Надо Знать

добавить знаний



Серная кислота


Серная кислота

План:


Введение

Серная кислота ( IUPAC - дигидрогенсульфат, устаревшее название - купоросное масло) - соединение серы с формулой H 2 S O 4. Бесцветная маслянистая, очень вязкая и гигроскопическая жидкость. Серная кислота одна из сильнейших неорганических кислот и очень идкою.Ця кислота образует два ряда солей: сульфаты и гидрогенсульфат, в которых по сравнению с серной кислотой заменяются один или два анионы водорода на катионы металлов. Серная кислота является одним из наиболее важных технических веществ в мире и лидирует по количеству производства. Она в основном используется для производства удобрений и других неорганических кислот.В основном используются водные растворы этой кислоты.


1. История

Джабир ибн Хайян

Серная кислота (или старое название - купорсоне масло) известна с древних времен. Первые упоминания о ней можно найти в текстах алхимика Джабир ибн Хайян 8-го века. Возможные методы производства описаны в трудах Альберта Великого ( 1200 - 1280) и Василия Валентина ( 1600). В основе этого метода лежит образование кислоты из хальканинту, и квасцов. Устаревшее название происходит от устаревшей названия минералов из которых она приобреталась - купороса. Первые научные исследования, с помощью серной кислоты провел Иоганн Рудольф Гляубер. Он провел реакцию между серной кислотой и солью и получил соляную кислоту и соль которая была названа в его честь - глауберова соль [1]. Методы, в которых были использованы сульфаты, были очень сложными и дорогими. Для получения больших количеств этого вещества, в 18-м веке, разработали процесс, в котором было использовалось сжигание серы и селитры в стеклянной таре. Так как стеклянные сосуды были очень хрупкими, то первая реакция была проведена в 1746 году Джоном Робак, в свинцовых контейнерах.Сирчана кислота созданных процессом Джона Робака имела концентрацию только 35-40%. Позже улучшение метода, французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссак и английскому Джоном Гловером, дало выход вещества 78% концентрации.Тим не менее, производство некоторых красителей и других химических веществ требуют более концентрированный продукт. В течение 18-го века, серная кислота получалась сухой перегонкой минералов, процесс похож на оригинальные алхимические процессы. Пирит (дисульфид железа, FeS 2) нагревали в воздухе для получения железа (II) сульфат, FeSO 4, который окисляется при дальнейшем нагревании до железа (III) сульфат Fe 2 (SO 4) 3, который при нагревании до 480 С, разлагается в железа (III) оксид и триоксида серы, который может быть использован для получения серной кислоты в любой концентрации. В 1831 году британский купец Перегрин Филлипс запатентовал контактный процесс, который был гораздо более экономичный. Сегодня, почти вся серная кислота в мире производится с использованием этого метода.


2. Нахождение в природе

2.1. Земля

Лес поврежден кислотным дождем

Свободная серная кислота встречается в природе очень редко. В атмосфере она образуется из диоксида серы, который образуется при сгорании серосодержащих веществ или вулканических извержений. Диоксид серы окисляется гидроксильными радикалами и кислородом с образованием триоксида серы, который вступая в реакцию с атмосферной влагой образует кислоту.У кислотных дождях она выступает в разбавленном виде. Небольшое количество свободной серной кислоты можно найти в некоторых вулканических источниках, которые называются сольфатари.Найбильшу количество серной кислоты в мире содержит озеро в кратере вулкана Иджен в Индонезии. В отличие от свободной кислоты, ее соли, в частности, сульфаты, встречается в природе гораздо чаще. Существует много различных минералов сульфатов. Среди них самыми и важными являются гипс (CaSO 4 2 H 2 O), барит (BaSO 4), Халькантит (CuSO 4 5 H 2 O) и глауберова соль (Na 2 SO 4 10 H 2 O).


2.2. Нахождение вне земли

Темные тучи серной кислоты в атмосфере Венеры, сфотографированы космическим аппаратом Галилео.

