Сульфатна кислота - кисень
Структурна формула сірчаної кислоти має такий вигляд:
Фізичні властивості сірчаної кислоти
Сульфатна кислота - це безбарвна, важка, масляниста рідина, яка замерзає при температурі +10 ° С, а кипить при температурі +296 ° С (кипить 98,3% розчин, а надлишок сірчаної кислоти розкладається на сульфатний ангідрид і воду). Щільність сірчаної кислоти при 20 ° С дорівнює 1,84 г / см 3. 100% сульфатна кислота майже не проводить електричний струм. 95% -й розчин сірчаної кислоти кристалізується при більш низькій температурі: -20 ° С.
Ця сполука дуже гігроскопічна, тобто здатна поглинати вологу з навколишнього середовища. При цьому виділяється велика кількість теплової енергії. Якщо долити воду до сірчаної кислоти, може виділитися стільки енергії, що кислота закипить і почне розбризкується на всі боки, тому для того, щоб розвести концентровану сульфатну кислоту, кислоту слід додавати невеликими порціями до води.
Сульфатна кислота здатна розчиняти близько 65% сульфатного ангідриду SO 3. При цьому утворюється олеум.
Хімічні властивості сірчаної кислоти
Сульфатна кислота є дуже сильним окісніком. У розведених розчинах окислення проходить по рахунок і вона водню, а в концентрованих розчинах - за рахунок атома Сірки (V І).
Кислотні властивості сірчаної кислоти
Сульфатна кислота - це одна з найсильніших кислот. У розведених розчинах вона являє собою двухосновную кислоту, яка піддається дисоціації за схемою:
Сульфатна кислота, так само, як і сульфітна, утворює два ряди солей. До них відносяться сульфати (наприклад, BaSO 4 - барій сульфат) і гідрогенсульфаті (NaHSO 4 - натрій гідрогенсульфат). Сульфатна кислота енергійно реагує з різними основами і основними оксидами, при цьому утворюються сульфати:
Реагує вона і з металами, які пересувають в ряду стандартних електродних потенціалів до водню:
А ось з залізом концентрована сульфатна кислота (≥ 75%) не реагує, тому її зазвичай перевозять в сталевих бочках і цистернах. Сульфатна кислота не реагує також і зі свинцем, оскільки поверхня металу покривається міцною плівкою нерозчинного свинець (II) сульфату PbSO 4. і на цьому процес зупиняється.
Окисні властивості сірчаної кислоти
У концентрованих розчинах при нагріванні сульфатна кислота реагує з багатьма металами, навіть з деякими з тих, які знаходяться в електрохімічному ряді напруг правіше водню:
Продукти відновлення сірчаної кислоти, записані в цих реакціях, не є єдиними. Загалом, у всіх цих реакціях утворюється суміш H 2 S. S. SO 2. склад якої залежить від багатьох умов (концентрації кислоти, температури суміші, площі поверхні металу і т.д.), але записаний продукт у них є переважаючим.
При нагріванні концентрована сульфатна кислота добре реагує з багатьма неметалами:
Сульфатна кислота окисляє багато складних з'єднань:
Від більшості органічних сполук вона отщепляет молекули води, що призводить до обвуглювання з'єднання. Наприклад, якщо на папір помістити краплю сірчаної кислоти, то через кілька секунд на місці цієї краплі утворюється чорна пляма, яка складається з вуглецю:
Значення сірчаної кислоти в народному господарстві
Сульфатна кислота - найважливіший продукт хімічної промисловості. Світове виробництво сірчаної кислоти за рік становить сотні мільйонів тонн.
Сульфатну кислоту використовують для виробництва різних летючих кислот, наприклад, соляної, оцтової, ортофосфатної, азотної та інших, а також для виробництва азотних і фосфатних добрив (суперфосфату, амоній фосфату і ін.). Сульфатна кислота необхідна для виробництва полімерних матеріалів, паперу, будівельних матеріалів, тканин, лакофарбових виробів і миючих засобів. Її застосовують для очищення нафти, нафтопродуктів і продуктів коксохімічного виробництва (бензену і толуолу) від шкідливих домішок. Для виробництва ефірів, ангідридів органічних кислот і різних сульфопохідніх також необхідна сульфатна кислота. У металургійній промисловості її застосовують для очищення поверхні металів перед нанесенням покриття. Розчин сульфатної кислоти використовують як електроліт в кислотних акумуляторах.
Сульфатна кислота незамінна в господарстві.
Виробництво сірчаної кислоти
Сульфатну кислоту добувають двома різними методами: контактним і нітрозним. Незалежно від методу добування, завжди присутні три основних етапи:
- добування сірчаної кислоти.
Сульфітний ангідрид SO 2 зазвичай добувають випалюванням піриту (FeS 2) як побічний продукт при виплавці заліза. Замість піриту використовують також деякі інші сульфіди (CdS. ZnS) або сірководень, виділений з природного газу і нафти або отриманий під час коксування вугілля. Іноді використовують просту речовину сірку.
Контактний метод отримання сірчаної кислоти
Перед випалюванням пірит подрібнюють для прискорення горіння. Для збільшення виходу сульфітного ангідриду в піч для випалювання піриту додатково подають надлишок кисню. Проходить така реакція:
Схема промислової установки для виробництва сірчаної кислоти контактним методом зображена на малюнку:
Процес роботи цієї установки полягає ось у чому. У печі (2) відбувається спалювання піриту. Кисень для горіння подають через трубу (1). Оскільки в природному мінералі піриту міститься близько 20% домішок, то після випалу, звичайно ж, в газах також будуть домішки. Однією з таких домішок є арсен (III) оксид. Саме ця по собі небезпечна для навколишнього середовища речовина є каталітичної отрутою, тобто вона порушує роботу каталізатора. Для видалення цієї шкідливої домішки газову суміш пропускають через спеціальні електричні фільтри (3) і промивну вежу з водою (4). Після промивання водою суміш стає вологою, і, заради видалення домішок води, суміш пропускають через колонку з концентрованої сірчаної кислотою (5), яка ефективно поглинає вологу. Далі газову суміш нагрівають в теплообміннику (6) до температури 450 °, і суміш потрапляє в контактний апарат (7), в якому знаходиться каталізатор V 2 O 5 (в ролі каталізатора іноді використовують також ванадил сульфат VOSO 4. платину або срібло). Після цього утворений сульфур триоксид розчиняють в концентрованої сульфатної кислоти (8), внаслідок чого утворюється олеум, яким заповнюють цистерни з допомогою виведення готового продукту (9).
Нітрозній метод добування сірчаної кислоти
Близько 20% сірчаної кислоти, яку виробляють в світі, добувають нітрозним, або баштовим, методом. У цьому методі окислення SO 2 в SO 3 здійснюється азот діоксидом NO 2.
Нітроген діоксид в цьому методі регенерується за допомогою кисню повітря і знову вступає в реакцію окислення сульфур (І V) оксиду: