Vrelišče žveplove kisline kot funkcija tlaka. Žveplova kislina

Žveplo je kemični element, ki je v šesti skupini in tretji periodi periodnega sistema. V tem članku si bomo podrobno ogledali njegovo kemijo in proizvodnjo, uporabo itd. Fizikalna značilnost vključuje lastnosti, kot so barva, raven električne prevodnosti, vrelišče žvepla itd. Kemična opisuje njegovo interakcijo z drugimi snovmi.

Žveplo v smislu fizike

To je krhka snov. V normalnih pogojih je v trdnem agregatnem stanju. Žveplo ima limonino rumeno barvo.

In večinoma imajo vse njegove spojine rumene odtenke. Ne topi se v vodi. Ima nizko toplotno in električno prevodnost. Te lastnosti ga označujejo kot tipično nekovino. čeprav kemična sestavažveplo sploh ni zapleteno, ta snov ima lahko več različic. Vse je odvisno od zgradbe kristalne mreže, s pomočjo katere so atomi povezani, ne tvorijo pa molekul.

Torej, prva možnost je rombično žveplo. Ona je najbolj stabilna. Vrelišče te vrste žvepla je štiristo petinštirideset stopinj Celzija. Toda da bi določena snov prešla v plinasto agregatno stanje, mora najprej preiti skozi tekoče stanje. Torej se taljenje žvepla pojavi pri temperaturi, ki je sto trinajst stopinj Celzija.

Druga možnost je monoklinsko žveplo. To so igličasti kristali temno rumene barve. Taljenje žvepla prve vrste in nato njegovo počasno ohlajanje vodi do nastanka te vrste. Ta sorta ima skoraj enake fizikalne lastnosti. Na primer, vrelišče te vrste žvepla je še vedno enako štiristo petinštirideset stopinj. Poleg tega obstaja takšna sorta te snovi kot plastika. Pridobiva se z vlivanjem v hladna voda segreto skoraj do vrelišča rombično. Vrelišče žvepla te vrste je enako. Toda snov ima lastnost, da se razteza kot guma.

Druga komponenta telesne lastnosti, o katerem bi rad govoril, je temperatura vnetja žvepla.

Ta indikator se lahko razlikuje glede na vrsto materiala in njegov izvor. Na primer, temperatura vžiga tehničnega žvepla je sto devetdeset stopinj. To je precej nizka številka. V drugih primerih je lahko plamenišče žvepla dvesto oseminštirideset stopinj in celo dvesto šestinpetdeset. Vse je odvisno od tega, iz katerega materiala je bil izkopan, kakšno gostoto ima. Vendar lahko sklepamo, da je temperatura zgorevanja žvepla precej nizka, v primerjavi z drugimi kemičnimi elementi je vnetljiva snov. Poleg tega se včasih lahko žveplo združi v molekule, sestavljene iz osmih, šestih, štirih ali dveh atomov. Zdaj, ko smo obravnavali žveplo z vidika fizike, pojdimo na naslednji razdelek.

Kemijska karakterizacija žvepla

Ta element ima razmeroma nizko atomska masa, je enako dvaintrideset gramov na mol. Značilnost elementa žvepla vključuje takšno lastnost te snovi, kot je sposobnost različnih stopenj oksidacije. V tem se razlikuje od recimo vodika ali kisika. Glede na vprašanje, kakšna je kemijska značilnost žveplovega elementa, je nemogoče ne omeniti, da glede na pogoje kaže tako redukcijske kot oksidacijske lastnosti. Torej, po vrsti, razmislite o interakciji določene snovi z različnimi kemičnimi spojinami.

Žveplo in enostavne snovi

Enostavne snovi so snovi, ki vsebujejo samo en kemični element. Njegovi atomi se lahko povezujejo v molekule, kot na primer pri kisiku, ali pa se ne povezujejo, kot je to v primeru kovin. Torej lahko žveplo reagira s kovinami, drugimi nekovinami in halogeni.

Interakcija s kovinami

Za izvedbo tega postopka je potrebna visoka temperatura. V teh pogojih pride do adicijske reakcije. To pomeni, da se kovinski atomi povezujejo z atomi žvepla in tako tvorijo kompleksne snovi sulfide. Na primer, če segrejete dva mola kalija tako, da ju zmešate z enim molom žvepla, dobite en mol sulfida te kovine. Enačbo lahko zapišemo v naslednji obliki: 2K + S = K 2 S.

Reakcija s kisikom

To je izgorevanje žvepla. Kot rezultat tega procesa nastane njegov oksid. Slednje je lahko dveh vrst. Zato lahko zgorevanje žvepla poteka v dveh stopnjah. Prvi je, ko en mol žvepla in en mol kisika tvorita en mol žveplovega dioksida. Enačbo za to kemijsko reakcijo lahko zapišete takole: S + O 2 \u003d SO 2. Druga stopnja je dodatek še enega atoma kisika k dioksidu. To se zgodi, če dodate en mol kisika dvema moloma pri visoki temperaturi. Rezultat sta dva mola žveplovega trioksida. Enačba za to kemično interakcijo izgleda takole: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Kot rezultat te reakcije nastane žveplova kislina. Z izvedbo obeh opisanih postopkov je torej možno prepustiti nastali trioksid skozi curek vodne pare. In dobimo. Enačba za takšno reakcijo je zapisana takole: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Interakcija s halogeni

Kemikalije, tako kot druge nekovine, omogočajo reakcijo s to skupino snovi. Vključuje spojine, kot so fluor, brom, klor, jod. Žveplo reagira s katerim koli od njih, razen z zadnjim. Kot primer lahko navedemo postopek fluoriranja elementa periodnega sistema, ki ga obravnavamo. S segrevanjem omenjene nekovine s halogenom lahko dobimo dve različici fluorida. Prvi primer: če vzamemo en mol žvepla in tri mole fluora, dobimo en mol fluorida, katerega formula je SF 6. Enačba je videti takole: S + 3F 2 = SF 6. Poleg tega obstaja še druga možnost: če vzamemo en mol žvepla in dva mola fluora, dobimo en mol fluorida s kemijsko formulo SF 4 . Enačba je zapisana v naslednji obliki: S + 2F 2 = SF 4 . Kot lahko vidite, je vse odvisno od razmerij, v katerih so komponente mešane. Na popolnoma enak način je možno izvesti postopek kloriranja žvepla (pri tem lahko nastaneta tudi dve različni snovi) ali bromiranja.

