Sumporne kiseline, H 2 SO 4, jaka dvobazna kiselina, koja odgovara najviši stupanj oksidacija sumpora (+6). U normalnim uvjetima, to je teška uljasta tekućina bez boje i mirisa. Sumporna kiselina se u tehnici naziva smjesa vode i sumpornog anhidrida. Ako je molarni omjer SO 3:H 2 O manji od 1, tada se radi o vodenoj otopini sumporne kiseline; ako je veći od 1, to je otopina SO 3 u sumpornoj kiselini.

Fizička i kemijska svojstva

100% H 2 SO 4 (monohidrat, SO 3 × H 2 O) kristalizira na 10,45 ° C; t kip 296,2 °C; gustoća 1.9203 g/cm 3; toplinski kapacitet 1,62 j/g(DO. H 2 SO 4 se miješa s H 2 O i SO 3 u bilo kojem omjeru, tvoreći spojeve:

H2SO4×4H2O ( t mn- 28,36°C), H 2 SO 4 × 3H 2 O ( t mn- 36,31°C), H 2 SO 4 × 2H 2 O ( t mn- 39,60°C), H 2 SO 4 × H 2 O ( t mn- 8,48 °C), H 2 SO 4 × SO 3 (H 2 S 2 O 7 - disumporna ili pirosumporna kiselina, t mn 35,15 °C), H 2 SO × 2SO 3 (H 2 S 3 O 10 - trisumporna kiselina, t mn 1,20 °C).

Kada se vodene otopine ugljičnog dioksida koje sadrže do 70% H 2 SO 4 zagrijavaju i kuhaju, u parnu fazu oslobađa se samo vodena para. Iznad koncentriranijih otopina pojavljuju se i pare ugljičnog dioksida od 98,3% H 2 SO 4 (azeotropna smjesa) potpuno se destilira pri vrenju (336,5 ° C). S. k., koji sadrži preko 98,3% H 2 SO 4, zagrijavanjem oslobađa pare SO 3 .

Koncentrirana sumporna kiselina. - jako oksidacijsko sredstvo. Oksidira HI i HBr do slobodnih halogena; kada se zagrijava, oksidira sve metale, osim metala platine (s izuzetkom Pd). Na hladnoći, koncentrirani ugljikov dioksid pasivizira mnoge metale, uključujući Pb, Cr, Ni, čelik i lijevano željezo. Razrijeđeni S. reagira sa svim metalima (osim Pb) koji prethode vodiku u nizu napona, na primjer: Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Kao jaka kiselina, sumporna kiselina istiskuje slabije kiseline iz njihovih soli, na primjer Borna kiselina od boraksa:

Na2B 4 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O = Na 2 SO 4 + 4H 2 BO 3, a zagrijavanjem istiskuje hlapljivije kiseline, npr.

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

S. to. oduzima kemijski vezanu vodu organskim spojevima koji sadrže hidroksilne skupine - OH. Dehidracija etilnog alkohola u prisutnosti koncentriranog ugljičnog dioksida dovodi do proizvodnje etilena ili dietil etera. Pougljenje šećera, celuloze, škroba i drugih ugljikohidrata u dodiru sa šećerom također se objašnjava njihovom dehidracijom. Kao dvobazična sol, tvori dvije vrste soli: sulfate i hidrosulfate.

Priznanica

Prve opise proizvodnje "ulja vitriola" (tj. koncentrirane sumporne kiseline) dali su talijanski znanstvenik V. Biringuccio 1540. i njemački alkemičar, čija su djela objavljena pod imenom Vasilij Valentin krajem 16. i početkom 17. stoljeća. Godine 1690. francuski kemičari N. Lemery i N. Lefevre postavili su temelje za prvu industrijsku metodu dobivanja salitre, koja je uvedena u Engleskoj 1740. Prema ovoj metodi, smjesa sumpora i nitrata spaljivala se u loncu obješenom u staklenoj posudi s određenom količinom vode. Oslobođeni SO3 reagirao je s vodom pri čemu nastaje S. K. Godine 1746. J. Robeck u Birminghamu zamijenio je staklene cilindre komorama od olovnog lima i označio početak komorne proizvodnje S. K. Kontinuirano usavršavanje procesa dobivanja S. K. u Velikoj Britaniji i Francuskoj vodi do pojave (1908) prvog sustava tornjeva. U SSSR-u, prva instalacija tornja pokrenuta je 1926. u Polevskom metalurškom pogonu (Ural).

Sirovine za dobivanje sulfidnih ruda mogu biti: sumpor, sumporni pirit FeS2, otpadni plinovi iz peći za oksidativno prženje sulfidnih ruda Cu, Pb, Zn i drugi metali koji sadrže SO 2 . U SSSR-u se glavna količina sumpora dobiva iz sumpornih pirita. FeS 2 se spaljuje u pećima, gdje je u fluidiziranom sloju. To se postiže brzim upuhivanjem zraka kroz sloj fino mljevenog pirita. Dobivena plinska smjesa sadrži SO 2, O 2, N 2, nečistoće SO 3, H 2 O pare, As 2 O 3, SiO 2 itd. i nosi mnogo pepelne prašine, od koje se plinovi pročišćavaju u el. taložnike.

SK se dobiva iz SO 2 na dva načina: dušikovim (toranj) i kontaktnim. Prerada SO 2 u ugljični dioksid metodom nitroze provodi se u proizvodnim tornjevima - cilindričnim spremnicima (15 m i više), ispunjen mlaznicom od keramičkih prstenova. “Nitroza” se raspršuje odozgo, prema struji plina - razrijeđena sumporna kiselina koja sadrži nitrozil sumpornu kiselinu NOOSO 3 H, dobivenu reakcijom:

N2O3 + 2H2SO4 = 2NOOSO3H + H2O.

Oksidacija SO 2 dušikovim oksidima događa se u otopini nakon njegove apsorpcije nitrozom. Nitroza se hidrolizira vodom:

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

Sumporni dioksid koji ulazi u tornjeve stvara sumpornu kiselinu s vodom: SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3.

Međudjelovanje HNO 2 i H 2 SO 3 dovodi do stvaranja S. k.:

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

Oslobođeni NO se u oksidacijskom tornju pretvara u N 2 O 3 (točnije u smjesu NO + NO 2). Odatle plinovi ulaze u apsorpcijske tornjeve, gdje se ugljični dioksid dovodi u susret njima odozgo, nastaje nitroza, koja se pumpa u proizvodne tornjeve. Da. osiguran je kontinuitet proizvodnje i kruženja dušikovih oksida. Njihovi neizbježni gubici s ispušnim plinovima nadoknađuju se dodatkom HNO 3.

S. dobiven dušikovom metodom ima nedovoljno visoku koncentraciju i sadrži štetne nečistoće (na primjer As). Njegovo stvaranje prati ispuštanje dušikovih oksida u atmosferu („lisičji rep“, nazvan po boji NO 2).

Princip kontaktne metode proizvodnje S. k. otkrio je 1831. P. Philips (Velika Britanija). Prvi katalizator bila je platina. Krajem 19. - početkom 20. stoljeća. otkriveno je ubrzanje oksidacije SO 2 u SO 3 anhidridom vanadija V 2 O 5 . Posebno važnu ulogu u proučavanju djelovanja vanadijevih katalizatora i njihovom izboru imala su istraživanja sovjetskih znanstvenika A. E. Adadurova, G. K. Boreskova, F. N. Juškeviča i drugih. Suvremena postrojenja sumporne kiseline grade se za rad kontaktnom metodom. Kao baza katalizatora koriste se vanadijevi oksidi s dodacima SiO 2, Al 2 O 3, K 2 O, CaO, BaO u različitim omjerima. Sve vanadijeve kontaktne mase pokazuju svoju aktivnost samo na temperaturama ne nižim od ~420 °C. U kontaktnom aparatu plin obično prolazi kroz 4 ili 5 slojeva kontaktne mase. U proizvodnji sintetskih katalizatora kontaktnom metodom plin za pečenje se najprije pročišćava od nečistoća koje truju katalizator. As, Se i preostala prašina uklanjaju se u tornjevima za pranje navodnjavanim S. k. H 2 SO 4 magla (formirana od SO 3 i H 2 O prisutnih u plinskoj smjesi) uklanja se u mokrim električnim taložnicima. H 2 O pare apsorbiraju koncentrirani ugljikov dioksid u tornjevima za sušenje. Tada smjesa SO 2 sa zrakom prolazi kroz katalizator (kontaktna masa) i oksidira se u SO 3:

SO 2 + 1/2O 2 = SO3.

SO3 + H2O = H2SO4.

Ovisno o količini vode koja ulazi u proces, dobiva se otopina ugljičnog dioksida u vodi ili oleumu.

Godine 1973. obujam proizvodnje sumporne kiseline (u monohidratu) iznosio je (milijuna tona): SSSR - 14,9, SAD - 28,7, Japan - 7,1, Njemačka - 5,5, Francuska - 4,4, Velika Britanija - 3,9, Italija - 3,0, Poljska - 2,9, Čehoslovačka - 1,2, DDR - 1,1, Jugoslavija - 0,9.

