Svovelsyre. Egenskaper, produksjon, bruk og pris på svovelsyre

OVR-er er spesielt uthevet i farger i artikkelen. Vær oppmerksom på dem spesiell oppmerksomhet. Disse ligningene kan vises på Unified State-eksamenen.

Fortynnet svovelsyre oppfører seg som andre syrer, og skjuler dens oksidative evner:

Og en ting til å huske på fortynnet svovelsyre: hun reagerer ikke med bly. Et stykke bly som kastes inn i fortynnet H2SO4 blir dekket med et lag av uløselig (se løselighetstabell) blysulfat og reaksjonen stopper umiddelbart.

Oksiderende egenskaper av svovelsyre

– tung oljeaktig væske, ikke-flyktig, smakløs og luktfri

På grunn av svovel i oksidasjonstilstanden +6 (høyere), får svovelsyre sterke oksiderende egenskaper.

Regel for oppgave 24 (gammel A24) ved tilberedning av svovelsyreløsninger Du bør aldri helle vann i den. Konsentrert svovelsyre skal helles i vannet i en tynn stråle under konstant omrøring.

Reaksjon av konsentrert svovelsyre med metaller

Disse reaksjonene er strengt standardiserte og følger følgende skjema:

H2SO4(kons.) + metall → metallsulfat + H2O + redusert svovelprodukt.

Det er to nyanser:

1) Aluminium, jern Og krom De reagerer ikke med H2SO4 (konsentrert) under normale forhold på grunn av passivering. Må varmes opp.

2) C platina Og gull H2SO4 (kons.) reagerer ikke i det hele tatt.

Svovel V konsentrert svovelsyre– oksidasjonsmiddel

• Dette betyr at det vil komme seg selv;
• graden av oksidasjon som svovel reduseres til avhenger av metallet.

La oss vurdere svoveloksidasjonstilstandsdiagram:

• Til -2 svovel kan bare reduseres av svært aktive metaller - i en rekke spenninger til og med aluminium.

Reaksjonene vil gå slik:

8Li+5H 2 SÅ 4( kons. .) → 4Li 2 SÅ 4 + 4H 2 O+H 2 S

4Mg + 5H 2 SÅ 4( kons. .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O+H 2 S

8Al + 15H 2 SÅ 4( kons. .) (t)→ 4Al 2 (SÅ 4 ) 3 +12H 2 O+3H 2 S

• ved interaksjon av H2SO4 (kons.) med metaller i en serie spenninger etter aluminium, men før jern, det vil si at med metaller med gjennomsnittlig aktivitet reduseres svovel til 0 :

3Mn + 4H 2 SÅ 4( kons. .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 SÅ 4( kons. .) (t)→Cr 2 (SÅ 4 ) 3 + 4H 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 SÅ 4( kons. .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O+S↓

• alle andre metaller starter med maskinvare i en rekke spenninger (inkludert de etter hydrogen, bortsett fra gull og platina, selvfølgelig), kan de bare redusere svovel til +4. Siden disse er lavaktive metaller:

2 Fe + 6 H 2 SÅ 4 (kons.) ( t)→ Fe 2 ( SÅ 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 SÅ 2

(merk at jern oksiderer til +3, høyest mulig oksidasjonstilstand, siden det er et sterkt oksidasjonsmiddel)

Cu+2H 2 SÅ 4( kons. .) → CuSO 4 + 2H 2 O+SO 2

2Ag + 2H 2 SÅ 4( kons. .) → Ag 2 SÅ 4 + 2H 2 O+SO 2

Selvfølgelig er alt relativt. Dybden av utvinning vil avhenge av mange faktorer: syrekonsentrasjon (90%, 80%, 60%), temperatur, etc. Derfor er det umulig å forutsi produkter helt nøyaktig. Tabellen ovenfor har også sin egen omtrentlige prosentandel, men du kan bruke den. Det er også nødvendig å huske at i Unified State Examination, når produktet av redusert svovel ikke er indikert og metallet ikke er spesielt aktivt, betyr kompilatorene mest sannsynlig SO 2. Du må se på situasjonen og se etter ledetråder i forholdene.

SÅ 2 - Dette er generelt et vanlig produkt av ORR med deltakelse av kons. svovelsyre.

