(acid sulfuric, IUPAC - sulfat dihidrogen, nume învechit - ulei de vitriol)- un compus al sulfului cu formula H 2 SO 4. Un lichid incolor, uleios, foarte vâscos și higroscopic. Acid sulfuric- unul dintre cei mai puternici acizi anorganici si foarte caustic si periculos. Acest acid formează două serii de săruri: sulfați și sulfați de hidrogen, în care, în comparație cu acidul sulfuric, unul sau doi atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu cationi metalici. Acidul sulfuric este una dintre cele mai importante substanțe tehnice din lume și este lider în producție. Se folosește în principal sub formă de soluții apoase pentru producerea de îngrășăminte precum și alți acizi anorganici.
Poveste
(sau numele vechi - ulei de vitriol) este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Prima mențiune despre ea poate fi găsită în textele alchimistului Jabir ibn Hayyan din secolul al VIII-lea. Metode posibile producția este descrisă în lucrările lui Albertus Magnus (1200-1280) și Basil Valentine (1600). Această metodă se bazează pe formarea acidului cu calcaninth și alaun. Denumirea învechită provine de la denumirea învechită a mineralelor din care a fost obținut - vitriol. Primul cercetarea stiintifica folosind acid sulfuric a fost realizat de Johann Rudolf Glauber. A reacționat între acid sulfuric și sare și a obținut acid clorhidric și o sare care a fost numită după el - sarea lui Glauber. Metodele care foloseau sulfați erau foarte complexe și costisitoare. Pentru a obține cantități mari din această substanță, în secolul al XVIII-lea a fost dezvoltat un proces care presupunea arderea sulfului și a nitratului în recipiente din sticlă. Deoarece vasele de sticlă erau foarte fragile, prima reacție a fost efectuată în 1746 de John Roebuck în recipiente de plumb. Acidul sulfuric creat prin metoda lui John Roebuck avea o concentrație de doar 35-40%. Îmbunătățirile ulterioare ale metodei de către chimistul francez Joseph Louis Gay-Lussac și englezul John Glover au dat substanței un randament de concentrație de 78%. Cu toate acestea, pentru unii coloranți și pentru alții chimicale necesită un produs mai concentrat. În secolul al XVIII-lea, acidul sulfuric a fost produs prin distilarea uscată a mineralelor, un proces similar proceselor alchimice originale. Pirita (disulfură de fier, FeS2) a fost încălzită în aer pentru a produce sulfat de fier (II), FeSO4, care s-a oxidat la încălzire suplimentară la sulfat de fier (III), Fe2(SO4)3, care, atunci când este încălzit la 480 °C, s-a descompus în oxid de fier (III) și trioxid de sulf, care pot fi utilizate pentru a produce acid sulfuric în orice concentrație. În 1831, comerciantul britanic Peregrine Phillips a brevetat un proces de contact care era mult mai economic. Astăzi, aproape tot acidul sulfuric din lume este produs prin această metodă.
Fiind în natură
Pământ
Acidul sulfuric liber este foarte rar în natură. În atmosferă, se formează din dioxid de sulf, care se formează în timpul arderii substanțelor care conțin sulf sau a erupțiilor vulcanice. Dioxidul de sulf este oxidat de radicalii hidroxil și oxigen pentru a forma trioxid de sulf, care reacționează cu umiditatea atmosferică pentru a forma un acid. În ploaia acidă apare sub formă diluată. Cantități mici de acid sulfuric liber pot fi găsite și în unele izvoare vulcanice numite solfatare. Cea mai mare cantitate de acid sulfuric din lume conține un lac în craterul Muntelui Ijen din Indonezia. Spre deosebire de acidul liber, sărurile sale, în special sulfații, sunt mult mai frecvente în natură. Există multe minerale sulfați diferite. Dintre acestea, cele mai cunoscute și mai importante sunt gipsul (CaSO 4 2 H 2 O), baritul (BaSO 4), calcantita (CuSO 4 5 H 2 O) și sarea Glauber (Na 2 SO 4 10 H 2 O).
Fiind de pe pământ
Acidul sulfuric se găsește în afara Pământului în straturile superioare atmosfera lui Venus. Se formează ca urmare a reacțiilor fotochimice ale dioxidului de sulf și ale apei, care formează picături de acid 80-85%. În straturile mai adânci, acidul se descompune din nou din cauza temperaturilor ridicate în dioxid de sulf și apă, care, crescând în sus, poate forma din nou acid sulfuric. Spectrele în infraroșu obținute de Galileo arată diferite grade de absorbție pe luna lui Jupiter, care au fost atribuite unuia sau mai multor tipuri de hidrați de acid sulfuric.
Productie
Materia prima pentru producerea acidului sulfuric este sulful elementar, care se obtine in rezervoare imense la rafinarii de petrol si gaze, din hidrogen sulfurat, folosind un procedeu cunoscut sub numele de procedeul Claus. Apoi sulful este oxidat la dioxid de sulf:
Reacția sulfului cu oxigenul
O altă sursă de dioxid de sulf este topirea minereurilor care conțin sulf. Exemple sunt sulfurile de cupru, zinc și plumb. Dioxidul de sulf se formează atunci când este prăjit cu oxigen în aer.
Reacție la prăjirea sulfurei de zincÎn 1999, aproximativ 3 milioane de tone de pirit au fost arse în Europa pentru a produce acid sulfuric. În Asia, această cifră este mai mare, deoarece rezervele sale sunt mai mari. Pentru țările sărace în resurse care nu au nici minereuri de sulf, nici sulfuri, există procesul Müller-Kühne. În acest proces, dioxidul de sulf este produs prin arderea gipsului și a cărbunelui într-un cuptor. Acest proces poate fi profitabil prin adăugarea de nisip și argilă în cuptor pentru a forma ciment ca produs secundar. Pentru producția ulterioară, este necesară anhidridă sulfurică. La temperaturi scăzute, reacția decurge lent, deoarece necesită ciocniri triple care sunt relativ rare în faza gazoasă, iar la temperaturi ridicate echilibrul este deplasat către descompunerea anhidridei sulfurice. Prin urmare, sunt necesari catalizatori pentru a efectua această reacție. În primele zile, a fost folosită platina, mai târziu s-a trecut la anhidrida de vanadiu V 2 O 5 sau vanadați metale alcaline KVO 3.