Medsebojno delovanje z drugimi enostavnimi snovmi

Karakterizacija elementa žvepla se tu ne konča. Snov lahko vstopi tudi v kemično reakcijo z vodikom, fosforjem in ogljikom. Zaradi interakcije z vodikom nastane sulfidna kislina. Kot rezultat njegove reakcije s kovinami se lahko pridobijo njihovi sulfidi, ki pa se dobijo tudi z neposredno reakcijo žvepla z isto kovino. Adicija vodikovih atomov na žveplove atome se pojavi samo v pogojih zelo visoke temperature. Ko žveplo reagira s fosforjem, nastane njegov fosfid. Ima naslednjo formulo: P 2 S 3. Da bi dobili en mol te snovi, morate vzeti dva mola fosforja in tri mole žvepla. Pri interakciji žvepla z ogljikom nastane karbid obravnavane nekovine. Njegova kemijska formula je videti takole: CS 2. Da bi dobili en mol te snovi, morate vzeti en mol ogljika in dva mola žvepla. Vse zgoraj opisane adicijske reakcije se zgodijo le, ko se reaktanti segrejejo na visoke temperature. Razmislili smo o interakciji žvepla s preprostimi snovmi, zdaj pa pojdimo na naslednjo točko.

Žveplo in kompleksne spojine

Spojine so tiste snovi, katerih molekule so sestavljene iz dveh (ali več) različnih elementov. Kemijske lastnostižveplo mu omogoča, da reagira s spojinami, kot so alkalije, pa tudi s koncentrirano sulfatno kislino. Njegove reakcije s temi snovmi so precej nenavadne. Najprej razmislite, kaj se zgodi, ko se zadevna nekovina pomeša z alkalijo. Na primer, če vzamete šest molov in jim dodate tri mole žvepla, dobite dva mola kalijevega sulfida, en mol danega kovinskega sulfita in tri mole vode. To vrsto reakcije lahko izrazimo z naslednjo enačbo: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Po istem principu pride do interakcije, če dodate Nato razmislite o obnašanju žvepla, ko koncentrirana raztopina dodamo mu sulfatno kislino. Če vzamemo en mol prve in dva mola druge snovi, dobimo naslednje produkte: žveplov trioksid v količini treh molov in tudi vodo - dva mola. to kemijska reakcija lahko dosežemo le s segrevanjem reaktantov na visoko temperaturo.

Pridobivanje obravnavane nekovine

Obstaja več glavnih metod, s katerimi je mogoče ekstrahirati žveplo iz različnih snovi. Prva metoda je izolacija iz pirita. Kemijska formula slednjega je FeS 2 . Ko se ta snov segreje na visoko temperaturo brez dostopa kisika, lahko dobimo še en železov sulfid - FeS - in žveplo. Reakcijska enačba je zapisana na naslednji način: FeS 2 \u003d FeS + S. Druga metoda za proizvodnjo žvepla, ki se pogosto uporablja v industriji, je zgorevanje žveplovega sulfida pod pogojem, da veliko število kisik. V tem primeru lahko dobite obravnavane nekovine in vodo. Za izvedbo reakcije morate vzeti komponente v molskem razmerju dva proti ena. Kot rezultat dobimo končne izdelke v razmerju dva proti dva. Enačbo za to kemijsko reakcijo lahko zapišemo na naslednji način: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Poleg tega lahko žveplo pridobimo med različnimi metalurškimi procesi, na primer pri proizvodnji kovin, kot je nikelj, baker in drugi.

Industrijska uporaba

Nekovina, ki jo obravnavamo, je našla svojo najširšo uporabo v kemični industriji. Kot je navedeno zgoraj, se tukaj uporablja za pridobivanje sulfatne kisline iz njega. Poleg tega se žveplo uporablja kot komponenta za proizvodnjo vžigalic, saj je vnetljiv material. Nepogrešljiv je tudi pri izdelavi razstreliva, smodnika, iskric itd. Poleg tega se žveplo uporablja kot ena od sestavin sredstev za zatiranje škodljivcev. V medicini se uporablja kot sestavina pri izdelavi zdravil za kožne bolezni. Tudi zadevna snov se uporablja pri proizvodnji različnih barvil. Poleg tega se uporablja pri izdelavi fosforjev.

Elektronska zgradba žvepla

Kot veste, so vsi atomi sestavljeni iz jedra, v katerem so protoni - pozitivno nabiti delci - in nevtroni, tj. delci, ki imajo ničelni naboj. Elektroni se vrtijo okoli jedra z negativnim nabojem. Da je atom nevtralen, mora imeti v svoji strukturi enako število protonov in elektronov. Če je slednjih več, je to že negativni ion – anion. Če pa je nasprotno število protonov večje od števila elektronov, je to pozitiven ion ali kation. Žveplov anion lahko deluje kot kislinski ostanek. Je del molekul snovi, kot so sulfidna kislina (vodikov sulfid) in kovinski sulfidi. Anion nastane med elektrolitsko disociacijo, do katere pride, ko snov raztopimo v vodi. V tem primeru se molekula razgradi na kation, ki ga lahko predstavimo kot kovinski ali vodikov ion, pa tudi kation - ion kislinskega ostanka ali hidroksilne skupine (OH-).

Ker je zaporedna številka žvepla v periodnem sistemu šestnajst, lahko sklepamo, da je ravno toliko protonov v njegovem jedru. Na podlagi tega lahko rečemo, da se naokoli vrti tudi šestnajst elektronov. Število nevtronov lahko najdete tako, da od molske mase odštejete zaporedno številko kemičnega elementa: 32 - 16 \u003d 16. Vsak elektron se ne vrti naključno, ampak vzdolž določene orbite. Ker je žveplo kemijski element, ki spada v tretjo periodo periodnega sistema, obstajajo tri orbite okoli jedra. Prvi ima dva elektrona, drugi osem in tretji šest. Elektronska formula atoma žvepla je zapisana takole: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Razširjenost v naravi

V bistvu se obravnavani kemični element nahaja v sestavi mineralov, ki so sulfidi različnih kovin. Prvič, to je pirit - železova sol; je tudi svinec, srebro, bakrov lesk, cinkova mešanica, cinobar - živosrebrov sulfid. Poleg tega lahko žveplo vključimo tudi v sestavo mineralov, katerih strukturo predstavljajo trije ali več kemičnih elementov.

Na primer halkopirit, mirabilit, kieserit, sadra. Vsakega od njih lahko razmislite podrobneje. Pirit je železov sulfid ali FeS 2 . Je svetlo rumene barve z zlatim leskom. Ta mineral je pogosto mogoče najti kot nečistočo v lapis lazuliju, ki se pogosto uporablja za izdelavo nakita. To je posledica dejstva, da imata ta dva minerala pogosto skupno nahajališče. Bakreni sijaj - halkozit ali halkozin - je modrikasto siva snov, podobna kovini. in srebrni lesk (argentit) imata podobne lastnosti: oba izgledata kot kovina, imata sivo barvo. Cinobar je rjavkasto rdeč mineral s sivimi lisami. Halkopirit, katerega kemijska formula je CuFeS 2 , je zlato rumene barve, imenujemo ga tudi zlata blenda. Cinkova mešanica (sfalerit) ima lahko barvo od jantarne do ognjeno oranžne. Mirabilit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - prozorni ali beli kristali. Imenuje se tudi, da se uporablja v medicini. Kemijska formula kieserita je MgSO 4 xH 2 O. Videti je kot bel ali brezbarven prah. Kemična formula sadre je CaSO 4 x2H 2 O. Poleg tega je ta kemični element del celic živih organizmov in je pomemben element v sledovih.

Vsi pri pouku kemije so preučevali kisline. Ena od njih se imenuje žveplova kislina in je označena kot HSO 4. O tem, kakšne so lastnosti žveplove kisline, bo povedal naš članek.

Fizikalne lastnosti žveplove kisline

Čista žveplova kislina ali monohidrat je brezbarvna oljnata tekočina, ki se pri +10°C strdi v kristalno maso. Žveplova kislina, namenjena reakcijam, vsebuje 95 % H 2 SO 4 in ima gostoto 1,84 g/cm 3 . 1 liter takšne kisline tehta 2 kg. Kislina se strdi pri -20°C. Talilna toplota je 10,5 kJ/mol pri temperaturi 10,37°C.

Lastnosti koncentrirane žveplove kisline so različne. Na primer, pri raztapljanju te kisline v vodi se bo zaradi tvorbe hidratov sprostila velika količina toplote (19 kcal / mol). Te hidrate je mogoče izolirati iz raztopine pri nizkih temperaturah v trdni obliki.

Žveplova kislina je eden najosnovnejših proizvodov v kemični industriji. Namenjena je proizvodnji mineralnih gnojil (amonijev sulfat, superfosfat), raznih soli in kislin, detergentov in zdravil, umetnih vlaken, barvil, eksplozivov. Žveplovo kislino uporabljajo tudi v metalurgiji (na primer pri razgradnji uranovih rud), za čiščenje naftnih derivatov, za sušenje plinov itd.

Kemijske lastnosti žveplove kisline

Kemične lastnosti žveplove kisline so:

  1. Medsebojno delovanje s kovinami:
    • razredčena kislina raztopi le tiste kovine, ki so levo od vodika v nizu napetosti, na primer H 2 +1 SO 4 + Zn 0 \u003d H 2 O + Zn + 2 SO 4;
    • oksidativne lastnosti žveplove kisline so velike. Pri interakciji z različnimi kovinami (razen Pt, Au) se lahko zmanjša na H 2 S -2, S +4 O 2 ali S 0, na primer:
    • 2H 2 +6 SO 4 + 2Ag 0 = S +4 O 2 + Ag 2 +1 SO 4 + 2H 2 O;
    • 5H 2 +6 SO 4 + 8Na 0 \u003d H 2 S -2 + 4Na 2 +1 SO 4 + 4H 2 O;
  2. Koncentrirana kislina H 2 S +6 O 4 tudi reagira (pri segrevanju) z nekaterimi nekovinami, pri čemer se spremeni v žveplove spojine z nižjo stopnjo oksidacije, na primer:
    • 2H 2 S + 6 O 4 + C 0 = 2S + 4 O 2 + C + 4 O 2 + 2 H 2 O;
    • 2H 2 S +6 O 4 + S 0 = 3S +4 O 2 + 2H 2 O;
    • 5H 2 S +6 O 4 + 2P 0 = 2H 3 P +5 O 4 + 5S +4 O 2 + 2H 2 O;
  3. Z bazičnimi oksidi:
    • H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O;
  4. S hidroksidi:
    • Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
    • 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O;
  5. Interakcija s solmi v reakcijah izmenjave:
    • H 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d 2HCl + BaSO 4;

Za določanje te kisline in topnih sulfatov se uporablja tvorba BaSO 4 (bela oborina, netopna v kislinah).

Monohidrat je ionizirajoče topilo kislega značaja. Zelo dobro je v njem raztopiti sulfate številnih kovin, na primer:

  • 2H 2 SO 4 + HNO 3 \u003d NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -;
  • HClO 4 + H 2 SO 4 \u003d ClO 4 - + H 3 SO 4 +.

Koncentrirana kislina je precej močan oksidant, zlasti pri segrevanju, na primer 2H 2 SO 4 + Cu = SO 2 + CuSO 4 + H 2 O.

Žveplova kislina, ki deluje kot oksidant, se običajno reducira v SO 2 . Lahko pa se reducira na S in celo na H 2 S, na primer H 2 S + H 2 SO 4 = SO 2 + 2H 2 O + S.

Monohidrat skoraj ne more prevajati električnega toka. Nasprotno pa so vodne raztopine kislin dobri prevodniki. Žveplova kislina močno vpija vlago, zato se uporablja za sušenje različnih plinov. Žveplova kislina deluje kot sušilno sredstvo, dokler je tlak vodne pare nad njeno raztopino manjši od njenega tlaka v plinu, ki ga sušimo.

Če razredčeno raztopino žveplove kisline zavremo, bo iz nje odstranjena voda, medtem ko se bo vrelišče dvignilo na 337 ° C, na primer, ko začnemo destilirati žveplovo kislino s koncentracijo 98,3%. Nasprotno pa iz raztopin, ki so bolj koncentrirane, presežek žveplovega anhidrida izhlapi. Kislina, ki vre s paro pri temperaturi 337 ° C, se delno razgradi na SO 3 in H 2 O, ki se po ohlajanju ponovno združita. Toplota vrenje te kisline je primerno za njeno uporabo pri izolaciji hlapnih kislin iz njihovih soli pri segrevanju.

Previdnostni ukrepi za ravnanje s kislino

Pri ravnanju z žveplovo kislino je potrebna izredna previdnost. Ko ta kislina pride v stik s kožo, koža postane bela, nato rjavkasta in pojavi se rdečica. Okoliško tkivo nabrekne. Če ta kislina pride v stik s katerimkoli delom telesa, jo je treba hitro sprati z vodo, opečeno mesto pa namazati z raztopino sode.

Zdaj veste, da je žveplova kislina, katere lastnosti so dobro raziskane, preprosto nepogrešljiva za različne proizvodnje in rudarstvo.

lastnosti žveplove kisline

Brezvodna žveplova kislina (monohidrat) je težka oljnata tekočina, ki se meša z vodo v vseh razmerjih ob sproščanju velike količine toplote. Gostota pri 0 ° C je 1,85 g / cm3. Zavre pri 296°C in zmrzne pri -10°C. Žveplova kislina se imenuje ne le monohidrat, temveč tudi njene vodne raztopine (), kot tudi raztopine žveplovega trioksida v monohidratu (), imenovane oleum. Oleum "kadi" v zraku zaradi desorpcije iz njega. Čista žveplova kislina je brezbarvna, medtem ko je komercialna kislina temne barve z nečistočami.

Fizikalne lastnosti žveplove kisline, kot so gostota, kristalizacijska temperatura, vrelišče, so odvisne od njene sestave. Na sl. 1 prikazuje kristalizacijski diagram sistema. Maksimumi v njem ustrezajo sestavi spojin ali pa je prisotnost minimumov razložena z dejstvom, da je temperatura kristalizacije zmesi dveh snovi nižja od temperature kristalizacije vsake od njih.

riž. 1

Brezvodna 100 % žveplova kislina ima razmeroma visoko kristalizacijsko temperaturo 10,7 °C. Da bi zmanjšali možnost zmrzovanja komercialnega izdelka med prevozom in skladiščenjem, je koncentracija tehnične žveplove kisline izbrana tako, da ima dovolj nizko temperaturo kristalizacije. Industrija proizvaja tri vrste komercialne žveplove kisline.

Žveplova kislina je zelo aktivna. Raztaplja kovinske okside in večino čistih kovin, pri povišanih temperaturah pa iz soli izpodriva vse druge kisline. Žveplova kislina se še posebej pohlepno povezuje z vodo zaradi svoje sposobnosti, da daje hidrate. Odvzema vodo iz drugih kislin, iz kristalnih soli in celo kisikovih derivatov ogljikovodikov, ki ne vsebujejo same vode, ampak vodik in kisik v kombinaciji H: O = 2. Les in druga rastlinska in živalska tkiva, ki vsebujejo celulozo, škrob in sladkor, so uničen v koncentrirani žveplovi kislini; voda se veže s kislino in iz tkiva ostane le fino dispergiran ogljik. V razredčeni kislini se celuloza in škrob razgradita v sladkorje. Če pride v stik s človeško kožo, koncentrirana žveplova kislina povzroči opekline.

Visoka aktivnost žveplove kisline je v kombinaciji z relativno nizkimi stroški proizvodnje vnaprej določila ogromen obseg in izjemno raznolikost njene uporabe (slika 2). Težko je najti industrijo, ki žveplove kisline ali izdelkov iz nje ne bi uživala v različnih količinah.


riž. 2

Največji porabnik žveplove kisline je proizvodnja mineralnih gnojil: superfosfat, amonijev sulfat itd.. Številne kisline (na primer fosforna, ocetna, klorovodikova) in soli se proizvajajo predvsem s pomočjo žveplove kisline. Žveplova kislina se pogosto uporablja pri proizvodnji barvnih in redkih kovin. V kovinskopredelovalni industriji se žveplova kislina ali njene soli uporabljajo za luženje jeklenih izdelkov pred barvanjem, kositrenjem, nikljanjem, kromiranjem itd. Znatne količine žveplove kisline se uporabljajo za rafiniranje naftnih derivatov. Z uporabo žveplove kisline je povezano tudi pridobivanje številnih barvil (za tkanine), lakov in barv (za zgradbe in stroje), zdravilnih snovi in ​​nekaterih plastičnih mas. S pomočjo žveplove kisline se proizvajajo etil in drugi alkoholi, nekateri estri, sintetični detergenti, številni pesticidi za zatiranje škodljivcev. Kmetijstvo in plevel. Razredčene raztopine žveplove kisline in njenih soli se uporabljajo pri proizvodnji rajona, v tekstilni industriji za predelavo vlaken ali tkanin pred barvanjem, pa tudi v drugih vejah lahke industrije. V prehrambeni industriji se žveplova kislina uporablja pri proizvodnji škroba, melase in številnih drugih izdelkov. Transport uporablja svinčeve baterije z žveplovo kislino. Žveplovo kislino uporabljamo za sušenje plinov in za koncentriranje kislin. Končno se žveplova kislina uporablja v postopkih nitriranja in pri izdelavi večine eksplozivov.


Žveplova kislina H2SO4, molska masa 98,082; brezbarvno mastno, brez vonja. Zelo močna dikislina, pri 18°C ​​​​p K a 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pK a 2 1,92; dolžine vezi v S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, kot HOSOH 104°, OSO 119°; vre z razpadom, tvori (98,3% H 2 SO 4 in 1,7% H 2 O z vreliščem 338,8 ° C; glej tudi tabelo. 1). Žveplova kislina, ki ustreza 100% vsebnosti H 2 SO 4, ima sestavo (%): H 2 SO 4 99,5 %, HSO 4 - 0,18 %, H 3 SO 4 + 0,14 %, H 3 O + 0 09 %, H 2 S 2 O 7 0,04 %, HS 2 O 7 0,05 %. Meša se z in SO 3 v vseh razmerjih. V vodnih raztopinah žveplova kislina skoraj popolnoma disociira na H + , HSO 4 - in SO 4 2- . Oblike H 2 SO 4 · n H 2 O, kjer n=1, 2, 3, 4 in 6,5.

raztopine SO 3 v žveplovi kislini imenujemo oleum, tvorita dve spojini H 2 SO 4 SO 3 in H 2 SO 4 2SO 3. Oleum vsebuje tudi pirožveplovo kislino, ki jo dobimo z reakcijo: H 2 SO 4 +SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Pridobivanje žveplove kisline

Surovina za sprejem žveplova kislina služijo kot: S, kovinski sulfidi, H 2 S, odpadki iz termoelektrarn, sulfati Fe, Ca itd. Glavne stopnje pridobivanja žveplova kislina: 1) surovine za pridobivanje SO 2 ; 2) SO 2 v SO 3 (pretvorba); 3) SO3. V industriji se za pridobivanje uporabljata dva načina žveplova kislina, ki se razlikujejo po načinu oksidacije SO 2 - kontakt z uporabo trdnih katalizatorjev (kontakti) in dušikovega - z dušikovimi oksidi. Za pridobitev žveplova kislina Pri kontaktni metodi sodobni obrati uporabljajo vanadijeve katalizatorje, ki so izpodrinili okside Pt in Fe. Čisti V 2 O 5 ima šibko katalitično aktivnost, ki se močno poveča v prisotnosti alkalijskih kovin in največji vpliv soli imajo K. Spodbujevalna vloga alkalijskih kovin je posledica tvorbe pirosulfovanadatov z nizkim tališčem (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, 2K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 in K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, ki se razgradi pri 315-330, 365-380 in 400-405 °C). Aktivna komponenta pod katalizo je v staljenem stanju.

Shemo za oksidacijo SO 2 v SO 3 lahko predstavimo na naslednji način:

Na prvi stopnji je doseženo ravnotežje, druga stopnja je počasna in določa hitrost procesa.

Proizvodnja žveplova kislina iz žvepla z metodo dvojnega stika in dvojne absorpcije (slika 1) je sestavljen iz naslednjih stopenj. Zrak po čiščenju pred prahom se s plinskim puhalom dovaja v sušilni stolp, kjer se posuši 93-98% žveplova kislina do vsebnosti vlage 0,01 vol.%. Posušen zrak vstopi v žveplovo peč po predgretju v enem od izmenjevalnikov toplote kontaktne enote. Žveplo sežge v peči, ki ga dovajajo šobe: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Plin, ki vsebuje 10-14 vol.% SO 2, se ohladi v kotlu in po redčenju z zrakom do vsebnosti SO 2 9-10 vol.% pri 420°C vstopi v kontaktni aparat za prvo stopnjo pretvorbe, ki poteka na treh plasteh katalizatorja (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), nakar se plin ohladi v toplotnih izmenjevalcih. Nato plin, ki vsebuje 8,5-9,5% SO 3 pri 200 °C vstopi v prvo stopnjo absorpcije v absorber, namakan in 98% žveplova kislina: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. Plin se nato razprši. žveplova kislina, segreto na 420°C in vstopi v drugo stopnjo pretvorbe, ki teče na dveh plasteh katalizatorja. Pred drugo absorpcijsko stopnjo se plin ohladi v ekonomizatorju in dovaja v drugo stopnjo absorberja, namakanega z 98% žveplova kislina, nato pa se po čiščenju pred brizgami spusti v ozračje.

1 - žveplova peč; 2 - kotel za odpadno toploto; 3 - ekonomizator; 4 - zagonska peč; 5, 6 - toplotni izmenjevalci začetne peči; 7 - kontaktna naprava; 8 - izmenjevalniki toplote; 9 - absorber oleuma; 10 - sušilni stolp; 11 oziroma 12 prvi in ​​drugi monohidratni absorber; 13 - zbiralniki kisline.

1 - podajalnik plošč; 2 - pečica; 3 - kotel za odpadno toploto; 4 - cikloni; 5 - elektrostatični filtri; 6 - pralni stolpi; 7 - mokri elektrostatični filtri; 8 - pihalni stolp; 9 - sušilni stolp; 10 - škropilna past; 11 - prvi absorber monohidrata; 12 - izmenjevalniki toplote; 13 - kontaktna naprava; 14 - absorber oleuma; 15 - drugi absorber monohidrata; 16 - hladilniki; 17 - zbirke.

1 - denitracijski stolp; 2, 3 - prvi in ​​​​drugi proizvodni stolp; 4 - oksidacijski stolp; 5, 6, 7 - absorpcijski stolpi; 8 - elektrostatični filtri.

Proizvodnja žveplova kislina iz kovinskih sulfidov (slika 2) je veliko bolj zapletena in je sestavljena iz naslednjih operacij. Praženje FeS 2 poteka v zračni plavžni peči z zvrtinčeno plastjo: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Plin za praženje, ki vsebuje 13-14 % SO 2 in ima temperaturo 900 °C, vstopi v kotel, kjer se ohladi na 450 °C. Odpraševanje poteka v ciklonu in elektrofiltru. Nato gre plin skozi dva pralna stolpa, namakana s 40% in 10% žveplova kislina. Hkrati se plin dokončno očisti iz prahu, fluora in arzena. Za čiščenje plina iz aerosola žveplova kislina ki nastanejo v pralnih stolpih, sta predvideni dve stopnji mokrih elektrostatičnih filtrov. Po sušenju v sušilnem stolpu, pred katerim se plin razredči na vsebnost 9 % SO 2 , se s puhalom dovaja v prvo stopnjo pretvorbe (3 katalizatorske plasti). V toplotnih izmenjevalnikih se plin segreje na 420°C zaradi toplote plina, ki prihaja iz prve stopnje pretvorbe. SO 2, oksidiran do 92-95 % v SO 3, gre v prvo stopnjo absorpcije v oleum in monohidratne absorberje, kjer se sprosti iz SO 3 . Nato plin, ki vsebuje SO 2 ~ 0,5 %, vstopi v drugo stopnjo pretvorbe, ki poteka na eni ali dveh plasteh katalizatorja. Plin se zaradi toplote plinov, ki prihaja iz druge stopnje katalize, predhodno segreje v drugi skupini toplotnih izmenjevalnikov do 420 °C. Po izločitvi SO 3 v drugi fazi absorpcije se plin sprosti v ozračje.

Stopnja pretvorbe SO 2 v SO 3 pri kontaktni metodi je 99,7 %, stopnja absorpcije SO 3 je 99,97 %. Proizvodnja žveplova kislina izvedemo v eni stopnji katalize, medtem ko stopnja pretvorbe SO 2 v SO 3 ne presega 98,5 %. Pred izpustom v ozračje se plin očisti iz preostalega SO 2 (glej). Produktivnost sodobnih obratov je 1500-3100 ton/dan.

Bistvo dušikove metode (slika 3) je, da se pražilni plin po ohlajanju in čiščenju prahu obdela s tako imenovano nitrozo - žveplova kislina v kateri so raztopljeni dušikovi oksidi. SO 2 absorbira nitroza in nato oksidira: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. Nastali NO je slabo topen v nitrozi in se iz nje sprosti, nato pa s kisikom v plinski fazi delno oksidira v NO 2 . Mešanica NO in NO 2 se ponovno absorbira žveplova kislina itd. Dušikovi oksidi se v dušikovem procesu ne porabijo in se zaradi nepopolne absorpcije vrnejo v proizvodni cikel. žveplova kislina delno jih odnesejo izpušni plini. Prednosti dušikove metode: enostavnost strojne zasnove, nižja cena (10-15% nižja od kontaktne), možnost 100% predelave SO 2 .

Instrumenti stolpnega dušikovega procesa so preprosti: SO 2 se obdeluje v 7-8 obloženih stolpih s keramično embalažo, eden od stolpov (votel) je nastavljiv oksidacijski volumen. Stolpi imajo zbiralnike kisline, hladilnike, črpalke, ki dovajajo kislino v tlačne rezervoarje nad stolpi. Pred zadnjima dvema stolpoma je nameščen repni ventilator. Za čiščenje plina iz aerosola žveplova kislina služi kot elektrostatični filter. Dušikove okside, potrebne za postopek, pridobivamo iz HNO 3 . Za zmanjšanje emisij dušikovih oksidov v ozračje in 100 % predelavo SO 2 je med proizvodno in absorpcijsko cono nameščen cikel obdelave brez dušika SO 2 v kombinaciji z vodno-kislinsko metodo za globinsko lovljenje dušikovih oksidov. Pomanjkljivost dušikove metode je nizka kvaliteta izdelki: koncentracija žveplova kislina 75%, prisotnost dušikovih oksidov, Fe in drugih nečistoč.

Za zmanjšanje možnosti kristalizacije žveplova kislina med prevozom in skladiščenjem se določijo standardi za komercialne razrede žveplova kislina, katerih koncentracija ustreza najnižjim temperaturam kristalizacije. Vsebina žveplova kislina v tehničnih razredih (%): stolp (dušikov) 75, kontakt 92,5-98,0, oleum 104,5, visokoprocentni oleum 114,6, baterija 92-94. žveplova kislina skladiščeni v jeklenih rezervoarjih s prostornino do 5000 m 3, njihova skupna kapaciteta v skladišču je predvidena za desetdnevno proizvodnjo. Oleum in žveplova kislina prevažajo v jeklenih železniških cisternah. Koncentriran in baterijski žveplova kislina prevažajo v jeklenih cisternah, odpornih na kisline. Cisterne za prevoz oleuma so prekrite s toplotno izolacijo, oleum pa se pred polnjenjem segreje.

Določite žveplova kislina kolorimetrično in fotometrično, v obliki suspenzije BaSO 4 - fototurbidimetrično, pa tudi s kulometrično metodo.

Uporaba žveplove kisline

Žveplovo kislino uporabljamo pri proizvodnji mineralnih gnojil, kot elektrolit v svinčenih akumulatorjih, za proizvodnjo različnih mineralnih kislin in soli, kemičnih vlaken, barvil, dimotvornih snovi in ​​eksplozivov, v nafti, kovinarstvu, tekstilstvu, usnjarstvu in druge industrije. Uporablja se v industrijski organski sintezi v reakcijah dehidracije (pridobivanje dietiletra, estrov), hidratacije (etanol iz etilena), sulfonacije (in vmesni produkti pri proizvodnji barvil), alkilacije (pridobivanje izooktana, polietilen glikola, kaprolaktama) itd. Največji potrošnik žveplova kislina- proizvodnja mineralnih gnojil. Za 1 t R 2 O 5 fosfatna gnojila porabi 2,2-3,4 tone žveplova kislina, in za 1 t (NH 4) 2 SO 4 - 0,75 t žveplova kislina. Zato se obrate žveplove kisline gradijo v povezavi z obrati za proizvodnjo mineralnih gnojil. Svetovna proizvodnja žveplova kislina leta 1987 dosegel 152 milijonov ton.

Žveplova kislina in oleum - izjemno agresivne snovi, ki vplivajo na dihalne poti, kožo, sluznice, povzročajo težave z dihanjem, kašelj, pogosto - laringitis, traheitis, bronhitis itd. MPC aerosola žveplove kisline v zraku delovnega območja je 1,0 mg/m 3, v atmosferi 0,3 mg/m 3 (največ enkrat) in 0,1 mg/m 3 (dnevno povprečje). Osupljiva koncentracija hlapov žveplova kislina 0,008 mg/l (60 min izpostavljenosti), smrtno 0,18 mg/l (60 min). Razred nevarnosti 2. Aerosol žveplova kislina lahko nastane v ozračju kot posledica izpustov iz kemične in metalurške industrije, ki vsebujejo okside S, in izpade kot kisli dež.

fizične lastnosti.

Čista 100 % žveplova kislina (monohidrat) je brezbarvna oljnata tekočina, ki se pri +10 °C strdi v kristalno maso. Reaktivna žveplova kislina ima običajno gostoto 1,84 g/cm 3 in vsebuje približno 95 % H 2 SO 4 . Strdi se šele pod -20 °C.

Tališče monohidrata je 10,37 °C s talilno toploto 10,5 kJ/mol. IN normalne razmere je zelo viskozna tekočina z zelo visoka vrednost dielektrična konstanta (e = 100 pri 25 °C). Neznatna lastna elektrolitska disociacija monohidrata poteka vzporedno v dveh smereh: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 in [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 - 5 . Njegovo molekularno-ionsko sestavo lahko približno označimo z naslednjimi podatki (v %):

H2SO4 HSO 4- H3SO4+ H3O+ HS 2 O 7 - H2S2O7
99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

Če dodamo že majhne količine vode, postane disociacija prevladujoča po shemi:

H 2 O + H 2 SO 4<==>H 3 O + + HSO 4 -

Kemijske lastnosti.

H 2 SO 4 je močna dibazična kislina.

H2SO4<-->H + + HSO 4 -<-->2H + + SO 4 2-

Prva stopnja (za srednje koncentracije) vodi do 100% disociacije:

K 2 \u003d ( ) / \u003d 1,2 10 -2

1) Interakcija s kovinami:

a) razredčena žveplova kislina raztopi samo kovine, ki so v nizu napetosti levo od vodika:

Zn 0 + H 2 +1 SO 4 (razb) --> Zn +2 SO 4 + H 2 O

b) koncentrirani H 2 +6 SO 4 - močno oksidacijsko sredstvo; pri interakciji s kovinami (razen Au, Pt) se lahko reducira na S +4 O 2, S 0 ali H 2 S -2 (Fe, Al, Cr tudi ne reagirajo brez segrevanja - so pasivirani):

2Ag 0 + 2H 2 +6 SO 4 --> Ag 2 +1 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O

8Na 0 + 5H 2 +6 SO 4 --> 4Na 2 +1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O

2) koncentrirani H 2 S +6 O 4 reagira pri segrevanju z nekatere nekovine zaradi močnih oksidacijskih lastnosti se spremeni v žveplove spojine nižjega oksidacijskega stanja (na primer S + 4 O 2):

С 0 + 2H 2 S +6 O 4 (konc) --> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S +6 O 4 (konc) --> 3S +4 O 2 + 2H 2 O

2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (konc) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O

3) z bazičnimi oksidi:

CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu 2+ + H 2 O

4) s hidroksidi:

H 2 SO 4 + 2NaOH --> Na 2 SO 4 + 2H 2 O

H + + OH - --> H 2 O

H 2 SO 4 + Cu(OH) 2 --> CuSO 4 + 2H 2 O

2H + + Cu(OH) 2 --> Cu 2+ + 2H 2 O

5) reakcije izmenjave s solmi:

BaCl 2 + H 2 SO 4 --> BaSO 4 + 2HCl

Ba 2+ + SO 4 2- --> BaSO 4

Nastanek bele oborine BaSO 4 (netopne v kislinah) se uporablja za identifikacijo žveplove kisline in topnih sulfatov.

Monohidrat (čista, 100 % žveplova kislina) je ionizirajoče topilo kislega značaja. V njem se dobro raztopijo sulfati mnogih kovin (pretvorijo se v bisulfate), soli drugih kislin pa se praviloma raztopijo le, če jih je mogoče solvolizirati (s pretvorbo v bisulfate). Dušikova kislina se v monohidratu obnaša kot šibka baza

HNO 3 + 2 H 2 SO 4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 -

perklorna - kot zelo šibka kislina

H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 -

Fluorsulfonska in klorosulfonska kislina sta nekoliko močnejši (HSO 3 F> HSO 3 Cl> HClO 4). Monohidrat dobro raztopi številne organske snovi, ki vsebujejo atome z nedeljenimi elektronskimi pari (zmožni vezati proton). Nekatere od teh lahko nato izoliramo nazaj nespremenjene s preprostim redčenjem raztopine z vodo. Monohidrat ima visoko krioskopsko konstanto (6,12°) in se včasih uporablja kot medij za določanje molekulske mase.

Koncentrirana H 2 SO 4 je dokaj močan oksidant, zlasti pri segrevanju (običajno se reducira na SO 2). Na primer, oksidira HI in delno HBr (vendar ne HCl) v proste halogene. Prav tako oksidira številne kovine - Cu, Hg itd. (medtem ko sta zlato in platina stabilna glede na H 2 SO 4). Interakcija z bakrom torej poteka po enačbi:

Cu + 2 H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

Žveplova kislina, ki deluje kot oksidant, se običajno reducira v SO 2 . Z najmočnejšimi redukcijskimi sredstvi pa jo lahko reduciramo na S in celo na H 2 S. Koncentrirana žveplova kislina reagira z vodikovim sulfidom po enačbi:

H 2 SO 4 + H 2 S \u003d 2H 2 O + SO 2 + S

Upoštevati je treba, da ga delno reducira tudi plinasti vodik in ga zato ni mogoče uporabiti za sušenje.

riž. 13. Električna prevodnost raztopin žveplove kisline.

Raztapljanje koncentrirane žveplove kisline v vodi spremlja znatno sproščanje toplote (in nekaj zmanjšanja celotne prostornine sistema). Monohidrat skoraj ne prevaja električnega toka. Nasprotno pa so vodne raztopine žveplove kisline dobri prevodniki. Kot je razvidno iz sl. 13 ima približno 30% kislina največjo električno prevodnost. Minimum krivulje ustreza hidratu s sestavo H 2 SO 4 ·H 2 O.

Sproščanje toplote pri raztapljanju monohidrata v vodi je (odvisno od končne koncentracije raztopine) do 84 kJ/mol H 2 SO 4 . Nasprotno, z mešanjem 66% žveplove kisline, predhodno ohlajene na 0 ° C, s snegom (1: 1 glede na maso) lahko dosežemo znižanje temperature do -37 ° C.

Sprememba gostote vodnih raztopin H 2 SO 4 z njeno koncentracijo (mas. %) je podana spodaj:

5 10 20 30 40 50 60
15 °C 1,033 1,068 1,142 1,222 1,307 1,399 1,502
25 °C 1,030 1,064 1,137 1,215 1,299 1,391 1,494
70 80 90 95 97 100
15 °C 1,615 1,732 1,820 1,839 1,841 1,836
25 °C 1,606 1,722 1,809 1,829 1,831 1,827

Kot je razvidno iz teh podatkov, določanje gostote koncentracije žveplove kisline nad 90 mas. % postane precej netočen.

Tlak vodne pare nad raztopinami H 2 SO 4 različnih koncentracij pri različne temperature prikazano na sl. 15. Žveplova kislina lahko deluje kot sušilno sredstvo le, dokler je tlak vodne pare nad njeno raztopino manjši od njenega parcialnega tlaka v plinu, ki ga sušimo.

riž. 15. Tlak vodne pare.

riž. 16. Vrelišče nad raztopinami H 2 SO 4 . raztopine H2SO4.

Ko razredčeno raztopino žveplove kisline zavremo, se iz nje oddestilira voda in vrelišče se dvigne do 337 ° C, ko začne destilirati 98,3% H 2 SO 4 (slika 16). Nasprotno, presežek žveplovega anhidrida izhlapi iz bolj koncentriranih raztopin. Para žveplove kisline, ki vre pri 337 ° C, se delno disociira na H 2 O in SO 3, ki se ob ohlajanju rekombinirata. Visoko vrelišče žveplove kisline omogoča, da jo uporabimo za izolacijo hlapnih kislin iz njihovih soli (na primer HCl iz NaCl) pri segrevanju.

potrdilo o prejemu.

Monohidrat lahko dobimo s kristalizacijo koncentrirane žveplove kisline pri -10°C.

Proizvodnja žveplove kisline.

1. stopnja. Piritna peč.

4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Postopek je heterogen:

1) mletje železovega pirita (pirita)

2) metoda "fluidizirane postelje".

3) 800°С; odvajanje odvečne toplote

4) povečanje koncentracije kisika v zraku

2. stopnja.Po čiščenju, sušenju in izmenjavi toplote žveplov dioksid vstopi v kontaktni aparat, kjer se oksidira v žveplov anhidrid (450 ° C - 500 ° C; katalizator V 2 O 5):

2SO2 + O2<-->2SO3

3. stopnja. Absorpcijski stolp:

nSO 3 + H 2 SO 4 (konc) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (oleum)

Vode ni mogoče uporabiti zaradi nastajanja megle. Nanesite keramične šobe in princip protitoka.

Aplikacija.

Ne pozabite! Žveplovo kislino je treba vliti v vodo v majhnih delih in ne obratno. V nasprotnem primeru lahko pride do burne kemične reakcije, zaradi katere lahko oseba dobi hude opekline.

Žveplova kislina je eden glavnih proizvodov kemične industrije. Uporablja se za proizvodnjo mineralnih gnojil (superfosfat, amonijev sulfat), različnih kislin in soli, zdravilnih in detergenti, barvila, umetna vlakna, eksplozivi. Uporablja se v metalurgiji (razgradnja rud, na primer urana), za čiščenje naftnih derivatov, kot sušilno sredstvo itd.

Praktično pomembno je dejstvo, da zelo močna (nad 75%) žveplova kislina ne deluje na železo. To vam omogoča shranjevanje in transport v jeklenih rezervoarjih. Nasprotno, razredčena H 2 SO 4 zlahka raztopi železo s sproščanjem vodika. Oksidativne lastnosti zanj sploh niso značilne.

Močna žveplova kislina močno absorbira vlago in se zato pogosto uporablja za sušenje plinov. Iz številnih organskih snovi, ki vsebujejo vodik in kisik, odvzame vodo, ki se pogosto uporablja v tehniki. Z istim (kot tudi z oksidacijskimi lastnostmi močne H 2 SO 4) je povezan njen uničujoč učinek na rastlinska in živalska tkiva. Žveplovo kislino, ki med delom slučajno zaide na kožo ali obleko, je treba takoj sprati z obilo vode, nato prizadeto mesto navlažiti z razredčeno raztopino amoniaka in ponovno sprati z vodo.

Molekule čiste žveplove kisline.

Slika 1. Diagram vodikovih vezi v kristalu H 2 SO 4.

Molekule, ki tvorijo kristal monohidrata (HO) 2 SO 2, so med seboj povezane z dokaj močnimi (25 kJ/mol) vodikovimi vezmi, kot je shematično prikazano na sl. 1. Sama molekula (HO) 2 SO 2 ima strukturo popačenega tetraedra z atomom žvepla blizu središča in je označena z naslednjimi parametri: (d (S-OH) \u003d 154 pm, PHO-S-OH = 104 °, d (S = O) = 143 pm, ROSO = 119 °. V HOSO 3 - ion, d (S-OH) = 161 in d (SO) = 145 pm, in pri prehodu na ion SO 4 dobi 2-tetraeder pravilno obliko in parametri se poravnajo.

Žveplova kislina hidratira.

Za žveplovo kislino je znanih več kristalnih hidratov, katerih sestava je prikazana na sl. 14. Od teh je najrevnejša v vodi oksonijeva sol: H 3 O + HSO 4 -. Ker je obravnavani sistem zelo nagnjen k podhlajevanju, so temperature zmrzovanja, ki jih dejansko opazimo v njem, veliko nižje od tališč.

riž. 14. Tališča v sistemu H 2 O·H 2 SO 4.

 

Morda bi bilo koristno prebrati: