Защо е необходима сярна киселина? Контактен метод на производство

Сярна киселина- двуосновна киселина, която изглежда като мазна течност и е без мирис. Химикалът кристализира при температура от +10 °C. Сярната киселина придобива твърдо агрегатно състояние, когато е в среда с температура -20 °C. Когато сярната киселина реагира с вода, се отделя голямо количество топлина. Области на приложение на сярната киселина: промишленост, медицина, национална икономика.

Приложение на сярната киселина в промишлеността

Хранително-вкусовата промишленост е запозната със сярната киселина под формата на хранителна добавка E513. Киселината действа като емулгатор. Тази хранителна добавка се използва за приготвяне на напитки. С негова помощ се регулира киселинността. В допълнение към храната, E513 е включен в минералните торове. Използването на сярна киселина в промишлеността е широко разпространено. Промишленият органичен синтез използва сярна киселина за извършване на следните реакции: алкилиране, дехидратация, хидратация. С помощта на тази киселина се възстановява необходимото количество смола върху филтри, които се използват при производството на дестилирана вода.

Използване на сярна киселина в ежедневието

Сярната киселина у дома е търсена сред автомобилните ентусиасти. Процесът на приготвяне на електролитен разтвор за автомобилна батерия е придружен от добавяне на сярна киселина. Когато работите с тази киселина, трябва да запомните правилата за безопасност. Ако киселината попадне върху дрехи или открита кожа, незабавно я изплакнете с течаща вода. Сярната киселина, която се е разляла върху метал, може да се неутрализира с вар или креда. Когато презареждате батерията на автомобила, трябва да се придържате към определена последователност: постепенно добавяйте киселина към водата, а не обратното. Когато водата реагира със сярна киселина, течността става много гореща, което може да доведе до пръскане. Затова трябва да бъдете особено внимателни течността да не попадне върху лицето или очите ви. Киселината трябва да се съхранява в плътно затворен съд. Важно е химикалът да се съхранява на място, недостъпно за деца.

Използване на сярна киселина в медицината

Солите на сярната киселина се използват широко в медицината. Например, магнезиев сулфат се предписва на хора за постигане на слабителен ефект. Друго производно на сярната киселина е натриевият тиосулфат. Лекарството се използва като антидот при поглъщане на следните вещества: живак, олово, халогени, цианид. Натриевият тиосулфат заедно със солна киселина се използва за лечение на дерматологични заболявания. Професор Демянович предложи комбинация от тези две лекарства за лечение на краста. Под формата на воден разтвор натриевият тиосулфат се прилага при хора, страдащи от алергични заболявания.

Магнезиевият сулфат има широк спектър от възможности. Поради това се използва от лекари от различни специалности. Магнезиевият сулфат се предписва на пациенти с хипертония като спазмолитик. Ако човек има заболяване на жлъчния мехур, веществото се прилага през устата, за да се подобри секрецията на жлъчката. Употребата на сярна киселина в медицината под формата на магнезиев сулфат в гинекологичната практика е често срещана. Гинеколозите помагат на родилките, като прилагат интрамускулно магнезиев сулфат, като по този начин облекчават болката по време на раждане. В допълнение към всички горни свойства, магнезиевият сулфат има антиконвулсивен ефект.

Приложение на сярна киселина в производството

Сярната киселина, чиито приложения са разнообразни, се използва и в производството на минерални торове. За по-удобно сътрудничество фабриките, които произвеждат сярна киселина и минерални торове, са разположени предимно близо една до друга. Този момент създава непрекъснато производство.

Използването на сярна киселина в производството на багрила и синтетични влакна е на второ място по популярност след производството на минерални торове. Много индустрии използват сярна киселина в някои производствени процеси. Използването на сярна киселина намери търсене в ежедневието. Хората използват химикала за обслужване на колите си. Можете да закупите сярна киселина в магазини, специализирани в продажбата на химикали, включително нашите на връзката. Сярната киселина се транспортира в съответствие с правилата за превоз на такива товари. Железопътният или автомобилният транспорт транспортира киселина в подходящи контейнери. В първия случай резервоар действа като контейнер, във втория - варел или контейнер.

