Концентрированная серная кислота с оксидами. Серная кислота и ее использование

Серная кислота - это высококоррозийная сильная минеральная кислота с молекулярной формулой H 2 SO 4 . Это бесцветная вязкая жидкость, которая может иметь слегка желтый оттенок, растворимая в воде во всех концентрациях. Серная кислота может быть окрашена в темно-коричневый цвет во время процесса промышленного производства, чтобы предупредить людей об ее опасности. Историческое название серной кислоты - купоросное масло .

Серная кислота - это двухосновная кислота и обладает различными свойствами в зависимости от ее концентрации. Ее коррозионную активность для других материалов, как металлы, живые ткани (например, кожа и плоть) или даже камни, можно в основном приписать ее сильной кислотной природе и в концентрированном виде сильным свойствам дегидратации и окисления. Серная кислота в высокой концентрации может вызвать очень серьезные повреждения при контакте, так как она не только вызывает химический ожог через гидролиз, но и вторичный термический ожог через дегидратацию. Серная кислота обжигает роговицу и может привести к постоянной слепоте, если плеснуть ею в глаза. Таким образом, следует принять серьезные меры безопасности при ее использовании. Более того, она гигроскопична, быстро поглощая водяные пары из воздуха.

Имея различные химические свойства, серная кислота обладает широким диапазоном применений, в том числе в качестве бытового кислотного канализационного очистителя, электролита в свинцово-кислотных батареях и различных очищающих средств. Она также является ключевым веществом в химической промышленности. Основное применение включает минеральную обработку, производство удобрений, очистку нефти, обработку сточных вод и химический синтез. Серную кислоту широко производят посредством различных методов, например, контактного процесса, процесса мокрого катализа и некоторых других способов.

История серной кислоты

Изучение купороса началось в древние времена. У шумеров был список видов купороса, который они классифицировали по цвету вещества. Некоторые из ранних обсуждений происхождения и свойств купороса можно найти в работах греческого врача Диоскорида (первый век н.э.) и римского натуралиста Плиния Старшего (23-79 н.э.). Гален также обсуждал его медицинское использование. Использование купоросных веществ в металлургии описано в древнегреческих алхимических работах Зосимы из Панополиса, в тезисе « Phisica et Mystica » и папирусе «X» Лейдена.

Исламские алхимики Джабир ибн Хайян (721-815 гг. н.э.), Рази (865-925 гг. н.э.) и Джамал Дин аль-Ватват (1318 г., написал книгу «Mabāhij al-fikar wa-manāhij al-"ibar» ), включили купорос в свои списки классификации минералов. Ибн Сина фокусировался на медицинском применении и разновидностях купороса.

Серную кислоту назвали «купоросным маслом» средневековые европейские алхимики. На это название есть ссылки в работах Винсента из Бове и в сочинении «Compositum de Compositis », приписываемом Альберту Великому. Отрывок из труда Псевдо-Гербера «Summa Perfectionis » долго считался первым рецептом серной кислоты, но это было неверное толкование.

В XVII веке немецко-датский химик Иоганн Глаубер приготовил серную кислоту посредством горения серы с селитрой (нитрат калия, KNO 3) в присутствии пара. По мере своего распада селитра окисляет серу до соединения SO 3 , которое объединяется с водой для производства серной кислоты. В 1736 г. Джошуа Уорд, фармацевт из Лондона, использовал этот метод для начала крупномасштабного производства серной кислоты.

В 1746 г. в Бирмингеме Джон Робак адаптировал этот метод для производства серной кислоты в освинцованных камерах, которые были прочнее, дешевле и могли быть больше, чем используемые до того стеклянные контейнеры. Этот процесс в свинцовой камере обеспечил эффективную индустриализацию производства серной кислоты. После некоторых улучшений этот метод, названный «процессом в свинцовой камере» или «камерным процессом», остался стандартом для производства серной кислоты на протяжении почти двух веков.

Серная кислота, созданная в процессе Джона Робака, приблизилась к 65% концентрации. Более поздние усовершенствования в процессе в свинцовой камере, сделанные французским химиком Жозе Луи Гей-Люссаком и британским химиком Джоном Гловером, улучшили концентрацию до 78%. Однако в производстве некоторых красителей и других химических процессах требуется более концентрированный продукт. На протяжении XVIII века это могло быть сделано только посредством сухих дистиллированных минералов в технике, аналогичной оригинальным алхимическим процессам. Пирит (дисульфид железа, FeS 2) нагревался в воздухе, чтобы дать сульфат железа (II), FeSO 4 , который окислялся дальнейшим нагревом в воздухе для образования сульфата железа (III), Fe 2 (SO 4) 3 . Он при нагреве до 480 °C распадался на оксид железа (III) и триоксид серы, который можно было пропустить через воду, чтобы получить серную кислоту в любой концентрации. Однако расход на этот процесс помешал крупномасштабному использованию концентрированной серной кислоты.

В 1831 г. британский торговец уксусом Перегрин Филипс запатентовал контактный процесс, который был гораздо более экономичным процессом для производства триоксида серы и концентрированной серной кислоты. Сегодня почти весь мировой объем серной кислоты производится с использованием этого метода.

Физические свойства серной кислоты

C + 2 H 2 SO 4 → CO 2 + 2 SO 2 + 2 H 2 O

S + 2 H 2 SO 4 → 3 SO 2 + 2 H 2 O

Реакция с хлоридом натрия

Она реагирует с хлоридом натрия и дает газ хлорида водорода и бисульфат натрия:

NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl

Электрофильное замещение в ароматическом ряду

Бензол подвергается электрофильному замещению в ароматическом ряду с серной кислотой для образования соответствующих сульфоновых кислот.

Распространенность

Чистая серная кислота не встречается естественным образом на Земле в безводной форме из-за ее большого сродства с водой. Разжиженная серная кислота - это составляющая кислотного дождя, которая образована атмосферным окислением диоксида серы в присутствии воды, т.е. окислением сернистой кислоты. Диоксид серы - это основной побочный продукт, образованный при сжигании содержащего серу топлива, такого как уголь или нефть.

Серная кислота образуется натуральным образом посредством окисления сульфидных минералов, таких как сульфид железа. Полученная в результате вода может быть высококислотной и называется дренажем кислых шахтных вод (ДКШВ) или дренажем кислых пород (ДКП). Эта кислотная вода способна растворять металлы, присутствующие в сульфидной породе, результатом чего становятся ярко окрашенные токсичные потоки. В окислении пирита (сульфид железа) молекулярным кислородом образуется железо (II) или Fe 2+ :

2 FeS 2 (т.в.) + 7 O 2 + 2 H 2 O → 2 Fe 2+ (в.р.) + 4 SO 4 2− (в.р.) + 4 H +

4 Fe 2+ + O 2 + 4 H + → 4 Fe 3+ + 2 H 2 O

Полученный Fe 3+ можно осадить, как гидроксид или водный оксид:

Fe 3+ (в.р.) + 3 H 2 O → Fe(OH) 3 (т.в.) + 3 H +

Ион железа (III) («трёхвалентное железо») также может окислять пирит:

FeS 2 (г.) + 14 Fe 3+ + 8 H 2 O → 15 Fe 2+ (в.р.) + 2 SO 4 2− (в.р.) + 16 H +

Когда происходит окисление пирита железом (III), процесс может ускориться. В ДКП, образованном этим процессом были измерены величины pH ниже нуля.

ДКП может также образовывать серную кислоту при меньшей скорости, таким образом, нейтрализующая способность кислоты (НСК) водоносного слоя может нейтрализовать полученную кислоту. В таких случаях концентрация общих растворенных твердых веществ (РТВ) воды может быть увеличена из раствора минералов от реакции нейтрализации кислоты с минералами.

Серная кислота используется в качестве защиты определенными морскими видами, например, бурые водоросли Desmarestia munda (порядок десмарестиевые) концентрируют серную кислоту в клеточных вакуолях.

Внеземная серная кислота

Венера

Серная кислота образуется в верхней атмосфере Венеры фотохимической реакцией на углекислый газ, диоксид серы и водяные пары. Ультрафиолетовые протоны длины волны менее 169 нм могут фотодиссоциировать углекислый газ на моноокись углерода и атомный кислород. Атомный кислород сильно реагентный. Когда он вступает в реакцию с диоксидом серы, компонент, в ничтожном количестве существующий в атмосфере Венеры, результатом становится триоксид серы, который может объединяться с водяными парами, другим незначительным компонентом атмосферы Венеры, образуя серную кислоту. В верхних более холодных слоях атмосферы Венеры, серная кислота существует в виде жидкости, а густые облака серной кислоты полностью скрывают поверхность планеты, если смотреть на нее сверху. Основной слой облаков простирается в 45-70 км выше поверхности планеты, менее густые туманы простираются ниже в 30 км и выше в 90 км над ее поверхностью. Постоянные венерианские облака образуют концентрированный кислотный дождь, как облака в атмосфере Земли образуют водяной дождь.