Primjena

Sumporna kiselina jedan je od najvažnijih proizvoda bazne kemijske industrije. Za tehničke potrebe proizvode se sljedeće vrste S. K.: toranj (ne manje od 75% H 2 SO 4), ulje vitriola (ne manje od 92,5%) i oleum, ili dimeći S. K. (otopina 18,5-20% SO 3 u H 2 SO 4), kao i posebno čista akumulatorska kiselina (92-94%; razrijeđena vodom na 26-31% služi kao elektrolit u olovnim baterijama). Osim toga, proizvodi se reaktivni ugljikov dioksid (92-94%), dobiven kontaktom u opremi izrađenoj od kvarca ili Pt. Jačina sode određena je njezinom gustoćom, mjerenom hidrometrom. Većina proizvedenog tornja SK troši se na proizvodnju mineralna gnojiva. Sposobnost istiskivanja kiselina iz njihovih soli je osnova za upotrebu kiselina u proizvodnji fosforne, klorovodične, borne, fluorovodične i drugih kiselina. Koncentrirani sumporni dioksid koristi se za pročišćavanje naftnih derivata od sumpora i nezasićenih organskih spojeva. Razrijeđena sumporna kiselina koristi se za uklanjanje kamenca sa žice i limova prije kalajisanja i pocinčavanja te za jetkanje metalnih površina prije premazivanja kromom, niklom, bakrom itd. Koristi se u metalurgiji - koristi se za razgradnju složenih ruda (osobito, uran). U organskoj sintezi, koncentrirani S. do -. neophodna komponenta nitrirajuće smjese i sulfonirajuća sredstva u proizvodnji mnogih boja i ljekovitih tvari. Dušična kiselina se zbog svoje visoke higroskopnosti koristi za sušenje plinova i koncentriranje dušične kiseline.

Sigurnosne mjere opreza

U proizvodnji sumporne kiseline opasnost predstavljaju otrovni plinovi (SO 2 i NO 2), kao i pare SO 3 i H 2 SO 4 . Stoga je obavezna dobra ventilacija, potpuno brtvljenje opreme. S. uzrokuje teške opekline na koži, zbog čega je pri rukovanju s njim potreban izniman oprez i zaštitna oprema (naočale, gumene rukavice, pregače, čizme). Kod razrjeđivanja S. uz miješanje sipati u vodu u tankom mlazu. Dodatkom vode u S. dolazi do prskanja (zbog velikog oslobađanja topline).

Književnost:

• Priručnik sumporne kiseline, ed. Malina K.M., 2. izd., M., 1971.;
• Malin K. M., Arkin N. L., Boreskov G. K., Slinko M. G., Tehnologija sumporne kiseline, M., 1950;
• Boreskov G.K., Kataliza u proizvodnji sumporne kiseline, M. - L., 1954;
• Amelin A.G., Yashke E.V., Proizvodnja sumporne kiseline, M., 1974;
• Lukyanov P.M., Pripovijetka Kemijska industrija SSSR-a, M., 1959.

I. K. Malina.

Ovaj članak ili odjeljak koristi tekst

OVR-ovi su u članku posebno istaknuti bojom. Obratite pozornost na njih Posebna pažnja. Ove se jednadžbe mogu pojaviti na jedinstvenom državnom ispitu.

Razrijeđena sumporna kiselina ponaša se kao i druge kiseline, prikrivajući svoje oksidativne sposobnosti:

I još jedna stvar koju treba zapamtiti razrijeđena sumporna kiselina: ona ne reagira s olovom. Komad olova bačen u razrijeđenu H2SO4 postaje prekriven slojem netopljivog (vidi tablicu topljivosti) olovnog sulfata i reakcija odmah prestaje.

Oksidirajuća svojstva sumporne kiseline

– teška uljasta tekućina, neisparljiva, bez okusa i mirisa

Zbog sumpora u oksidacijskom stanju +6 (više), sumporna kiselina poprima jaka oksidacijska svojstva.

Pravilo za zadatak 24 (stari A24) kod pripreme otopina sumporne kiseline U njega nikada ne smijete sipati vodu. Koncentriranu sumpornu kiselinu treba sipati u vodu u tankom mlazu uz stalno miješanje.

Reakcija koncentrirane sumporne kiseline s metalima

Ove reakcije su strogo standardizirane i slijede shemu:

H2SO4(konc.) + metal → metalni sulfat + H2O + reducirani sumporni produkt.

Postoje dvije nijanse:

1) Aluminij, željezo I krom U normalnim uvjetima ne reagiraju s H2SO4 (konc.) zbog pasivizacije. Treba se zagrijati.

2) C platina I zlato H2SO4 (konc) uopće ne reagira.