Серная кислота находится за пределами Земли в верхних слоях атмосферы Венеры. Она образуется в результате фотохимических реакций диоксида серы и воды, которые образуют капли 80-85% кислоты. В более глубоких слоях, кислота распадается из-за высоких температуры снова на диоксид серы, и воду, которые поднимаясь вверх снова могут образовывать серную кислоту. [2] Инфракрасные спектры которые были получены аппаратом Галилео показывают различные степени поглощений на спутнике Юпитера, которые были отнесены к одному или нескольким видам гидратов серной кислоты. [3]


3. Производство

Производство серной кислоты по странам 1970-2003 годы

Сырьем для производства серной кислоты является элементарная сера которую получают в огромных кильскостях на нефте - и газовопереробних заводах, из сероводорода, с помощью процесса, который известен как процесс Клауса.Потим серу оксилюють до диоксида серы:

\ Mathrm {S + O_2 \ longrightarrow SO_2}
Реакция серы с кислородом

Еще одним источником диоксида серы являются выплавки руд, содержащих серу. Примерами являются медные, цинковые и свинцовые сульфиды. Диоксид серы образуется при обжиге с кислородом воздуха.

\ Mathrm {2 \ ZnS + 3 \ O_2 \ longrightarrow 2 \ ZnO + 2 \ SO_2}
Реакция во время обжига сульфида цинка

В 1999 году в Европе было выжжено около 3 млн. тонн пирита для производства сульфатноъ кислоты. В Азии эта цифра больше, поскольку и запасы его больше. [4] Для бедных ресурсами странах, которые не имеют ни серы, ни сульфидных руд, существует процесс Мюллера-Кюне. В этом процессе диоксид серы образуется при обжиге гипса и уголь в печи. Этот процесс можно сделать более прибыльным, если в печь добавлять песок и глину для образования цемента качестве побочного продукту.Для дальнейшего производства требуется серный ангидрид. Прямой реакции диоксида серы и кислорода в триоксид серы существует, так как равновесие лежит на стороне триоксида серы. Поэтому для проведения этой реакции нужны катализаторы.

\ Mathrm {2 \ SO_2 + O_2 \ \ rightleftharpoons \ 2 \ SO_3}
Окисление диоксида серы до триоксида

Триоксид серы не разбавляется в воде сразу же. Сначала его вводят в концентрированную серную кислоту, этот раствор называют - олеумом. Затем олеум растворяют в воде до образования серной кислоты.

\ Mathrm {SO_3 + H_2SO_4 \ longrightarrow H_2S_2O_7}
Растворение серного ангидрита в концентрированной серной кислоте по образованию дисульфатнои кислоты
\ Mathrm {H_2S_2O_7 + H_2O \ longrightarrow 2 \ H_2SO_4}
Растворение дисульфатнои кислоты в воде

В последние годы производство серной кислоты возросло в основном в Китае, в то время как в европейских странах, производство сократилось.


4. Физические свойства

Почти вся 99% серная кислота теряет SO 3 при кипении с образованием 98,3% кислоты. 98% кислота является стабильной при хранении, и обычно также называется концентрованою.Инши концентрации используются для различных целей. Данные о различных концентрации:

Массовая доля
H 2 SO 4
Плотность
(Кг / л)
Концентрация
(Моль / л)
Название
10% 1,07 ~ 1 Разведенная серная кислота
29-32% 1,25-1,28 4,2-5 аккумуляторная кислота
(Используется в свинцово-кислотных аккумуляторных батареях)
62-70% 1,52-1,60 9,6-11,5 Фотопаратна кислота
Удобряющая кислота
78-80% 1,70-1,73 13,5-14 Башенных кислота
Гловерова кислота
95-98% 1,83 ~ 18 Концентрированная серная кислота