Сярната киселина е доста тежка течност, нейната плътност е 1,84 g / cm³. Има способността да извлича вода от газове и. Когато сярната киселина се разтвори във вода, се отделя огромно количество топлина, което води до възможно пръскане на киселината. Ако влезе в контакт с човешката кожа, дори и в малки количества причинява тежки изгаряния. За да избегнете това, трябва да добавите киселина към водата, а не обратното.

Получаване на сярна киселина

Методът, чрез който се произвежда сярна киселина в промишлен мащаб, се нарича контакт. Първо, мокър (железен сулфид) се изпича в специална пещ. В резултат на тази реакция се отделят серен диоксид (серен диоксид), кислород и водни пари, тъй като е използван мокър пирит. Отделените газове влизат в сушилнята, където се освобождават от водните пари, а също и в специална центрофуга за отстраняване на всички възможни примеси от твърди частици.

След това серен газ се произвежда от серен (IV) оксид чрез реакция на окисление. В този случай петвалентният се използва като катализатор. Реакцията може да протече в двете посоки и е обратима. За да се гарантира, че тече само в една посока, в реактора се създават определена температура и налягане. Серният газ се разтваря в предварително приготвена сярна киселина, за да се получи олеум, който след това се изпраща в склада за готов продукт.

Химични свойства на сярната киселина

Сярната киселина има способността да приема електрони и е силен окислител. Концентрираната и разредената сярна киселина имат различни химични свойства.

Разредената сярна киселина е способна да разтваря метали, които са отляво на водорода в серията на напрежението. Сред тях: цинк, магнезий, литий и др. Концентрираната сярна киселина може да разложи някои халогенни киселини (с изключение на солната киселина, тъй като сярната киселина не е в състояние да редуцира хлорния йон).

Приложение на сярна киселина

Поради уникалната си способност да извлича вода, сярната киселина често се използва за изсушаване на газове. Използва се за производство на багрила, минерални торове (фосфорни и азотни), димообразуващи вещества и различни синтетични детергенти. Често се използва като електролит, тъй като сярната киселина не може да разтвори оловото.

Сярна киселина H2SO4, моларна маса 98.082; безцветен, мазен, без мирис. Много силна двуосновна киселина, при 18°C ​​​​p К а 1 - 2.8, K 2 1.2 10 -2, pK а 2 1,92; дължини на връзката в S=O 0.143 nm, S-OH 0.154 nm, HOSOH ъгъл 104°, OSO 119°; кипи с разлагане, образувайки (98,3% H 2 SO 4 и 1,7% H 2 O с точка на кипене 338,8 ° C; виж също таблица 1). Сярна киселина, съответстващ на 100% съдържание на H 2 SO 4, има състав (%): H 2 SO 4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H 3 SO 4 + 0,14%, H 3 O + 0,09%, H 2S2O7 0.04%, HS2O7 0.05%. Смесва се с и SO 3 във всички пропорции. Във водни разтвори сярна киселинапочти напълно се дисоциира на Н +, HSO 4 - и SO 4 2-. Образува H2SO4 п H 2 O, където п=1, 2, 3, 4 и 6,5.

разтворите на SO 3 в сярна киселина се наричат ​​олеум; Олеумът съдържа и пиросярна киселина, получена по реакцията: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7.

Получаване на сярна киселина

Суровини за получаване сярна киселинаслужат: S, метални сулфиди, H 2 S, отпадъци от топлоелектрически централи, Fe, Ca сулфати и др. Основните етапи на производство сярна киселина: 1) суровини за производство на SO 2; 2) SO 2 в SO 3 (конверсия); 3) ТАКА 3. В индустрията се използват два метода за получаване сярна киселина, различаващи се по метода на окисление на SO 2 - контакт с помощта на твърди катализатори (контакти) и азотни - с азотни оксиди. Да получаваш сярна киселинаЧрез контактен метод съвременните фабрики използват ванадиеви катализатори, които са заменили Pt и Fe оксиди. Чистият V 2 O 5 има слаба каталитична активност, която се увеличава рязко в присъствието на алкални метали, като най-голям ефект имат калиеви соли. 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 · V 2 O 5 и K 2 S 2 O 7 · V 2 O 5, разлагащи се съответно при 315-330, 365-380 и 400-405 ° C). Активният компонент при условия на катализа е в разтопено състояние.