Sumpor V koncentrirana sumporna kiselina- oksidans

• To znači da će se sam oporaviti;
• stupanj oksidacije do kojeg se reducira sumpor ovisi o metalu.

Razmotrimo dijagram stanja oksidacije sumpora:

• Prije -2 sumpor mogu reducirati samo vrlo aktivni metali – u nizu napona do i uključujući aluminij.

Reakcije će biti ovakve:

8Li+5H 2 TAKO 4( konc. .) → 4Li 2 TAKO 4 + 4H 2 O+H 2 S

4Mg + 5H 2 TAKO 4( konc. .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O+H 2 S

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

• pri interakciji H2SO4 (konc) s metalima u nizu napona nakon aluminija, ali prije željeza, odnosno kod metala s prosječnom aktivnošću sumpor se reducira na 0 :

3Mn + 4H 2 TAKO 4( konc. .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 TAKO 4( konc. .) (t)→Cr 2 (TAKO 4 ) 3 + 4H 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 TAKO 4( konc. .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O+S↓

• svi ostali metali počevši od hardvera u brojnim naponima (uključujući one nakon vodika, osim zlata i platine, naravno), oni mogu reducirati sumpor samo na +4. Budući da su to nisko aktivni metali:

2 Fe + 6 H 2 TAKO 4 (konc.) ( t)→ Fe 2 ( TAKO 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 TAKO 2

(imajte na umu da željezo oksidira do +3, najvišeg mogućeg stupnja oksidacije, jer je jako oksidacijsko sredstvo)

Cu+2H 2 TAKO 4( konc. .) → CuSO 4 + 2H 2 O+SO 2

2Ag + 2H 2 TAKO 4( konc. .) → Ag 2 TAKO 4 + 2H 2 O+SO 2

Naravno, sve je relativno. Dubina oporabe ovisit će o mnogim čimbenicima: koncentraciji kiseline (90%, 80%, 60%), temperaturi itd. Stoga je nemoguće potpuno točno predvidjeti proizvode. Gornja tablica također ima svoj približni postotak, ali možete ga koristiti. Također je potrebno zapamtiti da u Jedinstvenom državnom ispitu, kada proizvod reduciranog sumpora nije naznačen, a metal nije osobito aktivan, tada, najvjerojatnije, sastavljači misle na SO 2. Morate sagledati situaciju i tražiti tragove u uvjetima.

TAKO 2 - ovo je općenito uobičajeni proizvod ORR-a uz sudjelovanje konc. sumporne kiseline.

H2SO4 (konc) oksidira neke nemetali(koji pokazuju redukcijska svojstva), u pravilu, do maksimuma - najvišeg stupnja oksidacije (formira se oksid ovog nemetala). U ovom slučaju, sumpor se također reducira na SO 2:

C+2H 2 TAKO 4( konc. .) → CO 2 + 2H 2 O+2SO 2

2P+5H 2 TAKO 4( konc. .) → P 2 O 5 +5H 2 O+5SO 2

Svježe formirani fosforov oksid (V) reagira s vodom i proizvodi ortofosfornu kiselinu. Stoga se reakcija odmah bilježi:

2P+5H 2 TAKO 4( konc. ) → 2H 3 P.O. 4 + 2H 2 O+5SO 2

Ista stvar s borom, pretvara se u ortobornu kiselinu:

2B+3H 2 TAKO 4( konc. ) → 2H 3 B.O. 3 +3SO 2

Vrlo je zanimljiva interakcija sumpora sa stupnjem oksidacije +6 (u sumpornoj kiselini) s "drugim" sumporom (koji se nalazi u drugom spoju). U okviru Jedinstvenog državnog ispita razmatra se interakcija H2SO4 (konc.). sa sumporom (jednostavna tvar) i sumporovodikom.

Počnimo s interakcijom sumpor (jednostavna tvar) s koncentriranom sumpornom kiselinom. U jednostavna stvar oksidacijsko stanje 0, u kiselini +6. U ovom ORR-u, sumpor +6 će oksidirati sumpor 0. Pogledajmo dijagram oksidacijskih stanja sumpora:

Sumpor 0 će oksidirati, a sumpor +6 će se reducirati, odnosno sniziti stupanj oksidacije. Sumporni dioksid će se osloboditi:

2 H 2 TAKO 4 (konc.) + S → 3 TAKO 2 + 2 H 2 O

Ali u slučaju sumporovodika:

Nastaju i sumpor (jednostavna tvar) i sumporov dioksid:

H 2 TAKO 4( konc. .) +H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O

Ovo načelo često može pomoći u identificiranju ORR proizvoda gdje su oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo isti element, u različitim oksidacijskim stanjima. Oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo “idu jedno prema drugom” prema dijagramu oksidacijskog stanja.