H2SO4 (kons.) oksiderer noe ikke-metaller(som viser restaurerende egenskaper), som regel maksimalt - den høyeste graden av oksidasjon (et oksid av dette ikke-metallet dannes). I dette tilfellet reduseres svovel også til SO 2:

C+2H 2 SÅ 4( kons. .) → CO 2 + 2H 2 O+2SO 2

2P+5H 2 SÅ 4( kons. .) → S 2 O 5 +5H 2 O+5SO 2

Nydannet fosforoksid (V) reagerer med vann og produserer ortofosforsyre. Derfor registreres reaksjonen umiddelbart:

2P+5H 2 SÅ 4( kons. ) → 2H 3 P.O. 4 + 2H 2 O+5SO 2

Samme med bor, det blir til orto borsyre:

2B+3H 2 SÅ 4( kons. ) → 2H 3 B.O. 3 +3SO 2

Samspillet mellom svovel med en oksidasjonstilstand på +6 (i svovelsyre) med "annet" svovel (plassert i en annen forbindelse) er veldig interessant. Innenfor rammen av Unified State Examination vurderes samspillet mellom H2SO4 (kons.). med svovel (et enkelt stoff) og hydrogensulfid.

La oss starte med interaksjon svovel (et enkelt stoff) med konsentrert svovelsyre. I et enkelt stoff er oksidasjonstilstanden 0, i en syre er den +6. I denne ORR vil svovel +6 oksidere svovel 0. La oss se på diagrammet over oksidasjonstilstandene til svovel:

Svovel 0 vil oksidere, og svovel +6 vil reduseres, det vil si senke oksidasjonstilstanden. Svoveldioksid vil frigjøres:

2 H 2 SÅ 4 (kons.) + S → 3 SÅ 2 + 2 H 2 O

Men når det gjelder hydrogensulfid:

Både svovel (et enkelt stoff) og svoveldioksid dannes:

H 2 SÅ 4( kons. .) +H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O

Dette prinsippet kan ofte hjelpe til med å identifisere et ORR-produkt der oksidasjonsmidlet og reduksjonsmidlet er det samme elementet, i forskjellige oksidasjonstilstander. Oksydasjonsmidlet og reduksjonsmidlet "møter hverandre halvveis" i henhold til oksidasjonstilstandsdiagrammet.

H2SO4 (kons.), på en eller annen måte, interagerer med halogenider. Bare her må du forstå at fluor og klor er "selv med bart" og ORR forekommer ikke med fluorider og klorider, gjennomgår en konvensjonell ionebytterprosess der hydrogenhalogenidgass dannes:

CaCl2 + H2SO4 (konsentrert) → CaS04 + 2HCl

CaF2 + H2SO4 (konsentrert) → CaS04 + 2HF

Men halogenene i sammensetningen av bromider og jodider (så vel som i sammensetningen av de tilsvarende hydrogenhalogenidene) oksideres av det til frie halogener. Bare svovel reduseres på forskjellige måter: jodid er et sterkere reduksjonsmiddel enn bromid. Derfor reduserer jodid svovel til hydrogensulfid, og bromid til svoveldioksid:

2H 2 SÅ 4( kons. .) + 2NaBr → Na 2 SÅ 4 + 2H 2 O+SO 2 +Br 2

H 2 SÅ 4( kons. .) + 2HBr → 2H 2 O+SO 2 +Br 2

5H 2 SÅ 4( kons. .) + 8NaI → 4Na 2 SÅ 4 + 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

H 2 SÅ 4( kons. .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

Hydrogenklorid og hydrogenfluorid (så vel som deres salter) er motstandsdyktige mot den oksiderende virkningen av H2SO4 (konsentrert).

Og til slutt, den siste tingen: dette er unikt for konsentrert svovelsyre, ingen andre kan gjøre dette. Det har hun vannfjernende eiendom.

Dette gjør at konsentrert svovelsyre kan brukes på en rekke måter:

Først tørking av stoffer. Konsentrert svovelsyre fjerner vann fra stoffet og det «blir tørt».

For det andre, en katalysator i reaksjoner der vann elimineres (for eksempel dehydrering og esterifisering):

H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (kons.)) → H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O

H 3 C–CH 2 –OH (H 2 SO 4 (kons.)) → H 2 C =CH 2 + H 2 O

H2SO4,lat. Acidum sulfuricum er en sterk dibasisk syre, molar masse ca 98 g/mol.