Oxidarea dioxidului de sulf în trioxidTrioxidul de sulf este diluat imediat în apă: din cauza reacției inițiale prea violente în contact cu apa, se formează o peliculă de ceață de acid sulfuric, care împiedică reacțiile ulterioare. În primul rând, este introdus în acid sulfuric concentrat, această soluție se numește oleum. Oleum-ul este apoi dizolvat în apă pentru a forma acid sulfuric.
Dizolvarea anhidritei sulfurice în acid sulfuric concentrat pentru a crea acid disulfat Dizolvarea acidului disulfat în apăÎN ultimii ani Producția de acid sulfuric a crescut în principal în China, în timp ce în ţările europene, producția a scăzut.
Acasă cantitati mici acidul sulfuric diluat poate fi obţinut prin electroliza unei soluţii sulfat de cupru cu un anod de plumb (tensiunea trebuie să fie mai mare de 2 V din cauza supratensiunii mari a degajării de oxigen pe dioxidul de plumb, care se formează pe suprafața anodului, dar nu mai mult de 5 V, pentru a nu se supraîncălzi).
Proprietăți fizice
Aproape tot acidul sulfuric 99% pierde SO3 la fierbere pentru a forma acid 98,3%. 98% acid este stabil la raft și este de obicei numit și acid concentrat. Alte concentrații sunt utilizate în scopuri diferite. Date despre diferite concentrații:
Acidul sulfuric pur din punct de vedere chimic este un lichid uleios greu, incolor. De regulă, vând o soluție apoasă de 96,5% cu o densitate de 1,84 g / cm 3 sau așa-numitul „oleum”, adică o soluție de SO 3 în H 2 SO 4. H 2 SO 4 se dizolvă foarte bine în apă (se amestecă cu apă în cantități nelimitate). În acest caz, căldura este eliberată, iar soluția devine foarte fierbinte (până la punctul de fierbere a apei). Prin urmare, atunci când se adaugă apă la acidul sulfuric concentrat, acesta din urmă stropește datorită conversiei rapide a apei în abur. Prin urmare, atunci când se diluează H 2 SO 4 concentrat, acidul trebuie turnat în apă (și nu invers!) într-un flux subțire în timp ce se amestecă bine soluția cu o baghetă de sticlă. Acid sulfuric concentrat asemănător apă curată conduce slab curentul din cauza disocierii scăzute, conductivitate electrică specifică 1,044 10 -2 S/cm
Proprietăți chimice
Disocierea într-o soluție apoasă are loc în mai multe etape:
Prima etapă de disociere; K 2 = 2,4 x 6 octombrie (acid puternic)Această valoare a acidității este luată ca principală la determinarea superacizilor.
A doua etapă de disociere; K1 = 1,0 x 10-2Acidul sulfuric distruge, de asemenea, multe substanțe organice, în special carbohidrații - lemn, hârtie, țesături de bumbac, zahăr și altele asemenea. Distrugerea acestor substanțe se explică prin faptul că acidul sulfuric concentrat elimină hidrogenul și oxigenul din ele sub formă de apă, iar carbonul rămâne sub formă de cărbune poros. Când acidul sulfuric diluat acţionează asupra metalelor care sunt serie electrochimică Activitatea metalelor este situată în stânga hidrogenului, hidrogenul este eliberat. Acidul sulfuric concentrat are un puternic efect de oxidare și este capabil să reacționeze, atunci când este încălzit, chiar și cu metale nobile precum cuprul, mercurul și argintul, deși nu reacționează cu fierul. Prin urmare, rezervoarele de fier sunt folosite pentru transportul acidului sulfuric concentrat.
Reacția cuprului cu acid sulfuric concentratAplicație
Acidul sulfuric este o marfă foarte importantă a industriei chimice și este un indicator al capacității sale industriale. Producția mondială în 2004 a fost de aproximativ 180 de milioane de tone, cu următoarea distribuție geografică: Asia 35%, America de Nord 24%, Africa 11%, Europa de Vest 10%, Europa de Est iar Rusia 10%, Australia și Oceania 7%, America de Sud 7%. Cea mai mare parte a acidului produs (~60%) este cheltuită pentru producția de îngrășăminte, superfosfat de fosfat de amoniu, sulfați, sulfat de amoniu. Aproximativ 20% este folosit în industria chimică pentru a produce detergenti, rasini sintetice, coloranti, produse farmaceutice, insecticide, antigel, precum si pentru diverse procese tehnice. Aproximativ 6% este folosit pentru producerea de pigmenți, vopsele, emailuri și cerneluri de imprimare. Folosit și ca uscător cu gaz.
Electrolit
Acidul sulfuric acționează ca un electrolit în bateriile plumb-acid:
La anod:
Pb + 3 SO2-4 ⇌ PbSO 4 + 2 e -
La catod:
PbO 2 + 4 H + + SO2-4 + 2 e - ⇌ PbSO 4 + 2 H 2 O
Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO2-4 ⇌ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O
Catalizator
Acidul sulfuric este folosit și în alte scopuri în industria chimică. De exemplu, este un catalizator acid pentru conversia ciclohexanonei oxi în caprolactamă, care este utilizată pentru a face caprone. Este folosit pentru a face acid clorhidric din sare. Acidul sulfuric este utilizat în industria de rafinare a petrolului ca catalizator pentru reacția izobutanului și izobutilenei pentru a forma izooctan, un compus care are un număr octanic de referință și este potrivit pentru crearea de benzină cu octan mare fără aditivi metalici.
Siguranţă
Acidul sulfuric este caustic, deși datorită vâscozității sale semnificative, arsurile pot apărea în timp suficient pentru a spăla acidul de pe piele. În acest sens, oleum și acidul clorosulfonic sunt mai periculoase, care pot provoca rapid arsuri grave. Datorită proprietăților sale corozive este mai puțin periculos decât sarea sau acid azotic deoarece este mai puțin volatil și nu un agent oxidant foarte activ la temperaturi normale. Cel mai periculos contact este pe mucoasele deschise. Contactul cu ochii poate apărea atunci când se încearcă diluarea. acid concentrat adăugarea de apă la acesta (o încălcare directă a regulilor de manipulare a acidului sulfuric concentrat), în timp ce apa fierbe și stropește împreună cu acidul. Zonele afectate sunt spălate un număr mare apă și soluție de bicarbonat de sodiu 5%.
Imagini înrudite
Acizii sunt compuși chimici formați din atomi de hidrogen și reziduuri acide, de exemplu, SO4, SO3, PO4 etc. Sunt anorganici și organici. Primele includ acid clorhidric, fosforic, sulfurat, azotic și sulfuric. Cele doua includ acidul acetic, acidul palmitic, acidul formic, acidul stearic etc.
Ce este acidul sulfuric
Acest acid este format din doi atomi de hidrogen și reziduul acid SO4. Are formula H2SO4.
Acidul sulfuric sau, așa cum este numit și sulfat, se referă la acizii dibazici anorganici care conțin oxigen. Această substanță este considerată una dintre cele mai agresive și active din punct de vedere chimic. În majoritatea reacțiilor chimice acționează ca un agent oxidant. Acest acid poate fi folosit sub formă concentrată sau diluată, în aceste două cazuri are puțin diferit proprietăți chimice.
Proprietăți fizice
Acid sulfuric în conditii normale are stare lichidă, punctul său de fierbere este de aproximativ 279,6 grade Celsius, punctul său de îngheț, când se transformă în cristale solide, este de aproximativ -10 grade pentru sută la sută și aproximativ -20 pentru 95 la sută.
Acidul sulfat 100% pur este o substanță lichidă inodoră, incoloră, uleioasă, care are o densitate aproape de două ori mai mare decât cea a apei - 1840 kg/m3.
Proprietățile chimice ale acidului sulfat
Acidul sulfuric reacționează cu metalele, oxizii, hidroxizii și sărurile acestora. Diluat cu apă în proporții diferite, se poate comporta diferit, așa că haideți să aruncăm o privire mai atentă asupra proprietăților soluțiilor concentrate și slabe de acid sulfuric separat.
Soluție concentrată de acid sulfuric
O soluție care conține cel puțin 90% acid sulfat este considerată concentrată. O astfel de soluție de acid sulfuric este capabilă să reacționeze chiar și cu metale slab active, precum și cu nemetale, hidroxizi, oxizi și săruri. Proprietățile unei astfel de soluții de acid sulfat sunt similare cu cele ale acidului azotat concentrat.
Interacțiunea cu metalele
În timpul reacției chimice a unei soluții concentrate de acid sulfat cu metale situate în dreapta hidrogenului din seria de tensiune electrochimică a metalelor (adică cu cele mai active), se formează următoarele substanțe: sulfatul metalului cu care are loc interacțiunea, apă și dioxid de sulf. Metalele, ca urmare a interacțiunii cu care se formează substanțele enumerate, includ cuprul (cuprum), mercurul, bismutul, argintul (argentum), platina și aurul (aurumul).
Interacțiunea cu metale inactive
Cu metalele care sunt la stânga hidrogenului în seria de tensiune, acidul sulfuric concentrat se comportă ușor diferit. În urma acestei reacții chimice, se formează următoarele substanțe: sulfat de un anumit metal, hidrogen sulfurat sau sulf pur și apă. Metalele cu care are loc o reacție similară includ, de asemenea, fier (fer), magneziu, mangan, beriliu, litiu, bariu, calciu și toate celelalte care se află în seria de tensiune din stânga hidrogenului, cu excepția aluminiului, cromului, nichelului și titanului - cu ele acidul sulfat concentrat nu interacționează.
Interacțiunea cu nemetale
Această substanță este un agent oxidant puternic, deci este capabilă să participe la reacții chimice redox cu nemetale, cum ar fi, de exemplu, carbonul (carbonul) și sulful. Ca urmare a unor astfel de reacții, apa este în mod necesar eliberată. Când această substanță este adăugată la carbon, se eliberează și dioxid de carbon și dioxid de sulf. Și dacă adăugați acid la sulf, obțineți doar dioxid de sulf și apă. Într-o astfel de reacție chimică, acidul sulfat joacă rolul unui agent oxidant.
Interacțiunea cu substanțele organice
Printre reacțiile acidului sulfuric cu substanțele organice se poate distinge carbonizarea. Acest proces are loc atunci când această substanță se ciocnește de hârtie, zahăr, fibre, lemn etc. În acest caz, carbonul este eliberat în orice caz. Carbonul format în timpul reacției poate reacționa parțial cu acidul sulfuric dacă este în exces. Fotografia arată reacția zahărului cu o soluție de acid sulfat de concentrație medie.
Reacții cu sărurile
De asemenea, o soluție concentrată de H2SO4 reacționează cu sărurile uscate. În acest caz, are loc o reacție de schimb standard, în care se formează sulfatul de metal care a fost prezent în structura sării și acidul cu reziduul care a fost în sare. Cu toate acestea, acidul sulfuric concentrat nu reacționează cu soluțiile sărate.
Interacțiunea cu alte substanțe
De asemenea, această substanță poate reacționa cu oxizii metalici și hidroxizii acestora, în aceste cazuri apar reacții de schimb, în primul se eliberează sulfat de metal și apă, în al doilea - la fel.
Proprietățile chimice ale unei soluții slabe de acid sulfat
Acidul sulfuric diluat reacționează cu multe substanțe și are aceleași proprietăți ca toți acizii. Acesta, spre deosebire de metalul concentrat, interacționează numai cu metalele active, adică cele care se află în stânga hidrogenului în seria de tensiune. În acest caz, are loc aceeași reacție de substituție ca și în cazul oricărui acid. Aceasta eliberează hidrogen. De asemenea, o astfel de soluție acidă interacționează cu soluțiile sărate, rezultând o reacție de schimb, deja discutată mai sus, cu oxizi - la fel ca una concentrată, cu hidroxizi - la fel. Pe lângă sulfații obișnuiți, există și hidrosulfați, care sunt produsul interacțiunii hidroxidului și acidului sulfuric.
Cum să vă dați seama dacă o soluție conține acid sulfuric sau sulfați
Pentru a determina dacă aceste substanțe sunt prezente într-o soluție, se utilizează o reacție calitativă specială la ionii de sulfat, care face posibilă aflarea. Constă în adăugarea în soluție de bariu sau compușii acestuia. Acest lucru poate duce la precipitații alb(sulfat de bariu), care indică prezența sulfaților sau a acidului sulfuric.
Cum se produce acidul sulfuric?
Cea mai comună metodă de producție industrială a acestei substanțe este extragerea acesteia din pirita de fier. Acest proces are loc în trei etape, în fiecare dintre ele câte o anumită reacție chimică. Să ne uităm la ele. În primul rând, se adaugă oxigen la pirit, rezultând formarea de oxid de fer și dioxid de sulf, care este folosit pentru reacții ulterioare. Această interacțiune are loc atunci când temperatură ridicată. Urmează etapa în care trioxidul de sulf se obține prin adăugarea de oxigen în prezența unui catalizator, care este oxidul de vanadiu. Acum, în ultima etapă, la substanța rezultată se adaugă apă și se obține acid sulfat. Acesta este cel mai comun proces de extracție industrială a acidului sulfat, acesta fiind folosit cel mai des deoarece pirita este cea mai accesibilă materie primă potrivită pentru sinteza substanței descrise în acest articol. Acidul sulfuric obținut prin acest proces este utilizat în diverse domenii industrie - atât în domeniul chimic, cât și în multe altele, de exemplu, în rafinarea petrolului, prelucrarea minereului etc. De asemenea, utilizarea sa este adesea prevăzută în tehnologia de fabricație a multor fibre sintetice.
Acid sulfuric H2SO4, masa molara 98,082; incolor, uleios, inodor. Acid dibazic foarte puternic, la 18°C p K a 1 - 2,8, K2 1,2 10 -2, pK o 2 1,92; lungimi de legătură în S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, unghi HOSOH 104°, OSO 119°; fierbe cu descompunere, formând (98,3% H 2 SO 4 și 1,7% H 2 O cu un punct de fierbere de 338,8 ° C; vezi și Tabelul 1). Acid sulfuric, corespunzător unui conținut de 100% H2SO4, are compoziția (%): H2SO4 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3SO4 + 0,14%, H3O + 0,09%, H 2S2O7 0,04%, HS2O7 0,05%. Se amestecă cu și SO 3 în toate proporțiile. În soluții apoase acid sulfuric aproape complet se disociază în H+, HSO4- şi SO42-. Formează H2SO4 n H2O, unde n=1, 2, 3, 4 și 6,5.
soluţiile de SO 3 în acid sulfuric se numesc oleum formează doi compuşi H 2 SO 4 ·SO 3 şi H 2 SO 4 · 2SO 3. Oleum mai conţine acid pirosulfuric, obţinut prin reacţia: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7.
Prepararea acidului sulfuric
Materii prime pentru obtinere acid sulfuric servesc: S, sulfuri metalice, H 2 S, deseuri din termocentrale, sulfati de Fe, Ca etc. Principalele etape de productie acid sulfuric: 1) materii prime pentru producerea SO 2; 2) SO2 la SO3 (conversie); 3) SO 3. Există două metode utilizate în industrie pentru a obține acid sulfuric, diferită prin metoda de oxidare a SO 2 - contact folosind catalizatori solizi (contact) și azotos - cu oxizi de azot. A primi acid sulfuric Prin metoda de contact, fabricile moderne folosesc catalizatori de vanadiu, care au înlocuit oxizii de Pt și Fe. V 2 O 5 pur are activitate catalitică slabă, care crește brusc în prezența metalelor alcaline, sărurile K având cel mai mare efect. 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 · V 2 O 5 şi K 2 S 2 O 7 · V 2 O 5 , descompunându-se respectiv la 315-330, 365-380 şi 400-405°C). Componenta activă în condiții de cataliză este în stare topită.
Schema de oxidare a SO2 la SO3 poate fi reprezentată după cum urmează:
În prima etapă se atinge echilibrul, a doua etapă este lentă și determină viteza procesului.
Productie acid sulfuric din sulf folosind metoda contactului dublu și a absorbției duble (Fig. 1) se compune din următoarele etape. După curățarea prafului, aerul este furnizat de o suflantă cu gaz către turnul de uscare, unde este uscat la 93-98%. acid sulfuric la un conținut de umiditate de 0,01% în volum. Aerul uscat intră în cuptorul cu sulf după preîncălzire într-unul dintre schimbătoarele de căldură ale unității de contact. Cuptorul arde sulful furnizat prin duze: S + O 2 = SO 2 + 297,028 kJ. Gazul care conține 10-14% în volum SO 2 este răcit în cazan și, după diluarea cu aer la un conținut de SO 2 de 9-10% în volum la 420°C, intră în aparatul de contact pentru prima etapă de conversie, care are loc pe trei straturi de catalizator (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), după care gazul este răcit în schimbătoare de căldură. Apoi gazul care conține 8,5-9,5% SO 3 la 200°C intră în prima etapă de absorbție în absorbant, irigat și 98% acid sulfuric: S03 + H20 = H2S04 + 130,56 kJ. Apoi, gazul este supus curățării prin stropire acid sulfuric, este încălzit la 420°C și intră în a doua etapă de conversie, care are loc pe două straturi de catalizator. Înainte de a doua etapă de absorbție, gazul este răcit în economizor și alimentat la a doua etapă de absorbție, irigat cu 98% acid sulfuric, iar apoi, după curățarea stropilor, este eliberat în atmosferă.
1 - cuptor cu sulf; 2 - cazan de căldură reziduală; 3 - economizor; 4 - pornire focar; 5, 6 - schimbătoare de căldură ale cuptorului de pornire; 7 - dispozitiv de contact; 8 - schimbatoare de caldura; 9 - absorbant de oleum; 10 - turn de uscare; 11 și 12 - primul și respectiv al doilea absorbant monohidrat; 13 - colectii de acid.
1 - alimentator de discuri; 2 - cuptor; 3 - cazan de căldură reziduală; 4 - cicloni; 5 - precipitatoare electrice; 6 - turnuri de spălat; 7 - precipitatoare electrostatice umede; 8 - turn de suflare; 9 - turn de uscare; 10 - capcană pentru stropi; 11 - primul absorbant monohidrat; 12 - schimbatoare de caldura; 13 - dispozitiv de contact; 14 - absorbant de oleum; 15 - al doilea absorbant monohidrat; 16 - frigidere; 17 - colecții.
1 - turn de denitrare; 2, 3 - primul și al doilea turn de producție; 4 - turn de oxidare; 5, 6, 7 - turnuri de absorbție; 8 - precipitatoare electrice.
Productie acid sulfuric din sulfuri metalice (Fig. 2) este mult mai complicată și constă în următoarele operații. FeS 2 este arse într-un cuptor cu pat fluidizat folosind explozie de aer: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Gazul de prăjire cu un conținut de SO 2 de 13-14%, având o temperatură de 900°C, intră în cazan, unde este răcit la 450°C. Îndepărtarea prafului se realizează într-un ciclon și un precipitator electric. În continuare, gazul trece prin două turnuri de spălat, irigate cu 40% și 10% acid sulfuric. În acest caz, gazul este în cele din urmă curățat de praf, fluor și arsenic. Pentru purificarea gazelor din aerosoli acid sulfuric generate în turnurile de spălat, sunt prevăzute două trepte de precipitatoare electrostatice umede. După uscare într-un turn de uscare, înainte de care gazul este diluat la un conținut de 9% SO2, acesta este alimentat de o suflantă de gaz la prima etapă de conversie (3 straturi de catalizator). În schimbătoarele de căldură, gazul este încălzit la 420°C datorită căldurii gazului care provine din prima etapă de conversie. SO 2, oxidat cu 92-95% în SO 3, trece la prima etapă de absorbție în absorbanții de oleum și monohidrat, unde este eliberat de SO 3. Apoi, gazul care conține SO 2 ~ 0,5% intră în a doua etapă de conversie, care are loc pe unul sau două straturi de catalizator. Gazul este preîncălzit într-un alt grup de schimbătoare de căldură la 420 °C datorită căldurii gazelor provenite din a doua etapă de cataliză. După ce SO3 este separat în a doua etapă de absorbție, gazul este eliberat în atmosferă.
Gradul de conversie a SO2 la SO3 folosind metoda contactului este de 99,7%, gradul de absorbție a SO3 este de 99,97%. Productie acid sulfuric realizat într-o etapă de cataliză, în timp ce gradul de conversie a SO2 în SO3 nu depășește 98,5%. Înainte de a fi eliberat în atmosferă, gazul este curățat de SO2 rămas (vezi). Performanţă instalatii moderne 1500-3100 t/zi.
Esența metodei nitrozei (Fig. 3) este că gazul de prăjire, după răcire și curățare de praf, este tratat cu așa-numita nitroză - acid sulfuric, în care se dizolvă oxizii de azot. SO 2 este absorbit de nitroză și apoi oxidat: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO. NO rezultat este slab solubil în nitroză și este eliberat din acesta și apoi oxidat parțial de oxigen în faza gazoasă la NO 2. Amestecul de NO și NO2 este reabsorbit acid sulfuric etc. Oxizii de azot nu sunt consumați în procesul de azot și sunt returnați în ciclul de producție datorită absorbției lor incomplete. acid sulfuric sunt parțial duși de gazele de eșapament. Avantajele metodei nitrozei: simplitatea designului echipamentului, cost mai mic (cu 10-15% mai mic decât metoda de contact), posibilitate de reciclare 100% a SO2.
Designul hardware al procesului de nitroză turn este simplu: SO 2 este procesat în 7-8 turnuri căptușite cu ambalaj ceramic, unul dintre turnuri (gol) este un volum de oxidare reglabil. Turnurile au colectoare de acid, frigidere, pompe care furnizează acid rezervoare sub presiune peste turnuri. Un ventilator de coadă este instalat în fața ultimelor două turnuri. Pentru purificarea gazelor din aerosoli acid sulfuric servește ca un precipitator electric. Oxizii de azot necesari procesului se obtin din HNO3. Pentru a reduce emisia de oxizi de azot în atmosferă și reciclarea 100% a SO 2, între zonele de producție și absorbție este instalat un ciclu de procesare a SO 2 fără azot în combinație cu metoda apă-acid de captare în profunzime a oxizilor de azot. Dezavantajul metodei nitrozei este calitatea scăzută a produsului: concentrația acid sulfuric 75%, prezența oxizilor de azot, Fe și alte impurități.
Pentru a reduce posibilitatea de cristalizare acid sulfuric standardele pentru calitățile comerciale sunt stabilite în timpul transportului și depozitării acid sulfuric, a cărei concentrație corespunde celor mai scăzute temperaturi de cristalizare. Conţinut acid sulfuric V grade tehnice(%): turn (nitros) 75, contact 92,5-98,0, oleum 104,5, procent mare de oleum 114,6, baterie 92-94. Acid sulfuric depozitate în rezervoare de oțel cu un volum de până la 5000 m 3, capacitatea lor totală în depozit este proiectată pentru o producție de zece zile. Oleum și acid sulfuric transportate în cisterne de oțel de cale ferată. Concentrat și baterie acid sulfuric transportat în rezervoare din oțel rezistent la acizi. Rezervoarele pentru transportul oleumului sunt acoperite cu izolație termică, iar oleum-ul este încălzit înainte de umplere.
Defini acid sulfuric colorimetric si fotometric, sub forma unei suspensii de BaSO 4 - fototurbidimetric, precum si prin metoda coulometrica.
Aplicarea acidului sulfuric
Acidul sulfuric este utilizat în producție îngrășăminte minerale ca electrolit baterii cu plumb acid, pentru producerea diferiților acizi minerali și săruri, fibre chimice, coloranti, substanțe care formează fumŞi explozivi, în industria petrolului, prelucrarea metalelor, textile, piele și alte industrii. Este utilizat în sinteza organică industrială în reacții de deshidratare (producția de dietil eter, esteri), hidratare (etanol din etilenă), sulfonare (și produse intermediare în producerea coloranților), alchilare (producerea de izooctan, polietilen glicol, caprolactamă), etc. Cel mai mare consumator acid sulfuric- producerea de îngrășăminte minerale. Pentru 1 t de îngrășăminte cu fosfor P 2 O 5 se consumă 2,2-3,4 tone acid sulfuricşi pentru 1 t (NH4)2S04 - 0,75 t acid sulfuric. Prin urmare, ei tind să construiască plante de acid sulfuric împreună cu fabrici pentru producția de îngrășăminte minerale. Producția mondială acid sulfuricîn 1987 a ajuns la 152 milioane de tone.
Acid sulfuricși oleum sunt substanțe extrem de agresive care afectează tractul respirator, pielea, mucoasele, provoacă dificultăți de respirație, tuse, și adesea laringită, traheită, bronșită etc. MPC de aerosol de acid sulfuric în aer zona de lucru 1,0 mg/m 3 , în condiţii atmosferice 0,3 mg/m 3 (maxim o singură dată) şi 0,1 mg/m 3 (medie zilnică). Concentrație uimitoare de vapori acid sulfuric 0,008 mg/l (expunere 60 min), letal 0,18 mg/l (60 min). Clasa de pericol 2. Aerosoli acid sulfuric se poate forma în atmosferă ca urmare a emisiilor din industriile chimice și metalurgice care conțin oxizi de S și cad sub formă de ploaie acide.
În orașul Revda, 15 vagoane care transportau acid sulfuric au deraiat. Încărcătura aparținea Topitorii de cupru din Sredneuralsk.
Urgența a avut loc pe șinele de cale ferată departamentale în 2013. Acid vărsat pe o suprafață de 1000 de kilometri pătrați.
Aceasta indică amploarea nevoii industriașilor pentru reactiv. În Evul Mediu, de exemplu, erau necesari doar zeci de litri de acid sulfuric pe an.
În secolul 21, producția globală a substanței pe an este de zeci de milioane de tone. Dezvoltarea este judecată după volumul de producție și aplicare industriile chimiceţări Deci, reactivul merită atenție. Să începem descrierea cu proprietățile substanței.
Proprietățile acidului sulfuric
Extern 100 la sută acid sulfuric- lichid uleios. Este incolor și greu și este extrem de higroscopic.
Aceasta înseamnă că substanța absoarbe vaporii de apă din atmosferă. În același timp, acidul generează căldură.
Prin urmare, la forma concentrată a substanței se adaugă apă în doze mici. Se toarnă mult și repede vor zbura stropi de acid.
Având în vedere capacitatea sa de a coroda materia, inclusiv țesutul viu, situația este periculoasă.
Acid sulfuric concentrat numită soluție în care reactivul este mai mare de 40%. Acesta este capabil să se dizolve .
Soluție de acid sulfuric până la 40% - neconcentrat, se manifestă chimic diferit. Puteți adăuga apă la el destul de repede.
Paladiu și nu se vor dizolva, dar se vor dezintegra și. Dar toate cele trei metale nu sunt supuse concentratului acid.
Daca te uiti la acid sulfuric în soluție reacţionează cu metalele active în amonte de hidrogen.
Substanța saturată interacționează și cu cele inactive. Excepția sunt metalele nobile. De ce concentratul nu „atinge” fierul și cuprul?
Motivul este pasivizarea lor. Acesta este numele dat procesului de acoperire cu metal. folie protectoare oxizi
Acesta este cel care previne dizolvarea suprafețelor, totuși, numai în conditii normale. Când este încălzit, este posibilă o reacție.
Acid sulfuric diluat mai mult ca apa decât uleiul. Concentratul se distinge nu numai prin vâscozitatea și densitatea sa, ci și prin fumul emanat de substanța din aer.
Din păcate, Lacul Moart din Sicilia are un conținut de acid mai mic de 40%. De aspect nu se poate spune că un corp de apă este periculos.
Cu toate acestea, un reactiv periculos format în roci curge din fund scoarta terestra. Materia prima poate fi, de exemplu.
Acest mineral se mai numește și sulf. La contactul cu aerul și apa, se descompune în fier 2 și 3-valent.
Al doilea produs de reacție este acid sulfuric. Formula eroine, respectiv: - H 2 SO 3. Nu există o culoare sau un miros specific.
După ce, din ignoranță, și-au scufundat mâna în apele Lacului Morții sicilian pentru câteva minute, oamenii sunt privați.
Având în vedere capacitatea de coroziune a rezervorului, criminalii locali au început să arunce cadavre în el. Câteva zile, și nu mai rămâne nici o urmă de materie organică.
Produsul reacției acidului sulfuric cu materia organică este adesea. Reactivul desparte apa de materia organică. Acolo rămâne carbonul.
Ca rezultat, combustibilul poate fi obținut din lemn „brut”. Țesutul uman nu face excepție. Dar acesta este deja un complot pentru un film de groază.
Calitatea combustibilului obținut din materie organică prelucrată este scăzută. Acidul din reacție este un agent oxidant, deși poate fi și un agent reducător.
Substanța joacă ultimul rol, de exemplu, prin interacțiunea cu halogenii. Acestea sunt elemente din grupa a 17-a a tabelului periodic.
Toate aceste substanțe nu sunt agenți reducători puternici în sine. Dacă acidul se întâlnește cu ele, acesta acționează doar ca un agent oxidant.
Exemplu: - reacția cu hidrogen sulfurat. Ce reacții produc acid sulfuric în sine, cum este extras și produs?
Producția de acid sulfuric
În secolele trecute, reactivul a fost extras nu numai din minereu de fier, numit pirit, ci și din sulfat de fier, precum și din alaun.
Ultimul concept ascunde hidrații de cristal cu sulfat dublu.
În principiu, toate mineralele enumerate sunt materii prime care conțin sulf, prin urmare, pot fi utilizate pentru producerea acidului sulfuric iar în vremurile moderne.
Baza minerala Poate fi diferit, dar rezultatul prelucrării sale este același - anhidrit sulfuric cu formula SO 2. Format prin reacția cu oxigenul. Se pare că trebuie să ardeți baza.
Anhidrita rezultată este absorbită de apă. Formula reacției este: SO 2 +1/2O 2 +H 2) -àH 2 SO 4. După cum puteți vedea, oxigenul este implicat în proces.
În condiții normale, dioxidul de sulf reacționează lent cu acesta. Prin urmare, industriașii oxidează materiile prime folosind catalizatori.
Metoda se numește contact. Există, de asemenea, o abordare nitroasă. Aceasta este oxidarea prin oxizi.
Prima mențiune despre reactiv și producția acestuia este cuprinsă într-o lucrare datând din anul 940.
Acestea sunt notele unuia dintre alchimiștii persani pe nume Abubeker al-Razi. Cu toate acestea, Jafar al-Sufi a vorbit și despre gazele acide obținute prin calcinarea alaunului.
Acest alchimist arab a trăit în secolul al VIII-lea. Cu toate acestea, conform înregistrărilor, în formă pură nu a primit acid sulfuric.
Aplicarea acidului sulfuric
Mai mult de 40% din acid este utilizat în producția de îngrășăminte minerale. Se folosesc superfosfat, sulfat de amoniu, ammofos.
Toate acestea sunt suplimente complexe pe care se bazează fermierii și marii producători.
La îngrășăminte se adaugă monohidrat. Acesta este pur, 100% acid. Se cristalizează deja la 10 grade Celsius.
Dacă se folosește o soluție, se folosește o soluție de 65%. Acesta, de exemplu, este adăugat la superfosfatul obținut din mineral.
Este nevoie de 600 de kilograme de concentrat acid pentru a produce doar o tonă de îngrășământ.
Aproximativ 30% din acidul sulfuric este cheltuit pentru purificarea hidrocarburilor. Reactivul îmbunătățește calitatea uleiurilor lubrifiante, a kerosenului și a parafinei.
Acestea includ uleiuri minerale și grăsimi. De asemenea, se curăță cu concentrat de sulf.
Capacitatea reactivului de a dizolva metalele este utilizată în prelucrarea minereului. Descompunerea lor este la fel de ieftină ca acidul în sine.
Fără a dizolva fierul, nu dizolvă fierul care îl conține. Aceasta înseamnă că puteți utiliza echipamente fabricate din acesta, mai degrabă decât cele scumpe.
Va merge si una ieftina, facuta tot pe baza de ferrum. În ceea ce privește metalele dizolvate extrase cu acid sulfuric, puteți obține,
Capacitatea acidului de a absorbi apa din atmosferă face din reactiv un desicant excelent.
Dacă aerul este expus la o soluție de 95%, umiditatea reziduală va fi de numai 0,003 miligrame de vapori de apă pe litru de gaz uscat. Metoda este utilizată în laboratoare și producție industrială.
Este demn de remarcat rolul nu numai substanță pură, dar și conexiunile sale. Sunt utile în principal în medicină.
Terciul de bariu, de exemplu, blochează razele X. Medicii umplu organele goale cu substanța, facilitând examinările radiologilor. Formula terciului de bariu: - BaSO4.
Natural, de altfel, conține și acid sulfuric, și este nevoie și de medici, dar pentru repararea fracturilor.
Mineralul este necesar și pentru constructorii care îl folosesc ca material de legare, de fixare, precum și pentru finisarea decorativă.
Prețul acidului sulfuric
Preţ pe reactiv este unul dintre motivele popularității sale. Un kilogram de acid sulfuric tehnic poate fi achiziționat pentru doar 7 ruble.
De exemplu, managerii uneia dintre întreprinderile din Rostov-pe-Don cer atât de mult pentru produsele lor. Sunt îmbuteliate în recipiente de 37 de kilograme.
Acesta este volumul standard al containerului. Există și recipiente de 35 și 36 de kilograme.
Cumpărați acid sulfuric un plan specializat, de exemplu, unul cu baterie, este puțin mai scump.
Pentru un recipient de 36 de kilograme, ei cer de obicei 2.000 de ruble. Apropo, aici este o altă zonă de aplicare a reactivului.
Nu este un secret că acidul diluat cu apă distilată este un electrolit. Este necesar nu numai pentru bateriile obișnuite, ci și pentru bateriile auto.
Ele sunt evacuate deoarece se consumă acidul sulfuric și se eliberează apă mai ușoară. Densitatea electrolitului scade și, prin urmare, eficiența acestuia.
DEFINIŢIE
Anhidru acid sulfuric este un lichid greu, vâscos, care este ușor miscibil cu apa în orice proporție: interacțiunea este caracterizată printr-un efect exotermic extrem de mare (~880 kJ/mol la diluție infinită) și poate duce la fierbere explozivă și stropire a amestecului dacă apa este adăugat la acid; de aceea este atât de important să folosiți întotdeauna ordine inversăîn prepararea soluțiilor și se adaugă acid în apă, încet și cu agitare.
Unele proprietăți fizice ale acidului sulfuric sunt prezentate în tabel.
H 2 SO 4 anhidru este un compus remarcabil cu o constantă dielectrică neobișnuit de mare și o conductivitate electrică foarte mare, care se datorează autodisocierii ionice (autoprotoliza) a compusului, precum și unui mecanism de conducere releu cu transfer de protoni, care asigură fluxul de curent electric printr-un lichid vâscos cu un număr mare legături de hidrogen.
Tabelul 1. Proprietăți fizice acid sulfuric.
Prepararea acidului sulfuric
Acidul sulfuric este cel mai important chimică industrialăși cel mai ieftin acid produs în volum mare în orice țară din lume.
Acidul sulfuric concentrat („ulei de vitriol”) a fost obținut mai întâi prin încălzirea „vitriolului verde” FeSO 4 × nH 2 O și a fost consumat în cantități mari pentru a produce Na 2 SO 4 și NaCl.
Procesul modern de producere a acidului sulfuric folosește un catalizator constând din oxid de vanadiu (V) cu adăugare de sulfat de potasiu pe un suport de silice sau kieselguhr. Dioxidul de sulf SO2 este produs prin arderea sulfului pur sau prin prăjirea minereului sulfurat (în primul rând pirită sau minereuri de Cu, Ni și Zn) în procesul de extracție a acestor metale, SO2 este apoi oxidat la trioxid și apoi se obține acid sulfuric prin dizolvare apă:
S + O2 → S02 (AH 0 - 297 kJ/mol);
S02 + ½ O2 → S03 (AH0 - 9,8 kJ/mol);
S03 + H20 → H2S04 (AH 0 - 130 kJ/mol).
Proprietățile chimice ale acidului sulfuric
Acidul sulfuric este un acid dibazic puternic. În prima etapă, în soluții de concentrație scăzută, se disociază aproape complet:
H2S04↔H++ + HSO4-.
Etapa a doua disociere
HSO 4 — ↔H + + SO 4 2-
apare într-o măsură mai mică. Constanta de disociere a acidului sulfuric în a doua etapă, exprimată în termeni de activitate ionică, K 2 = 10 -2.
Ca acid dibazic, acidul sulfuric formează două serii de săruri: medii și acide. Sărurile medii ale acidului sulfuric se numesc sulfați, iar sărurile acide sunt numite hidrosulfați.
Acidul sulfuric absoarbe cu lăcomie vaporii de apă și, prin urmare, este adesea folosit pentru a usca gazele. Capacitatea de absorbție a apei explică și carbonizarea multor substanțe organice, în special a celor aparținând clasei de carbohidrați (fibre, zahăr etc.), atunci când sunt expuse la acid sulfuric concentrat. Acidul sulfuric elimină hidrogenul și oxigenul din carbohidrați, care formează apă, iar carbonul este eliberat sub formă de cărbune.
Acidul sulfuric concentrat, mai ales fierbinte, este un agent oxidant puternic. oxidează HI și HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni, cărbunele la CO2, sulful la SO2. Aceste reacții sunt exprimate prin ecuațiile:
8HI + H2S04 = 4I2 + H2S + 4H20;
2HBr + H2S04 = Br2 + S02 + 2H20;
C + 2H2S04 = C02 + 2S02 + 2H20;
S + 2H2S04 = 3S02 + 2H2O.
Interacțiunea acidului sulfuric cu metalele are loc diferit în funcție de concentrația acestuia. Acidul sulfuric diluat se oxidează cu ionul său de hidrogen. Prin urmare, interacționează numai cu acele metale care sunt în seria de tensiune până la hidrogen, de exemplu:
Zn + H2S04 = ZnS04 + H2.
Cu toate acestea, plumbul nu se dizolvă în acid diluat, deoarece sarea rezultată PbSO4 este insolubilă.
Acidul sulfuric concentrat este un agent oxidant datorat sulfului (VI). Oxidează metalele din domeniul de tensiune până la argint inclusiv. Produsele reducerii sale pot varia în funcție de activitatea metalului și de condiții (concentrație de acid, temperatură). Când interacționează cu metale slab active, de exemplu cuprul, acidul este redus la SO2:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O.
Atunci când interacționează cu metale mai active, produsele de reducere pot fi atât dioxid, cât și sulf liber și hidrogen sulfurat. De exemplu, atunci când interacționați cu zincul, pot apărea următoarele reacții:
Zn + 2H2S04 = ZnS04 + S02 + 2H20;
3Zn + 4H2S04 = 3ZnS04 + S↓ + 4H20;
4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O.
Aplicarea acidului sulfuric
Utilizarea acidului sulfuric variază de la o țară la alta și de la un deceniu la altul. De exemplu, în SUA, principala zonă de consum de H 2 SO 4 este în prezent producția de îngrășăminte (70%), urmată de producție chimică, metalurgie, rafinarea petrolului (~5% în fiecare zonă). În Marea Britanie, distribuția consumului pe industrie este diferită: doar 30% din H2SO4 produs este utilizat în producția de îngrășăminte, dar 18% se îndreaptă către vopsele, pigmenți și semiproduse din producția de coloranți, 16% la producția chimică, 12 % pentru producția de săpunuri și detergenți, 10% pentru producția de fibre naturale și artificiale și 2,5% este utilizat în metalurgie.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercita | Determinați masa de acid sulfuric care poate fi obținută dintr-o tonă de pirit dacă randamentul de oxid de sulf (IV) în reacția de prăjire este de 90%, iar oxidul de sulf (VI) în oxidarea catalitică a sulfului (IV) este de 95% de teoretic. |
| Soluţie | Să scriem ecuația pentru reacția de ardere a piritei: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Să calculăm cantitatea de substanță pirita: n(FeS2) = m(FeS2) / M(FeS2); M(FeS2) = Ar(Fe) + 2×Ar(S) = 56 + 2×32 = 120g/mol; n(FeS 2) = 1000 kg / 120 = 8,33 kmoli. Deoarece în ecuația de reacție coeficientul pentru dioxidul de sulf este de două ori mai mare decât coeficientul pentru FeS 2, atunci cantitatea teoretic posibilă de substanță oxid de sulf (IV) este egală cu: n(SO2) teor = 2 ×n(FeS2) = 2 ×8,33 = 16,66 kmoli. Iar cantitatea de moli de oxid de sulf (IV) obținută practic este: n(SO 2) pract = η × n(SO 2) teor = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Să scriem ecuația de reacție pentru oxidarea oxidului de sulf (IV) la oxid de sulf (VI): 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Cantitatea teoretic posibilă de oxid de sulf (VI) este egală cu: n(SO 3) teor = n(SO 2) pract = 15 kmoli. Iar cantitatea de moli de oxid de sulf (VI) obținută practic este: n(SO 3) pract = η × n(SO 3) teor = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Să scriem ecuația reacției pentru producerea acidului sulfuric: SO3 + H2O = H2SO4. Să aflăm cantitatea de acid sulfuric: n(H2S04) = n(S03) pract = 14,25 kmoli. Randamentul de reacție este de 100%. Masa acidului sulfuric este egală cu: m(H2S04) = n(H2S04) × M(H2S04); M(H2S04) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m(H2SO4) = 14,25 × 98 = 1397 kg. |
| Răspuns | Masa acidului sulfuric este de 1397 kg |
