Серная кислота инструкция по применению. Химические свойства серной кислоты

Серная кислота (H2SО4) – это одна из самых едких кислот и опасных реагентов, известных человеку, особенно в концентрированном виде. Химически чистая серная кислота представляет собой тяжелую токсичную жидкость маслянистой консистенции, не имеющую запаха и цвета. Получают ее методом окисления сернистого газа (SO2) контактным способом.

При температуре + 10,5 °C, серная кислота превращается в застывшую стекловидную кристаллическую массу, жадно, подобно губке, поглощающую влагу из окружающей среды. В промышленности и химии серная кислота является одним из основных химических соединений и занимает лидирующие позиции по объему производства в тоннах. Именно поэтому серную кислоту называют «кровью химии». С помощью серной кислоты получают удобрения, лекарственные препараты, другие кислоты, большой , удобрений и много другое.

Основные физические и химические свойства серной кислоты

1. Серная кислота в чистом виде (формула H2SO4), при концентрации 100% представляет собой бесцветную густую жидкость. Самое важное свойство H2SO4 заключается в высокой гигроскопичности – это способность отнимать из воздуха воду. Данный процесс сопровождается масштабным выделением тепла.
2. H2SO4 – это сильная кислота.
3. Серная кислота называется моногидратом – в ней на 1 моль SO3 приходится 1 моль Н2О (воды). Из-за ее внушительных гигроскопических свойств ее используют для извлечения влаги из газов.
4. Температура кипения – 330 °С. При этом происходит разложение кислоты на SO3 и воду. Плотность – 1,84. Температура плавления – 10,3 °С/.
5. Концентрированная серная кислота представляет собой мощный окислитель. Чтобы запустить окислительно-восстановительную реакцию кислоту требуется нагреть. Итог реакции – SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. В зависимости от концентрации серная кислота по-разному вступает в реакцию с металлами. В разбавленном состоянии серная кислота способна окислять все металлы, которые стоят в ряду напряжений до водорода. Исключение составляют как самые стойкие к окислению. Разбавленная серная кислота взаимодействует с солями, основаниями, амфотерными и основными оксидами. Серная кислота концентрированная способна окислять все металлы, стоящие в ряду напряжений, причем серебро тоже.
7. Серная кислота образует два вида солей: кислые (это гидросульфаты) и средние (сульфаты)
8. H2SO4 вступает в активную реакцию с органическими веществами и неметаллами, причем некоторые из них она способна превратить в уголь.
9. Серный ангидрит отлично растворяется в H2SО4, и при этом образуется олеум – раствор SО3 в серной кислоте. Внешне это выглядит так: дымящаяся серная кислота, выделяющая серный ангидрит.
10. Серная кислота в водных растворах является сильной двухосновной, и при добавлении ее к воде выделяется огромное количество теплоты. Когда готовят разбавленные растворы H2SО4 из концентрированных, необходимо небольшой струйкой добавлять более тяжелую кислоту к воде, а не наоборот. Это делается во избежание вскипания воды и разбрызгивания кислоты.

Концентрированная и разбавленная серные кислоты

К концентрированным растворам серной кислоты относятся растворы от 40%, способные растворять серебро или палладий.

К разбавленной серной кислоте относятся растворы, концентрация которых составляет менее 40%. Это не такие активные растворы, но они способны вступать в реакцию с латунью и медью.

Получение серной кислоты

Производство серной кислоты в промышленных масштабах было запущено в XV веке, но в то время ее называли “купоросное масло». Если раньше человечество потребляло всего лишь несколько десятков литров серной кислоты, то в современном мире исчисление идет на миллионы тонн в год.

Производство серной кислоты осуществляется промышленным способом, и их существует три:

1. Контактный способ.
2. Нитрозный способ
3. Другие методы

Поговорим подробно о каждом из них.

Контактный способ производства

Контактный способ производства – самый распространенный, и он выполняет следующие задачи:

• Получается продукт, удовлетворяющий потребности максимального количества потребителей.
• Во время производства сокращается вред для окружающей среды.

При контактном способе в качестве сырья используются такие вещества:

• пирит (серный колчедан);
• сера;
• оксид ванадия (это вещество вызывает роль катализатора);
• сероводород;
• сульфиды различных металлов.

Перед запуском процесса производства сырье предварительно подготавливают. Для начала в специальных дробильных установках колчедан подвергается измельчению, что позволяет, благодаря увеличению площади соприкосновения активных веществ, ускорить реакцию. Пирит подвергается очищению: его опускают в большие емкости с водой, в ходе чего пустая порода и всевозможные примеси всплывают на поверхность. В конце процесса их убирают.

Производственную часть разделяют на несколько стадий:

1. После дробления колчедан очищают и отправляют в печь – там при температуре до 800 °C происходит его обжиг. По принципу противотока в камеру снизу идет подача воздуха, и это обеспечивает нахождение пирита в подвешенном состоянии. На сегодняшний день, на этот процесс тратится несколько секунд, а вот раньше на обжиг уходило несколько часов. В процессе обжига появляются отходы в виде оксида железа, которые удаляются, и в дальнейшем передаются на предприятия металлургической промышленности. При обжиге выделяются водные пары, газы O2 и SO2. Когда завершится очистка от паров воды и мельчайших примесей, получается чистый оксид серы и кислород.
2. На второй стадии под давлением происходит экзотермическая реакция с использованием ванадиевого катализатора. Запуск реакции начинается при достижении температуры 420 °C, но ее могут повысить до 550 °C с целью увеличения эффективности. В процессе реакции идет каталитическое окисление и SO2 становится SO.
3. Суть третьей стадии производства такова: поглощение SO3 в поглотительной башне, в ходе чего образуется олеум H2SO4. В таком виде H2SO4 разливается в специальные емкости (она не вступает в реакция со сталью) и готова ко встрече с конечным потребителем.

В ходе производства, как мы уже говорили выше, образуется много тепловой энергии, которая используется в отопительных целях. Многие предприятия по производству серной кислоты устанавливают паровые турбины, которые использую выбрасываемый пар для вырабатывая дополнительной электроэнергии.

Нитрозный способ получения серной кислоты

Несмотря на преимущества контактного способа производства, при котором получается более концентрированная и чистая серная кислота и олеум, достаточно много H2SO4 получают нитрозным способом. В частности, на суперфосфатных заводах.

Для производства H2SO4 исходным веществом, как в контактном, так и в нитрозном способе выступает сернистый газ. Его получают специально для этих целей посредством сжигания серы или обжигом сернистых металлов.

Переработка сернистого газа в сернистую кислоту заключается в окислении двуокиси серы и присоединении воды. Формула выглядит так:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Но двуокись серы с кислородом не вступает в непосредственную реакцию, поэтому при нитрозном методе окисление сернистого газа осуществляют при помощи окислов азота. Высшие окислы азота (речь идет о двуокиси азота NO2, трехокиси азота NO3) при данном процессе восстанавливаются до окиси азота NO, которая впоследствии опять окисляется кислородом до высших окислов.

Получение серной кислоты нитрозным способом в техническом плане оформлено в виде двух способов:

• Камерного.
• Башенного.

Нитрозный способ имеет ряд достоинств и недостатков.

Недостатки нитрозного способа:

• Получается 75%-ная серная кислота.
• Качество продукции низкое.
• Неполный возврат оксидов азота (добавление HNO3). Их выбросы вредны.
• В кислоте присутствуют железо, оксиды азота и прочие примеси.

Достоинства нитрозного способа:

• Себестоимость процесса более низкая.
• Возможность переработки SO2 на все 100%.
• Простота аппаратурного оформления.

Основные российские заводы по производству серной кислоты

Годовое производство H2SO4 в нашей стране ведет исчисление шестизначными цифрами – это порядка 10 миллионов тонн. Ведущими производителями серной кислоты в России являются компании, являющиеся, помимо этого, ее основными потребителями. Речь идет о компаниях, сферой деятельности которых является выпуск минеральных удобрений. К примеру, «Балаковские минудобрения», «Аммофос».

В Крыму в Армянске работает крупнейший производитель диоксида титана на территории Восточной Европы «Крымский титан». Вдобавок, завод занимается производством серной кислоты, минеральных удобрений, железного купороса и т.д.

Серную кислоту различных видов производят многие заводы. К примеру, аккумуляторную серную кислоту производят: Карабашмедь, ФКП Бийский олеумный завод,Святогор, Славия, Северхимпром и т.д.

Олеум производят ОХК Щекиноазот, ФКП Бийский олеумный завод, Уральская Горно-Металлургическая Компания, ПО Киришинефтеоргсинтез и т.д.

Серную кислоту особой чистоты производят ОХК Щекиноазот, Компонент-Реактив.

Отработанную серную кислоту можно купить на заводах ЗСС, ГалоПолимер Кирово-Чепецк.

Производителями технической серной кислоты являются Промсинтез, Хипром, Святогор, Апатит, Карабашмедь, Славия, Лукойл-Пермнефтеоргсинтез, Челябинский цинковый завод, Электроцинк и т.д.

По причине, что колчедан является основным сырьем при производстве H2SO4, а это отход обогатительных предприятий, его поставщиками выступают Норильская и Талнахская обогатительные фабрики.

Лидерские мировые позиции по производству H2SO4 занимают США и Китай, на которые приходятся 30 млн. тонн и 60 млн. тонн соответственно.

Сфера применения серной кислоты

В мире ежегодно потребляется порядка 200 миллионов тонн H2SO4, из которой производится широкий спектр продукции. Серная кислота по праву держит пальму первенства среди других кислот по масштабам использования в промышленных целях.

Как вы уже знаете, серная кислота является одним из важнейших продуктов химической промышленности, поэтому область применения серной кислоты довольно широкая. Основные направления использования H2SО4 таковы:

• Серную кислоту в колоссальных объемах используют для производства минеральных удобрений, и на это уходит около 40% всего тоннажа. По этой причине производящие H2SO4 заводы строят рядом с предприятиями, выпускающими удобрения. Это сульфат аммония, суперфосфат и т.д. При их производстве серная кислота берется в чистом виде (100% концентрация). Чтобы произвести тонну аммофоса или суперфосфата понадобится 600 литров H2SO4. Именно эти удобрения в большинстве случаев применяются в сельском хозяйстве.
• H2SО4 используется для производства взрывчатых веществ.
• Очистка нефтепродуктов. Для получения керосина, бензина минеральных масел требуется очистка углеводородов, которая происходит с применением серной кислоты. В процессе переработки нефти на очистку углеводородов данная индустрия «забирает» целых 30% мирового тоннажа H2SO4. Вдобавок, серной кислотой увеличивают октановое число топлива и при добыче нефти обрабатывают скважины.
• В металлургической промышленности. Серная кислота в металлургии используется для очистки от окалины и ржавчины проволоки, листового металла, а также для восстановления алюминия при производстве цветных металлов. Перед тем как покрывать металлические поверхности медью, хромом или никелем, поверхность протравливается серной кислотой.
• При производстве лекарственных препаратов.
• При производстве красок.
• В химической промышленности. H2SO4 используется при производстве моющих средств, этилового средства, инсектицидов и т.д., и без нее эти процессы невозможны.
• Для получения других известных кислот, органических и неорганических соединений, используемых в промышленных целях.

Соли серной кислоты и их применение

Самые важные соли серной кислоты:

• Глауберова соль Na2SO4 · 10H2O (кристаллический сульфат натрия). Сфера ее применения достаточно емкая: производство стекла, соды, в ветеринарии и медицине.
• Сульфат бария BaSO4 используется в производстве резины, бумаги, белой минеральной краски. Вдобавок, он незаменим в медицине при рентгеноскопии желудка. Из него делают «бариевую кашу» для проведения данной процедуры.
• Сульфат кальция CaSO4. В природе его можно встретить в виде гипса CaSO4 · 2H2O и ангидрита CaSO4. Гипс CaSO4 · 2H2O и сульфат кальция применяют в медицине и строительстве. С гипсом при нагревании до температуры 150 - 170 °C происходит частичная дегидратизация, вследствие которой получается жженый гипс, известный нам как алебастр. Замешивая алебастр с водой до консистенции жидкого теста, масса быстро затвердевает и превращается в подобие камня. Именно это свойство алебастра активно используется в строительных работах: из него делают слепки и отливочные формы. В штукатурных работах алебастр незаменим в качестве вяжущего материала. Пациентам травматологических отделений накладывают специальные фиксирующие твердые повязки – они делаются на основе алебастра.
• Железный купорос FeSO4 · 7H2O используют для приготовления чернил, пропитки дерева, а также в сельскохозяйственной деятельности для уничтожения вредителей.
• Квасцы KCr(SO4)2 · 12H2O , KAl(SO4)2 · 12H2O и др. используют в производстве красок и кожевенной промышленности (дублении кожи).
• Медный купорос CuSO4 · 5H2O многие из вас знают не понаслышке. Это активный помощник в сельском хозяйстве при борьбе с болезнями растений и вредителями – водным раствором CuSO4 · 5H2O протравливают зерно и опрыскивают растения. Также его применяют для приготовления некоторых минеральных красок. А в быту его используют для выведения плесени со стен.
• Сульфат алюминия – его используют в целлюлозно-бумажной промышленности.

Серная кислота в разбавленном виде применяется в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах. Вдобавок, она используется для производства моющих средств и удобрений. Но в большинстве случаев она идет в виде олеума – это раствор SO3 в H2SO4 (можно встретить и другие формулы олеума).

Удивительный факт! Олеум химически активнее, чем концентрированная серная кислота, но, несмотря на это, он не вступает в реакцию со сталью! Именно по этой причине его проще транспортировать, чем саму серную кислоту.

Сфера использования «королевы кислот» поистине масштабна, и сложно рассказать обо всех способах ее применения в промышленности. Также она применяется в качестве эмульгатора в пищевой промышленности, для очистки воды, при синтезе взрывчатых веществ и множество других целей.

История появления серной кислоты

Кто из нас хоть раз не слышал о медном купоросе? Так вот, его изучением занимались еще в древности, и в некоторых работах начала новой эры ученые обсуждали происхождение купоросов и их свойства. Купоросы изучали греческий врач Диоскорид, римский исследователь природы Плиний Старший, и в своих трудах они писали о проводимых опытах. В медицинских целях различные вещества-купоросы применял древний лекарь Ибн Сина. Как использовались купоросы в металлургии, говорилось в работах алхимиков Древней Греции Зосимы из Панополиса.

Первейшим способом получения серной кислоты является процесс нагревания алюмокалиевых квасцов, и об этом есть информация в алхимической литературе XIII века. В то время состав квасцов и суть процесса была не известна алхимикам, но уже в XV веке химическим синтезом серной кислоты стали заниматься целенаправленно. Процесс был таковым: алхимики обрабатывали смесь серы и сульфида сурьмы (III) Sb2S3 при нагревании с азотной кислотой.

В средневековые времена в Европе серную кислоту называли «купоросным маслом», но потом название изменилось на купоросную кислоту.

В XVII веке Иоганн Глаубер в результате горения калийной селитры и самородной серы в присутствии водных паров получил серную кислоту. В результате окисления серы селитрой получался оксид серы, вступавший в реакцию с парами воды, и в итоге получалась жидкость маслянистой консистенции. Это было купоросное масло, и это название серной кислоты существует и поныне.

Фармацевт из Лондона Уорд Джошуа в тридцатые годы XVIII века применял данную реакцию для промышленного производства серной кислоты, но в средневековье ее потребление ограничивалось несколькими десятками килограммов. Сфера использования была узкой: для алхимических опытов, очистки драгоценных металлов и в аптекарском деле. Концентрированная серная кислота в небольших объемах использовалась в производстве особых спичек, которые содержали бертолетову соль.

На Руси только лишь в XVII веке появилась купоросная кислота.

В Англии в Бирмингеме Джон Робак в 1746 году адаптировал указанный выше способ получения серной кислоты и запустил производство. При этом он использовал прочные крупные освинцованные камеры, которые были дешевле стеклянных емкостей.

В промышленности этот способ держал позиции почти 200 лет, и в камерах получали 65%-ую серную кислоту.

Через время английский Гловер и французский химик Гей-Люссак усовершенствовали сам процесс, и серная кислота стала получаться с концентрацией 78%. Но для производства, к примеру, красителей такая кислота не подходила.

В начале 19 века были открыты новые способы окисления сернистого газа в серный ангидрид.

Первоначально это делали с применением окислов азота, а потом использовали в качестве катализатора платину. Два этих метода окисления сернистого газа усовершенствовались и дальше. Окисление сернистого газа на платиновых и других катализаторах стало называться контактным способом. А окисление этого газа окислами азота получило название нитрозного способа получения серной кислоты.

Британский торговец уксусной кислотой Перегрин Филипс только лишь в 1831 году запатентовал экономичный процесс для производства оксида серы (VI) и концентрированной серной кислоты, и именно он на сегодняшний день знаком миру как контактный способ ее получения.

Производство суперфосфата началось в 1864 году.

В восьмидесятые годы девятнадцатого века в Европе производство серной кислоты достигло 1 миллиона тонн. Главными производителями стали Германия и Англия, выпускающие 72% от всего объема серной кислоты в мире.

Перевозка серной кислоты является трудоемким и ответственным мероприятием.

Серная кислота относится к классу опасных химических веществ, и при контакте с кожными покровами вызывает мощнейшие ожоги. Вдобавок, она может стать причиной химического отравления человека. Если при транспортировке не будут соблюдены определенные правила, то серная кислота по причине своей взрывоопасности может причинить немало вреда, как людям, так и окружающей среде.

Серной кислоте присвоен 8 класс опасности и перевозку должны осуществлять специально обученные и подготовленные профессионалы. Важное условие доставки серной кислоты – соблюдение специально разработанных Правил перевозки опасных грузов.

Перевозка автомобильным транспортом осуществляется согласно следующим правилам:

1. Под перевозку изготавливают специальные емкости из особого стального сплава, не вступающего в реакцию с серной кислотой или титана. Такие емкости не окисляются. Опасную серную кислоту перевозят в специальных сернокислотных химических цистернах. Они отличаются по конструкции и при перевозке подбираются в зависимости от вида серной кислоты.
2. При перевозке дымящейся кислоты берутся специализированные изотермические цистерны-термосы, в которых для сохранения химических свойств кислоты поддерживается необходимый температурный режим.
3. Если перевозится обычная кислота, то выбирается сернокислотная цистерна.
4. Перевозка серной кислоты автотранспортом, таких видов как дымящаяся, безводная, концентрированная, для аккумуляторов, гловерная осуществляется в специальной таре: цистернах, бочках, контейнерах.
5. Перевозкой опасного груза могут заниматься исключительно водители, у которых на руках есть свидетельство АДР.
6. Время в пути не имеет ограничений, так как при перевозке нужно строго придерживаться допустимой скорости.
7. При перевозке строится специальный маршрут, который должен пролегать, минуя места большого скопления людей и производственные объекты.
8. Транспорт должен иметь специальную маркировку и знаки опасности.

Опасные свойства серной кислоты для человека

Серная кислота представляет повышенную опасность для человеческого организма. Ее токсическое действие наступает не только при непосредственном контакте с кожей, но при вдыхании ее паров, когда происходит выделение сернистого газа. Опасное воздействие распространяется на:

• Дыхательную систему;
• Кожные покровы;
• Слизистые оболочки.

Интоксикацию организма может усилить мышьяк , который часто входит в состав серной кислоты.

Важно! Как вы знаете, при соприкосновении кислоты с кожей происходят сильнейшие ожоги. Не меньшую опасность представляет и отравление парами серной кислоты. Безопасная доза содержания серной кислоты в воздухе равняется всего 0,3 мг на 1 квадратный метр.

Если на слизистые покровы или на кожу попадает серная кислота, появляется сильный ожог, плохо заживающий. Если по масштабу ожог внушительный, у пострадавшего развивается ожоговая болезнь, которая может привести даже к смертельному исходу, если своевременно не будет оказана квалифицированная медицинская помощь.

Важно! Для взрослого человека смертельная доза серной кислоты равняется всего 0,18 см на 1 литр.

Безусловно, «испытать на себе» токсическое действие кислоты в обычной жизни проблематично. Чаще всего отравление кислотой происходит из-за пренебрежения техникой безопасности на производстве при работе с раствором.

Может случиться массовое отравление парами серной кислоты вследствие технических неполадок на производстве или неосторожности, и происходит массивный выброс в атмосферу. Для предотвращения таких ситуаций работают специальные службы, задача которых контролировать функционирование производства, где используется опасная кислота.

Какие симптомы наблюдаются при интоксикации серной кислотой

Если кислота была принята внутрь:

• Боль в области пищеварительных органов.
• Тошнота и рвота.
• Нарушение стула, как итог сильных кишечных расстройств.
• Сильное выделение слюны.
• Из-за токсического воздействия на почки, моча становится красноватой.
• Отек гортани и горла. Возникают хрипы, осиплость. Это может привести к летальному исходу от удушья.
• На деснах появляются бурые пятна.
• Кожные покровы синеют.

При ожоге кожных покровов могут быть все осложнения, присущие для ожоговой болезни.

При отравлении парами наблюдается такая картина:

• Ожог слизистой оболочки глаз.
• Носовое кровотечение.
• Ожог слизистых оболочек дыхательных путей. При этом пострадавший испытывает сильный болевой симптом.
• Отек гортани с симптомами удушения (нехватка кислорода, кожа синеет).
• Если отравление сильное, то может быть тошнота и рвота.

Важно знать! Отравление кислотой после приема внутрь намного опасней, чем интоксикация от вдыхания паров.

Первая помощь и терапевтические процедуры при поражении серной кислотой

Действуйте по следующей схеме при контакте с серной кислотой:

• Первым делом вызовите скорую помощь. Если жидкость попала внутрь, то сделайте промывание желудка теплой водой. После этого мелкими глотками понадобится выпить 100 граммов подсолнечного или оливкового масла. Вдобавок, следует проглотить кусочек льда, выпить молоко или жженую магнезию. Это нужно сделать для снижения концентрации серной кислоты и облегчения состояния человека.
• Если кислота попала в глаза, нужно промыть их проточной водой, а затем закапать раствором дикаина и новокаина.
• При попадании кислоты на кожу, обожженное место нужно хорошо промыть под проточной водой и наложить повязку с содой. Промывать нужно около 10-15 минут.
• При отравлении парами нужно выйти на свежий воздух, а также промыть по мере доступности пострадавшие слизистые водой.

В условиях стационара лечение будет зависеть от площади ожога и степени отравления. Обезболивание осуществляют только новокаином. Во избежание развития в области поражения инфекции, пациенту подбирают курс антибиотикотерапии.

При желудочном кровотечении вводится плазма или переливается кровь. Источник кровотечения могут устранять оперативным путем.

1. Серная кислота в чистом 100%-ом виде встречается в природе. К примеру, в Италии на Сицилии в Мертвом море можно увидеть уникальное явление – серная кислота просачивается прямо из дна! А происходит вот что: пирит из земной коры служит в этом случае сырьем для ее образования. Это место еще называют Озером смерти, и к нему боятся подлетать даже насекомые!
2. После больших извержений вулканов в земной атмосфере часто можно обнаружить капли серной кислоты, и в таких случаях «виновница» может принести негативные последствия для окружающей среды и стать причиной серьезных изменений климата.
3. Серная кислота является активным поглотителем воды, поэтому ее используют в качестве осушителя газов. В былые времена, чтобы в помещениях не запотевали окна, эту кислоту наливали в баночки и ставили между стеклами оконных проемов.
4. Именно серная кислота – основная причина выпадения кислотных дождей. Главная причина образования кислотного дождя – загрязнение воздуха диоксидом серы, и он при растворении в воде образует серную кислоту. В свою очередь двуокись серы выделяется при сжигании ископаемого топлива. В кислотных дождях, исследуемых за последние годы, возросло содержание азотной кислоты. Причина такого явления – снижение выбросов двуокиси серы. Несмотря на этот факт, основной причиной появления кислотных дождей так и остается серная кислота.

Мы предлагаем вам видеоподборку интересных опытов с серной кислотой.

Рассмотрим реакцию серной кислоты при ее заливании в сахар. На первых секундах попадания серной кислоты в колбу с сахаром происходит потемнение смеси. После нескольких секунд субстанция приобретает черный цвет. Далее происходит самое интересное. Масса начинает стремительно расти и вылазить за пределы колбы. На выходе получаем гордое вещество, похоже на пористый древесный уголь, превышающий первоначальный объем в 3-4 раза.

Автор видео предлагает сравнить реакцию кока-колы с соляной кислотой и серной кислотой. При смешивании Кока-колы с соляной кислотой никаких визуальных изменений не наблюдается, а вот при смешивании с серной кислотой Кока-кола начинает закипать.

Интересное взаимодействие можно наблюдать при попадании серной кислоты на туалетную бумагу. Туалетная бумага состоит из целлюлозы. При попадании кислоты молекулы целлюлозы мгновенно разрушайся с выделением свободного углерода. Подобное обугливание можно наблюдать при попадании кислоты на древесину.

В колбу с концентрированной кислотой добавляю маленький кусочек калия. На первой секунде происходит выделение дыма, после чего металл мгновенно вспыхивает, загорается и взрывается, разделаясь на кусочки.

В следующем опыте при попадании серной кислоты на спичку происходит ее вспыхивание. Во второй части опыта погружают алюминиевую фольгу с ацетоном и спичкой внутри. Происходит мгновенное нагревание фольги с выделением огромного количества дыма и полное ее растворение.

Интересный эффект наблюдается при добавлении пищевой соды в серную кислоту. Сода мгновенно окрашивается в желтый цвет. Реакция протекает с бурным кипением и увеличением объема.

Все вышеприведенные опыты мы категорически не советует проводить в домашних условиях. Серная кислота очень агрессивное и токсичное вещество. Подобные опыты необходимо проводить в специальных помещениях, которые оборудованы принудительной вентиляцией. Газы, выделяемые в реакциях с серной кислотой, очень токсичны и могут вызвать поражение дыхательных путей и отравление организма. Кроме того, подобные опыты проводятся в средствах индивидуальной защиты кожных покровов и органов дыхания. Берегите себя!

(серная кислота, IUPAC — дигидрогенсульфат, устаревшее название — купоросное масло) — соединение серы с формулой H 2 SO 4. Бесцветная маслянистая, очень вязкая и гигроскопическая жидкость. Серная кислота — одна из самых сильных неорганических кислот и очень едкой и опасной. Эта кислота образует два ряда солей: сульфаты и гидрогенсульфаты, в которых по сравнению с серной кислотой заменяются один или два атома водорода на катионы металлов. Серная кислота является одним из важнейших технических веществ в мире и лидирует по количеству производства. Она используется в основном в форме водных растворов для производства удобрений, а также других неорганических кислот.

История

(или старое название — купоросное масло) была известна с давних времен. Первые упоминания о ней можно найти в текстах алхимика Джабира ибн Хайянь 8-го века. Возможные методы производства описаны в трудах Альберта Великого (1200-1280) и Василия Валентина (1600). В основе этого метода лежит образование кислоты с хальканинту и квасцов. Устаревшее название происходит от устаревшей названия минералов из которых она приобреталась — купороса. Первые научные исследования с помощью серной кислоты провел Иоганн Рудольф Ґляубер. Он провел реакцию между серной кислотой и солью и получил соляную кислоту и соль, которая была названа в его честь — глауберова соль. Методы, в которых были использованы сульфаты, были очень сложными и дорогими. Для получения больших количеств этого вещества в 18-м веке разработали процесс, в котором использовалось сжигание серы и селитры в стеклянной таре. Так как стеклянные сосуды были очень хрупкими, то первая реакция была проведена в 1746 году Джоном Робак в свинцовых контейнерах. Серная кислота создана методом Джона Робака имела концентрацию только 35-40%. Позже улучшения метода французским химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком и английским Джоном Гловером дало выход вещества 78% концентрации. Тем не менее, по некоторым красителей и других химических веществ требует более концентрированного продукта. В течение 18-го века серная кислота получалась сухой перегонкой минералов, процесс похож на оригинальные алхимические процессы. Пирит (дисульфид железа, FeS 2) нагревали в воздухе для получения железа (II) сульфат, FeSO 4, который окисляется при дальнейшем нагревании до железа (III) сульфат Fe 2 (SO 4) 3, который при нагревании до 480 ° С, разлагается до железа (III) оксид и триоксида серы, который может быть использован для получения серной кислоты в любой концентрации. В 1831 году британский купец Перегрин Филлипс запатентовал контактный процесс, который был гораздо более экономичный. Сегодня почти вся серная кислота в мире производится с использованием этого метода.

Нахождение в природе

Земля

Свободная серная кислота встречается в природе очень редко. В атмосфере она образуется из диоксида серы, который образуется при сгорании серосодержащих веществ или вулканических извержений. Диоксид серы окисляется гидроксильными радикалами и кислородом с образованием триоксида серы, который вступая в реакцию с атмосферной влагой образует кислоту. В кислотных дождях она выступает в разбавленном виде. Небольшое количество свободной серной кислоты также можно найти в некоторых вулканических источниках, которые называются сольфатары. Наибольшее количество серной кислоты в мире содержит озеро в кратере вулкана Иджен в Индонезии. В отличие от свободной кислоты, ее соли, в частности, сульфаты, встречается в природе гораздо чаще. Существует много различных минералов сульфатов. Среди них самыми известными и важными являются гипс (CaSO 4 · 2 H 2 O), барит (BaSO 4), Халькантит (CuSO 4 · 5 H 2 O) и глауберова соль (Na 2 SO 4 · 10 H 2 O).

Нахождение вне земли

Серная кислота находится за пределами Земли в верхних слоях атмосферы Венеры. Она образуется в результате фотохимических реакций диоксида серы и воды, которые образуют капли 80-85% кислоты. В более глубоких слоях, кислота распадается из-за высоких температуры снова на диоксид серы, и воду, которые поднимаясь вверх снова могут образовывать серную кислоту. Инфракрасные спектры которые были получены аппаратом Галилео показывают различные степени поглощений на спутнике Юпитера, которые были отнесены к одному или нескольким видам гидратов серной кислоты.

Производство

Сырьем для производства серной кислоты является элементарная сера которую получают в огромных кильскостях на нефте- и газовопереробних заводах, с сероводорода, с помощью процесса, который известен как процесс Клауса. Затем серу оксилюють до диоксида серы:

Реакция серы с кислородом

Еще одним источником диоксида серы является выплавки руд, содержащих серу. Примерами являются медные, цинковые и свинцовые сульфиды. Диоксид серы образуется при обжиге с кислородом воздуха.

В 1999 году в Европе было выжжено около 3 млн тонн пирита для производства серной кислоты. В Азии эта цифра больше, поскольку и запасы его больше. Для бедных ресурсами странах, которые не имеют ни серы, ни сульфидных руд, существует процесс Мюллера-Кюне. В этом процессе диоксид серы образуется при обжиге гипса и угля в печи. Этот процесс можно сделать прибыльным, если в печь добавлять песок и глину для образования цемента качестве побочного продукта. Для дальнейшего производства требуется серный ангидрид. При низких температурах реакция проходит медленно, так как требует сравнительно редких в газовой фазе тройных столкновений, а при высоких равновесие смещено в сторону разложения серного ангидрида. Поэтому для проведения этой реакции нужны катализаторы. На ранних порах использовали платину, позже перешли на ванадиевый ангидрид V 2 O 5 или ванадаты щелочных металлов KVO 3.

Триоксида серы разбавляется в воде сразу же: из-за слишком бурную начальную реакцию в контакте с водой образуется пленка тумана серной кислоты, препятствует дальнейшей реакции. Сначала его вводят в концентрированную серную кислоту, этот раствор называют — олеумом. Затем олеум растворяют в воде до образования серной кислоты.

В последние годы производство серной кислоты возросло в основном в Китае, в то время как в европейских странах, производство сократилось.

В домашних условиях небольшие количества разбавленной серной кислоты можно получить электролизом раствора медного купороса с свинцовым анодом (напряжение должно быть выше 2 В из-за большого перенапряжения выделения кислорода на двуокиси свинца, который образуется на поверхности анода, но не более 5 В, чтобы не перегревать) .

Физические свойства

Почти вся 99% серная кислота теряет SO 3 при кипении с образованием 98,3% кислоты. 98% кислота является стабильной при хранении, и обычно также называется концентрированной. Другие концентрации используются для различных целей. Данные о различных концентрации:

Химически чистая серная кислота представляет собой тяжелую бесцветную маслянистую жидкость. Продают, как правило, 96,5% — ный водный раствор плотностью 1,84 г / см 3 или так называемый «олеум», то есть раствор SO 3 в H 2 SO 4. В воде H 2 SO 4 растворяется очень хорошо (смешивается с водой в неограниченных количествах). При этом выделяется тепло, и раствор очень сильно нагревается (вплоть до кипения воды). Поэтому при добавлении воды к концентрированной серной кислоты последняя разбрызгивается вследствие быстрого преобразования воды в пар. Поэтому при разведении концентрированной H 2 SO 4 надо кислоту вливать в воду (а не наоборот!) Тонкой струей при тщательном перемешивании раствора стеклянной палочкой. Концентрированная серная кислота как и чистая вода плохо проводит ток вследствие малой дисоциациии, удельная электропроводность 1,044 · 10 -2 S / см

Химические свойства

Диссоциация в водном растворе идет в несколько этапов:

Это значение кислотности взятое в качестве основного при определении суперкислот.

Серная кислота разрушает также много органических веществ, в частности углеводы — дерево, бумага, хлопчатобумажные ткани, сахар и тому подобное. Разрушение этих веществ объясняется тем, что концентрированная серная кислота отнимает от них водород и кислород в виде воды, а углерод остается в виде пористого угля. При действии разбавленной серной кислоты на металлы, которые в электрохимическом ряду активности металлов расположены слева водорода, выделяется водород. Концентрированная серная кислота обладает сильным окислительный эффект и способна реагировать, при нагревании, даже с благородными металлами, такими как медь, ртуть и серебро, хотя при этом она не взаимодействует с железом. Поэтому для перевозки концентрированной серной кислоты используются железные цистерны.

Применение

Серная кислота является очень важным товаром химической промышленности и является индикатором ее промышленной мощности. Мировое производство в 2004 году составило около 180 млн тонн, при следующем географическом распределении: Азия 35%, Северная Америка 24%, Африка 11%, Западная Европа 10%, Восточная Европа и Россия 10%, Австралия и Океания 7%, Южная Америка 7 %. Большая часть производимой кислоты (~ 60%) расходуется на производство удобрений, суперфосфата фосфата аммония, сульфатов, сульфата аммония. Около 20% используется в химической промышленности для производства моющих средств, синтетических смол, красителей, фармацевтических препаратов, инсектицидов, антифриза, а также для различных технических процессов. Около 6% используют для производства пигментов, красок, эмалей, типографских красок. Используется также как осушитель газов.

Электролит

Серная кислота действует как электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах:

На аноде:

Pb + 3 SO2-4 ⇌ PbSO 4 + 2 e —

На катоде:

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

Катализатор

Серная кислота используется, также, для других целей в химической промышленности. Например, она кислотным катализатором для преобразования циклогексанона окси в капролактам, который используется для изготовления капрона. Она используется для изготовления соляной кислоты из соли. Серная кислота используется в нефтеперерабатывающей промышленности, в качестве катализатора реакции изобутана и изобутилена, для образования изооктана, соединения, имеет эталонное октановое число, и пригодной для создания высокооктанового бензина без металлосодержащих присадок.

Безопасность

Серная кислота едкая, хотя из-за значительной вязкость ожог может произойти за время достаточно для смывания кислоты, попавшей на кожу. В этом смысле более опасны олеум и хлорсульфоновая кислота, которые могут быстро наносить сильные ожоги. По коррозионными свойствами менее опасна чем соляная или азотная кислоты поскольку менее летучее и не очень активный окислитель при обычных температурах. Наиболее опасно попадание на открытые слизистые оболочки. Попадание в глаза может произойти при попытке разбавления концентрированной кислоты доливанием к ней воды (прямое нарушение правил обращения с концентрированной серной кислотой), при этом вода закипает и разбрызгивается вместе с кислотой. Пораженные участки промывают большим количеством воды и 5% раствором питьевой соды.

Изображения по теме

Серная кислота, H 2 SO 4 , сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике С. к. называют её смеси как с водой , так и с серным ангидридом . Если молярное отношение SO 3:Н 2 О меньше 1, то это водный раствор серной кислоты, если больше 1, - раствор SO 3 в С. к.

Физические и химические свойства

100%-ная H 2 SO 4 (моногидрат, SO 3 ×H 2 O) кристаллизуется при 10,45 °С; t kип 296,2 °С; плотность 1,9203 г/см 3 ; теплоёмкость 1,62 дж/г (К . H 2 SO 4 смешивается с Н 2 О и SO 3 в любых соотношениях, образуя соединения:

H 2 SO 4 ×4H 2 O (t пл - 28,36°С), H 2 SO 4 ×3H 2 O (t пл - 36,31°С), H 2 SO 4 ×2H 2 O (t пл - 39,60°С), H 2 SO 4 ×H 2 O (t пл - 8,48 °С), H 2 SO 4 ×SO 3 (H 2 S 2 O 7 - двусерная или пиросерная кислота, t­ пл 35,15 °С), H 2 SO×2SO 3 (H 2 S 3 O 10 - трисерная кислота, t пл 1,20 °C).

При нагревании и кипении водных растворов С. к., содержащих до 70% H 2 SO 4 , в паровую фазу выделяются только пары воды. Над более концентрированными растворами появляются и пары С. к. Раствор 98,3%-ной H 2 SO 4 (азеотропная смесь) при кипении (336,5 °С) перегоняется полностью. С. к., содержащая свыше 98,3% H 2 SO 4 , при нагревании выделяет пары SO 3 .

Концентрированная серная кислота. - сильный окислитель. Она окисляет HI и НВг до свободных галогенов; при нагревании окисляет все металлы, кроме и платиновых металлов (за исключением Pd). На холоде концентрированная С. к. пассивирует многие металлы, в том числе РЬ, Cr, Ni, сталь , чугун . Разбавленная С. к. реагирует со всеми металлами (кроме РЬ), предшествующими водороду в ряду напряжении , например: Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2 .

Как сильная кислота С. к. вытесняет более слабые кислоты из их солей, например борную кислоту из буры:

Na2B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O = Na 2 SO 4 + 4H 2 BO 3 , а при нагревании вытесняет более летучие кислоты, например:

NaNO 3 + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3 .

С. к. отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы - ОН. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной С. к. приводит к получению этилена или диэтилового эфира. Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с С. к. объясняется также их обезвоживанием. Как двухосновная, С. к. образует два типа солей: сульфаты и гидросульфаты.

Получение

Первые описания получения «купоросного масла» (т. е. концентрированной С. к.) дали итальянский учёный В. Бирингуччо в 1540 и немецкий алхимик, чьи труды были опубликованы под именем Василия Валентина в конце 16 - начале17 вв. В 1690 французские химики Н. Лемери и Н. Лефевр положили начало первому промышленному способу получения С. к., реализованному в Англии в 1740. По этому методу смесь серы и селитры сжигалась в ковше, подвешенном в стеклянном баллоне, содержавшем некоторое количество воды. Выделявшийся SO3 реагировал с водой, образуя С. к. В 1746 Дж. Робек в Бирмингеме заменил стеклянные баллоны камерами из листового свинца и положил начало камерному производству С. к. Непрерывное совершенствование процесса получения С. к. в Великобритании и Франции привело к появлению (1908) первой башенной системы. В СССР первая башенная установка была пущена в 1926 на Полевском металлургическом заводе (Урал).

Сырьём для получения С. к. могут служить: сера, серный колчедан FeS2, отходящие газы печей окислительного обжига сульфидных руд Си, РЬ, Zn и других металлов, содержащие SO 2 . В СССР основное количество С. к. получают из серного колчедана. Сжигают FeS 2 в печах, где он находится в состоянии кипящего слоя . Это достигается быстрым продуванием воздуха через слой тонко измельченного колчедана. Получаемая газовая смесь содержит SO 2 , O 2 , N 2 , примеси SO 3 , паров Н 2 О, As 2 O 3 , SiO 2 и др. и несёт много огарковой пыли, от которой газы очищаются в электрофильтрах.

С. к. получают из SO 2 двумя способами: нитрозным (башенным) и контактным. Переработка SO 2 в С. к. по нитрозному способу осуществляется в продукционных башнях - цилиндрических резервуарах (высотой 15 м и более), заполненных насадкой из керамических колец. Сверху, навстречу газовому потоку разбрызгивается «нитроза» - разбавленная С. к., содержащая нитрозилсерную кислоту NOOSO 3 H, получаемую по реакции:

N 2 O 3 + 2H 2 SO 4 = 2 NOOSO 3 H + H 2 O.

Окисление SO 2 окислами азота происходит в растворе после его абсорбции нитрозой. Водою нитроза гидролизуется:

NOOSO 3 H + H 2 O = H 2 SO 4 + HNO 2 .

Сернистый газ, поступивший в башни, с водой образует сернистую кислоту: SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 .

Взаимодействие HNO 2 и H 2 SO 3 приводит к получению С. к.:

2 HNO 2 + H 2 SO 3 = H 2 SO 4 + 2 NO + H 2 O.

Выделяющаяся NO превращается в окислительной башне в N 2 O 3 (точнее в смесь NO + NO 2). Оттуда газы поступают в поглотительные башни, где навстречу им сверху подаётся С. к. Образуется нитроза, которую перекачивают в продукционные башни. Т. о. осуществляется непрерывность производства и круговорот окислов азота. Неизбежные потери их с выхлопными газами восполняются добавлением HNO 3 .

С. к., получаемая нитрозным способом, имеет недостаточно высокую концентрацию и содержит вредные примеси (например, As). Её производство сопровождается выбросом в атмосферу окислов азота («лисий хвост», названный так по цвету NO 2).

Принцип контактного способа производства С. к. был открыт в 1831 П. Филипсом (Великобритания). Первым катализатором была платина . В конце 19 - начале 20 вв. было открыто ускорение окисления SO 2 в SO 3 ванадиевым ангидридом V 2 O 5 . Особенно большую роль в изучении действия ванадиевых катализаторов и их подборе сыграли исследования советских учёных А. Е. Ададурова, Г. К. Борескова , Ф. Н. Юшкевича и др. Современные сернокислотные заводы строят для работы по контактному методу. В качестве основы катализатора применяются окислы ванадия с добавками SiO 2 , Al 2 O 3 , K 2 O, CaO, BaO в различных соотношениях. Все ванадиевые контактные массы проявляют свою активность только при температуре не ниже ~420 °С. В контактном аппарате газ проходит обычно 4 или 5 слоев контактной массы. В производстве С. к. контактным способом обжиговый газ предварительно очищают от примесей, отравляющих катализатор. As, Se и остатки пыли удаляют в промывных башнях, орошаемых С. к. От тумана H 2 SO 4 (образующейся из присутствующих в газовой смеси SO 3 и H 2 O) освобождают в мокрых электрофильтрах. Пары H 2 O поглощаются концентрированной С. к. в сушильных башнях. Затем смесь SO 2 с воздухом проходит через катализатор (контактную массу) и окисляется до SO 3:

SO 2 + 1/2O 2 = SO 3 .

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 .

В зависимости от количества воды, поступившей в процесс, получается раствор С. к. в воде или олеум .

В 1973 объём производства С. к. (в моногидрате) составлял (млн. т): СССР - 14,9, США - 28,7, Япония - 7,1, ФРГ - 5,5, Франция - 4,4, Великобритания - 3,9, Италия - 3,0, Польша - 2,9, Чехословакия - 1,2, ГДР - 1,1, Югославия - 0,9.

Применение

Серная кислота - один из важнейших продуктов основной химической промышленности. Для технических целей выпускаются следующие сорта С. к.: башенная (не менее 75% H 2 SO 4), купоросное масло (не менее 92,5%) и олеум, или дымящая С. к. (раствор 18,5-20% SO 3 в H 2 SO 4), а также особо чистая аккумуляторная С. к. (92-94%; разбавленная водой до 26-31% служит электролитом в свинцовых аккумуляторах). Кроме того, производится реактивная С. к. (92-94%), получаемая контактным способом в аппаратуре из кварца или Pt. Крепость С. к. определяют по её плотности, измеряемой ареометром. Большая часть вырабатываемой башенной С. к. расходуется на изготовление минеральных удобрений. На свойстве вытеснять кислоты из их солей основано применение С. к. в производстве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. кислот. Концентрированная С. к. служит для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных органических соединений. Разбавленная С. к. применяется для удаления окалины с проволоки и листов перед лужением и оцинкованием, для травления металлических поверхностей перед покрытием хромом, никелем, медью и др. Она используется в металлургии - с её помощью разлагают комплексные руды (в частности, урановые). В органическом синтезе концентрированная С. к. - необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении многих красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности С. к. применяется для осушки газов, для концентрирования азотной кислоты.

Техника безопасности

В производстве серной кислоты опасность представляют ядовитые газы (SO 2 и NO 2), а также пары SO 3 и H 2 SO 4 . Поэтому обязательны хорошая вентиляция, полная герметизация аппаратуры. С. к. вызывает на коже тяжёлые ожоги, вследствие чего обращение с ней требует крайней осторожности и защитных приспособлений (очки, резиновые перчатки, фартуки, сапоги). При разбавлении надо лить С. к. в воду тонкой струей при перемешивании. Приливание же воды к С. к. вызывает разбрызгивание (вследствие большого выделения тепла).

Литература:

• Справочник сернокислотчика, под ред. Малина К. М., 2 изд., М., 1971;
• Малин К. М., Аркин Н. Л., Боресков Г. К., Слинько М. Г., Технология серной кислоты, М., 1950;
• Боресков Г. К., Катализ в производстве серной кислоты, М. - Л., 1954;
• Амелин А. Г., Яшке Е. В., Производство серной кислоты, М., 1974;
• Лукьянов П. М., Краткая история химической промышленности СССР, М., 1959.

И. К. Малина.

Где нет заводов для ее добывания - немыслимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное технические значение”

Д.И. Менделеев

Серная кислота применяется в разнообразных производствах химической промышленности:

• минеральных удобрений, пластмасс, красителей, искусственных волокон, минеральных кислот, моющих средств;
• в нефтяной и нефтехимической промышленности:

• в цветной металлургии:

• в черной металлургии:

• в целлюлозно-бумажной, пищевой и легкой промышленности (для получения крахмала, патоки, отбеливания тканей) и т.д.

Производство серной кислоты

Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным.

Контактный способ производства серной кислоты

Серную кислоту контактным способом производят в больших количествах на сернокислотных заводах.

В настоящее время основным методом производства серной кислоты является контактный, т.к. этот метод имеет преимущества перед другими:

Получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, приемлемой для всех потребителей;

I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты.

Основное сырьё

сера - S

серный колчедан (пирит) - FeS 2

сульфиды цветных металлов - Cu 2 S , ZnS , PbS

сероводород – H 2 S

Вспомогательный материал

Катализатор - оксид ванадия – V 2 O 5

II. Подготовка сырья.

Разберём производство серной кислоты из пирита FeS 2 .

1) Измельчение пирита. Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

2) Очистка пирита. После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.

III . Основные химические процессы:

4 FeS 2 + 11 O 2 t = 800° C → 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q или сжигание серы S + O 2 t ° C → SO 2

2SO 2 + O 2 400-500° С ,V2O5 , p ↔ 2SO 3 + Q

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

IV . Технологические принципы:

Принцип непрерывности;

Принцип комплексного использования сырья, использование отходов другого производства;

Принцип безотходного производства;

Принцип теплообмена;

Принцип противотока (“кипящий слой”);

Принцип автоматизации и механизации производственных процессов.

V . Технологические процессы:

Принцип непрерывности: обжиг пирита в печи →поступление оксида серы (IV ) и кислорода в очистительную систему →в контактный аппарат →подача оксида серы (VI ) в поглотительную башню.

VI . Охрана окружающей среды:

1) герметичность трубопроводов и аппаратуры

2) газоочистительные фильтры

VII . Химизм производства :

ПЕРВАЯ СТАДИЯ - обжиг пирита в печи для обжига в "кипящем слое".

Для получения серной кислоты используют, в основном,флотационный колчедан - отход производства при обогащении медных руд, содержащих смеси сернистых соединений меди и железа. Процесс обогащения этих руд происходит на Норильской и Талнахской обогатительных фабриках, которые и являются основными поставщиками сырья. Это сырье является более выгодным, т.к. серный колчедан добывают, в основном, на Урале, и, естественно, доставка его может быть очень дорогостоящей. Возможно использование серы , которая также образуется при обогащении руд цветных металлов, добываемых на рудниках. Поставщиками серы являются также ТОФ и НОФ. (обогатительные фабрики).

Уравнение реакции первой стадии

4FeS 2 + 11O 2 t = 800°C → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в "кипящем слое". Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. В “кипящем слое” не слеживаются даже самые мелкие частицы пирита. Поэтому процесс обжига происходит очень быстро. Если раньше для обжига пирита требовалось 5-6 часов, то теперь - всего несколько секунд. Притом, в “кипящем слое” можно поддерживать температуру 800°С.

За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.

Образовавшийся оксид железа Fe 2 O 3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом - сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).

Таким образом, выполняется принцип химического производства - безотходность производства.

Из печи выходит печной газ , состав которого: SO 2 , O 2 , пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.

Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа - в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз). Для удаления мелких частиц смесь направляем в электрофильтры, где идет очищение под действием тока высокого напряжения ~ 60000 В (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.

Осушку печного газа проводят в сушильной башне - снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами.

На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO 2 и кислорода О 2 .

ВТОРАЯ СТАДИЯ – каталитическое окисление SO 2 в SO 3 кислородом в контактном аппарате.

Уравнение реакции этой стадии:

2 SO 2 + O 2 400-500°С, V 2 O 5 ,p ↔ 2 SO 3 + Q

Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO 3).

Из уравнения следует, что реакция обратимая, а, значит, на этой стадии необходимо поддерживать такие условия, чтобы равновесие смещалось в сторону выхода SO 3 , иначе нарушится весь процесс. Т.к. реакция идет с уменьшением объема (3 V ↔2 V ), то необходимо повышенное давление. Повышают давление до 7-12 атмосфер. Реакция экзотермическая, поэтому, учитывая принцип Ле-Шателье, при высокой температуре этот процесс вести нельзя, т.к. равновесие сдвинется влево. Начинается реакция при температуре = 420 градусов, но благодаря многослойности катализатора (5 слоев), мы можем ее повышать до 550 градусов, что значительно ускоряет процесс. Катализатор используют ванадиевый (V 2 O 5). Он дешевый, долго служит (5-6 лет), т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он способствует сдвигу равновесия вправо.

Смесь (SO 2 и O 2) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо нагреть. В результате происходит теплообмен : исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур.

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO 3 серной кислотой в поглотительной башне.

А почему оксид серы SO 3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды - это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H 2 SO 4 ·nSO 3 .

Уравнение реакции этого процесса:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 ·nSO 3

Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.

Серная кислота - довольно тяжелая жидкость, ее плотность составляет 1,84 г/см³. Она обладает способностью вытягивать воду из газов и . При растворении серной кислоты в воде выделяется огромное количество теплоты, в результате чего возможно разбрызгивание кислоты. При попадании на кожу человека даже в малых количествах вызывает сильные ожоги. Чтобы этого избежать, нужно добавлять кислоту в воду, а не наоборот.

Получение серной кислоты

Метод, с помощью которого серную кислоту получают в промышленных масштабах, называется контактным. Сначала в специальной печи происходит обжиг влажного (двухвалентного сульфида железа). В результате такой реакции выделяется сернистый газ (двуокись серы), кислород и водяной пар, так как был использован влажный пирит. Выделившиеся газы поступают в сушильный отсек, где избавляются от паров воды, а также в специальную центрифугу, чтобы убрать все возможные примеси твердых частиц.

Далее из оксида серы (IV) при помощи реакции окисления получают серный газ. При этом используют пятивалентный как катализатор. Реакция может идти в обе стороны, она обратима. Чтобы она протекала только в одном направлении, в реакторе создаются определенные температура и давление. Серный газ растворяют в заранее подготовленной серной кислоте для получения олеума, который затем отправляется на склад готовой продукции.

Химические свойства серной кислоты

Серная кислота обладает способностью принимать электроны, это сильный окислитель. Концентрированная и разбавленная серная кислота обладают разными химическими свойствами.

Разбавленная серная кислота способна растворять металлы, которые стоят левее водорода в ряду напряжений. Среди них: цинк, магний, литий и другие. Концентрированная серная кислота может разлагать некоторые галогенные кислоты (кроме соляной, так как восстановить ион хлора серная кислота не способна).

Применение серной кислоты

Благодаря своей уникальной способности вытягивать воду , серная кислота часто применяется для осушения газов. С ее помощью производят красители, минеральные удобрения (фосфорные и азотные), дымообразующие вещества, различные синтетические моющие средства. Нередко ее используют в качестве электролита для , так как серная кислота не может растворить свинец.