Ren svovelsyre er en fargeløs, luktfri, kaustisk oljeaktig væske med en tetthet på 1,84 g/cm3, som blir til en fast krystallinsk masse ved 10,4°C. Kokepunkt vandige løsninger svovelsyre øker med økende konsentrasjon og når et maksimum ved et innhold på ca. 98 % H2SO4.

Konsentrert svovelsyre reagerer veldig voldsomt med vann, da den frigjør en stor mengde varme (19 kcal per mol syre) på grunn av dannelsen av hydrater. Av denne grunn bør du alltid fortynne svovelsyre ved å helle den i vann, og ikke omvendt.

Svovelsyre er svært hygroskopisk, det vil si at den absorberer godt vanndamp fra luften, derfor kan den brukes til å tørke gasser som ikke reagerer med den. Hygroskopisitet forklarer også forkulling av organiske stoffer, for eksempel sukker eller tre, når de utsettes for konsentrert svovelsyre. I dette tilfellet dannes svovelsyrehydrater. På grunn av sin lave flyktighet brukes den også til å fortrenge andre, mer flyktige syrer fra deres salter.

Konsentrert svovelsyre er et sterkt oksidasjonsmiddel. Det oksiderer metaller i spenningsserien til og med sølv, og reaksjonsproduktene avhenger av forholdene for dets oppførsel og aktiviteten til selve metallet. Det danner to serier av salter: medium - sulfater og sure - hydrosulfater, så vel som etere.

Fortynnet svovelsyre interagerer med alle metaller som ligger i den elektrokjemiske spenningsserien til venstre for hydrogen (H), og frigjør H2 som er ukarakteristiske for den.

I industrien produseres svovelsyre ved to metoder: kontaktmetoden ved bruk av faste katalysatorer (kontakter), og salpetermetoden - med nitrogenoksider. Råvarene er svovel, metallsulfider, etc. Flere kvaliteter av syre produseres, avhengig av renhet og konsentrasjon: batteri (den reneste), teknisk, tårn, olje av vitriol, oleum (en løsning av svovelsyreanhydrid i svovelsyre).

Bruk av svovelsyre:

• Produksjon mineralgjødsel- største bruksområde
• Elektrolytt i blybatterier
• Produksjon av syntetisk vaskemidler,fargestoffer, plast, hydrogenfluorid og andre reagenser
• Malmfornyelse i gruveindustrien
• Rensing av petroleumsprodukter
• Metallbearbeiding, tekstil, lær og annen industri
• Produksjon av legemidler
• I næringsmiddelindustrien registrert som tilsetningsstoff E513
• Industriell organisk syntese

Anvendelse av svovelsyre i industrien

Næringsmiddelindustrien er kjent med svovelsyre i form av mattilsetning E513. Syren fungerer som en emulgator. Dette mattilsetning brukes til å lage drinker. Med dens hjelp reguleres surheten. I tillegg til mat er E513 inkludert i mineralgjødsel. Bruken av svovelsyre i industrien er utbredt. Industriell organisk syntese bruker svovelsyre til å utføre følgende reaksjoner: alkylering, dehydrering, hydrering. Ved hjelp av denne syren blir den gjenopprettet nødvendig mengde harpiks på filtre som brukes i produksjon av destillert vann.

Bruk av svovelsyre i hverdagen

Svovelsyre hjemme er etterspurt blant bilentusiaster. Prosessen med å tilberede en elektrolyttløsning for et bilbatteri er ledsaget av tilsetning av svovelsyre. Når du arbeider med denne syren, bør du huske sikkerhetsregler. Hvis syre kommer i kontakt med klær eller åpne områder hud, bør du vaske dem umiddelbart rennende vann. Svovelsyre som har sølt på metall kan nøytraliseres med kalk eller kritt. Når du fyller på et bilbatteri, må du følge en bestemt sekvens: tilsett gradvis syre til vann, og ikke omvendt. Når vann reagerer med svovelsyre, blir væsken veldig varm, noe som kan føre til at den spruter. Derfor bør du være spesielt forsiktig så du ikke får væsken i ansiktet eller øynene. Syren skal oppbevares i en tett lukket beholder. Det er viktig at kjemikaliet oppbevares utilgjengelig for barn.

Bruk av svovelsyre i medisin

Svovelsyresalter er mye brukt i medisin. For eksempel er magnesiumsulfat foreskrevet til folk for å oppnå en avføringseffekt. Et annet derivat av svovelsyre er natriumtiosulfat. Medisin brukes som motgift ved inntak av følgende stoffer: kvikksølv, bly, halogener, cyanid. Natriumtiosulfat sammen med saltsyre brukes til å behandle dermatologiske sykdommer. Professor Demjanovich foreslo en kombinasjon av disse to legemidlene for behandling av skabb. I form av en vandig løsning administreres natriumtiosulfat til personer som lider av allergiske sykdommer.

Magnesiumsulfat har et bredt spekter av egenskaper. Derfor brukes den av leger av forskjellige spesialiteter. Magnesiumsulfat administreres til pasienter med hypertensjon som et krampestillende middel. Hvis en person har galleblæresykdom, administreres stoffet oralt for å forbedre gallesekresjonen. Bruk av svovelsyre i medisin i form av magnesiumsulfat i gynekologisk praksis er vanlig. Gynekologer hjelper kvinner i fødsel ved å administrere magnesiumsulfat intramuskulært, på denne måten lindrer de smerter under fødsel. I tillegg til alle de ovennevnte egenskapene har magnesiumsulfat en antikonvulsiv effekt.

Anvendelse av svovelsyre i produksjonen

Svovelsyre, hvis bruksområder er varierte, brukes også til produksjon av mineralgjødsel. For mer praktisk samarbeid er fabrikker som produserer svovelsyre og mineralgjødsel hovedsakelig lokalisert nær hverandre. Dette øyeblikket skaper kontinuerlig produksjon.

Bruken av svovelsyre i produksjonen av fargestoffer og syntetiske fibre rangerer på andreplass i popularitet etter produksjon av mineralgjødsel. Mange industrier bruker svovelsyre i noen produksjonsprosesser. Bruken av svovelsyre har funnet etterspørsel i hverdagen. Folk bruker kjemikaliet til å betjene bilene sine. Du kan kjøpe svovelsyre i butikker som spesialiserer seg på salg kjemikalier, inkludert lenken vår. Svovelsyre transporteres i henhold til reglene for transport av slik last. Jernbane eller veitransport transporterer syre i passende beholdere. I det første tilfellet fungerer en tank som en beholder, i det andre - en tønne eller beholder.

Funksjoner ved bruk og biologisk fare

Svovelsyre og relaterte produkter er ekstremt giftige stoffer, som er tilordnet fareklasse II. Deres damp påvirker luftveiene, huden, slimhinnene, og forårsaker pustevansker, hoste og ofte laryngitt, luftrørsbetennelse og bronkitt. Maksimal tillatt konsentrasjon av svovelsyredamp i luften arbeidsområde produksjonslokaler- 1 mg/m3. Personer som arbeider med giftige syrer er utstyrt med spesielle klær og personlig verneutstyr. Konsentrert svovelsyre kan forårsake kjemiske brannskader ved uforsiktig håndtering.

Ved inntak av svovelsyre, umiddelbart etter inntak, oppstår skarpe smerter i munnen og hele fordøyelseskanalen, kraftige oppkast blandet med først skarlagensrødt blod og deretter brune masser. Samtidig med oppkast begynner en kraftig hoste. En skarp hevelse i strupehodet og stemmebåndene utvikler seg, noe som forårsaker alvorlige pustevansker. Pupillene utvider seg, og ansiktets hud får en mørkeblå farge. Det er et fall og svekkelse av hjerteaktiviteten. Døden inntreffer ved en dose på 5 milligram. Ved svovelsyreforgiftning er akutt mageskylling og magnesiuminntak nødvendig.

Svovelsyre, H2SO4, en sterk dibasisk syre som tilsvarer den høyeste oksidasjonstilstanden til svovel (+6). Under normale forhold er det en tung oljeaktig væske uten farge eller lukt. Innen teknologi kalles svovelsyre dens blanding med både vann og svovelsyreanhydrid. Hvis molforholdet SO3:H2O er mindre enn 1, er det en vandig løsning av svovelsyre, hvis det er større enn 1, er det en løsning av SO3 i svovelsyre.

Naturlige forekomster av naturlig svovel er relativt små. Totalt svovelinnhold i jordskorpen er 0,1 %. Svovel finnes i olje, kull, brennbare gasser og røykgasser. Svovel finnes oftest i naturen i form av forbindelser med sink, kobber og andre metaller. Det skal bemerkes at andelen svovelkis og svovel i den totale balansen av svovelsyreråmaterialer er gradvis avtagende, og andelen svovel som utvinnes fra ulike avfall øker gradvis. Mulighetene for å få svovelsyre fra avfall er svært betydelige. Bruk av avgasser fra ikke-jernholdig metallurgi gjør det mulig å oppnå, uten spesielle kostnader i svovelsyresystemer, brenning av svovelholdige råvarer.

Fysisk og kjemiske egenskaper svovelsyre

Hundre prosent H2SO4 (SO3 x H2O) kalles monohydrat. Forbindelsen røyker ikke, og i konsentrert form ødelegger ikke jernholdige metaller, samtidig som den er en av de sterkeste syrene;

• stoffet har en skadelig effekt på plante- og dyrevev, tar bort vannet deres, som et resultat av at de blir forkullet.
• krystalliserer ved 10,45°C;
• tkip 296,2 "C;
• tetthet 1,9203 g/cm3;
• varmekapasitet 1,62 J/g.

Svovelsyre blandes med H2O og SO3 i alle forhold, og danner forbindelser:

• H2SO4 x 4 H2O (smp. - 28,36 "C),
• H2SO4 x 3 H2O (smp. - 36,31 "C),
• H2SO4 x 2 H2O (smp. - 39,60 "C),
• H2SO4 x H2O (smelte - 8,48 "C),
• H2SO4 x SO3 (H2S2O7 - disulfuric eller pyrosulfuric acid, smeltepunkt 35,15 "C) - oleum,
• H2SO x 2 SO3 (H2S3O10 - trisvovelsyre, smeltepunkt 1,20 "C).

Når vandige løsninger av svovelsyre som inneholder opptil 70 % H2SO4 varmes opp og kokes, frigjøres kun vanndamp inn i dampfasen. Svovelsyredamp vises også over mer konsentrerte løsninger. En løsning av 98,3 % H2SO4 (azeotropisk blanding) ved koking (336,5 °C) destilleres fullstendig. Svovelsyre som inneholder over 98,3 % H2SO4 frigjør SO3-damp ved oppvarming.
Konsentrert svovelsyre er et sterkt oksidasjonsmiddel. Den oksiderer HI og HBr til frie halogener. Ved oppvarming oksiderer den alle metaller unntatt Au og platinametaller (unntatt Pd). I kulden passiverer konsentrert svovelsyre mange metaller, inkludert Pb, Cr, Ni, stål og støpejern. Fortynnet svovelsyre reagerer med alle metaller (unntatt Pb) foran hydrogen i spenningsserien, for eksempel: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

Hvordan den sterke syren H2SO4 fortrenger svakere syrer fra deres salter, for eksempel borsyre fra boraks:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O = Na2SO4 + 4 H2BO3,

og når den varmes opp, fortrenger den mer flyktige syrer, for eksempel:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3.

Svovelsyre fjerner kjemisk bundet vann fra organiske forbindelser som inneholder hydroksylgrupper - OH. Dehydrering av etylalkohol i nærvær av konsentrert svovelsyre produserer etylen eller dietyleter. Forkulling av sukker, cellulose, stivelse og andre karbohydrater ved kontakt med svovelsyre skyldes også deres dehydrering. Som en dibasisk syre danner svovelsyre to typer salter: sulfater og hydrosulfater.

Råvarer for produksjon av svovelsyre

Råvarene for produksjon av svovelsyre kan være: svovel, svovelkis FeS2, avgasser fra ovner for oksidativ brenning av sulfidmalmer av Zn, Cu, Pb og andre metaller som inneholder SO2. I Russland oppnås hovedmengden svovelsyre fra svovelkis. FeS2 brennes i ovner, hvor den er i fluidisert sjikttilstand. Dette oppnås ved å raskt blåse luft gjennom et lag med finmalt svovelkis. Den resulterende gassblandingen inneholder SO2, O2, N2, SO3 urenheter, H2O-damper, As2O3, SiO2 og andre, og bærer mye slaggstøv, hvorfra gassene renses i elektriske utfellere.

Metoder for fremstilling av svovelsyre

Svovelsyre oppnås fra SO2 på to måter: salpeter (tårn) og kontakt.