Атмосфера проявляет цикл серной кислоты. Когда капли дождя серной кислоты падают вниз через температурный градиент более горячих слоев атмосферы, они нагреваются и выпускают водяные пары, становясь все более и более концентрированными. Когда они достигают температуры выше 300 °C, серная кислота начинает распадаться на триоксид серы и воду, в газовой фазе. Триоксид серы сильно реагентный и разлагается на диоксид серы и атомный кислород, который окисляет следы моноокиси углерода для образования углекислого газа. Диоксид серы и водные пары поднимаются на конвективных течениях от срединных атмосферных слоев до более высоких, где они трансформируются снова в серную кислоту - цикл повторяется.

Европа

Инфракрасный спектр от миссии Галилео НАСА показывает отчетливое поглощение на луне Юпитера Европе, которое было отнесено к одному или нескольким гидратам серной кислоты. Серная кислота в растворе с водой вызывает значительное понижение температуры замерзания точки плавления воды, до −63 °C, и это сделало бы более вероятным существование жидких растворов под ледяной коркой Европы. Интерпретация спектра несколько сомнительна. Некоторые планетарные ученые предпочитают назначать спектральные свойства иону сульфата, возможно, как части одного или нескольких минералов на поверхности Европы.

Производство серной кислоты

Серная кислота образуется из серы, кислорода и воды через традиционный контактный процесс (ДКДА - двойное контактирование - двойная абсорбция ) или процесс мокрого катализа серной кислоты (МКСК).

Контактный процесс

S (г.) + O 2 (г.) → SO 2 (г.)

Он затем окисляется до триоксида серы с использованием кислорода в присутствии катализатора оксида ванадия (V). Эта реакция обратима, а формирование триоксида серы - это экзотермическая реакция.

2 SO 2 (г.) + O 2 (г.) ≡ 2 SO 3 (г.) (в присутствии V 2 O 5)

Триоксид серы поглощается 97-98% H 2 SO 4 для образования олеума (H 2 S 2 O 7), также известного, как дымящая серная кислота . Олеум затем разводится водой для формирования концентрированной серной кислоты.

H 2 SO 4 (l) + SO 3 (g)→ H 2 S 2 O 7 (l)

H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l)

Следует отметить, что напрямую растворять SO 3 в воде не практично из-за сильного экзотермического характера реакции между триоксидом серы и водой. В реакции вместо жидкости образуется коррозийный аэрозоль, который очень трудно разделить.

SO 3 (г.) + H 2 O (l) → H 2 SO 4 (l)

Процесс мокрого катализа серной кислоты

В первом этапе сера сжигается для образования диоксида серы.

S(т.в.) + O 2 (г.) → SO 2 (г.)

Или альтернативно газ сульфида водорода (H 2 S) сжигается до газа SO 2:

2 H 2 S + 3 O 2 → 2 H 2 O + 2 SO 2 (−518 кДж/моль)

Затем он окисляется до триоксида серы, используя кислород с оксидом ванадия (V) в качестве катализатора.

2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3 (−99 кДж/моль) (реакция обратима)

Триоксид серы гидратируется в серной кислоте H 2 SO 4:

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (г.) (−101 кДж/моль)

Последний этап - это конденсация серной кислоты до жидкости 97-98% H 2 SO 4:

H 2 SO 4 (г.) → H 2 SO 4 (l) (−69 кДж/моль)

Другие методы

Другой метод - это менее хорошо изученный метод метабисульфита, в котором метабисульфит помещается на дно лабораторного стакана, к нему добавляется соляная кислота в 12,6 молярной концентрации. Полученный газ пузырится через азотную кислоту, выпускающую коричневые/красные пары. Завершение реакции отмечается прекращением дымов. В этом методе не образуется неразделимый туман, что довольно удобно.

Серную кислоту можно получить в лаборатории сжиганием серы в воздухе и растворением полученного газа в растворе пероксида водорода.

SO 2 + H 2 O 2 → H 2 SO 4

До 1900 г. большая часть серной кислоты производилась в процессе в свинцовой камере. Еще в 1940 г. до 50% серной кислоты, произведенной в США, было получено посредством процесса в свинцовой камере.

С начала до середины XIX века существовали «купоросные» установки, помимо других мест, в Престонпэнс, Шотландия, Шропшире и в долине Лэген в графстве Антрим, Ирландия, где купорос использовали для отбеливания белья. Ранее белье отбеливали молоком, но это был медленный процесс, а применение купороса ускорило процесс отбеливания.

Применение серной кислоты

Серная кислота - это очень важный химический продукт и, действительно, национальное производство серной кислоты является хорошим индикатором индустриальной мощи. Мировое производство в 2004 г. составило около 180 миллионов тонн со следующим географическим распределением: Азия 35%, Северная Америка (в том числе Мексика) 24%, Африка 11%, Западная Европа 10%, Восточная Европа и Россия 10%, Австралия и Океания 7%, Южная Америка 7%. Большая часть этого объема (~60%) используется для удобрений, в частности, суперфосфатов, фосфата аммония и сульфатов аммония. Около 20% используется в химической промышленности для производства моющих средств, синтетических смол, красителей, фармацевтических препаратов, катализаторов нефти, инсектицидов и антифриза, а также в различных процессах, таких как кислотная обработка нефтяных скважин, восстановление алюминия, проклейка бумаги, обработка воды. Около 6% использования - это пигменты, в том числе краски, эмали, красящие чернила, ткань и бумага с покрытием; оставшаяся часть направлена на множество целей, например, производство взрывчатых веществ, целлофана, ацетата и вискозных тканей, смазочных средств, цветных металлов и батарей.

Промышленное производство химикатов

Серная кислота в основном применяется в «мокром методе» для получения фосфорной кислоты, используемой для производства фосфатных удобрений. В этом методе используется фосфатная порода, более 100 миллионов тонн которой обрабатывается ежегодно. Это сырье показано ниже, как фтороапатит, хотя точный состав может варьироваться. Его обрабатывают 93% серной кислотой для получения сульфата кальция, фторида водорода (HF) и фосфорной кислоты. HF удаляется, как плавиковая кислота. Весь процесс можно представить, как:

Ca 5 F(PO 4) 3 + 5 H 2 SO 4 + 10 H 2 O → 5 CaSO 4 ·2 H 2 O + HF + 3 H 3 PO 4

Сульфат аммония, важное азотное удобрение, чаще всего производится, как побочный продукт от коксовых установок, обеспечивающих заводы производства железа и стали. Реагирование аммиака, образованного в термическом распаде угля, с отходной серной кислотой позволяет аммиаку выкристаллизовываться в виде соли (часто коричневого цвета из-за загрязнения железом) для продажи в агрохимическую промышленность.

Другое важное применение серной кислоты - для производства сульфата алюминия, также известного, как квасцы производителя бумаги. Она может реагировать с малыми количествами мыла на волокнах бумажной массы, чтобы дать желатиновые карбоксилаты алюминия, которые помогают коагулировать волокна целлюлозы в твердую бумажную поверхность. Она также используется для изготовления гидроксида алюминия, который применяется на установках обработки воды для фильтрации нечистот, а также для улучшения вкуса воды. Сульфат алюминия получают путем реакции боксита с серной кислотой:

Al 2 O 3 + 3 H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2 O

Серная кислота также важна в производстве растворов красителей.

Цикл сера-йод

Цикл сера-йод - это ряд термохимических процессов, используемых для получения водорода. Он состоит из трех химических реакций, сетевым реагентом которых является вода и сетевыми продуктами - водород и кислород.

Соединения серы и йода восстанавливаются и повторно используются, поэтому процесс рассматривается, как цикл. Этот эндотермический процесс должен происходить при высоких температурах, поэтому должна поставляться энергия в виде тепла.

Цикл сера-йод предложен, как способ поставки водорода, для экономики, основанной на водороде. Он не требует углеводородов, как современные методы парового реформинга. Но следует отметить, что вся доступная энергия в водороде, образованная таким образом, обеспечивается теплом, использованным для его производства.

Цикл сера-йод в настоящий момент исследуется, как возможный метод получения водорода, но концентрированная коррозийная кислота при высоких температурах представляет пока непреодолимую угрозу безопасности, если процесс выстраивался в крупном масштабе.

Промышленное средство очищения

Серная кислота используется в большом количестве в черной металлургии и в производстве стали для удаления окисления, коррозии и окалины из прокатанного листа и заготовок перед продажей для применения в автомобильной промышленности и в производстве важных приборов. Использованная кислота часто повторно перерабатывается с использованием установки регенерации отработанной кислоты (РОК). Эти установки сжигают отработанную кислоту с природным газом, нефтезаводским газом, нефтяным топливом или другими источниками топлива. В этом процессе сгорания образуется газообразный диоксид серы (SO 2) и триоксид серы (SO 3), которые затем используются для производства «новой» серной кислоты. Установки РОК - это обычные включения на установках плавления металлов, нефтеочистительных заводах и в другой промышленности, где серная кислота потребляется в большом количестве, так как установка РОК гораздо дешевле повторных расходов на утилизацию истощенной кислоты и покупку новой кислоты.

Катализатор

Серная кислота используется для разнообразных целей в химической промышленности. Например, это обычный кислотный катализатор для превращения оксима циклогексанона в капролактам, использующийся для производства нейлона. Она используется для производства соляной кислоты из соли через процесс Мангейма. H 2 SO 4 в значительной степени применяется в очистке нефти, например, как катализатор для реакции изобутана с изобутиленом для образования изооктана, соединения, повышающего октановое число бензина.

Электролит

Серная кислота выступает, как катализатор в свинцово-кислотных (автомобильных) батареях (свинцово-кислотный аккумулятор):

На аноде:

Pb + SO 4 2- ⇌ PbSO 4 + 2 e -

На катоде:

PbO 2 + 4 H + + SO 4 2- + 2 e - ⇌ PbSO 4 + 2 H 2 O

Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO 4 2- ⇌ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

Применение в быту

Концентрированная серная кислота зачастую является основным ингредиентом кислотных очистителей водосточных труб, которые используются для удаления жира, волос, оберточной бумаги и т.д. Аналогично щелочным вариантам, такие очистители труб могут растворять жиры и протеины через гидролиз. Более того, так как концентрированная серная кислота обладает сильным дегидрирующим свойством, она может растворять оберточную бумагу также через процесс дегидратации. Так как кислота может энергично вступать в реакцию с водой, такие кислотные очистители труб должны добавляться в трубу для очистки медленно.

Здоровье

Серная кислота и сульфированные фенольные смолы - это основные ингредиенты дебактерола, жидкого топического вещества, используемого в обработке рецидивирующего афтозного стоматита (гангренозные язвы) или для любых процедур в полости рта, которые требуют контролируемой фокусной санации некротических тканей.

Безопасность серной кислоты

Лабораторная опасность

Серная кислота опасно коррозийна и может вызывать тяжелые ожоги. Вместе с другими коррозийными сильными кислотами и сильными щелочами, она приводит к химическому ожогу, так как она быстро разлагает белки и жиры в живых тканях через гидролиз амидов и гидролиз сложных эфиров. Кроме того, она также проявляет свойство дегидратации, которое дегидрирует углеводороды, выделяя избыточное тепло и приводя к вторичному термическому ожогу, дополнительно к химическому ожогу. Из-за этого повреждение, вызванное серной кислотой, потенциально более опасно или серьезно, чем повреждение, вызванное многими другими сопоставимыми сильными кислотами, обнаруживаемыми в лабораториях, таких как серная кислота и азотная кислота. Она быстро атакует роговицу при попадании в глаза, приводя к постоянной слепоте. Более того, она может вызвать необратимое разрушение внутренних органов и может быть смертельной при проглатывании. При перевозке серной кислоты следует всегда использовать защитное оборудование. Кроме того, это сильное окисляющее вещество в высокой концентрации разъедает многие металлы, его следует хранить с осторожностью.

Опасность выше с более концентрированными препаратами серной кислоты. Растворы , равные или сильнее 1,5 М, помечаются ярлыком «Коррозийный», в то время как растворы выше 0,5 М, но меньше 1,5 М, помечаются ярлыком «Раздражающий». Однако даже нормальная лабораторная «разжиженная» степень (приблизительно 1 М, 10%) обугливает бумагу дегидратацией, если оставить в контакте на достаточный период времени.

Стандартным средством первой помощи для разлива кислоты на коже, как и для других коррозирующих веществ, является промывание обильным количеством воды. Промывание продолжается, по крайней мере, в течение десяти-пятнадцати минут для охлаждения тканей, окружающих кислотный ожог, и для предотвращения вторичного повреждения. Загрязненная одежда немедленно снимается, кожа под ней тщательно промывается.

Препарат разжиженной кислоты также может быть опасным из-за тепла, выделенного в процессе разжижения. Концентрированная серная кислота всегда добавляется в воду, а не наоборот, чтобы воспользоваться преимуществом относительно высокой теплоемкости воды. Добавление воды в концентрированную серную кислоту приводит к рассеиванию аэрозолей серной кислоты или, еще хуже, к взрыву. Приготовление растворов больше 6 M (35%) в концентрации наиболее опасно, так как образуемого тепла может быть достаточно для кипения разжиженной кислоты: необходимо эффективное механическое перемешивание и внешнее охлаждение (например, ледяная ванна).

В лабораторном масштабе серную кислоту можно растворить путем выливания концентрированной кислоты на дробленый лед из деионизированной воды. Лед плавится в эндотермическом процессе, растворяя в то же время кислоту. Объем тепла, необходимый для плавления льда в этом процессе, больше объема тепла, выделенного путем растворения кислоты, поэтому раствор остается холодным. После того как лед расплавился, дальнейшее разжижение может произойти с использованием воды.

Чистая серная кислота должна надежно храниться в стеклянных сосудах или бутылях.

Промышленная опасность

Хотя серная кислота не воспламеняется, контакт с металлами в случае разлива может привести к высвобождению газа водорода. Рассеивание кислотных аэрозолей и газообразного диоксида серы - это дополнительная угроза пожара с вовлечением серной кислоты.

Основной профессиональный риск, представленный этой кислотой - это контакт с кожей, ведущий к ожогам (см. выше), и вдыхание аэрозолей. Воздействие аэрозолей в высоких концентрациях ведет к немедленному и тяжелому раздражению глаз, дыхательных путей и слизистых оболочек: это быстро прекращается после воздействия, хотя имеется риск последующего отека легких, если повреждение тканей было более серьезным. В меньших концентрациях чаще всего упоминаемым симптомом хронического воздействия аэрозолей серной кислоты является разрушение зубов, обнаруженное практически во всех исследованиях: признаки возможного хронического повреждения дыхательных путей неубедительны, по данным 1997 г. В США допустимый предел воздействия (PEL) для серной кислоты зафиксирован на 1 мг/м 3: пределы в других странах аналогичны. Имеются сообщения о поглощении серной кислоты, которое ведет к дефициту витамина В12 с подострой комбинированной дегенерацией. В таких случаях чаще всего страдает спинной мозг , но в оптических нервах может обнаружиться демиелинизация, потеря аксонов и глиоз.

Юридические ограничения

Международные продажи серной кислоты контролируются Конвенцией ООН против незаконного оборота наркотических средств и психотропных веществ от 1988 г., которая включила серу в список Таблицы II Конвенции, как химикат, часто используемый в незаконном производстве наркотических средств и психотропных веществ.

В США серная кислота включена в Список II перечня основных или исходных химикатов, установленного в соответствии с Актом о химической диверсии и обороте запрещенных товаров. Следовательно, сделки с серной кислотой, такие как продажи, перемещения, экспорт из США и импорт в США, подлежат регулированию и мониторингу Управлением по борьбе с наркотиками США.

Кислоты — это химические соединения, состоящие из атомов водорода и кислотных остатков, к примеру, SO4, SO3, PO4 и т. д. Они бывают неорганическими и органическими. К первым относятся соляная, фосфорная, сульфидная, азотная, серная кислота. Ко вторым — уксусная, пальмитиновая, муравьиная, стеариновая и т. д.

Что такое серная кислота

Эта кислота состоит из двух атомов гидрогена и кислотного остатка SO4. Она имеет формулу H2SO4.

Серная кислота или, как она еще называется, сульфатная, относится к неорганическим кислородосодержащим двухосновным кислотам. Это вещество считается одним из самых агрессивных и химически активных. В большинстве химических реакций она выступает в качестве окислителя. Эта кислота может использоваться в концентрированном или разбавленном виде, в этих двух случаях она имеет немного различные химические свойства.

Физические свойства

Серная кислота в нормальных условиях имеет жидкое состояние, температура ее кипения составляет примерно 279,6 градуса по Цельсию, температура замерзания, когда она превращается в твердые кристаллики, — около -10 градусов для стопроцентной и около -20 для 95-процентной.

Чистая стопроцентная сульфатная кислота представляет собой маслянистое жидкое вещество без запаха и цвета, которое обладает почти вдвое большей плотностью, нежели вода — 1840 кг/м3.

Химические свойства сульфатной кислоты

Серная кислота реагирует с металлами, их оксидами, гидроксидами и солями. Разбавленная водой в различных пропорциях, она может вести себя по-разному, поэтому рассмотрим подробнее свойства концентрированного и слабого раствора серной кислоты по отдельности.

Концентрированный раствор серной кислоты

Концентрированным считается раствор, в котором содержится от 90 процентов сульфатной кислоты. Такой раствор серной кислоты способен реагировать даже с малоактивными металлами, а также с неметаллами, гидроксидами, оксидами, солями. Свойства такого раствора сульфатной кислоты схожи с таковыми у концентрированной нитратной кислоты.

Взаимодействие с металлами

При химической реакции концентрированного раствора сульфатной кислоты с металлами, находящимися правее водорода в электрохимическом ряду напряжений металлов (то есть с не самыми активными), образуются такие вещества: сульфат того металла, с которым происходит взаимодействие, вода и диоксид серы. К металлам, в результате взаимодействия с которыми образуются перечисленные вещества, относятся медь (купрум), ртуть, висмут, серебро (аргентум), платина и золото (аурум).

Взаимодействие с неактивными металлами

С металлами, которые стоят левее водорода в ряду напряжений, концентрированная серная кислота ведет себя немного по-другому. В результате такой химической реакции образуются следующие вещества: сульфат определенного металла, сероводород либо чистая сера и вода. К металлам, с которыми проходит подобная реакция, относятся также железо (ферум), магний, манган, бериллий, литий, барий, кальций и все остальные, находящиеся в ряду напряжений левее водорода, кроме алюминия, хрома, никеля и титана — с ними концентрированная сульфатная кислота во взаимодействие не вступает.

Взаимодействие с неметаллами

Данное вещество — сильный окислитель, поэтому оно способно участвовать в окислительно-восстановительных химических реакциях с неметаллами, такими как, к примеру, углерод (карбон) и сера. В результате таких реакций обязательно выделяется вода. При добавлении этого вещества к углероду также выделяется углекисый газ и диоксид сульфура. А если добавить кислоту к сере, получим только диоксид серы и воду. В такой химической реакции сульфатная кислота играет роль окислителя.

Взаимодействие с органическими веществами

Среди реакций серной кислоты с органическими веществами можно выделить обугливание. Такой процесс происходит при столкновении данного вещества с бумагой, сахаром, волокнами, деревом и т. д. При этом в любом случае выделяется углерод. Карбон, который образовался в процессе реакции, может частично взаимодействовать с серной кислотой при ее избытке. На фото показана реакция сахара с раствором сульфатной кислоты средней концентрации.

Реакции с солями

Также концентрированный раствор H2SO4 реагирует с сухими солями. В этом случае происходит стандартная реакция обмена, при которой образуется сульфат металла, который присутствовал в структуре соли, и кислота с остатком, который был в составе соли. Однако с растворами солей концентрированная серная кислота не вступает в реакцию.

Взаимодействие с другими веществами

Также данное вещество может вступать в реакции с оксидами металлов и их гидроксидами, в этих случаях происходят реакции обмена, в первом выделяется сульфат металла и вода, во втором - то же самое.

Химические свойства слабого раствора сульфатной кислоты

Разбавленная серная кислота реагирует с многими веществами и имеет такие же свойства, как и все кислоты. Она, в отличие от концентрированной, вступает во взаимодействие только с активными металлами, то есть теми, которые находятся левее водорода в ряду напряжений. В таком случае происходит такая же реакция замещения, как и в случае с любой кислотой. При этом выделяется водород. Также такой раствор кислоты взаимодействует с растворами солей, в результате чего происходит реакция обмена, уже рассмотренная выше, с оксидами — так же, как и концентрированная, с гидроксидами - тоже так же. Кроме обыкновенных сульфатов, существуют также гидросульфаты, которые являются продуктом взаимодействия гидроксида и серной кислоты.

Как узнать, что в растворе содержится серная кислота или сульфаты

Для определения, присутствуют ли эти вещества в растворе, применяется специальная качественная реакция на сульфат-ионы, которая позволяет это узнать. Она заключается в добавлении бария или его соединений в раствор. В результате этого может выпасть осадок белого цвета (сульфат бария), что показывает наличие сульфатов или серной кислоты.

Как добывают серную кислоту

Самым распространенным способом промышленного получения данного вещества является добыча его из пирита железа. Этот процесс происходит в три этапа, на каждом из которых происходит определенная химическая реакция. Рассмотрим их. Сначала к пириту добавляют кислород, вследствие чего образуется оксид ферума и диоксид серы, который используется для дальнейших реакций. Это взаимодействие происходит при высокой температуре. Далее следует этап, на котором посредством добавления кислорода в присутствии катализатора, в качестве которого выступает оксид ванадия, получают триоксид серы. Теперь, на последней стадии, к полученному веществу добавляют воду, при этом получают сульфатную кислот. Это самый распространенный процесс промышленного добывания сульфатной кислоты, он используется наиболее часто потому, что пирит - самое доступное сырье, подходящее для синтеза описанного в этой статье вещества. Серную кислоту, полученную с помощью такого процесса, используют в различных сферах промышленности - как в химической, так и во многих других, к примеру, при переработке нефти, обогащении руд и т. д. Также ее использование часто предусмотрено в технологии изготовления множества синтетических волокон.

В городе Ревда с рельсов сошли 15 вагонов с серной кислотой. Груз принадлежал Среднеуральскому медеплавильному заводу.

ЧП произошло на ведомственных железнодорожных путях в 2013-ом году. Кислота разлилась на площади в 1000 квадратных километров.

Это указывает на масштабы потребности промышленников в реагенте. В Средние века, к примеру, в год требовались лишь десятки литров серной кислоты.

В 21-ом же веке мировая выработка вещества в год – десятки миллионов тонн. По объему производства и применения судят о развитии химических отраслей стран. Так что, реагент достоин внимания. Описание начнем со свойств вещества.

Свойства серной кислоты

Внешне 100-процентная серная кислота – маслянистая жидкость. Она бесцветна и тяжела, отличается крайней гигроскопичностью.

Это значит, что вещество поглощает из атмосферы пары воды. При этом, кислота выделяет тепло.

Поэтому, к концентрированной форме вещества воду добавляют малыми дозами. Влей много и быстро, полетят брызги кислоты.

Учитывая ее свойство разъедать материи, в том числе, и живые ткани, ситуация опасна.

Концентрированной серной кислотой называют раствор, в котором реагента больше 40%. Такой способен растворить , .

Раствор серной кислоты до 40% — неконцентрированный, химически проявляет себя иначе. Воду в него доливать можно достаточно быстро.

Палладий с не растворятся, зато, распадутся , и . А вот концентрату кислоты все три металла не подвластны.

Если смотреть на , серная кислота в растворе реагирует с активными металлами, стоящими до водорода.

Насыщенное же вещество взаимодействует и с неактивными. Исключение – благородные металлы. Почему же концентрат не «трогает» железо, медь?

Причина в их пассивации. Так называют процесс покрытия металлов защитной пленкой оксидов.

Она-то и препятствует растворению поверхностей, правда, лишь в обычных условиях. При нагреве реакция возможна.

Разбавленная серная кислота больше похожа на воду, нежели масло. Концентрат же, отличим не только по тягучести и плотности, но и дыму, исходящему от вещества на воздухе.

К сожалению, в Мертвом озере на Сицилии содержание кислоты меньше 40%. По внешнему виду водоема не скажешь, что он опасен.

Однако, из дна сочится опасный реагент, образующийся в породах земной коры. Сырьем может служить, к примеру, .

Этот минерал еще зовут серным . При контакте с воздухом и водой распадается на 2-ух и 3-ех валентное железо.

Второй продукт реакции – серная кислота. Формула героини , соответственно: — H 2 SO 3 . Нет ни специфического цвета, ни запаха.

Опустив, по незнанию, руку в воды сицилийского озера Смерти на пару минут, люди лишаются .

Учитывая разъедающую способность водоема, местные преступники взялись сбрасывать в него трупы. Несколько дней, и от органики не остается и следа.

Продуктом реакции серной кислоты с органикой нередко является . Реагент отщепляет от органики воду. Вот и остается углерод.

В итоге, топливо можно получить из «сырой» древесины, . Человеческие ткани – не исключение. Но, это уже сюжет для фильма ужасов.

Качество горючего получаемого из обработанной органики низкое. Кислота в реакции является окислителем, хотя, может быть и восстановителем.

В последней роли вещество выступает, к примеру, взаимодействуя с галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева.

Все эти вещества сами не являются сильными восстановителями. Если же кислота встречается с таковыми, выступает лишь в роли окислителя.

Пример: — реакция с сероводородом. А какие реакции дают саму серную кислоту, как ее добывают и производят?

Добыча серной кислоты

В прошлые века реагент добывали не только из железной руды, называемой пиритом, но и из железного купороса, а так же, квасцов.

Под последним понятием скрываются кристаллогидраты сульфатов, двойные .

В принципе, все перечисленные минералы являются серосодержащим сырьем, поэтому, могут применяться для производства серной кислоты и в современности.

Минеральная основа бывает разной, но итог ее обработки один – серный ангидрит с формулой SO 2 . Образуется при реакции с кислородом. Получается, нужно сжечь основу.

Полученный ангидрит проходит абсорбцию водой. Формула реакции такова: SO 2 +1/2O 2 +H 2) -àH 2 SO 4 . Как видно, в процессе участвует кислород.

В обычных условиях сернистый ангидрид с ним взаимодействует медленно. Поэтому, промышленники окисляют сырье на катализаторах.

Метод именуется контактным. Есть еще нитрозный подход. Это окисление оксидами .

Первые упоминания о реагенте и его добыче содержит труд, датируемый 940-ым годом.

Это записи одного из персидских алхимиков по имени Абубекер аль-Рази. Однако, о кислых газах, получаемых путем прокаливания квасцов, говорил и Джафар аль-Суфи.

Этот арабский алхимик жил еще в 8-ом веке. Однако, судя по записям, в чистом виде серную кислоту не получил.

