На что способна серная кислота. Серная кислота: химические свойства, характеристики, получение серной кислоты на производстве

Введение

Серная кислота - важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это двумя причинами: ее дешевизной по сравнению со всеми другими кислотами, и ее свойствами. Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств. Крупнейшим потребителем серной кислоты в настоящее время является промышленность фосфорных и азотных минеральных удобрений, таких как сульфат аммония, аммофос, суперфосфат и др. Простой суперфосфат получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Применение минеральных удобрений способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и содержания в них полезных веществ. Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении - на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий. Прежде, чем найти применение веществу, сначала подробно изучают его физические и химические свойства. После этого становятся ясны границы использования вещества.

Технологическая часть

Серная кислота: физико-химические свойства, применение

Физические свойства

Серная кислота H2SO4- сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O 1, - раствор SO3 в серной кислоте (олеум). Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см3 и содержит около

95 % H2SO4. Затвердевает она лишь ниже -20 °С. Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Стандартная энтальпия образования ДH=298 кДж/моль. Стандартная энергия Гиббса образования ДG=298 кДж/моль. Стандартная энтропия образования S=298 Дж/моль·K. Стандартная мольная теплоемкость Cp =298 Дж/моль·K.

Химические свойства

Серная кислота - сильная двухосновная кислота, диссоциация ее протекает по двум ступеням:

H2SO4 = H+ + HSO4- - первая ступень

HSO4 =H+ + SO42- - вторая ступень

В концентрированных растворах диссоциация серной кислоты по второй ступени незначительна.

Серная кислота - сильнейшее дегидратирующее (водоотнимающее) вещество. Она поглощает влагу из воздуха (гигроскопична), отнимает воду от кристаллогидратов:

H2SO4 конц. +CuSO4*5H2O голубой = CuSO4 белый + 5H2O;

углеводов:

(обугливает дерево и бумагу):

H2SO4конц.+ C12H22O= 12C + 11H2O ;

H2SO4 конц.+ C2H5OH = CH2=CH2 + H2O

Серная кислота проявляет все свойства сильных кислот:

а) взаимодействует с основными оксидами, например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

б) с основаниями, например:

2NaOH + H2SO4= Na2 SO4 + 2H2O

в) вытесняет другие кислоты из их солей, например те, которые слабее нее:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

или более летучие (обладающие температурами кипения ниже, чем у серной кислоты):

NaNO3тв. + H2SO4 конц= NaH SO4 + HNO3- при нагревании.

В окислительно-восстановительных реакциях разбавленная серная кислота проявляет свойства обычной кислоты (неокислитель) - при этом восстанавливаются ионы Н+, например: Fe + H2SO4 разб= Fe SO4 + H2. Разбавленная H2SO4 не взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода. Концентрированная серная кислота - кислота-окислитель, при этом восстанавливается сера (+6). Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений правее водорода: Cu + 2 H2SO4конц= Cu SO4 + SO2 + 2H2O и металлы, стоящие левее водорода, при этом сера восстанавливается до степени окисления +4, 0 и -2:

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4+ SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

Железо, алюминий, хром концентрированной серной кислотой пассивируются (не реагируют), однако при сильном нагревании реакция начинается, например:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, например:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1.16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

Концентрированная серная кислота окисляет также сложные вещества, например HI и HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O ;

соли железа:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2.

Серную кислоту выпускают нескольких сортов. Они отличаются концентрацией и количеством примесей. Для производства медицинских препаратов, особо чистых реактивов, для заливки аккумуляторов требуется чистая кислота. При травлении металлов, в производстве суперфосфата можно воспользоваться кислотой, имеющей некоторые загрязнения. Экономически это выгодно. Такая кислота более дешевая.Сернокислотная промышленность выпускает так называемый олеум, используемый при производстве некоторых органических препаратов, взрывчатых веществ. Олеум представляет собой раствор серного ангидрида в серной кислоте. Сорта олеума различаются по концентрации серного ангидрида в серной кислоте. Для некоторых особых целей выпускают олеум, содержащий серного ангидрида до 60%. Так, кислота серная техническая и олеум технический(ГОСТ 2184-77) применяются в производстве различных солей, кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, взрывчатых веществ, минеральных удобрений, в качестве водоотнимающего и осушающего средства, в процессах нейтрализации, травления и многих других. Эти продукты не горючи и относятся к веществам 2-го класса токсичности.

Серная кислота находит самое широкое применение. Самый крупный потребитель серной кислоты - производство минеральных удобрений. На 1 т Р2О5 фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH4)2SO4 - 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений. Серная кислота также используется для получения соляной, азотной, фосфорной, плавиковой и многих органических кислот методом обмена, органических сульфосоединений, для очистки различных газов, входит в состав нитрующих смесей, используется в производстве красителей, для зарядки аккумуляторов, в металлургии серную кислоту применяют для обнаружения микротрещин в готовой продукции, на металлообрабатывающих заводах серную кислоту используют в цехах гальванопокрытий. Как известно, перед нанесением на металлические изделия электрическим методом никеля, хрома, меди их нужно тщательно очистить, протереть, обезжирить и, наконец, выдержать непродолжительное время в ванне с раствором серной кислоты. При этом она растворяет тончайший слой металла и с ним удаляются следы загрязнений. В то же время поверхность металла становится более шершавой: на ней появляются микроскопические углубления и выступы. Электролитические покрытия к такой поверхности лучше пристают и более прочно сцеплены с металлом. Также серная кислота необходима для переработки различных руд и ископаемых. При переработке руд редких металлов большое значение имеет кислотный способ их расщепления. Обычно для этой цели используют наиболее дешевую нелетучую серную кислоту. Измельченную руду смешивают в определенной пропорции с серной кислотой и нагревают. Полученный раствор и осадок дальше перерабатывают химическим путем, исходя из химических свойств того элемента, который нужно выделить из раствора. На химическую переработку руд редких элементов расходуют тысячи тонн серной кислоты. Большое количество серной кислоты требуется нефтеперерабатывающей промышленности для очистки нефти и ее различных фракций. В органическом синтезе концентрированная серная кислота - необходимый компонент при получении многих красителей и лекарственных веществ. Широко применяются соли серной кислоты. Сульфат натрия (глауберова соль Nа2SO4 * 10Н2О) применяется для производства соды и в стекольной промышленности. Сульфат кальция распространен в природе в виде двуводного кристаллогидрата гипса (СаSO4 * 2Н2О) и безводной соли ангидрита (Са SO4). Ангидритовые вяжущие материалы получают путем обжига гипсового камня при повышенных температурах (600-700 оС) с различными добавками. При этом получают отделочный гипсовый цемент и кальцинированный гипс (экстрих-гипс). Эти материалы затвердевают значительно медленнее, чем полуводный гипс, и применяются для изготовления строительных растворов и бетонов малой прочности, а также искусственного мрамора, бесшовных настилов полов и др. Сульфат магния, или горькая соль (МgSO4*7Н2О) применяется в медицине как слабительное. Сульфат железа (II), или железный купорос (FеSO4*7Н2О) применяется для приготовления желтой кровяной соли (К4), чернил, для очистки воды и консервирования дерева. Сульфат меди, или медный купорос (СuSO4*5Н2О) применяется для борьбы с различными грибками - вредителями сельского хозяйства, для производства медных покрытий и получения различных соединений меди. Из растворов, содержащих сульфат трехвалентного металла (Fе3+, Аl3+, Сг3+) и сульфат одновалентного металла (К+, NН4+, Rb+), выкристаллизовываются двойные соли типа К2 SO4Al2(SO4)32*4H2O или КАl(SO4)3*12Н2О. Вместо калия и алюминия могут стоять в любом сочетании перечисленные элементы. Эти соединения называются квасцами. Квасцы существуют только в твердом виде. В растворе они ведут себя как две самостоятельные соли, т. е. как смесь сульфатов одно- и трехвалентных металлов. Разбавленные растворы серной кислоты и ее солей применяют в текстильной, а также в других отраслях легкой промышленности. В пищевой промышленности серная кислота применяется для получения крахмала, патоки и ряда других продуктов. В электротехнике она используется в качестве электролита в аккумуляторах. Серную кислоту используют для осушки газов и при концентрации кислот. Наконец, серную кислоту применяют как компонент реакционной среды в процессах нитрования, в частности, при получении взрывчатых веществ.