Nitrosemetoden

Behandlingen av SO2 til svovelsyre ved bruk av salpetermetoden utføres i produksjonstårn - sylindriske tanker (15 m eller mer i høyden) fylt med en pakning av keramiske ringer. "Nitrose" sprayes ovenfra mot gasstrømmen - fortynnet svovelsyre som inneholder nitrosyl svovelsyre NOOSO3H, oppnådd ved reaksjonen:

N2O3 + 2 H2SO4 = 2 NOOSO3H + H2O.

Oksidasjon av SO2 med nitrogenoksider skjer i løsning etter absorpsjon av nitrose. Nitrose hydrolyseres av vann:

NOOSO3H + H2O = H2SO4 + HNO2.

Svoveldioksid som kommer inn i tårnene danner svovelsyre med vann:

SO2 + H2O = H2SO3.

Samspillet mellom HNO2 og H2SO3 fører til produksjon av svovelsyre:

2 HNO2 + H2SO3 = H2SO4 + 2 NO + H2O.

Det frigjorte NO omdannes i oksidasjonstårnet til N2O3 (nærmere bestemt til en blanding av NO + NO2). Derfra går gassene inn i absorpsjonstårn, hvor svovelsyre tilføres ovenfra for å møte dem. Det dannes nitrose som pumpes inn i produksjonstårn. Dette sikrer kontinuitet i produksjon og sirkulasjon av nitrogenoksider. Deres uunngåelige tap med eksosgasser kompenseres ved tilsetning av HNO3.

Svovelsyre produsert ved salpeter-metoden er lite konsentrert og inneholder skadelige urenheter (for eksempel As). Produksjonen er ledsaget av frigjøring av nitrogenoksider i atmosfæren ("revehale", oppkalt etter fargen på NO2).

Kontaktmetode

Prinsippet for kontaktmetoden for produksjon av svovelsyre ble oppdaget i 1831 av P. Philips (Storbritannia). Den første katalysatoren var platina. På slutten av det 19. - begynnelsen av det 20. århundre. akselerasjonen av oksidasjonen av SO2 til SO3 med vanadiumanhydrid V2O5 ble oppdaget. En spesielt viktig rolle i å studere virkningen av vanadiumkatalysatorer og deres valg ble spilt av studiene til sovjetiske forskere A. E. Adadurov, G. K. Boreskov, F. N. Yushkevich.

Moderne svovelsyreanlegg er bygget for å operere ved hjelp av kontaktmetoden. Vanadiumoksider med tilsetningsstoffer SiO2, Al2O3, K2O, CaO, BaO i forskjellige forhold brukes som katalysatorbase. Alle vanadium-kontaktmasser viser sin aktivitet kun ved en temperatur som ikke er lavere enn ~420 "C. I kontaktapparatet passerer gassen vanligvis gjennom 4 eller 5 lag kontaktmasse. Ved produksjon av svovelsyre ved kontaktmetode vil brennegassen er foreløpig renset fra urenheter som forgifter katalysatoren, og det gjenværende støvet fjernes i vasketårn som er vannet med svovelsyre. Fra tåken frigjøres svovelsyre (dannet fra SO3 og H2O tilstede i gassblandingen). utfellere H2O-damper absorberes av konsentrert svovelsyre i tørketårn. Deretter passerer blandingen av SO2 og luft gjennom katalysatoren (. kontaktmasse) og oksiderer til SO3.

SO2 + 1/2 O2 = SO3.

SO3 + H2O = H2SO4.

Avhengig av mengden vann som kommer inn i prosessen, oppnås en løsning av svovelsyre i vann eller oleum.
Gjennom denne metoden For tiden produseres omtrent 80 % av verdens H2SO4.

Påføring av svovelsyre

Svovelsyre kan brukes til å rense petroleumsprodukter fra svovelholdige, umettede organiske forbindelser.

Innen metallurgi brukes svovelsyre til å fjerne avleiringer fra tråd, samt plater før fortinning og galvanisering (fortynnet), for beising av div. metalloverflater før du belegger dem med krom, kobber, nikkel, etc. Komplekse malmer (spesielt uran) dekomponeres også ved bruk av svovelsyre.

I organisk syntese er konsentrert svovelsyre en nødvendig komponent i nitrerende blandinger, så vel som et sulfoneringsmiddel i fremstillingen av mange fargestoffer og medisinske stoffer.

Svovelsyre er mye brukt til produksjon av gjødsel, etylalkohol, kunstfiber, kaprolaktam, titandioksid, anilinfargestoffer og en rekke andre kjemiske forbindelser.

