Серная кислота

Разбавленная серная кислота взаимодействует с некоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделением водорода: Fe+H 2 SO 4 =FeSO 4 +H 2 Некоторые малоактивные металлы, такие как медь, серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Она окисляет многие металлы.

Продуктами восстановления кислоты обычно являются оксиды серы (IV), сероводород и сера (Н 2 S и S образуются в реакциях кислоты с активными металлами – магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Примеры реакций: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 +2H 2 O Mg+2H 2 SO 4 =MgSO 4 +SO 2 +2H 2 O или 4Mg+5H 2 SO 4 =4MgSO 4 +H 2 S+4H 2 O Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) не взаимодействует с железом в результате пассивации металла.

Явление пассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошной пленки, состоящей из оксидов или других соединений, которые препятствуют контакту металла с кислотой.

Благодоря пассивации можно хранить и перевозить концентрированную серную кислоту в стальной таре.

Концентрированная серная кислота пассивирует также аллюминий, никель, хром, титан. 2. Взаимодействие с неметаллами.

Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например: S+2H 2 SO 4 =3SO 2 +2H 2 O Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут проявляться в реакциях с некоторыми сложными веществами – востановителями, например: 2KBr+2H 2 SO 4 =Br 2 +SO 2 +K 2 SO 4 +2H 2 O 3. Взаимодействия с основными оксидами и основаниями.

Серная кислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновная кислота H 2 SO 4 образует два типа солей: средние соли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты.

Примеры реакций: Al 2 O 3 +3H 2 SO 4 =Al 2 (SO 4 ) 3 +3Н 2 О сульфат алюминия 2КОН+Н 2 SO 4 =K 2 SO 4 +2H 2 O сульфат калия КОН+Н 2 SO+=KHSO 4 +H 2 O гидросульфат калия Гидросульфаты образуются, когда кислота берется в избытке.

Многие соли серной кислоты выделяются из растворов в виде кристаллогидратов, например Al 2 (SO 4 ) 3 18Н 2 О Na 2 SО 4 10Н 2 О 4. Взаимодействие с солями. С некоторыми солями серная кислота вступает в реакции обмена, например: СаСО 3 +Н 2 SO 4 =CaSO 4 +СО 2 +Н 2 О ВаСl 2 +H 2 SO 4 =BaSO 4 +2HCl Последняя реакция является качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белого осадка ВаSO 4 , который практически не растворяется в концентрированой азотной кислоте. 5. Взаимодействие с водой. При растворении в воде серная кислота активно взаимодействует с ней, образуя гидраты: nH 2 O+H 2 SO 4 =H 2 SO 4 nH 2 O Благодоря способности связывать воду, серная кислота является хорошим осушителем.

Многие органические вещества, содержащие водород и кислород (бумага, древесина, ткани, сахара), при дествии серной кислоты обугливаются в результате связывания кислотой воды.

Например: процесс обугливания сахара С 12 Н 22 О 11 можно описать следующим уравнением: nC 12 H 22 O 11 + H 2 SO 4 =12 nC 6. Диссоциация кислоты. В водных растворах серная кислота диссоциирует на ионы В водном растворе серная кислота является очень сильнойона диссоциирована практически полностью по юбоим ступеням.

Безводная серная кислота диссоциирует в незначительной степени, т.е. является слабой.

Производство серной кислоты. Весь процесс можно разбить на три последовательные стадии: получение диоксида серы, окисление его до триоксида и поглощение триоксида серы. 1. Получение диоксида серы . Наиболее распространенным сырьем для получения SO 2 является пирит FeS 2 , который подвергается обжигу: 4FeS 2 +11O 2 =2FeO 2 +8SO 2 Обжиг производят в специальной печи.В печь снизу под давлением подается воздух с такой скоростью, чтобы слой раздробленного пирита разрыхлялся, но частицы твердого вещества не уносились потоком воздуха и обжиговых газов. Такой способ обжига называется обжигом в кипящем слое, так как слой твердого вещества похож на кипящую жидкость. В результате обжига пирита получается обжиговый газ, который, кроме диоксида серы, содержит кислород, азот, пары воды и другие примеси.

Некотрые из этих примесей вредны для последующих процессов производства серной кислоты, поэтому обжиговый газ подвергается тщательной очистке от твердых частиц (пыли) и влаги.

Осушение газа проводится концентрированной серной кислотой.

Иногда в качестве сырья для получения серной кислоты используют диоксид серы, содержащийся в отходящих газах других производств или полученный сжиганием серы. 2.Получение триоксида серы.

Вторая стадия производства серной кислоты – окисление диоксида серы кислородом воздуха до триоксида. В настоящее время этот процесс осуществляется контактныи способом: окисление производится при температуре 400- 600°С в присутствии катализаторов (платина, оксид ванадия(V) V 2 O 5 или оксид железа(III) Fe 2 O 3 ). Этот процесс экзотермический.

Выделяющаяся теплота используется для подогрева обжигового газа. 3.Прглощение триоксида серы.

Полученный оксид серы (VI) поступает в поглотительную башню, стенки которой орошаются концентрированной серной кислотой(массовая доля H 2 SO 4 98%). Поглощение триоксида серы водой неэффективно:образуется «туман» из мелких капелек серной кислоты, который долго концентрируется.

Конечный продукт производства – раствор SO 3 в серной кислоте, называемый олеумом. Он может быть разбавлен водой до серной кислоты нужной концентрации.

Применение.

Серная кислота – важнейший продукт химической промышленности. Она находит примерение в производстве минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатых веществ, в металлургии при получении меди, никеля, урана и других металлов.

Используется ка осушител ь газов.

Большое практическое применение из солей серной кислоты имеют различные сульфаты.

Медный и железный купоросы CuSO 4 5H 2 O и FeSO 4 7H 2 O используются в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве красок, для пропитки древесины в качестве антисептического средства.

Купоросами называют кристаллогидраты сульфатов некоторых металлов (меди, железа, цинка, никеля). Гипс CaSO 4 2H 2 O и сульфат кальция СаSO4 используют в строительстве, медицине и других облостях. Из гипса при прокаливании получают алебастр СаSO4 0,5H 2 O: CaS О 4 2H 2 O=CaSO 4 0,5H 2 O+1,5H 2 O Алебастр, смешааный с водой, быстро затвердевает, превращаясь в гипс: Са SO 4 0,5H 2 O+1,5H 2 O=CaSO 4 2H 2 O Сульфат натрия N 2 SO 4 используется в производстве стекла.

Сульфат натрия входит в состав природного минерала Na 2 SO 4 10H 2 O – глауберовой соли, или мирабилита.

Сульфаты калия или аммония применяют как удобрения.