Химически чистая серная кислота представляет собой трудную бесцветную маслянистую жидкость. Продается обычно ее 96,5% - ный водный раствор плотностью 1,84 г / см 3 или так называемый "Олеум", то есть раствор SO 3 в H 2 SO 4. В воде H 2 SO 4 растворяется очень хорошо (смешивается с водой в неограниченных количествах). При этом выделяется тепло, и раствор очень сильно нагревается (вплоть до кипения воды). Поэтому при добавлении воды к концентрированной серной кислоты последняя разбрызгивается вследствие быстрого превращения воды в пару. Поэтому при разведении концентрированной H 2 SO 4 надо кислоту вливать в воду (а не наоборот!) Тонкой струей при тщательном перемешивании раствора стеклянной палочкой. Концентрированная серная кислота как чистая вода плохая проводит ток вследствие малой дисоциациии, удельный электропроводность 1,044 10 -2 S / см


5. Химические свойства

Диссоциация в водном растворе идет в несколько этапов:

\ Mathrm {H_2SO_4 + H_2O \ longrightarrow HSO_4 ^ - + H_3O ^ +}
Первый этап диссоциации; K 1 = 2.4 x 10 6 (сильная кислота)

Это значение кислотности взятое как основной при определении суперкислот.

\ Mathrm {HSO_4 ^ - + H_2O \ longrightarrow SO_4 ^ {2 -} + H_3O ^ +}
Вторая стадия дисоциациии; K 1 = 1,0 x 10 -2
Обугливание бумаги серной кислотой

Серная кислота разрушает также много органических веществ, в частности углеводы - дерево, бумага, хлопчатобумажные ткани, сахар и т.д.. Разрушение этих веществ объясняется тем, что концентрированная серная кислота отнимает от них водород и кислород в виде воды, а углерод остается в виде пористого угля. При действии разбавленной серной кислоты на металлы, которые в электрохимическом ряду активности металлов расположены слева водорода, выделяется водород. Концентрированная серная кислота имеет сильный окислительный эффект и способна реагировать, при нагревании, даже с благородными металлами, такими как медь, ртуть и серебро, хотя при этом она не взаимодействует с железом. Поэтому для перевозки концентрированной серной кислоты используются железные цистерны.

\ Mathrm {Cu + 2 \ H_2SO_4 \ longrightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2 \ H_2O}
Реакция меди с концентрированной серной кислотой

6. Применение

Серная кислота является очень важным товаром химической промисловасти и является индикатором ее промышленной мощью. [5] Мировое производство в 2004 году составило около 180 млн. тонн, при следующем географическом распределении: Азия 35%, Северная Америка 24%, Африка 11%, Западная Европа 10%, Восточная Европа и Россия 10%, Австралия и Океания 7%, Южная Америка 7%. [6] Большая часть произведенной кислоты (~ 60%) расходуется на производство удобрений, суперфосфата фосфата аммония, сульфатов, сульфата аммония: Около 20% используется в химической промышленности для производства моющих средств, синтетических смол, красителей, фармацевтических препаратов, инсектицидов, антифриза, а также для различных технических процессов. Около 6% используемой для производства пигментов, красок, эмалей, типографских фарб.Використовуеться также как осушитель газов.


6.1. Электролит

Серная кислота действует как электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах :

На аноде :

Pb + 3 SO 4 2 - PbSO 4 + 2 e -

На катоде :

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

Всего:

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

6.2. Катализатор

Серная кислота используется также, для инщих целей в химической промышленности. Например, она является кислотным катализатором для превращения циклогексанона окси в капролактам, который используется для изготовления нейлона. Она используется для изготовления соляной кислоты с соли. Серная кислота используется в нефтеперерабатывающей промышленности и, в качестве катализатора реакции изобутана с изобутилена, для образования изооктана, соединения, что повышает октановое число бензина.