Brukt svovelsyre (avfall) brukes i den kjemiske, metallurgiske, trebearbeidings- og annen industri. Batterisvovelsyre brukes i produksjon av blysyre-kraftkilder.

DEFINISJON

Vannfri svovelsyre er en tung, tyktflytende væske som er lett blandbar med vann i alle forhold: interaksjonen er preget av en ekstremt stor eksoterm effekt (~880 kJ/mol ved uendelig fortynning) og kan føre til eksplosiv koking og sprut av blandingen hvis vann er tilsatt til syren; Dette er grunnen til at det er så viktig å alltid snu rekkefølgen når du tilbereder løsninger og tilsett syren til vannet, sakte og under omrøring.

Noen fysiske egenskaper til svovelsyre er gitt i tabellen.

Vannfri H 2 SO 4 er en bemerkelsesverdig forbindelse med en uvanlig høy dielektrisitetskonstant og meget høy elektrisk ledningsevne, som skyldes ionisk autodissosiasjon (autoprotolyse) av forbindelsen, samt en reléledningsmekanisme med protonoverføring, som sikrer forekomst av elektrisk strøm gjennom en viskøs væske med et stort antall hydrogenbindinger.

Tabell 1. Fysiske egenskaper svovelsyre.

Fremstilling av svovelsyre

Svovelsyre er det viktigste industrielle kjemikaliet og den billigste syren produsert i store volum hvor som helst i verden.

Konsentrert svovelsyre ("olje av vitriol") ble først oppnådd ved å varme opp "grønn vitriol" FeSO 4 ×nH 2 O og konsumert i store mengder for å oppnå Na 2 SO 4 og NaCl.

I moderne prosess For å produsere svovelsyre brukes en katalysator bestående av vanadium(V)oksid med tilsetning av kaliumsulfat på en bærer av silisiumdioksid eller kiselgur. Svoveldioksid SO2 produseres ved å brenne rent svovel eller ved å brenne sulfidmalm (først og fremst pyritt eller malmer av Cu, Ni og Zn) i prosessen med å ekstrahere disse metallene oksideres deretter til trioksid, og svovelsyre oppnås ved å løses opp i vann:

S + O2 -> SO2 (AH 0 - 297 kJ/mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (AH 0 - 9,8 kJ/mol);

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0 - 130 kJ/mol).

Kjemiske egenskaper til svovelsyre

Svovelsyre er en sterk dibasisk syre. I det første trinnet, i løsninger med lav konsentrasjon, dissosieres det nesten fullstendig:

H 2 SO 4 ↔ H + + HSO 4 - .

Andre trinns dissosiasjon

HSO 4 — ↔H + + SO 4 2-

forekommer i mindre grad. Dissosiasjonskonstanten til svovelsyre i andre trinn, uttrykt i form av ioneaktivitet, K 2 = 10 -2.

Som en dibasisk syre danner svovelsyre to serier salter: medium og sur. Gjennomsnittlige salter av svovelsyre kalles sulfater, og sure salter kalles hydrosulfater.

Svovelsyre absorberer grådig vanndamp og brukes derfor ofte til å tørke gasser. Evnen til å absorbere vann forklarer også forkullingen av mange organiske stoffer, spesielt de som tilhører klassen karbohydrater (fiber, sukker, etc.), når de utsettes for konsentrert svovelsyre. Svovelsyre fjerner hydrogen og oksygen fra karbohydrater, som danner vann, og karbon frigjøres i form av kull.

Konsentrert svovelsyre, spesielt varm, er et kraftig oksidasjonsmiddel. Den oksiderer HI og HBr (men ikke HCl) til frie halogener, kull til CO 2, svovel til SO 2. Disse reaksjonene uttrykkes ved ligningene:

8HI + H2S04 = 4I2 + H2S + 4H20;

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H20;

C + 2H2SO4 = CO2 + 2S02 + 2H20;

S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O.

Samspillet mellom svovelsyre og metaller skjer forskjellig avhengig av konsentrasjonen. Fortynnet svovelsyre oksiderer med sitt hydrogenion. Derfor samhandler den bare med de metallene som er i spenningsserien bare opp til hydrogen, for eksempel:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Bly løses imidlertid ikke opp i fortynnet syre fordi det resulterende saltet, PbSO 4, er uløselig.

Konsentrert svovelsyre er et oksidasjonsmiddel på grunn av svovel (VI). Den oksiderer metaller i spenningsområdet opp til og med sølv. Produktene av dets reduksjon kan variere avhengig av aktiviteten til metallet og forholdene (syrekonsentrasjon, temperatur). Ved interaksjon med lavaktive metaller, som kobber, reduseres syren til SO 2:

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Ved interaksjon med mer aktive metaller kan reduksjonsproduktene være både dioksid og fritt svovel og hydrogensulfid. For eksempel, når du samhandler med sink, kan følgende reaksjoner oppstå:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H20;

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H20;

4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O.

Påføring av svovelsyre

Bruken av svovelsyre varierer fra land til land og fra tiår til tiår. For eksempel, i USA, er hovedområdet for H 2 SO 4-forbruk for tiden produksjon av gjødsel (70%), etterfulgt av kjemisk produksjon, metallurgi og oljeraffinering (~5% i hvert område). I Storbritannia er fordelingen av forbruket forskjellig etter industri: bare 30 % av produsert H2SO4 brukes til produksjon av gjødsel, men 18 % går til maling, pigmenter og halvprodukter fra fargestoffproduksjon, 16 % til kjemisk produksjon, 12 % til produksjon av såper og vaskemidler, 10 % til produksjon av naturlige og kunstige fibre og 2,5 % brukes i metallurgi.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Svovelsyre er mye brukt i nasjonal økonomi og er hovedproduktet til den grunnleggende kjemiske industrien. I denne forbindelse er det en kontinuerlig økning i produksjonen av svovelsyre. Således, hvis verdensproduksjonen av svovelsyre i 1900 utgjorde 4,2 millioner tonn, ble det i 1937 produsert 18,8 millioner tonn, og i 1960 - mer enn 47 millioner tonn.
For tiden Sovjetunionen Den er nummer to i verden i produksjon av svovelsyre. I 1960 ble det produsert 5,4 millioner gram svovelsyre i USSR I 1965 vil produksjonen av svovelsyre bli doblet sammenlignet med 1958.
Bruksområdene for svovelsyre skyldes dens egenskaper og lave kostnader. Svovelsyre er en sterk, ikke-flyktig og holdbar syre, som ved moderate temperaturer har svært svake oksiderende og sterke vannfjernende egenskaper.

Hovedforbrukeren av svovelsyre er produksjon av mineralgjødsel - superfosfat og ammoniumsulfat. For eksempel, for å produsere bare ett tonn superfosfat (fra fluorapatitt), som ikke inneholder hygroskopisk vann, forbrukes 600 kg 65 % svovelsyre. Produksjonen av mineralgjødsel bruker omtrent halvparten av all syre som produseres.
En betydelig mengde svovelsyre forbrukes under behandlingen av flytende drivstoff - for å rense parafin, parafin, smøreoljer fra svovel og umettede forbindelser, og under behandlingen av kulltjære. Det brukes også til rensing av ulike mineraloljer og fett.
Svovelsyre er mye brukt i forskjellige organiske synteser, for eksempel for sulfonering av organiske forbindelser - i produksjon av sulfonsyrer, forskjellige fargestoffer og sakkarin. Til dette formål brukes både konsentrert syre og rykende syre, samt klorsulfonsyre. Svovelsyre brukes som vannfjernende middel i nitreringsreaksjoner - i produksjon av nitrobenzen, nitrocellulose, nitroglyserin, etc.
Som en ikke-flyktig syre, er svovelsyre i stand til å fortrenge flyktige syrer fra deres salter, som brukes i produksjonen av hydrogenfluorid, hydrogenklorid og perklorsyre.
Svovelsyre brukes ofte i bearbeiding (dekomponering) av visse malmer og konsentrater, som titan, zirkonium, vanadium og noen ganger niob, litium og noen andre metaller. Siden konsentrert svovelsyre koker på ganske høy temperatur og har praktisk talt ingen effekt på støpejern og stål, kan denne dekomponeringen utføres ganske fullstendig ved å bruke billig utstyr laget av disse materialene.
Fortynnet varm svovelsyre løser opp metalloksider godt, og den brukes til såkalt etsing av metaller - rensing av dem< особенно железа, от окислов.
Svovelsyre er et godt tørkemiddel og er mye brukt til dette formål i laboratorier og industri. Restfuktigheten ved bruk av 95 % svovelsyre er lik 0,003 mg vanndamp per 1 liter tørket gass.