серная кислотаФизические свойства серной кислоты:
Тяжелая маслянистая жидкость (“купоросное масло”);
плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде – с сильным нагревом; t°пл. = 10,3°C, t°кип. = 296°С, очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара).

Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.

обращение с серной кислотой вливать в воду

Промышленное производство серной кислоты (контактный способ):

производство серной кислоты1)      4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2)      2SO2 + O2 V2O5→ 2SO3

3)      nSO3 + H2SO4 → H2SO4·nSO3 (олеум)

Измельчённый очищенный влажный пирит (серный колчедан) сверху засыпают в печь для обжига в “кипящем слое“. Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Газ очищают от примесей твёрдых частиц (в циклоне и электрофильтре) и паров воды (в сушильной башне).
В контактном аппарате происходит окисление сернистого газа с использованием катализатора V2O5 ( пятиокись ванадия) для увеличения скорости реакции. Процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому подбирают оптимальные условия протекания прямой реакции – повышенное давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема) и температура не выше 500 С ( т.к реакция экзотермическая).

В поглотительной башне происходит поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой.
Поглощение водой не используют, т.к оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, поэтому образующаяся  серная кислота закипает и превращается в пар. Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3

Химические свойства серной кислоты:

H2SO4 – сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1)  В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:
H2SO4 = H+ + HSO4;
HSO4 = H+ + SO42-.
Суммарное уравнение:
H2SO4 = 2H+ + SO42-.

2)  Взаимодействие серной кислоты с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn0 + H2+1SO4(разб) → Zn+2SO4 + H2

3)    Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

4)    Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O

5)     Обменные реакции с солями:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H2SO4 :

1)     Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S+4O2, S0 или H2S-2  в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует  с Fe, Al, Cr – пассивация.  При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe0 Fe3+, Cr0 Cr3+, Mn0 Mn4+,Sn0 Sn4+

концентрированная серная кислота с металли

Активный металл

8 Al + 15 H2SO4(конц.)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S
4│2Al0 – 6e → 2Al3+ – окисление
3│ S6+ + 8e → S2– восстановление

4Mg+ 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S­ + 4H2O

Металл средней активности

2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S
1│ 2Cr0 – 6e →2Cr3+– окисление
1│ S6+ + 6e → S0 – восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H2SO4(конц.)→ Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2
1│ 2Bi0 – 6e → 2Bi3+ – окисление
3│ S6+ + 2e →S4+ – восстановление

2Ag + 2H2SO4 →Ag2SO4 + SO2­ + 2H2O

 2)     Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S+4O2:

С + 2H2SO4(конц) → CO2­ + 2SO2­ + 2H2O

S+ 2H2SO4(конц) → 3SO2­ + 2H2O

2P+ 5H2SO4(конц)→5SO2­ + 2H3PO4 + 2H2O

3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н2SO4 = К24 + SO2 + Вr2 + 2Н2О
2 КI + 2Н24 = К2SO4 + SO2 +  I2 + 2Н2О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСl

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2↑ + 6CO2↑.

концентрированная серная кислота обугливание сахара


Комментарии:

  23 комментария в “Серная кислота – химические свойства и промышленное производство”

   
© 2013 HimEge.ru
Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.
www.megastock.ru https://passport.webmoney.ru/asp/CertView.asp?wmid=288124375050
Проверить аттестат

Подготовка к ЕГЭ по химии

Ваши вопросы, предложения и пожелания отправляйте на info@HimEge.ru