7. Безопасность

Hazard C.svg Dangclass8.png

Серная кислота очень едкая. Кроме обычных свойств сильной кислоты, она должна коррозионные свойства, которые проявляются в высоко экзотермической реакции с водой (т.е. ее обезвоживании собственности). Ожоги от серной кислоты потенциально более опасны, чем от других сильных кислот ( соляной, азотной кислот), так как она не только вызывает ожог, но и вторичный термический ожог, который создает дополнительные повреждения тканей за счет тепла, которое выделяется в результате реакции с водою.Якщо погрузить куски мышц животных в концентрированную серную кислоту, ткани растворятся и весь раствор станет прозрачным или черным, в результате выделения углерода. Эта реакция иногда используется для демонстрации коррозионных свойств кислоты. Кроме того, серная кислота в высоких концентрациях является сильным окислителем, и должна храниться очень тщательно.


Примечания

  1. Walter Jansen: Zum Gedenken: Johann Rudolph Glauber, in: Chemikon, 2004, 11, 3, S. 155; doi : 10.1002/ckon.200490022 - dx.doi.org/10.1002/ckon.200490022.
  2. VA Krasnopolsky, VA ​​Parshev: Chemical composition of the atmosphere of Venus, in: Nature, 1981, 292, S. 610-613; doi : 10.1038/292610a0 - dx.doi.org/10.1038/292610a0.
  3. Orlando TM. The chemical nature of Europa surface material and the relation to a subsurface ocean / / Icarus (journal). - 177. - (2005) (2): 528-533. DOI : 10.1016/j.icarus.2005.05.009 - dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2005.05.009.
  4. ER Riegel und JA Kent: Riegel's Handbook of Industrial Chemistry. Springer 2003. ISBN 0-306-47411-5, S. 503.
  5. Chenier, Philip J. Survey of Industrial Chemistry. - С. 45-57. - New York: John Wiley & Sons, 1987. ISBN 0471010774.
  6. Davenport, William George and King, Matthew J. Sulfuric Acid Manufacture: analysis, control and optimization - books.google.com / books? id = tRAb2CniRG4C. - С. 8, 13. - Elsevier, 2006. ISBN 978-0-08-044428-4.
Растворимость кислот, оснований и солей в воде
H + Li + K + Na + NH 4 + Ba 2 + Ca 2 + Mg 2 + Sr 2 + Al 3 + Cr 3 + Fe 2 + Fe 3 + Ni 2 + Co 2 + Mn 2 + Zn 2 + Ag + Hg 2 + Hg 2 2 + Pb 2 + Sr 2 + Sn 2 + Cu +
OH - P P P - P М Н М Н Н Н - Н Н Н Н - - - Н Н - Н
F - P Н P P Р М Н Н М Р Н Н Н Р Р М Р Р М М Н Р Р ?
Cl - P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р Н М - Н Р
Br - P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М Н М Р H Р
I - P P P P Р Р Р Р Р Р ? Р - Р Р Р Р Н Н Н Н М Н -
S 2 - P P P P - Р М Н Р - - Н - Н Н Н Н Н Н - Н Н Н Н
SO 3 2 - P P P P Р М М М Н ? ? М ? Н Н Н М Н Н Н Н ? Н ?
SO 4 2 - P P P P Р Н М Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М - Н Н Р Р Р
NO 3 - P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р - Р - Р Р
NO 2 - P P P P Р Р Р Р Р ? ? ? ? Р М ? ? М ? ? ? ? ? ?
PO 4 3 - P Н P P - Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ? Н Н Н Н
CO 3 2 - М Р P P Р Н Н Н Н - - - - Н Н - - Н - Н - - ? -
CH 3 COO - P Р P P Р Р Р Р Р - Р Р - Р Р Р Р Р Р М Р - Р Р
CN - P Р P P Р Р Р Р Р ? Н Н - Н Н Н Н Н Р Н Р - - Н
SiO 3 2 - H Н P P ? Н Н Н Н ? ? Н ? ? ? Н Н ? ? ? Н ? ? ?


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам