Серная

Серная кислота — химические свойства и промышленное производство

СернаяФизические свойства серной кислоты:

Тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»);

плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).

Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

Серная1) 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в «кипящем слое«. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.

Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).

В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V 2 O 5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции — повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.

Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3

H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1) В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:

2) Взаимодействие серной кислоты с металлами:

Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:

4) Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:

5) Обменные реакции с солями:

Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S +4 O2, S 0 или H2S -2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe 0Fe 3+ , Cr 0Cr 3+ , Mn 0Mn 4+ ,Sn 0Sn 4+

3│ S 6+ + 8e → S 2– восстановление

1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ — окисление

1│ S 6+ + 6e → S 0 – восстановление

1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление

3│ S 6+ + 2e →S 4+ — восстановление

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S +4 O2:

3) Окисление сложных веществ:

Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:

Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:

серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

Серная

СернаяСерная кислота

Тип работы: реферат

Физические свойства. Химические свойства. Получение.

Загрузить Серная кислота

СернаяФизические свойства.

Чистая 100 %-ная серная кислота (моногидрат) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, застывающую в кристаллическую массу при +10 °С. 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). Незначительная собственная электролитическая диссоциация моногидрата протекает параллельно по двум направлениям: [Н3SO4+]·[НSO4-] = 2·10-4 и [Н3О+]·[НS2О7-] = 4·10-5. Его молекулярно-ионный состав может быть приближенно охарактеризован следующими данными (в %):

H2SO4 HSO4- H3SO4+ H3O+ HS2O7- H2S2O7

99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

При добавлении даже малых количеств воды преобладающей становится диссоциация по схеме:Н2О + Н2SО4 Н3О+ + НSO4-

H2SO4 — сильная двухосновная кислота.

H2SO4 H+ + HSO4- 2H+ + SO42-

Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации:

K2 = ([H+] · [SO42-]) / [HSO4-] = 1,2 · 10-2

1) Взаимодействие с металлами:

a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn0 + H2+1SO4(разб) —> Zn+2SO4 + H2O

b) концентрированная H2+6SO4 — сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S+4O2, S0 или H2S-2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr — пассивируются):

2Ag0 + 2H2+6SO4 —> Ag2+1SO4 + S+4O2 + 2H2O

8Na0 + 5H2+6SO4 —> 4Na2+1SO4 + H2S-2 + 4H2O

2) концентрированная H2S+6O4 реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S+4O2):

С0 + 2H2S+6O4(конц) —> C+4O2 + 2S+4O2 + 2H2O

S0 + 2H2S+6O4(конц) —> 3S+4O2 + 2H2O

2P0 + 5H2S+6O4(конц) —> 5S+4O2 + 2H3P+5O4 + 2H2O

3) с основными оксидами:

CuO + H2SO4 —> CuSO4 + H2O

CuO + 2H+ —> Cu2+ + H2O

4) с гидроксидами:

H2SO4 + 2NaOH —> Na2SO4 + 2H2O

H2SO4 + Cu(OH)2 —> CuSO4 + 2H2O

2H+ + Cu(OH)2 —> Cu2+ + 2H2O

5) обменные реакции с солями:

BaCl2 + H2SO4 —> BaSO4 + 2HCl

Ba2+ + SO42- —> BaSO4

Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов.

MgCO3 + H2SO4 —> MgSO4 + H2O + CO2 H2CO3

Моногидрат (чистая, 100%-ая серная кислота) является ионизирующим растворителем, имеющим кислотный характер. В нём хорошо растворяются сульфаты многих металлов (переходя при этом в бисульфаты), тогда как соли других кислот растворяются, как правило, лишь при возможности их сольволиза (с переводом в бисульфаты). Азотная кислота ведет себя в моногидрате как слабое основаниеHNO3 + 2 H2SO4 H3O+ + NO2+ + 2 HSO4-хлорная — как очень слабая кислотаH2SO4 + HClO4 = H3SO4+ + ClO4- Фторсульфоновая и хлорсульфоновая оказываются кислотами несколько более сильными (HSO3F > HSO3Cl > HClO4). Моногидрат хорошо растворяет многие органические вещества, имеющие в своём составе атомы с неподелёнными электронными парами (способными к присоединению протона). Некоторые из них могут быть затем выделены обратно в неизменённом состоянии путем простого разбавления раствора водой. Моногидрат обладает высоким значением криоскопической константы (6,12°) и им иногда пользуются как средой для определения молекулярных весов.

Концентрированная H2SO4 является довольно сильным окислителем, особенно при нагревании (восстанавливается обычно до SO2). Например, она окисляет HI и частично HВr (но не HСl) до свободных галогенов. Окисляются ею и многие металлы — Cu, Hg и др. (тогда как золото и платина по отношению к H2SO4 устойчивы). Так взаимодействие с медью идёт по уравнению:

Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O

Действуя в качестве окислителя, серная кислота обычно восстанавливается до SO2. Однако наиболее сильными восстановителями она может быть восстановлена до S и даже H2S. С сероводородом концентрированная серная кислота реагирует по уравнению:

H2SO4 + H2S = 2H2O + SO2 + S

Следует отметить, что она частично восстанавливается также газообразным водородом и поэтому не может применяться для его осушки.

Серная

Рис. 13. Электропроводность растворов серной кислоты.

Растворение концентрированной серной кислоты в воде сопровождается значительным выделением тепла (и некоторым уменьшением общего объёма системы). Моногидрат почти не проводит электрического тока. Напротив, водные растворы серной кислоты являются хорошими проводниками. Как видно на рис. 13, максимальной электропроводностью обладает приблизительно 30 %-ная кислота. Минимум кривой соответствует гидрату состава H2SO4·H2O.

Выделение тепла при растворении моногидрата в воде составляет (в зависимости от конечной концентрации раствора) до 84 кДж/моль H2SO4. Напротив, смешиванием 66 %-ной серной кислоты, предварительно охлажденной до 0 °С, со снегом (1:1 по массе) может быть достигнуто понижение температуры, до -37 °С.

Изменение плотности водных растворов H2SO4 с её концентрацией (вес. %) дано ниже:

Ссылка на основную публикацию