Способы получения серной кислоты

Еще в XIII в. серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

В настоящее время серная кислота производится двумя способами: нитрозным, существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце XIX и начале XX в.

В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SO2 в SO3, различают два основных метода получения серной кислоты. В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SO2 в SO3 проводят на твердых катализаторах. Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса - абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции: SO3 + H2O = H2SO4

При проведение процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота. Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота: SO2 + N2O3 + H2O= H2SO4 + 2NO

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью.

Характеристика исходного сырья

Сырьевая база производства серной кислоты - серосодержащие соединения, из которых можно получить диоксид серы. В промышленности около 80% серной кислоты получают из природной серы и железного (серного) колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии. Некоторые производства используют в качестве сырья сероводород, образующийся при очистке серы в нефтепереработке.

Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. Традиционно основными источниками сырья являются сера и железный (серный) колчедан. Около половины серной кислоты получают из серы, треть - из колчедана. Значительное место в сырьевом балансе занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы. В то же время отходящие газы - наиболее дешевое сырье, низки оптовые цены и на колчедан, наиболее же дорогостоящим сырьем является сера. Следовательно, для того чтобы производство серной кислоты из серы было экономически целесообразно, должна быть разработана схема, в которой стоимость ее переработки будет существенно ниже стоимости переработки колчедана или отходящих газов.

Серная кислота - сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.

Замечу, что существует олеум - раствор SO 3 в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.

Получение

Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении образовавшегося SO 2 до SO 3 и последующим взаимодействием с водой.

FeS 2 + O 2 → (t) Fe 2 O 3 + SO 2

SO 2 + O 2 ⇄ (кат. - V 2 O 5) SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:

В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:

1. NO + O 2 → NO 2

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

2. NO + NO 2 + 2H 2 SO 4 = 2NO(HSO 4) + H 2 O

В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

3. NO(HSO 4) + H 2 O = H 2 SO 4 + HNO 2

В упрощенном виде нитрозный способ можно записать так:

NO 2 + SO 2 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO

Химические свойства

Серная кислота H 2 SO 4 - нелетучая тяжелая жидкость, хорошо растворима в воде (при нагревании). t пл. = 10,3°C, t кип. = 296°С,

Отлично впитывает влагу, поэтому часто выступает в качестве осушителя.

Производство серной кислоты H 2 SO 4 .

Производство серной кислоты представляет собой контактный процесс. Его можно разделить на 3 этапа:

1. Получение SO 2 путем сжигания серы или обжигом сульфидов .

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

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

В реакциях с щелочами или основными оксидами образует сульфаты или гидрофильфаты:

CaO + H 2 SO 4( разб ) = С aSO 4 + H 2 O,

Na 2 O + H 2 SO 4( разб ) = NaHSO 4 + NaOH,

Необходимо отметить, что сульфат бария является нерастворимым сульфатом, поэтому его используют в качестве индикатора на присутствие сульфат-ионов.

Концентрированная H 2 SO 4 окисляет медь, серебро, углерод и фосфор:

2Ag + 2H 2 SO 4 = Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O,

2P + 5H 2 SO 4 = 2H 3 PO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O,

Концентрированная H 2 SO 4 при обычных условиях не взаимодействует с Al , Cr, Fe , но при нагревании вступает в реакцию.

Концентрированная H 2 SO 4 быстро вступает в реакцию с водой, выделяя пр этом огромное количество тепла.

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.

Технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3: H2O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 - раствор SO3 в серной кислоте (олеум).

• 1 Название
• 2 Физические и физико-химические свойства
  • 2.1 Олеум
• 3 Химические свойства
• 4 Применение
• 5 Токсическое действие
• 6 Исторические сведения
• 7 Дополнительные сведения
• 8 Получение серной кислоты
  • 8.1 Первый способ
  • 8.2 Второй способ
• 9 Стандарты
• 10 Примечания
• 11 Литература
• 12 Ссылки

Название

В XVIII-XIX веках серу для пороха производили из серного колчедана (пирит) на купоросных заводах. Серную кислоту в то время называли «купоросным маслом» (как правило это был кристаллогидрат, по консистенции напоминающий масло), очевидно отсюда происхождение названия её солей (а точнее именно кристаллогидратов) - купоросы.

Физические и физико-химические свойства

Очень сильная кислота, при 18оС pKa (1) = −2,8, pKa (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10−2); длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S-OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3 % H2SO4 и 1,7 % H2О с температурой кипения 338,8оС). Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H2SO4, имеет состав (%): H2SO4 99,5, HSO4− - 0,18, H3SO4+ - 0,14, H3O+ - 0,09, H2S2O7, - 0,04, HS2O7⁻ - 0,05. Смешивается с водой и SO3, во всех соотношениях. водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H3О+, HSO3+, и 2НSO₄−. Образует гидраты H2SO4·nH2O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Олеум

Основная статья: Олеум

Растворы серного ангидрида SO3 в серной кислоте называются олеумом, они образуют два соединения H2SO4·SO3 и H2SO4·2SO3.

Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:

Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом её концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H2SO4.

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума

Содержание % по массе		Плотность при 20 ℃, г/см³	Температура плавления, ℃	Температура кипения, ℃
H2SO4	SO3 (свободный)
10	-	1,0661	−5,5	102,0
20	-	1,1394	−19,0	104,4
40	-	1,3028	−65,2	113,9
60	-	1,4983	−25,8	141,8
80	-	1,7272	−3,0	210,2
98	-	1,8365	0,1	332,4
100	-	1,8305	10,4	296,2
104,5	20	1,8968	−11,0	166,6
109	40	1,9611	33,3	100,6
113,5	60	2,0012	7,1	69,8
118,0	80	1,9947	16,9	55,0
122,5	100	1,9203	16,8	44,7

Температура кипения олеума с увеличением содержания SO3 понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H2SO4 достигает минимума. С увеличением концентрации SO3 в олеуме общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по уравнению:

величины коэффициентов А и зависят от концентрации серной кислоты. Пар над водными растворами серной кислоты состоит из смеси паров воды, H2SO4 и SO3, при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.

С повышением температуры усиливается диссоциация:

Уравнение температурной зависимости константы равновесия:

При нормальном давлении степень диссоциации: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).

Плотность 100%-ной серной кислоты можно определить по уравнению:

С повышением концентрации растворов серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO3 увеличивается.

При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:

где С - концентрация серной кислоты, в %.

Максимальную вязкость имеет олеум H2SO4·SO3, с повышением температуры η снижается. Электрическое сопротивление серной кислоты минимально при концентрации SO3 и 92 % H2SO4 и максимально при концентрации 84 и 99,8 % H2SO4. Для олеума минимальное ρ при концентрации 10 % SO3. С повышением температуры ρ серной кислоты увеличивается. Диэлектрическая проницаемость 100%-ной серной кислоты 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); криоскопическая постоянная 6,12, эбулиоскопическая постоянная 5,33; коэффициент диффузии пара серной кислоты в воздухе изменяется в зависимости от температуры; D = 1,67·10⁻⁵T3/2 см²/с.

Химические свойства

Серная кислота в концентрированном виде при нагревании - довольно сильный окислитель; окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO2, серу - до SO2, окисляет многие металлы (Cu, Hg, исключение - золото и платина). При этом концентрированная серная кислота восстанавливается до SO2, например:

Наиболее сильными восстановителями концентрированная серная кислота восстанавливается до S и H2S. Концентрированная серная кислота поглощает водяные пары, поэтому она применяется для сушки газов, жидкостей и твёрдых тел, например, в эксикаторах. Однако концентрированная H2SO4 частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Отщепляя воду от органических соединений и оставляя при этом чёрный углерод (уголь), концентрированная серная кислота приводит к обугливанию древесины, сахара и других веществ.

Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением, например:

Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние - сульфаты и кислые - гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислоты.

Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:

На металлообрабатывающих заводах раствор серной кислоты применяют для удаления слоя оксида металла с поверхности металлических изделий, подвергающихся в процессе изготовления сильному нагреванию. Так, оксид железа удаляется с поверхности листового железа действием нагретого раствора серной кислоты:

Качественной реакцией на серную кислоту и её растворимые соли является их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например:

Применение

Серную кислоту применяют:

• в обработке руд, особенно при добыче редких элементов, в т.ч. урана, иридия, циркония, осмия и т.п.;
• в производстве минеральных удобрений;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• для получения различных минеральных кислот и солей;
• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
• в пищевой промышленности - зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор);
• в промышленном органическом синтезе в реакциях:
  • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
  • гидратации (этанол из этилена);
  • сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
  • алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
  • Для восстановления смол в фильтрах на производстве дистилированной воды.

Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты - производство минеральных удобрений. На P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется в 2,2-3,4 раза больше по массе серной кислоты, а на (NH₄)₂SO₄ серной кислоты 75% от массы расходуемого (NH₄)₂SO₄. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Токсическое действие

Серная кислота и олеум - очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко - ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

Исторические сведения

Серная кислота известна с древности, встречаясь в природе в свободном виде, например, в виде озёр вблизи вулканов. Возможно, первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.

В IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4 7H2O и CuSO4 5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.

Схема получения серной кислоты из железного купороса - термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси

Молекула серной кислоты по Дальтону

1. 2FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
2. SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4

В трудах алхимика Валентина (XIII в) описывается способ получения серной кислоты путем поглощения водой газа (серный ангидрид), выделяющегося при сжигании смеси порошков серы и селитры. Впоследствии этот способ лег в основу т. н. «камерного» способа, осуществляемого в небольших камерах, облицованных свинцом, который не растворяется в серной кислоте. СССР такой способ просуществовал вплоть до 1955 г.

Алхимикам XV в известен был также способ получения серной кислоты из пирита - серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. Впоследствии, в связи с развитием катализа этот метод вытеснил камерный способ синтеза серной кислоты. настоящее время серную кислоту получают каталитическим окислением (на V2O5) оксида серы (IV) в оксид серы (VI), и последующим растворением оксида серы (VI) в 70 % серной кислоте с образованием олеума.

В России производство серной кислоты впервые было организовано в 1805 году под Москвой в Звенигородском уезде. 1913 году Россия по производству серной кислоты занимала 13 место в мире.

Дополнительные сведения

Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь, из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (п-ов Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3·107 тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994 .

Получение серной кислоты

Основная статья: Производство серной кислоты

Первый способ

Второй способ

В тех редких случаях, когда сероводород(H2S) вытесняет сульфат(SO4-) из соли (с металлами Cu,Ag,Pb,Hg) побочным продуктом является серная кислота

Сульфиды данных металлов обладают высочайшей прочностью, а также отличительным черным окрасом.

Стандарты

• Кислота серная техническая ГОСТ 2184-77
• Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667-73
• Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 1422-78
• Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204-77

Примечания

1. Ушакова Н. Н., Фигурновский Н. А. Василий Михайлович Севергин: (1765-1826) / Ред. И. И. Шафрановский. М.: Наука, 1981. C. 59.
2. 1 2 3 Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глориозов П.А. § 91. Химические свойства серной кислоты // Неорганическая химия: Учебник для 7-8 классов средней школы. - 18-е изд. - М.: Просвещение, 1987. - С. 209-211. - 240 с. - 1 630 000 экз.
3. Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глориозов П.А. § 92. Качественная реакция на серную кислоту и её соли // Неорганическая химия: Учебник для 7-8 классов средней школы. - 18-е изд. - М.: Просвещение, 1987. - С. 212. - 240 с. - 1 630 000 экз.
4. лицо худруку балета Большого театра Сергею Филину плеснули серной кислотой
5. Эпштейн, 1979, с. 40
6. Эпштейн, 1979, с. 41
7. см. статью «Вулканы и климат» (рус.)
8. Русский архипелаг - Виновато ли человечество в глобальном изменении климата? (рус.)

Литература

• Справочник сернокислотчика, под ред. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971
• Эпштейн Д. А. Общая химическая технология. - М.: Химия, 1979. - 312 с.

Ссылки

• Статья «Серная кислота» (Химическая энциклопедия)
• Плотность и значение pH серной кислоты при t=20 °C

Сульфаты

Алюм (KAl(SO4)2 12H2O) Аммоний сульфата алюминия ((NH4)Al(SO4)2) Аммоний-железо сульфат (NH4Fe(SO4)2) Аммоний-железо(II) сульфат (22) Аммоний-железо(III) сульфат (NH4Fe(SO4)2) Аммоний-церий(IV) сульфат ((NH4)4Ce(SO4)4) Гептагидрат сульфата магния (MgSO4) Гидросульфат аммония ((NH4)HSO4) Гидросульфат калия (KHSO4) Гидросульфат натрия (NaHSO4) Дисульфат калия (K2S2O7) Дисульфат натрия (Na2S2O7) Железа(III) основный сульфат ((OH)2) Квасцы Купорос Оксид-сульфат титана (TiOSO4) Олеум (H2SO4 xSO3) Пиросерная кислота (H2S2O7) (H2SO4) Соли Туттона Сульфат актиния(III) (Ac2(SO4)3) Сульфат алюминия (Al2(SO4)3) Сульфат алюмонатрия (NaAl(SO4)2) Сульфат аммония ((NH4)2SO4) Сульфат бария (BaSO4) Сульфат бериллия (BeSO4) Сульфат ванадила (VOSO4) Сульфат ванадия(III) (V2(SO4)3) Сульфат висмута (Bi2(SO4)3) Сульфат гидроксиаммония ((NH3OH)2SO4) Сульфат железа(II) (FeSO4) Сульфат железа(III) (Fe2(SO4)3) Сульфат индия(III) (In2(SO4)3) Сульфат иридия(III) (Ir2(SO4)3) Сульфат кадмия (CdSO4) Сульфат калия (K2SO4) Сульфат кальция (CaSO4) Сульфат кобальта(II) (CoSO4) Сульфат кобальта(III) (Co2(SO4)3) Сульфат лития (Li2SO4) Сульфат магния (MgSO4) Сульфат марганца(II) (MnSO4) Сульфат марганца(III) (Mn2(SO4)3) Сульфат меди(I) (Cu2SO4) Сульфат меди(II) (CuSO4) Сульфат натрия (Na2SO4) Сульфат никеля(II) (NiSO4) Сульфат олова(II) (SnSO4) Сульфат празеодима (Pr2(SO4)3) Сульфат ртути(I) (Hg2SO4) Сульфат ртути(II) (HgSO4) Сульфат свинца(II) (PbSO4) Сульфат серебра (Ag2SO4) Сульфат стронция (SrSO4) Сульфат сурьмы (Sb2(SO4)3) Сульфат таллия(I) (Tl2SO4) Сульфат таллия(III) (Tl2(SO4)3) Сульфат тетраамминмеди(II) (Cu(NH3)4SO4) Сульфат титана(III) (Ti2(SO4)3) Сульфат титана(IV) (Ti(SO4)2) Сульфат урана (U(SO4)2) Сульфат уранила (UO2SO4) Сульфат хрома(III) (Cr2(SO4)3) Сульфат хрома(III)-калия (KCr(SO4)2) Сульфат цезия (Cs2SO4) Сульфат церия(IV) (Ce(SO4)2) Сульфат цинка (ZnSO4) Сульфат циркония (Zr(SO4)2)

серная кислота, серная кислота википедия, серная кислота гидролиз, серная кислота ее воздействие 1, серная кислота класс опасности, серная кислота купить в украине, серная кислота применение, серная кислота разъедает, серная кислота с водой, серная кислота формула

Серная кислота Информацию О