Применение серной кислоты

Более 40% кислоты идут на производство минеральных удобрений. В ходу суперфосфат, сульфат аммония, аммофос.

Все это комплексные подкормки, на которые делают ставки фермеры и крупные производители.

В удобрения добавляют моногидрат. Это чистая, 100-процентная кислота. Кристаллизуется уже при 10 градусах Цельсия.

Если используют раствор, берут 65-процентный. Такой, к примеру, добавляют в суперфосфат, получаемый из минерала .

На производство всего одной тонны удобрения уходят 600 кило концентрата кислоты.

Около 30% серной кислоты тратятся на очистку углеводородов. Реагент улучшает качество смазочных масел, керосина, парафина.

К ним примыкают минеральные масла и жиры. Их тоже очищают с помощью серного концентрата.

Способность реагента растворять металлы применяется при переработке руд. Их разложение столь же бюджетно, как и сама кислота.

Не растворяя железо, она не растворяет и содержащую его . Значит, можно использовать аппаратуру из нее, а не дорогих .

Подойдет, так же, дешевый , тоже сделанный на основе феррума. Что же касается растворяемых, добываемых с помощью серной кислоты металлов, можно получить ,

Способность кислоты поглощать воду из атмосферы, делает реагент отличным осушителем.

Если воздействовать на воздух 95-процентным раствором, остаточная влажность составит всего 0,003 миллиграмма паров воды на литр осушаемого газа. Метод применяют в лабораториях и на промышленных производствах.

Стоит отметить роль не только чистого вещества, но и его соединений. Они пригождаются, в основном, в медицине.

Бариевая каша, к примеру, задерживает рентгеновское излучение. Врачи заполняют веществом полые органы, облегчая исследования рентгенологов. Формула бариевой каши: — BaSO 4 .

Природный , кстати, тоже содержит серную кислоту, и тоже нужен медикам, но уже при фиксации переломов.

Необходим минерал и строителям, использующим его в качестве связующего, скрепляющего материала, а так же, для декоративной отделки.

Цена серной кислоты

Цена на реагент – одна из причин его популярности. Килограмм технической серной кислоты можно приобрести всего за 7 рублей.

Столько за свою продукцию просят, к примеру, менеджеры одного из предприятий Ростова на Дону. Разливают канистрами по 37 кило.

Это стандартный объем тары. Встречаются, так же, канистры в 35 и 36 килограммов.

Купить серную кислоту специализированного плана, к примеру, аккумуляторную, немногим дороже.

За 36-килограммовую канистру просят, как правило, от 2000 рублей. Вот, кстати, еще одна сфера применения реагента.

Не секрет, что разбавленная дистиллированной водой кислота – это электролит. Он нужен не только для обычных батареек, но и машинных аккумуляторов.

Разряжаются они, поскольку серная кислота расходуется, при этом, выделяется более легкая вода. Падает плотность электролита, а значит, и его эффективность.

В окислительно-восстановительных процессах сернистый газ может быть как окислителем, так и восстановителем, потому что атом в этом соединении имеет промежуточную степень окисления +4.

Как окислитель SO 2 реагирует с более сильными восстановителями, например с :

SO 2 + 2H 2 S = 3S↓ + 2H 2 O

Как восстановитель SO 2 реагирует с более сильными окислителями, например с в присутствии катализатора, с и т.д.:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O = H 2 SO 3 + 2HCl

Получение

1) Сернистый газ образуется при горении серы:

2) В промышленности его получают при обжиге пирита:

3) В лаборатории сернистый газ можно получить:

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

Применение

Сернистый газ находит широкое применение в текстильной промышленности для отбеливания различных изделий. Кроме того, его используют в сельском хозяйстве для уничтожения вредных микроорганизмов в теплицах и погребах. В больших количествах SO 2 идет на получение серной кислоты.

Оксид серы (VI ) – SO 3 (серный ангидрид)

Серный ангидрид SO 3 – это бесцветная жидкость, которая при температуре ниже 17 о С превращается в белую кристаллическую массу. Очень хорошо поглощает влагу (гигроскопичен).

Химические свойства

Кислотно-основные свойства

Как типичный кислотный оксид серный ангидрид взаимодействует:

SO 3 + CaO = CaSO 4

в) с водой:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

Особым свойством SO 3 является его способность хорошо растворяться в серной кислоте. Раствор SO 3 в серной кислоте имеет название олеум.

Образование олеума: H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3

Окислительно-восстановительные свойства

Оксид серы (VI) характеризуется сильными окислительными свойствами (обычно восстанавливается до SO 2):

3SO 3 + H 2 S = 4SO 2 + H 2 O

Получение и применение

Серный ангидрид образуется при окислении сернистого газа:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

В чистом виде серный ангидрид практического значения не имеет. Он получается как промежуточный продукт при производстве серной кислоты.

H 2 SO 4

Упоминания о серной кислоте впервые встречаются у арабских и европейских алхимиков. Ее получали, прокаливая на воздухе железный купорос (FeSO 4 ∙7H 2 O): 2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 либо смесь с : 6KNO 3 + 5S = 3K 2 SO 4 + 2SO 3 + 3N 2 , а выделяющиеся пары серного ангидрида конденсировали. Поглощая влагу, они превращались в олеум. В зависимости от способа приготовления H 2 SO 4 называли купоросным маслом или серным маслом. В 1595 г. алхимик Андреас Либавий установил тождественность обоих веществ.

Долгое время купоросное масло не находило широкого применения. Интерес к нему сильно возрос после того, как в XVIII в. был открыт процесс получения из индиго индигокармина – устойчивого синего красителя. Первую фабрику по производству серной кислоты основали недалеко от Лондона в 1736 г. Процесс осуществляли в свинцовых камерах, на дно которых наливали воду. В верхней части камеры сжигали расплавленную смесь селитры с серой, затем туда запускали воздух. Процедуру повторяли до тех пор, пока на дне ёмкости не образовывалась кислота требуемой концентрации.

В XIX в. способ усовершенствовали: вместо селитры стали использовать азотную кислоту (она при разложении в камере даёт ). Чтобы возвращать в систему нитрозные газы были сконструированы специальные башни, которые и дали название всему процессу – башенный процесс. Заводы, работающие по башенному методу, существуют и в наше время.

Серная кислота – это тяжелая маслянистая жидкость без цвета и запаха, гигроскопична; хорошо растворяется в воде. При растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла, поэтому ее надо осторожно приливать в воду (а не наоборот!) и перемешивать раствор.

Раствор серной кислоты в воде с содержанием H 2 SO 4 менее 70% обычно называют разбавленной серной кислотой, а раствор более 70% — концентрированной серной кислотой.

Химические свойства

Кислотно-основные свойства

Разбавленная серная кислота проявляет все характерные свойства сильных кислот. Она реагирует:

H 2 SO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Процесс взаимодействия ионов Ва 2+ с сульфат-ионами SO 4 2+ приводит к образованию белого нерастворимого осадка BaSO 4 . Это качественная реакция на сульфат-ион .

Окислительно – восстановительные свойства

В разбавленной H 2 SO 4 окислителями являются ионы Н + , а в концентрированной – сульфат-ионы SO 4 2+ . Ионы SO 4 2+ являются более сильными окислителями, чем ионы Н + (см.схему).

В разбавленной серной кислоте растворяются металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся до водорода . При этом образуются сульфаты металлов и выделяется :

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода, не реагируют с разбавленной серной кислотой:

Cu + H 2 SO 4 ≠

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, особенно при нагревании. Она окисляет многие , и некоторые органические вещества.

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с металлами, которые в электрохимическом ряду напряжений находятся после водорода (Cu, Ag, Hg), образуются сульфаты металлов, а также продукт восстановления серной кислоты – SO 2 .

Более активными металлами (Zn, Al, Mg) концентрированная серная кислота может восстанавливаться до свободной . Например, при взаимодействии серной кислоты с , в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут образовываться различные продукты восстановления серной кислоты – SO 2 , S, H 2 S:

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ + 4H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

На холоде концентрированная серная кислота пассивирует некоторые металлы, например и , поэтому ее перевозят в железных цистернах:

Fe + H 2 SO 4 ≠

Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы ( , и др.), восстанавливаясь до оксида серы (IV) SO 2:

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = 2SO 2 + CO 2 + 2H 2 O

Получение и применение

В промышленности серную кислоту получают контактным способом. Процесс получения происходит в три стадии:

1. Получение SO 2 путем обжига пирита:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

1. Окисление SO 2 в SO 3 в присутствии катализатора – оксида ванадия (V):

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

1. Растворение SO 3 в серной кислоте:

H 2 SO 4 + n SO 3 = H 2 SO 4 ∙ n SO 3

Полученный олеум перевозят в железных цистернах. Из олеума получают серную кислоту нужной концентрации, приливая его в воду. Это можно выразить схемой:

H 2 SO 4 ∙ n SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

Серная кислота находит разнообразное применение в самых различных областях народного хозяйства. Ее используют для осушки газов, в производстве других кислот, для получения удобрений, различных красителей и лекарственных средств.

Соли серной кислоты

Большинство сульфатов хорошо растворимы в воде (малорастворим CaSO 4 , еще менее PbSO 4 и практически нерастворим BaSO 4). Некоторые сульфаты, содержащие кристаллизационную воду, называются купоросами:

CuSO 4 ∙ 5H 2 O медный купорос

FeSO 4 ∙ 7H 2 O железный купорос

Соли серной кислоты имеют все . Особенным является их отношение к нагреванию.

Сульфаты активных металлов ( , ) не разлагаются даже при 1000 о С, а других (Cu, Al, Fe) – распадаются при небольшом нагревании на оксид металла и SO 3:

CuSO 4 = CuO + SO 3

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Производство серной кислоты контактным способом»

Скачать рефераты по другим темам можно

*на изображении записи фотография медного купороса

Серная кислота (H2SО4) – это одна из самых едких кислот и опасных реагентов, известных человеку, особенно в концентрированном виде. Химически чистая серная кислота представляет собой тяжелую токсичную жидкость маслянистой консистенции, не имеющую запаха и цвета. Получают ее методом окисления сернистого газа (SO2) контактным способом.

При температуре + 10,5 °C, серная кислота превращается в застывшую стекловидную кристаллическую массу, жадно, подобно губке, поглощающую влагу из окружающей среды. В промышленности и химии серная кислота является одним из основных химических соединений и занимает лидирующие позиции по объему производства в тоннах. Именно поэтому серную кислоту называют «кровью химии». С помощью серной кислоты получают удобрения, лекарственные препараты, другие кислоты, большой , удобрений и много другое.

Основные физические и химические свойства серной кислоты

1. Серная кислота в чистом виде (формула H2SO4), при концентрации 100% представляет собой бесцветную густую жидкость. Самое важное свойство H2SO4 заключается в высокой гигроскопичности – это способность отнимать из воздуха воду. Данный процесс сопровождается масштабным выделением тепла.
2. H2SO4 – это сильная кислота.
3. Серная кислота называется моногидратом – в ней на 1 моль SO3 приходится 1 моль Н2О (воды). Из-за ее внушительных гигроскопических свойств ее используют для извлечения влаги из газов.
4. Температура кипения – 330 °С. При этом происходит разложение кислоты на SO3 и воду. Плотность – 1,84. Температура плавления – 10,3 °С/.
5. Концентрированная серная кислота представляет собой мощный окислитель. Чтобы запустить окислительно-восстановительную реакцию кислоту требуется нагреть. Итог реакции – SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. В зависимости от концентрации серная кислота по-разному вступает в реакцию с металлами. В разбавленном состоянии серная кислота способна окислять все металлы, которые стоят в ряду напряжений до водорода. Исключение составляют как самые стойкие к окислению. Разбавленная серная кислота взаимодействует с солями, основаниями, амфотерными и основными оксидами. Серная кислота концентрированная способна окислять все металлы, стоящие в ряду напряжений, причем серебро тоже.
7. Серная кислота образует два вида солей: кислые (это гидросульфаты) и средние (сульфаты)
8. H2SO4 вступает в активную реакцию с органическими веществами и неметаллами, причем некоторые из них она способна превратить в уголь.
9. Серный ангидрит отлично растворяется в H2SО4, и при этом образуется олеум – раствор SО3 в серной кислоте. Внешне это выглядит так: дымящаяся серная кислота, выделяющая серный ангидрит.
10. Серная кислота в водных растворах является сильной двухосновной, и при добавлении ее к воде выделяется огромное количество теплоты. Когда готовят разбавленные растворы H2SО4 из концентрированных, необходимо небольшой струйкой добавлять более тяжелую кислоту к воде, а не наоборот. Это делается во избежание вскипания воды и разбрызгивания кислоты.

Концентрированная и разбавленная серные кислоты

К концентрированным растворам серной кислоты относятся растворы от 40%, способные растворять серебро или палладий.

К разбавленной серной кислоте относятся растворы, концентрация которых составляет менее 40%. Это не такие активные растворы, но они способны вступать в реакцию с латунью и медью.

Получение серной кислоты

Производство серной кислоты в промышленных масштабах было запущено в XV веке, но в то время ее называли “купоросное масло». Если раньше человечество потребляло всего лишь несколько десятков литров серной кислоты, то в современном мире исчисление идет на миллионы тонн в год.

Производство серной кислоты осуществляется промышленным способом, и их существует три:

1. Контактный способ.
2. Нитрозный способ
3. Другие методы

Поговорим подробно о каждом из них.

Контактный способ производства

Контактный способ производства – самый распространенный, и он выполняет следующие задачи:

• Получается продукт, удовлетворяющий потребности максимального количества потребителей.
• Во время производства сокращается вред для окружающей среды.

При контактном способе в качестве сырья используются такие вещества:

• пирит (серный колчедан);
• сера;
• оксид ванадия (это вещество вызывает роль катализатора);
• сероводород;
• сульфиды различных металлов.

Перед запуском процесса производства сырье предварительно подготавливают. Для начала в специальных дробильных установках колчедан подвергается измельчению, что позволяет, благодаря увеличению площади соприкосновения активных веществ, ускорить реакцию. Пирит подвергается очищению: его опускают в большие емкости с водой, в ходе чего пустая порода и всевозможные примеси всплывают на поверхность. В конце процесса их убирают.

Производственную часть разделяют на несколько стадий:

1. После дробления колчедан очищают и отправляют в печь – там при температуре до 800 °C происходит его обжиг. По принципу противотока в камеру снизу идет подача воздуха, и это обеспечивает нахождение пирита в подвешенном состоянии. На сегодняшний день, на этот процесс тратится несколько секунд, а вот раньше на обжиг уходило несколько часов. В процессе обжига появляются отходы в виде оксида железа, которые удаляются, и в дальнейшем передаются на предприятия металлургической промышленности. При обжиге выделяются водные пары, газы O2 и SO2. Когда завершится очистка от паров воды и мельчайших примесей, получается чистый оксид серы и кислород.
2. На второй стадии под давлением происходит экзотермическая реакция с использованием ванадиевого катализатора. Запуск реакции начинается при достижении температуры 420 °C, но ее могут повысить до 550 °C с целью увеличения эффективности. В процессе реакции идет каталитическое окисление и SO2 становится SO3.
3. Суть третьей стадии производства такова: поглощение SO3 в поглотительной башне, в ходе чего образуется олеум H2SO4. В таком виде H2SO4 разливается в специальные емкости (она не вступает в реакция со сталью) и готова ко встрече с конечным потребителем.

В ходе производства, как мы уже говорили выше, образуется много тепловой энергии, которая используется в отопительных целях. Многие предприятия по производству серной кислоты устанавливают паровые турбины, которые использую выбрасываемый пар для вырабатывая дополнительной электроэнергии.

Нитрозный способ получения серной кислоты

Несмотря на преимущества контактного способа производства, при котором получается более концентрированная и чистая серная кислота и олеум, достаточно много H2SO4 получают нитрозным способом. В частности, на суперфосфатных заводах.

Для производства H2SO4 исходным веществом, как в контактном, так и в нитрозном способе выступает сернистый газ. Его получают специально для этих целей посредством сжигания серы или обжигом сернистых металлов.

Переработка сернистого газа в сернистую кислоту заключается в окислении двуокиси серы и присоединении воды. Формула выглядит так:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Но двуокись серы с кислородом не вступает в непосредственную реакцию, поэтому при нитрозном методе окисление сернистого газа осуществляют при помощи окислов азота. Высшие окислы азота (речь идет о двуокиси азота NO2, трехокиси азота NO3) при данном процессе восстанавливаются до окиси азота NO, которая впоследствии опять окисляется кислородом до высших окислов.

Получение серной кислоты нитрозным способом в техническом плане оформлено в виде двух способов:

• Камерного.
• Башенного.

Нитрозный способ имеет ряд достоинств и недостатков.

Недостатки нитрозного способа:

• Получается 75%-ная серная кислота.
• Качество продукции низкое.
• Неполный возврат оксидов азота (добавление HNO3). Их выбросы вредны.
• В кислоте присутствуют железо, оксиды азота и прочие примеси.

Достоинства нитрозного способа:

• Себестоимость процесса более низкая.
• Возможность переработки SO2 на все 100%.
• Простота аппаратурного оформления.

Основные российские заводы по производству серной кислоты

Годовое производство H2SO4 в нашей стране ведет исчисление шестизначными цифрами – это порядка 10 миллионов тонн. Ведущими производителями серной кислоты в России являются компании, являющиеся, помимо этого, ее основными потребителями. Речь идет о компаниях, сферой деятельности которых является выпуск минеральных удобрений. К примеру, «Балаковские минудобрения», «Аммофос».

В Крыму в Армянске работает крупнейший производитель диоксида титана на территории Восточной Европы «Крымский титан». Вдобавок, завод занимается производством серной кислоты, минеральных удобрений, железного купороса и т.д.

Серную кислоту различных видов производят многие заводы. К примеру, аккумуляторную серную кислоту производят: Карабашмедь, ФКП Бийский олеумный завод,Святогор, Славия, Северхимпром и т.д.

Олеум производят ОХК Щекиноазот, ФКП Бийский олеумный завод, Уральская Горно-Металлургическая Компания, ПО Киришинефтеоргсинтез и т.д.

Серную кислоту особой чистоты производят ОХК Щекиноазот, Компонент-Реактив.

Отработанную серную кислоту можно купить на заводах ЗСС, ГалоПолимер Кирово-Чепецк.

Производителями технической серной кислоты являются Промсинтез, Хипром, Святогор, Апатит, Карабашмедь, Славия, Лукойл-Пермнефтеоргсинтез, Челябинский цинковый завод, Электроцинк и т.д.

По причине, что колчедан является основным сырьем при производстве H2SO4, а это отход обогатительных предприятий, его поставщиками выступают Норильская и Талнахская обогатительные фабрики.

Лидерские мировые позиции по производству H2SO4 занимают США и Китай, на которые приходятся 30 млн. тонн и 60 млн. тонн соответственно.

Сфера применения серной кислоты

В мире ежегодно потребляется порядка 200 миллионов тонн H2SO4, из которой производится широкий спектр продукции. Серная кислота по праву держит пальму первенства среди других кислот по масштабам использования в промышленных целях.

Как вы уже знаете, серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности, поэтому область применения серной кислоты довольно широкая. Основные направления использования H2SО4 таковы:

• Серную кислоту в колоссальных объемах используют для производства минеральных удобрений, и на это уходит около 40% всего тоннажа. По этой причине производящие H2SO4 заводы строят рядом с предприятиями, выпускающими удобрения. Это сульфат аммония, суперфосфат и т.д. При их производстве серная кислота берется в чистом виде (100% концентрация). Чтобы произвести тонну аммофоса или суперфосфата понадобится 600 литров H2SO4. Именно эти удобрения в большинстве случаев применяются в сельском хозяйстве.
• H2SО4 используется для производства взрывчатых веществ.
• Очистка нефтепродуктов. Для получения керосина, бензина минеральных масел требуется очистка углеводородов, которая происходит с применением серной кислоты. В процессе переработки нефти на очистку углеводородов данная индустрия «забирает» целых 30% мирового тоннажа H2SO4. Вдобавок, серной кислотой увеличивают октановое число топлива и при добыче нефти обрабатывают скважины.
• В металлургической промышленности. Серная кислота в металлургии используется для очистки от окалины и ржавчины проволоки, листового металла, а также для восстановления алюминия при производстве цветных металлов. Перед тем как покрывать металлические поверхности медью, хромом или никелем, поверхность протравливается серной кислотой.
• При производстве лекарственных препаратов.
• При производстве красок.
• В химической промышленности. H2SO4 используется при производстве моющих средств, этилового средства, инсектицидов и т.д., и без нее эти процессы невозможны.
• Для получения других известных кислот, органических и неорганических соединений, используемых в промышленных целях.

Соли серной кислоты и их применение

Самые важные соли серной кислоты:

• Глауберова соль Na2SO4 · 10H2O (кристаллический сульфат натрия). Сфера ее применения достаточно емкая: производство стекла, соды, в ветеринарии и медицине.
• Сульфат бария BaSO4 используется в производстве резины, бумаги, белой минеральной краски. Вдобавок, он незаменим в медицине при рентгеноскопии желудка. Из него делают «бариевую кашу» для проведения данной процедуры.
• Сульфат кальция CaSO4. В природе его можно встретить в виде гипса CaSO4 · 2H2O и ангидрита CaSO4. Гипс CaSO4 · 2H2O и сульфат кальция применяют в медицине и строительстве. С гипсом при нагревании до температуры 150 - 170 °C происходит частичная дегидратизация, вследствие которой получается жженый гипс, известный нам как алебастр. Замешивая алебастр с водой до консистенции жидкого теста, масса быстро затвердевает и превращается в подобие камня. Именно это свойство алебастра активно используется в строительных работах: из него делают слепки и отливочные формы. В штукатурных работах алебастр незаменим в качестве вяжущего материала. Пациентам травматологических отделений накладывают специальные фиксирующие твердые повязки – они делаются на основе алебастра.
• Железный купорос FeSO4 · 7H2O используют для приготовления чернил, пропитки дерева, а также в сельскохозяйственной деятельности для уничтожения вредителей.
• Квасцы KCr(SO4)2 · 12H2O , KAl(SO4)2 · 12H2O и др. используют в производстве красок и кожевенной промышленности (дублении кожи).
• Медный купорос CuSO4 · 5H2O многие из вас знают не понаслышке. Это активный помощник в сельском хозяйстве при борьбе с болезнями растений и вредителями – водным раствором CuSO4 · 5H2O протравливают зерно и опрыскивают растения. Также его применяют для приготовления некоторых минеральных красок. А в быту его используют для выведения плесени со стен.
• Сульфат алюминия – его используют в целлюлозно-бумажной промышленности.

Серная кислота в разбавленном виде применяется в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах. Вдобавок, она используется для производства моющих средств и удобрений. Но в большинстве случаев она идет в виде олеума – это раствор SO3 в H2SO4 (можно встретить и другие формулы олеума).

Удивительный факт! Олеум химически активнее, чем концентрированная серная кислота, но, несмотря на это, он не вступает в реакцию со сталью! Именно по этой причине его проще транспортировать, чем саму серную кислоту.

Сфера использования «королевы кислот» поистине масштабна, и сложно рассказать обо всех способах ее применения в промышленности. Также она применяется в качестве эмульгатора в пищевой промышленности, для очистки воды, при синтезе взрывчатых веществ и множество других целей.

История появления серной кислоты

Кто из нас хоть раз не слышал о медном купоросе? Так вот, его изучением занимались еще в древности, и в некоторых работах начала новой эры ученые обсуждали происхождение купоросов и их свойства. Купоросы изучали греческий врач Диоскорид, римский исследователь природы Плиний Старший, и в своих трудах они писали о проводимых опытах. В медицинских целях различные вещества-купоросы применял древний лекарь Ибн Сина. Как использовались купоросы в металлургии, говорилось в работах алхимиков Древней Греции Зосимы из Панополиса.

Первейшим способом получения серной кислоты является процесс нагревания алюмокалиевых квасцов, и об этом есть информация в алхимической литературе XIII века. В то время состав квасцов и суть процесса была не известна алхимикам, но уже в XV веке химическим синтезом серной кислоты стали заниматься целенаправленно. Процесс был таковым: алхимики обрабатывали смесь серы и сульфида сурьмы (III) Sb2S3 при нагревании с азотной кислотой.

В средневековые времена в Европе серную кислоту называли «купоросным маслом», но потом название изменилось на купоросную кислоту.

В XVII веке Иоганн Глаубер в результате горения калийной селитры и самородной серы в присутствии водных паров получил серную кислоту. В результате окисления серы селитрой получался оксид серы, вступавший в реакцию с парами воды, и в итоге получалась жидкость маслянистой консистенции. Это было купоросное масло, и это название серной кислоты существует и поныне.

Фармацевт из Лондона Уорд Джошуа в тридцатые годы XVIII века применял данную реакцию для промышленного производства серной кислоты, но в средневековье ее потребление ограничивалось несколькими десятками килограммов. Сфера использования была узкой: для алхимических опытов, очистки драгоценных металлов и в аптекарском деле. Концентрированная серная кислота в небольших объемах использовалась в производстве особых спичек, которые содержали бертолетову соль.

На Руси только лишь в XVII веке появилась купоросная кислота.

В Англии в Бирмингеме Джон Робак в 1746 году адаптировал указанный выше способ получения серной кислоты и запустил производство. При этом он использовал прочные крупные освинцованные камеры, которые были дешевле стеклянных емкостей.

В промышленности этот способ держал позиции почти 200 лет, и в камерах получали 65%-ую серную кислоту.

Через время английский Гловер и французский химик Гей-Люссак усовершенствовали сам процесс, и серная кислота стала получаться с концентрацией 78%. Но для производства, к примеру, красителей такая кислота не подходила.

В начале 19 века были открыты новые способы окисления сернистого газа в серный ангидрид.

Первоначально это делали с применением окислов азота, а потом использовали в качестве катализатора платину. Два этих метода окисления сернистого газа усовершенствовались и дальше. Окисление сернистого газа на платиновых и других катализаторах стало называться контактным способом. А окисление этого газа окислами азота получило название нитрозного способа получения серной кислоты.

Британский торговец уксусной кислотой Перегрин Филипс только лишь в 1831 году запатентовал экономичный процесс для производства оксида серы (VI) и концентрированной серной кислоты, и именно он на сегодняшний день знаком миру как контактный способ ее получения.

Производство суперфосфата началось в 1864 году.

В восьмидесятые годы девятнадцатого века в Европе производство серной кислоты достигло 1 миллиона тонн. Главными производителями стали Германия и Англия, выпускающие 72% от всего объема серной кислоты в мире.

Перевозка серной кислоты является трудоемким и ответственным мероприятием.

Серная кислота относится к классу опасных химических веществ, и при контакте с кожными покровами вызывает мощнейшие ожоги. Вдобавок, она может стать причиной химического отравления человека. Если при транспортировке не будут соблюдены определенные правила, то серная кислота по причине своей взрывоопасности может причинить немало вреда, как людям, так и окружающей среде.

Серной кислоте присвоен 8 класс опасности и перевозку должны осуществлять специально обученные и подготовленные профессионалы. Важное условие доставки серной кислоты – соблюдение специально разработанных Правил перевозки опасных грузов.

Перевозка автомобильным транспортом осуществляется согласно следующим правилам:

1. Под перевозку изготавливают специальные емкости из особого стального сплава, не вступающего в реакцию с серной кислотой или титана. Такие емкости не окисляются. Опасную серную кислоту перевозят в специальных сернокислотных химических цистернах. Они отличаются по конструкции и при перевозке подбираются в зависимости от вида серной кислоты.
2. При перевозке дымящейся кислоты берутся специализированные изотермические цистерны-термосы, в которых для сохранения химических свойств кислоты поддерживается необходимый температурный режим.
3. Если перевозится обычная кислота, то выбирается сернокислотная цистерна.
4. Перевозка серной кислоты автотранспортом, таких видов как дымящаяся, безводная, концентрированная, для аккумуляторов, гловерная осуществляется в специальной таре: цистернах, бочках, контейнерах.
5. Перевозкой опасного груза могут заниматься исключительно водители, у которых на руках есть свидетельство АДР.
6. Время в пути не имеет ограничений, так как при перевозке нужно строго придерживаться допустимой скорости.
7. При перевозке строится специальный маршрут, который должен пролегать, минуя места большого скопления людей и производственные объекты.
8. Транспорт должен иметь специальную маркировку и знаки опасности.

Опасные свойства серной кислоты для человека

Серная кислота представляет повышенную опасность для человеческого организма. Ее токсическое действие наступает не только при непосредственном контакте с кожей, но при вдыхании ее паров, когда происходит выделение сернистого газа. Опасное воздействие распространяется на:

• Дыхательную систему;
• Кожные покровы;
• Слизистые оболочки.

Интоксикацию организма может усилить мышьяк, который часто входит в состав серной кислоты.

Важно! Как вы знаете, при соприкосновении кислоты с кожей происходят сильнейшие ожоги. Не меньшую опасность представляет и отравление парами серной кислоты. Безопасная доза содержания серной кислоты в воздухе равняется всего 0,3 мг на 1 квадратный метр.

Если на слизистые покровы или на кожу попадает серная кислота, появляется сильный ожог, плохо заживающий. Если по масштабу ожог внушительный, у пострадавшего развивается ожоговая болезнь, которая может привести даже к смертельному исходу, если своевременно не будет оказана квалифицированная медицинская помощь.

Важно! Для взрослого человека смертельная доза серной кислоты равняется всего 0,18 см на 1 литр.

Безусловно, «испытать на себе» токсическое действие кислоты в обычной жизни проблематично. Чаще всего отравление кислотой происходит из-за пренебрежения техникой безопасности на производстве при работе с раствором.

Может случиться массовое отравление парами серной кислоты вследствие технических неполадок на производстве или неосторожности, и происходит массивный выброс в атмосферу. Для предотвращения таких ситуаций работают специальные службы, задача которых контролировать функционирование производства, где используется опасная кислота.

Какие симптомы наблюдаются при интоксикации серной кислотой

Если кислота была принята внутрь:

• Боль в области пищеварительных органов.
• Тошнота и рвота.
• Нарушение стула, как итог сильных кишечных расстройств.
• Сильное выделение слюны.
• Из-за токсического воздействия на почки, моча становится красноватой.
• Отек гортани и горла. Возникают хрипы, осиплость. Это может привести к летальному исходу от удушья.
• На деснах появляются бурые пятна.
• Кожные покровы синеют.

При ожоге кожных покровов могут быть все осложнения, присущие для ожоговой болезни.

При отравлении парами наблюдается такая картина:

• Ожог слизистой оболочки глаз.
• Носовое кровотечение.
• Ожог слизистых оболочек дыхательных путей. При этом пострадавший испытывает сильный болевой симптом.
• Отек гортани с симптомами удушения (нехватка кислорода, кожа синеет).
• Если отравление сильное, то может быть тошнота и рвота.

Важно знать! Отравление кислотой после приема внутрь намного опасней, чем интоксикация от вдыхания паров.

Первая помощь и терапевтические процедуры при поражении серной кислотой

Действуйте по следующей схеме при контакте с серной кислотой:

• Первым делом вызовите скорую помощь. Если жидкость попала внутрь, то сделайте промывание желудка теплой водой. После этого мелкими глотками понадобится выпить 100 граммов подсолнечного или оливкового масла. Вдобавок, следует проглотить кусочек льда, выпить молоко или жженую магнезию. Это нужно сделать для снижения концентрации серной кислоты и облегчения состояния человека.
• Если кислота попала в глаза, нужно промыть их проточной водой, а затем закапать раствором дикаина и новокаина.
• При попадании кислоты на кожу, обожженное место нужно хорошо промыть под проточной водой и наложить повязку с содой. Промывать нужно около 10-15 минут.
• При отравлении парами нужно выйти на свежий воздух, а также промыть по мере доступности пострадавшие слизистые водой.

В условиях стационара лечение будет зависеть от площади ожога и степени отравления. Обезболивание осуществляют только новокаином. Во избежание развития в области поражения инфекции, пациенту подбирают курс антибиотикотерапии.

При желудочном кровотечении вводится плазма или переливается кровь. Источник кровотечения могут устранять оперативным путем.

1. Серная кислота в чистом 100%-ом виде встречается в природе. К примеру, в Италии на Сицилии в Мертвом море можно увидеть уникальное явление – серная кислота просачивается прямо из дна! А происходит вот что: пирит из земной коры служит в этом случае сырьем для ее образования. Это место еще называют Озером смерти, и к нему боятся подлетать даже насекомые!
2. После больших извержений вулканов в земной атмосфере часто можно обнаружить капли серной кислоты, и в таких случаях «виновница» может принести негативные последствия для окружающей среды и стать причиной серьезных изменений климата.
3. Серная кислота является активным поглотителем воды, поэтому ее используют в качестве осушителя газов. В былые времена, чтобы в помещениях не запотевали окна, эту кислоту наливали в баночки и ставили между стеклами оконных проемов.
4. Именно серная кислота – основная причина выпадения кислотных дождей. Главная причина образования кислотного дождя – загрязнение воздуха диоксидом серы, и он при растворении в воде образует серную кислоту. В свою очередь двуокись серы выделяется при сжигании ископаемого топлива. В кислотных дождях, исследуемых за последние годы, возросло содержание азотной кислоты. Причина такого явления – снижение выбросов двуокиси серы. Несмотря на этот факт, основной причиной появления кислотных дождей так и остается серная кислота.

Мы предлагаем вам видеоподборку интересных опытов с серной кислотой.

Рассмотрим реакцию серной кислоты при ее заливании в сахар. На первых секундах попадания серной кислоты в колбу с сахаром происходит потемнение смеси. После нескольких секунд субстанция приобретает черный цвет. Далее происходит самое интересное. Масса начинает стремительно расти и вылазить за пределы колбы. На выходе получаем гордое вещество, похоже на пористый древесный уголь, превышающий первоначальный объем в 3-4 раза.

Автор видео предлагает сравнить реакцию кока-колы с соляной кислотой и серной кислотой. При смешивании Кока-колы с соляной кислотой никаких визуальных изменений не наблюдается, а вот при смешивании с серной кислотой Кока-кола начинает закипать.

Интересное взаимодействие можно наблюдать при попадании серной кислоты на туалетную бумагу. Туалетная бумага состоит из целлюлозы. При попадании кислоты молекулы целлюлозы мгновенно разрушайся с выделением свободного углерода. Подобное обугливание можно наблюдать при попадании кислоты на древесину.

В колбу с концентрированной кислотой добавляю маленький кусочек калия. На первой секунде происходит выделение дыма, после чего металл мгновенно вспыхивает, загорается и взрывается, разделаясь на кусочки.

В следующем опыте при попадании серной кислоты на спичку происходит ее вспыхивание. Во второй части опыта погружают алюминиевую фольгу с ацетоном и спичкой внутри. Происходит мгновенное нагревание фольги с выделением огромного количества дыма и полное ее растворение.

Интересный эффект наблюдается при добавлении пищевой соды в серную кислоту. Сода мгновенно окрашивается в желтый цвет. Реакция протекает с бурным кипением и увеличением объема.

Все вышеприведенные опыты мы категорически не советует проводить в домашних условиях. Серная кислота очень агрессивное и токсичное вещество. Подобные опыты необходимо проводить в специальных помещениях, которые оборудованы принудительной вентиляцией. Газы, выделяемые в реакциях с серной кислотой, очень токсичны и могут вызвать поражение дыхательных путей и отравление организма. Кроме того, подобные опыты проводятся в средствах индивидуальной защиты кожных покровов и органов дыхания. Берегите себя!