Схемата на окисление на SO 2 до SO 3 може да бъде представена по следния начин:

На първия етап се постига равновесие, вторият етап е бавен и определя скоростта на процеса.

производство сярна киселинаот сяра по метода на двоен контакт и двойна абсорбция (фиг. 1) се състои от следните етапи. След почистване на праха въздухът се подава от газов вентилатор в сушилната кула, където се изсушава до 93-98%. сярна киселинадо съдържание на влага 0,01% обемни. Изсушеният въздух влиза в пещта за сяра след предварително загряване в един от топлообменниците на контактния възел. Пещта изгаря сяра, доставяна от дюзи: S + O 2 = SO 2 + 297,028 kJ. Газът, съдържащ 10-14% обемни SO 2, се охлажда в котела и след разреждане с въздух до съдържание на SO 2 9-10% обемни при 420°C постъпва в контактния апарат за първия етап на преобразуване, който протича върху три слоя катализатор (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), след което газът се охлажда в топлообменници. След това газът, съдържащ 8,5-9,5% SO 3 при 200 ° C, навлиза в първия етап на абсорбция в абсорбера, напоен и 98% сярна киселина: SO3 + H2O = H2SO4 + 130,56 kJ. След това газът се подлага на почистване от пръски сярна киселина, се нагрява до 420°C и навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху два слоя катализатор. Преди втория етап на абсорбция газът се охлажда в економайзера и се подава към втория етап на абсорбера, напоен с 98% сярна киселина, а след това, след почистване на пръските, се изпуска в атмосферата.

1 - сярна пещ; 2 - котел за отпадъчна топлина; 3 - економайзер; 4 - стартова камина; 5, 6 - топлообменници на стартовата пещ; 7 - контактно устройство; 8 - топлообменници; 9 - олеум абсорбатор; 10 - сушилна кула; 11 и 12 - съответно първи и втори монохидратни абсорбери; 13 - киселинни колекции.

1 - дисково захранващо устройство; 2 - фурна; 3 - котел за отпадъчна топлина; 4 - циклони; 5 - електрически филтри; 6 - миещи кули; 7 - мокри електрофилтри; 8 - издухваща кула; 9 - сушилна кула; 10 - капан за пръски; 11 - първи монохидратен абсорбер; 12 - топлообменници; 13 - контактно устройство; 14 - олеум абсорбатор; 15 - втори монохидратен абсорбер; 16 - хладилници; 17 - колекции.

1 - денитрационна кула; 2, 3 - първа и втора производствени кули; 4 - окислителна кула; 5, 6, 7 - абсорбционни кули; 8 - електрически филтри.

производство сярна киселинаот метални сулфиди (фиг. 2) е много по-сложен и се състои от следните операции. FeS 2 се изпича в пещ с кипящ слой, като се използва въздушна струя: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Газът за печене със съдържание на SO 2 13-14%, имащ температура 900°C, постъпва в котела, където се охлажда до 450°C. Отпрахването се извършва в циклон и електрофилтър. След това газът преминава през две миещи кули, напоени с 40% и 10% сярна киселина. В този случай газът окончателно се почиства от прах, флуор и арсен. За пречистване на газ от аерозол сярна киселинагенерирани в миещите кули, са осигурени два етапа на мокри електростатични утаители. След изсушаване в сушилна кула, преди което газът се разрежда до съдържание на 9% SO 2, той се подава от газов вентилатор към първия етап на конверсия (3 слоя катализатор). В топлообменниците газът се нагрява до 420°C благодарение на топлината на газа, идваща от първия етап на преобразуване. SO 2, окислен с 92-95% в SO 3, преминава към първия етап на абсорбция в абсорбери на олеум и монохидрат, където се освобождава от SO 3. След това газът, съдържащ SO 2 ~ 0,5% навлиза във втория етап на преобразуване, който се извършва върху един или два слоя катализатор. Газът се загрява предварително в друга група топлообменници до 420 °C благодарение на топлината на газовете, идваща от втория етап на катализа. След като SO 3 се отдели във втория етап на абсорбция, газът се освобождава в атмосферата.

