подава в абсорбера на втория етап, напоен с 98% СЯРНА КИСЕЛИНА, след което след почистване от пръски се освобождава в атмосферата.

Ориз. 1. Схема за производство на сярна киселина от сяра: 1-сярна пещ; 2-рекуперационен котел; 3 - економайзер; 4-стартерна горивна камера; 5, 6-топлообменници на началната пещ; 7-пиново устройство; 8-топлообменници; 9-олеумен абсорбер; 10 сушилна кула; 11 и 12, съответно първия и втория монохидратен абсорбер; 13-колектори на киселина.

Фиг.2. Схема за производство на сярна киселина от пирит: 1-блюдо захранващо устройство; 2-пещ; 3-рекуперационен котел; 4-циклони; 5-електрофилтри; 6 миялни кули; 7-мокри електрофилтри; 8 ударна кула; 9-сушилна кула; 10-уловител за пръски; 11-първи монохидратен абсорбер; 12-топлообмен-wiki; 13 - контактно устройство; 14-олеумен абсорбер; 15 секунден монохидратен абсорбатор; 16 хладилници; 17 колекции.

Ориз. 3. Схема за производство на сярна киселина по азотен метод: 1 - денитрац. кула; 2, 3-първи и втори продукти. кули; 4-окислявам. кула; 5, 6, 7-абсорбира. кули; 8 - електрофилтри.

Производството на СЯРНА КИСЕЛИНА от метални сулфиди (фиг. 2) е много по-сложно и се състои от следните операции. Изпичането на FeS 2 се извършва в пещ с въздушен взрив с кипящ слой: 4FeS 2 + 11O 2: 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Газът от печене със съдържание на SO 2 13-14%, имащ температура 900 °C, влиза в котела, където се охлажда до 450 °C. Отпрахването се извършва в циклон и електрофилтър. След това газът преминава през две промивни кули, напоявани с 40% и 10% СЯРНА КИСЕЛИНА.В същото време газът окончателно се пречиства от прах, флуор и арсен. Предвидени са две степени на мокри електрофилтри за пречистване на газа от аерозол СЯРНА КИСЕЛИНА, образуван в миещите кули. След изсушаване в сушилна кула, преди което газът се разрежда до съдържание на 9% SO 2 , той се подава към първия етап на конверсия (3 слоя катализатор) чрез вентилатор. В топлообменниците газът се нагрява до 420 °C поради топлината на газа, идваща от първия етап на преобразуване. SO 2, окислен до 92-95% в SO 3, преминава към първия етап на абсорбция в олеумни и монохидратни абсорбери, където се освобождава от SO 3 . След това газът, съдържащ SO 2 ~ 0,5% навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху един или два слоя катализатор. Газът се нагрява предварително в друга група топлообменници до 420 °C поради топлината на газовете, идваща от втория етап на катализа. След отделяне на SO 3 във втория етап на абсорбция, газът се освобождава в атмосферата.

Степента на превръщане на SO 2 в SO 3 при контактния метод е 99,7%, степента на абсорбция на SO 3 е 99,97%. Производството на СЯРНА КИСЕЛИНА също се извършва в един етап на катализа, докато степента на превръщане на SO 2 в SO 3 не надвишава 98,5%. Преди да бъде изпуснат в атмосферата, газът се пречиства от останалия SO 2 (виж Пречистване на газа). Производителността на съвременните инсталации е 1500-3100 тона / ден.

Същността на азотния метод (фиг. 3) е, че газът за печене след охлаждане и почистване от прах се обработва с така наречената нитроза-С. към., в който сол. азотни оксиди. SO 2 се абсорбира от нитроза и след това се окислява: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O: H 2 SO 4 + NO. Полученият NO е слабо разтворим в нитроза и се освобождава от нея, след което частично се окислява от кислород в газовата фаза до NO 2 . Сместа от NO и NO 2 се реабсорбира от СЯРНА КИСЕЛИНА. и т.н. Азотните оксиди не се изразходват в азотния процес и се връщат обратно в производството. цикъл, поради непълно усвояване на тяхната СЯРНА КИСЕЛИНА до.те частично се отнасят от отработените газове. Предимства на азотния метод: простота на хардуерния дизайн, по-ниска цена (10-15% по-ниска от контактната), възможност за 100% обработка на SO 2.

Оборудването на азотния процес в кулата е просто: SO 2 се обработва в 7-8 облицовани кули с керамика. дюза, една от кулите (куха) е регулируем окислител. сила на звука. Кулите имат киселинни колектори, хладилници, помпи, които доставят киселина в резервоари под налягане над кулите. Пред последните две кули е монтиран заден вентилатор. Електростатичният филтър служи за пречистване на газа от аерозола на СЯРНАТА КИСЕЛИНА. Необходимите за процеса азотни оксиди се получават от HNO 3 . За намаляване на емисиите на азотни оксиди в атмосферата и 100% преработка на SO 2 е инсталиран цикъл на обработка без азотен SO 2 между производствената и абсорбционната зони в комбинация с водно-киселинен метод за дълбоко улавяне на азотни оксиди. Недостатъкът на азотния метод е ниското качество на продуктите: концентрацията на СЯРНА КИСЕЛИНА е 75%, наличието на азотни оксиди, Fe и други примеси.

За да се намали възможността за кристализация на СЯРНА КИСЕЛИНА по време на транспортиране и съхранение, са установени стандарти за търговски класове на СЯРНА КИСЕЛИНА, чиято концентрация съответства на най-ниските температури на кристализация. Съдържание СЯРНА КИСЕЛИНА гр. в техн. степени (%): кула (азотен) 75, контакт 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентен олеум 114,6, батерия 92-94. СЯРНАТА КИСЕЛИНА се съхранява в стоманени резервоари с обем до 5000 m 3, общият им капацитет в склада е проектиран за десет дни производство. Олеумът и СЯРНАТА КИСЕЛИНА се транспортират в стоманени железопътни цистерни. Конц. и батерия СЯРНА КИСЕЛИНА до.се транспортират в киселинноустойчиви стоманени цистерни. Резервоарите за транспортиране на олеум са покрити с топлоизолация и олеумът се загрява преди пълнене.

СЯРНАТА КИСЕЛИНА се определя колориметрично и фотометрично, под формата на суспензия на BaSO 4 - фототурбидиметрично, както и кулонометрично. метод.

Приложение. СЯРНАТА КИСЕЛИНА се използва в производството на минерални торове, като електролит в оловни батерии, за производството на различни минерални киселини и соли, химически влакна, багрила, димообразуващи вещества и експлозиви, в нефта, металообработката, текстила, кожите, и други индустрии. Използва се в бала. органичен синтез в реакции на дехидратация (получаване на диетилов етер, естери), хидратация (етанол от етилен), сулфониране (синтетични детергенти и междинни продукти при производството на багрила), алкилиране (получаване на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) и др. най-големият потребител на СЯРНА КИСЕЛИНА е производството на минерални торове. За 1 тон P 2 O 5 фосфорни торове се изразходват 2,2-3,4 тона СЯРНА КИСЕЛИНА, а за 1 тон (NH 4) 2 SO 4 -0,75 тона СЯРНА КИСЕЛИНА Следователно инсталациите за сярна киселина са склонни да изграждат комплекс с фабрики за производство на минерални торове. Световното производство на СЯРНА КИСЕЛИНА през 1987 г. достига 152 милиона тона.

СЯРНАТА КИСЕЛИНА и олеумът са изключително агресивни вещества, които засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднения в дишането, кашлица, често ларингит, трахеит, бронхит и др. mg / m 3, в atm. въздух 0,3 mg / m 3 (макс. единичен) и 0,1 mg / m 3 (средно дневно). Увреждащата концентрация на парите на СЯРНАТА КИСЕЛИНА е 0,008 mg/l (експозиция 60 минути), смъртоносна 0,18 mg/l (60 минути). Клас на опасност 2. Аерозол СЯРНА КИСЕЛИНА може да се образува в атмосферата в резултат на химически и металургични емисии. индустрии, съдържащи S оксиди и изпадат като киселинен дъжд.

Литература: Наръчник по сярна киселина, изд. К. М. Малина, 2-ро изд., М., 1971; Amelin A.G., Технология на сярна киселина, 2-ро издание, М., 1983; Василиев Б.Т., Отвагина М.И., Технология на сярната киселина, М., 1985. Ю.В. Филатов.

Химическа енциклопедия. Том 4 >>

Серният триоксид обикновено е безцветна течност. Може да съществува и като лед, влакнести кристали или газ. Когато серен триоксид е изложен на въздух, започва да се отделя бял дим. Той е неразделен елемент от такова реактивно вещество като концентрирана сярна киселина. Това е бистра, безцветна, мазна и силно корозивна течност. Използва се в производството на торове, експлозиви, други киселини, петролната промишленост и оловно-киселинни батерии в автомобили.

Концентрирана сярна киселина: свойства

Сярната киселина се разтваря добре във вода, разяжда метали и тъкани и овъглява дървото и повечето други органични вещества при контакт. Дългосрочното излагане на ниски концентрации или краткосрочното излагане на високи концентрации може да доведе до неблагоприятни последици за здравето от вдишване.

Концентрираната сярна киселина се използва за производство на торове и други химикали, при рафиниране на нефт, производство на желязо и стомана и за много други цели. Тъй като има достатъчно висока точка на кипене, може да се използва за освобождаване на повече летливи киселини от техните соли. Концентрираната сярна киселина има силно хигроскопично свойство. Понякога се използва като изсушаващ агент за дехидратация (отстраняване на вода химичен метод) на много съединения, като въглехидрати.

Реакции на сярна киселина

Концентрираната сярна киселина реагира по необичаен начин със захарта, оставяйки след себе си крехка пореста черна маса от въглерод. Подобна реакция се наблюдава при излагане на кожа, целулоза и други растителни и животински влакна. Когато концентрирана киселина се смеси с вода, голям бройдостатъчно топлина, за да заври. За разреждане трябва да се добавя бавно към студена вода при непрекъснато разбъркване, за да се ограничи натрупването на топлина. Сярната киселина реагира с течността, образувайки хидрати с изразени свойства.

физически характеристики

Течност без цвят и мирис в разреден разтвор има кисел вкус. Сярната киселина е изключително агресивна, когато е изложена на кожата и всички тъкани на тялото, причинявайки тежки изгаряния при директен контакт. В чистата си форма H 2 SO4 не е проводник на електричество, но ситуацията се променя в обратната посока с добавянето на вода.

Някои свойства са, че молекулното тегло е 98,08. Точката на кипене е 327 градуса по Целзий, точката на топене е -2 градуса по Целзий. Сярната киселина е силна минерална киселина и един от основните продукти на химическата промишленост поради широката си търговска употреба. Образува се естествено от окисляването на сулфидни материали като железен сулфид.

Химичните свойства на сярната киселина (H 2 SO4) се проявяват в различни химични реакции:

1. При взаимодействие с алкали се образуват две серии соли, включително сулфати.
2. Реагира с карбонати и хидрокарбонати, за да образува соли и въглероден двуокис(CO 2).
3. Влияе върху металите по различен начин в зависимост от температурата и степента на разреждане. Студеното и разреденото дава водород, горещото и концентрираното дава емисии на SO 2 .
4. При кипене разтвор на H 2 SO4 (концентрирана сярна киселина) се разлага на серен триоксид (SO 3) и вода (H 2 O). Химичните свойства включват и ролята на силен окислител.

опасност от пожар

Сярната киселина е силно реактивна, за да запали фини горими материали при контакт. При нагряване започват да се отделят силно токсични газове. Той е експлозивен и несъвместим с огромен брой вещества. При повишени температури и налягания, доста агресивен химически промении деформация. Може да реагира бурно с вода и други течности, причинявайки пръски.

опасно за здравето

Сярната киселина разяжда всички тъкани на тялото. Вдишването на пари може да причини сериозно увреждане на белите дробове. Увреждането на лигавицата на очите може да доведе до пълна загуба на зрение. Контактът с кожата може да причини тежка некроза. Дори няколко капки могат да бъдат фатални, ако киселината достигне до трахеята. Хроничното излагане може да причини трахеобронхит, стоматит, конюнктивит, гастрит. Могат да възникнат стомашни перфорации и перитонит, придружени от циркулаторен колапс. Сярната киселина е силно разяждащо вещество, с което трябва да се работи изключително внимателно. Признаците и симптомите при излагане могат да бъдат тежки и да включват лигавене, силна жажда, затруднено преглъщане, болка, шок и изгаряния. Повръщаното обикновено е с цвят на смляно кафе. Острата експозиция при вдишване може да доведе до кихане, дрезгав глас, задушаване, ларингит, диспнея, респираторно дразнене и болка в гърдите. Може да се появи и кървене от носа и венците, белодробен оток, хроничен бронхит и пневмония. Излагането на кожата може да доведе до тежки болезнени изгаряния и дерматит.

Първа помощ

1. Преместете пострадалите на чист въздух. Аварийният персонал трябва да избягва излагането на сярна киселина, докато го прави.
2. Оценете жизнените показатели, включително пулса и дихателната честота. Ако не се открие пулс, направете реанимация в зависимост от получените допълнителни наранявания. Ако дишането е налице и затруднено, осигурете дихателна подкрепа.
3. Свалете замърсеното облекло възможно най-скоро.
4. В случай на контакт с очите, изплакнете с топла вода в продължение на поне 15 минути; за кожата, измийте със сапун и вода.
5. При вдишване на токсични изпарения, изплакнете устата си обилно с вода, пийте и е забранено самопредизвикването на повръщане.
6. Доставете пострадалия в лечебно заведение.