Степента на превръщане на SO 2 в SO 3 при използване на контактния метод е 99,7%, степента на абсорбция на SO 3 е 99,97%. производство сярна киселинаизвършва се в един етап на катализа и степента на превръщане на SO 2 в SO 3 не надвишава 98,5%. Преди да бъде изпуснат в атмосферата, газът се почиства от останалия SO 2 (виж). Производителността на съвременните инсталации е 1500-3100 т/ден.

Същността на нитрозния метод (фиг. 3) е, че газът за печене след охлаждане и почистване от прах се обработва с така наречената нитроза - сярна киселина, в които са разтворени азотни оксиди. SO 2 се абсорбира от нитроза и след това се окислява: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO. Полученият NO е слабо разтворим в нитроза и се освобождава от нея, след което частично се окислява от кислород в газовата фаза до NO 2. Сместа от NO и NO 2 се реабсорбира сярна киселинаи т.н. Азотните оксиди не се изразходват в азотния процес и се връщат в производствения цикъл поради непълното си усвояване сярна киселинате се отнасят частично от отработените газове. Предимства на нитрозния метод: простота на дизайна на оборудването, по-ниска цена (10-15% по-ниска от контактния метод), възможност за 100% рециклиране на SO 2.

Хардуерният дизайн на процеса на нитроза в кулата е прост: SO 2 се обработва в 7-8 облицовани кули с керамична опаковка, една от кулите (куха) е регулируем обем на окисление. Кулите имат киселинни колектори, хладилници и помпи, които доставят киселина в резервоари под налягане над кулите. Пред последните две кули е монтиран заден вентилатор. За пречистване на газ от аерозол сярна киселинаслужи като електрофилтър. Необходимите за процеса азотни оксиди се получават от HNO 3 . За намаляване на емисиите на азотни оксиди в атмосферата и 100% рециклиране на SO 2 е инсталиран цикъл на обработка без азотен SO 2 между производствената и абсорбционната зона в комбинация с водно-киселинния метод за дълбоко улавяне на азотни оксиди. Недостатъкът на нитрозния метод е ниското качество на продукта: концентрация сярна киселина 75%, наличие на азотни оксиди, Fe и други примеси.

За намаляване на възможността за кристализация сярна киселинастандартите за търговски класове се установяват по време на транспортиране и съхранение сярна киселина, чиято концентрация съответства на най-ниските температури на кристализация. Съдържание сярна киселинав технически степени (%): кула (азотен) 75, контакт 92,5-98,0, олеум 104,5, високопроцентен олеум 114,6, батерия 92-94. Сярна киселинасъхранявани в стоманени резервоари с обем до 5000 m 3, общият им капацитет в склада е проектиран за десетдневна производствена продукция. Олеум и сярна киселинатранспортирани в стоманени железопътни цистерни. Концентриран и батерия сярна киселинатранспортирани в цистерни от киселинноустойчива стомана. Резервоарите за транспортиране на олеум са покрити с топлоизолация и олеумът се загрява преди пълнене.

Дефинирайте сярна киселинаколориметрично и фотометрично, под формата на суспензия на BaSO 4 - фототурбидиметрично, както и по кулонометричен метод.

Приложение на сярна киселина

Сярната киселина се използва в производството на минерални торове, като електролит в оловни батерии, за производството на различни минерални киселини и соли, химически влакна, багрила, димообразуващи вещества и експлозиви, в петрола, металообработката, текстила, кожите и други отрасли. Използва се в промишления органичен синтез в реакции на дехидратация (производство на диетилов етер, естери), хидратация (етанол от етилен), сулфониране (и междинни продукти при производството на багрила), алкилиране (производство на изооктан, полиетиленгликол, капролактам) , и т.н. Най-големият консуматор сярна киселина- производство на минерални торове. За 1 t P 2 O 5 фосфорни торове се изразходват 2,2-3,4 тона сярна киселина, а за 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t сярна киселина. Затова те са склонни да изграждат заводи за сярна киселина заедно с заводи за производство на минерални торове. Световно производство сярна киселинапрез 1987 г. достига 152 милиона тона.

Сярна киселинаи олеум са изключително агресивни вещества, които засягат дихателните пътища, кожата, лигавиците, причиняват затруднено дишане, кашлица, а често и ларингит, трахеит, бронхит и др. Максимално допустимата концентрация на аерозол на сярна киселина във въздуха на работната зона е 1,0 mg/m 3, в атмосферата 0,3 mg/m 3 (максимално еднократно) и 0,1 mg/m 3 (средно денонощие). Невероятна концентрация на пари сярна киселина 0,008 mg/l (експозиция 60 min), летално 0,18 mg/l (60 min). Клас на опасност 2. Аерозол сярна киселинамогат да се образуват в атмосферата в резултат на емисии от химическа и металургична промишленост, съдържащи S оксиди и да падат под формата на киселинен дъжд.

Сярна киселина H 2 SO 4 е една от силните двуосновни киселини. В разредено състояние той окислява почти всички метали с изключение на златото и платината. Реагира интензивно с неметали и органични вещества, превръщайки някои от тях във въглища. Когато приготвяте разтвор на сярна киселина, винаги трябва да я добавяте към водата, а не обратното, за да избегнете пръскане на киселината и кипене на водата.

При 10 °C се втвърдява, образувайки прозрачна стъкловидна маса. При нагряване 100% сярна киселина лесно губи серен анхидрид (серен триоксид SO3), докато концентрацията му стане 98%. В това състояние обикновено се използва в лаборатории.

В концентрирано (безводно) състояние сярната киселина е безцветна, димяща във въздуха (поради изпарения), мазна течност с характерна миризма (температура на кипене = 338 ° C). Той е много силен окислител. Това вещество има всички свойства на киселините:

Химични свойства на сярната киселина

H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;

2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 +2H 2 O - в този случай киселината е концентрирана. H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 OПолученият син разтвор е CuSO 4 - разтвор на меден сулфат. Сярна киселина се нарича още

масло от витриол

, тъй като реакциите с метали и техните оксиди образуват витриол. Например, по време на химическа реакция с желязо (Fe) се образува светлозелен разтвор на железен сулфат.

Химическа реакция с основи и алкали (или реакция на неутрализация) H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O Сярна киселина(или по-правилно, разтвор на серен диоксид във вода) образува два вида соли: сулфитиИ

хидросулфити . Тези соли са редуциращи агенти.

H 2 SO 4 + NaOH → NaHSO 3 + H 2 O - тази реакция протича в излишък

Химическа реакция с основи и алкали (или реакция на неутрализация)има избелващ ефект. Всеки знае, че хлорната вода има подобен ефект. Но разликата е, че за разлика от хлора, серният диоксид не разрушава багрилата, а образува неоцветени химични съединения с тях!

В допълнение към основното свойства на киселините сярна киселинае в състояние да обезцвети разтвор на калиев перманганат съгласно следното уравнение:

5H 2 SO 3 +2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O

Тази реакция произвежда бледорозов разтвор, състоящ се от калиев и манганов сулфат. Цветът се дължи на манганов сулфат.

Химическа реакция с основи и алкали (или реакция на неутрализация)може да обезцвети брома

H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr

Тази реакция произвежда разтвор, състоящ се от две силни киселини: сярна и бромна.

Ако сярната киселина се съхранява в присъствието на въздух, този разтвор се окислява и се превръща в сярна киселина

2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2

Сярната киселина (H₂SO₄) е една от най-силните двуосновни киселини.

Ако говорим за физични свойства, сярната киселина изглежда като гъста, прозрачна маслена течност без мирис. В зависимост от концентрацията си, сярната киселина има много различни свойства и приложения:

• обработка на метали;
• преработка на руда;
• производство на минерални торове;
• химичен синтез.

История на откриването на сярната киселина

Контактната сярна киселина има концентрация от 92 до 94 процента:

2SO₂ + O₂ = 2SO₂;

H₂O + SO₃ = H2SO₄.

Физични и физикохимични свойства на сярната киселина

H₂SO₄ се смесва с вода и SO₃ във всички пропорции.

Във водни разтвори Н₂SO₄ образува хидрати като Н₂SO₄ nH₂O

Точката на кипене на сярната киселина зависи от степента на концентрация на разтвора и достига максимум при концентрация над 98%.

Каустично съединение олеуме разтвор на SO3 в сярна киселина.

Тъй като концентрацията на серен триоксид в олеума се увеличава, точката на кипене намалява.

Химични свойства на сярната киселина

При нагряване концентрираната сярна киселина е мощен окислител, който може да окисли много метали. Единствените изключения са някои метали:

• злато (Au);
• платина (Pt);
• иридий (Ir);
• родий (Rh);
• тантал (Ta).

Чрез окисляване на метали концентрираната сярна киселина може да се редуцира до H₂S, S и SO₂.

Активен метал:

8Al + 15H₂SO₄(конц.) → 4Al₂(SO₄)3 + 12H₂O + 3H₂S

Метал със средна активност:

2Cr + 4 H₂SO₄ (конц.)→ Cr₂(SO4)3 + 4 H2O + S

Ниско активен метал:

2Bi + 6H₂SO₄(конц.) → Bi₂(SO₄)3 + 6H₂O + 3SO₂

Желязото не реагира със студена концентрирана сярна киселина, тъй като е покрито с оксиден филм. Този процес се нарича пасивиране.

Взаимодействие на сярна киселина и H₂O

Когато H₂SO₄ се смеси с вода, възниква екзотермичен процес: отделя се толкова голямо количество топлина, че разтворът може дори да заври. Когато провеждате химични експерименти, винаги трябва да добавяте малко сярна киселина към водата, а не обратното.

Сярната киселина е силен дехидрогениращ агент. Концентрираната сярна киселина измества водата от различни съединения. Често се използва като десикант.

Реакция на сярна киселина и захар

Алчността на сярната киселина за вода може да се демонстрира в класически експеримент - смесване на концентрирана H₂SO₄ и, която е органично съединение (въглехидрат). За да извлече вода от дадено вещество, сярната киселина разгражда молекулите.

За да проведете експеримента, добавете няколко капки вода към захарта и разбъркайте. След това внимателно се налива сярна киселина. След кратък период от време може да се наблюдава бурна реакция с образуване на въглища и отделяне на серен диоксид и.

Сярна киселина и кубче захар:

Не забравяйте, че работата със сярна киселина е много опасна. Сярната киселина е разяждащо вещество, което моментално оставя тежки изгаряния по кожата.

ще намерите безопасни експерименти със захар, които можете да правите у дома.

Реакция на сярна киселина и цинк

Тази реакция е доста популярна и е един от най-разпространените лабораторни методи за получаване на водород. Ако към разредена сярна киселина се добавят цинкови гранули, металът ще се разтвори и ще освободи газ:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.

Разредената сярна киселина реагира с метали, които са отляво на водорода в серията активности:

Me + H₂SO₄(разреден) → сол + H₂

Взаимодействие на сярна киселина с бариеви йони

Качествена реакция към и неговите соли е реакцията с бариеви йони. Той се използва широко в количествения анализ, по-специално в гравиметрията:

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

ZnSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + ZnCl₂

внимание! Не се опитвайте сами да повтаряте тези експерименти!