H2SO4 (konc), ovako ili onako, stupa u interakciju s halogenidima. Samo ovdje morate shvatiti da su fluor i klor "sami s brkovima" i ORR se ne javlja kod fluorida i klorida, prolazi konvencionalni proces ionske izmjene tijekom kojeg nastaje plin vodikov halid:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (konc.) → CaSO 4 + 2HF

Ali halogeni u sastavu bromida i jodida (kao i u sastavu odgovarajućih halogenovodika) oksidiraju se u slobodne halogene. Samo se sumpor reducira na različite načine: jodid je jače redukcijsko sredstvo od bromida. Stoga jodid reducira sumpor u vodikov sulfid, a bromid u sumporov dioksid:

2H 2 TAKO 4( konc. .) + 2NaBr → Na 2 TAKO 4 + 2H 2 O+SO 2 +Br 2

H 2 TAKO 4( konc. .) + 2HBr → 2H 2 O+SO 2 +Br 2

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

H 2 TAKO 4( konc. .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

Klorovodik i fluorovodik (kao i njihove soli) otporni su na oksidirajuće djelovanje H2SO4 (konc.).

I na kraju, zadnja stvar: ovo je jedinstveno za koncentriranu sumpornu kiselinu, nitko drugi to ne može. Ona ima svojstvo uklanjanja vode.

To omogućuje upotrebu koncentrirane sumporne kiseline na različite načine:

Prvo, sušenje tvari. Koncentrirana sumporna kiselina uklanja vodu iz tvari i ona "postaje suha".

Drugo, katalizator u reakcijama u kojima se eliminira voda (na primjer, dehidracija i esterifikacija):

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

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

Sumporna kiselina (H2SO4) jedna je od najzajedljivijih kiselina i opasnih reagensa, poznato čovjeku, posebno u koncentriranom obliku. Kemijski čista sumporna kiselina je teška otrovna tekućina uljaste konzistencije, bez mirisa i boje. Dobiva se kontaktnom oksidacijom sumporovog dioksida (SO2).

Na temperaturi od + 10,5 °C, sumporna kiselina se pretvara u smrznutu staklastu kristalnu masu, pohlepno, poput spužve, upija vlagu iz okoliš. U industriji i kemiji, sumporna kiselina je jedan od glavnih kemijskih spojeva i zauzima vodeće mjesto u smislu količine proizvodnje u tonama. Zbog toga se sumporna kiselina naziva "krv kemije". Uz pomoć sumporne kiseline dobivaju se gnojiva, lijekovi, druge kiseline, velike količine gnojiva i još mnogo toga.

Osnovna fizikalna i kemijska svojstva sumporne kiseline

1. Sumporna kiselina u svom čistom obliku (formula H2SO4), u koncentraciji od 100%, je bezbojna gusta tekućina. Najvažnije svojstvo H2SO4 je njegova visoka higroskopnost – sposobnost uklanjanja vode iz zraka. Ovaj proces prati veliko oslobađanje topline.
2. H2SO4 je jaka kiselina.
3. Sumporna kiselina se naziva monohidrat - sadrži 1 mol H2O (vode) na 1 mol SO3. Zbog svojih impresivnih higroskopnih svojstava koristi se za izvlačenje vlage iz plinova.
4. Vrelište – 330 °C. U tom slučaju kiselina se raspada na SO3 i vodu. Gustoća – 1,84. Talište – 10,3 °C/.
5. Koncentrirana sumporna kiselina je snažno oksidacijsko sredstvo. Da bi se pokrenula redoks reakcija, kiselina se mora zagrijati. Rezultat reakcije je SO2. S+2H2SO4=3SO2+2H2O
6. Ovisno o koncentraciji, sumporna kiselina različito reagira s metalima. U razrijeđenom stanju sumporna kiselina može oksidirati sve metale koji su u naponskom nizu prije vodika. Iznimka je najotporniji na oksidaciju. Razrijeđena sumporna kiselina reagira sa solima, bazama, amfoternim i bazičnim oksidima. Koncentrirana sumporna kiselina sposobna je oksidirati sve metale u nizu napona, uključujući srebro.
7. Sumporna kiselina stvara dvije vrste soli: kisele (to su hidrosulfati) i intermedijarne (sulfati)
8. H2SO4 aktivno reagira s organskim tvarima i nemetalima, a neke od njih može pretvoriti u ugljen.
9. Sumporni anhidrit dobro se otapa u H2SO4 i pri tome nastaje oleum – otopina SO3 u sumpornoj kiselini. Izvana izgleda ovako: dimljenje sumporne kiseline, oslobađanje sumpornog anhidrita.
10. Sumporna kiselina u vodenim otopinama je jaka dvobazna kiselina, a kada se doda vodi, oslobađa se ogromna količina topline. Kada se pripremaju razrijeđene otopine H2SO4 iz koncentriranih, potrebno je težu kiselinu dodavati u vodu u malom mlazu, a ne obrnuto. To se radi kako bi se izbjeglo kipuće vode i prskanje kiseline.

Koncentrirane i razrijeđene sumporne kiseline

Koncentrirane otopine sumporne kiseline uključuju otopine od 40% koje mogu otopiti srebro ili paladij.

Razrijeđena sumporna kiselina uključuje otopine čija je koncentracija manja od 40%. Oni nisu takvi aktivna rješenja, ali su sposobni reagirati s mesingom i bakrom.

Priprema sumporne kiseline

Proizvodnja sumporne kiseline u industrijskim razmjerima započela je u 15. stoljeću, ali u to se vrijeme nazivalo "ulje vitriola". Ako je ranije čovječanstvo trošilo samo nekoliko desetaka litara sumporne kiseline, onda se u suvremenom svijetu izračun ide na milijune tona godišnje.

Proizvodnja sumporne kiseline odvija se industrijski, a postoje tri vrste:

1. Način kontakta.
2. Nitrozna metoda
3. Ostale metode

Razgovarajmo detaljno o svakom od njih.

Kontaktna metoda proizvodnje

Metoda kontaktne proizvodnje je najčešća, a obavlja sljedeće zadatke:

• Rezultat je proizvod koji zadovoljava potrebe maksimalnog broja potrošača.
• Tijekom proizvodnje smanjuje se šteta za okoliš.

Kod kontaktne metode kao sirovine koriste se sljedeće tvari:

• pirit (sumporni pirit);
• sumpor;
• vanadijev oksid (ova tvar djeluje kao katalizator);
• vodikov sulfid;
• sulfidi raznih metala.

Prije početka proizvodnog procesa, sirovine se prethodno pripremaju. Za početak, u posebnim postrojenjima za drobljenje, pirit se drobi, što omogućuje, povećanjem kontaktne površine aktivnih tvari, ubrzavanje reakcije. Pirit se podvrgava pročišćavanju: spušta se u velike posude s vodom, pri čemu otpadne stijene i sve vrste nečistoća isplivaju na površinu. Na kraju procesa uklanjaju se.

Proizvodni dio je podijeljen u nekoliko faza:

1. Nakon drobljenja, pirit se čisti i šalje u peć, gdje se peče na temperaturama do 800 °C. Prema principu protustruje, zrak se dovodi u komoru odozdo, čime se osigurava da je pirit u suspendiranom stanju. Danas taj proces traje nekoliko sekundi, ali ranije je za aktiviranje bilo potrebno nekoliko sati. Tijekom procesa prženja pojavljuje se otpad u obliku željeznog oksida koji se uklanja i zatim prenosi u metaluršku industriju. Tijekom pečenja oslobađaju se vodena para, plinovi O2 i SO2. Po završetku pročišćavanja od vodene pare i sitnih nečistoća dobivaju se čisti sumporni oksid i kisik.
2. U drugom stupnju dolazi do egzotermne reakcije pod pritiskom pomoću vanadijevog katalizatora. Reakcija počinje kada temperatura dosegne 420 °C, ali se može povećati na 550 °C kako bi se povećala učinkovitost. Tijekom reakcije dolazi do katalitičke oksidacije i SO2 postaje SO.
3. Suština treće faze proizvodnje je sljedeća: apsorpcija SO3 u apsorpcijskom tornju, pri čemu nastaje oleum H2SO4. U ovom obliku H2SO4 se ulijeva u posebne spremnike (ne reagira s čelikom) i spreman je za susret s krajnjim potrošačem.

Tijekom proizvodnje, kao što smo već rekli, stvara se mnogo toplinske energije koja se koristi za grijanje. Mnoga postrojenja za sumpornu kiselinu instaliraju parne turbine, koje koriste ispuštenu paru za proizvodnju dodatne električne energije.

Dušikova metoda za proizvodnju sumporne kiseline

Unatoč prednostima kontaktne metode proizvodnje, koja proizvodi više koncentrirane i čišće sumporne kiseline i oleuma, dušikovom metodom proizvodi se dosta H2SO4. Posebno u postrojenjima superfosfata.

Za proizvodnju H2SO4 polazni materijal, kako u kontaktnoj tako iu nitroznoj metodi, je sumporov dioksid. Dobiva se posebno za te svrhe spaljivanjem sumpora ili prženjem sumpornih metala.

Prerada sumpornog dioksida u sumpornu kiselinu uključuje oksidaciju sumpornog dioksida i dodavanje vode. Formula izgleda ovako:
SO2 + 1|2 O2 + H2O = H2SO4

Ali sumporni dioksid ne reagira izravno s kisikom, stoga se dušikovom metodom sumporni dioksid oksidira pomoću dušikovih oksida. Viši oksidi dušika (govorimo o dušikovom dioksidu NO2, dušikovom trioksidu NO3) tijekom ovog procesa reduciraju se u dušikov oksid NO, koji se zatim ponovno oksidira kisikom u više okside.

Priprema sumporne kiseline dušikovom metodom u tehnički formatirano na dva načina:

• Komora.
• Toranj.

Dušikova metoda ima brojne prednosti i nedostatke.

Nedostaci dušične metode:

• Rezultat je 75% sumporna kiselina.
• Kvaliteta proizvoda je niska.
• Nepotpun povrat dušikovih oksida (adicija HNO3). Njihove emisije su štetne.
• Kiselina sadrži željezo, dušikove okside i druge nečistoće.

Prednosti dušične metode:

• Cijena procesa je niža.
• Mogućnost 100% recikliranja SO2.
• Jednostavnost dizajna hardvera.

Glavna ruska postrojenja sumporne kiseline

Godišnja proizvodnja H2SO4 u našoj zemlji kreće se u šesteroznamenkastim okvirima - oko 10 milijuna tona. Vodeći proizvođači sumporne kiseline u Rusiji su tvrtke koje su ujedno i njezini glavni potrošači. Riječ je o tvrtkama čija je djelatnost proizvodnja mineralnih gnojiva. Na primjer, "Mineralna gnojiva Balakovo", "Ammophos".

Radi u Armjansku, Krim najveći proizvođač titanijev dioksid u istočnoj Europi "Krimski titan". Osim toga, tvornica proizvodi sumpornu kiselinu, mineralna gnojiva, željezni sulfat itd.

Sumporne kiseline različite vrste proizvode mnoge tvornice. Na primjer, baterijsku sumpornu kiselinu proizvode: Karabashmed, FKP Biysk Oleum Plant, Svyatogor, Slavia, Severkhimprom itd.

Oleum proizvode UCC Shchekinoazot, FKP Biysk Oleum Plant, Ural Mining and Metallurgical Company, Kirishinefteorgsintez PA, itd.

Sumpornu kiselinu posebne čistoće proizvodi OHC Shchekinoazot, Component-Reaktiv.

Potrošena sumporna kiselina može se kupiti u tvornicama ZSS i HaloPolymer Kirovo-Chepetsk.

Proizvođači tehničke sumporne kiseline su Promsintez, Khiprom, Svyatogor, Apatit, Karabashmed, Slavia, Lukoil-Permnefteorgsintez, Chelyabinsk Zinc Plant, Electrozinc itd.

Zbog činjenice da je pirit glavna sirovina u proizvodnji H2SO4, a to je otpad poduzeća za obogaćivanje, njegovi dobavljači su tvornice za obogaćivanje Norilsk i Talnakh.

Vodeće svjetske pozicije u proizvodnji H2SO4 zauzimaju SAD i Kina, koje iznose 30 milijuna tona, odnosno 60 milijuna tona.

Područje primjene sumporne kiseline

U svijetu se godišnje potroši oko 200 milijuna tona H2SO4 iz kojeg se proizvodi široka paleta proizvoda. Sumporna kiselina s pravom drži dlan među ostalim kiselinama u smislu opsega upotrebe u industrijske svrhe.

Kao što već znate, sumporna kiselina je jedan od najvažnijih proizvoda kemijske industrije, tako da je opseg sumporne kiseline prilično širok. Glavna područja upotrebe H2SO4 su sljedeća:

• Sumporna kiselina se u ogromnim količinama koristi za proizvodnju mineralnih gnojiva, a na to se troši oko 40% ukupne tonaže. Zbog toga se tvornice za proizvodnju H2SO4 grade uz tvornice za proizvodnju gnojiva. To su amonijev sulfat, superfosfat itd. Tijekom njihove proizvodnje sumporna kiselina se uzima u čistom obliku (100% koncentracija). Za proizvodnju tone amofosa ili superfosfata trebat će vam 600 litara H2SO4. Ova se gnojiva u većini slučajeva koriste u poljoprivredi.
• H2SO4 se koristi za proizvodnju eksploziva.
• Pročišćavanje naftnih derivata. Za dobivanje kerozina, benzina i mineralnih ulja potrebno je pročišćavanje ugljikovodika, što se događa pomoću sumporne kiseline. U procesu prerade nafte za pročišćavanje ugljikovodika ova industrija “uzima” čak 30% svjetske tonaže H2SO4. Osim toga, sumpornom kiselinom povećava se oktanski broj goriva, a bušotine se tretiraju tijekom proizvodnje nafte.
• U metalurškoj industriji. Sumporna kiselina u metalurgiji se koristi za uklanjanje kamenca i hrđe sa žice, lim, kao i za oporabu aluminija u proizvodnji obojenih metala. Prije premazivanja metalnih površina bakrom, kromom ili niklom, površina se jetka sumpornom kiselinom.
• U proizvodnji lijekova.
• U proizvodnji boja.
• U kemijskoj industriji. U proizvodnji se koristi H2SO4 deterdženti, etilnog sredstva, insekticida itd., a bez njega su ti procesi nemogući.
• Za proizvodnju drugih poznatih kiselina, organskih i anorganskih spojeva koji se koriste u industrijske svrhe.

Soli sumporne kiseline i njihova upotreba

Najvažnije soli sumporne kiseline:

• Glauberova sol Na2SO4 · 10H2O (kristalni natrijev sulfat). Opseg njegove primjene prilično je prostran: proizvodnja stakla, sode, u veterini i medicini.
• Barijev sulfat BaSO4 koristi se u proizvodnji gume, papira i bijele mineralne boje. Osim toga, nezamjenjiv je u medicini za fluoroskopiju želuca. Koristi se za izradu "barijeve kaše" za ovaj postupak.
• Kalcijev sulfat CaSO4. U prirodi se nalazi u obliku gipsa CaSO4 2H2O i anhidrita CaSO4. Gips CaSO4 · 2H2O i kalcijev sulfat koriste se u medicini i građevinarstvu. Zagrijavanjem gipsa na temperaturu od 150 - 170 °C dolazi do djelomične dehidracije, što rezultira spaljenim gipsom, kod nas poznatim kao alabaster. Miješanjem alabastera s vodom do konzistencije tijesta, masa se brzo stvrdne i pretvori u neku vrstu kamena. To je svojstvo alabastera koje se aktivno koristi u građevinski radovi: Od njega se izrađuju odljevci i kalupi. U gipsarski radovi alabaster je neizostavan kao vezivni materijal. Pacijenti u traumatološkim odjelima dobivaju posebne fiksirajuće tvrde zavoje - izrađene su na bazi alabastera.
• Željezni sulfat FeSO4 · 7H2O koristi se za pripremu tinte, impregnaciju drva, a također iu poljoprivrednim aktivnostima za uništavanje štetočina.
• Stipsa KCr(SO4)2 · 12H2O, KAl(SO4)2 · 12H2O i dr. koriste se u proizvodnji boja i kožarskoj industriji (štavljenje kože).
• Mnogi od vas poznaju bakreni sulfat CuSO4 · 5H2O iz prve ruke. Ovo je aktivni pomoćnik u poljoprivredi u borbi protiv biljnih bolesti i štetnika - zrno se tretira vodenom otopinom CuSO4 · 5H2O i raspršuje biljke. Koristi se i za pripremu nekih mineralne boje. I u svakodnevnom životu koristi se za uklanjanje plijesni sa zidova.
• Aluminijev sulfat – koristi se u industriji celuloze i papira.

Sumporna kiselina u razrijeđenom obliku koristi se kao elektrolit u olovnim baterijama. Osim toga, koristi se za proizvodnju deterdženata i gnojiva. Ali u većini slučajeva dolazi u obliku oleuma - to je otopina SO3 u H2SO4 (možete pronaći i druge formule oleuma).

Nevjerojatna činjenica! Oleum je kemijski aktivniji od koncentrirane sumporne kiseline, ali unatoč tome ne reagira s čelikom! Zbog toga ju je lakše transportirati nego samu sumpornu kiselinu.

Opseg upotrebe “kraljice kiselina” je doista širok i teško je govoriti o svim načinima njezine primjene u industriji. Također se koristi kao emulgator u prehrambenoj industriji, za pročišćavanje vode, u sintezi eksploziva i mnoge druge svrhe.

Povijest sumporne kiseline

Tko od nas nije barem jednom čuo za bakreni sulfat? Dakle, proučavalo se u davnim vremenima, au nekim radovima je počelo nova era znanstvenici su raspravljali o podrijetlu vitriola i njihovim svojstvima. Vitriol su proučavali grčki liječnik Dioskorid i rimski istraživač prirode Plinije Stariji, te su u svojim djelima pisali o pokusima koje su provodili. U medicinske svrhe, različite supstance vitriola koristio je drevni liječnik Ibn Sina. Kako se vitriol koristio u metalurgiji raspravljalo se u djelima alkemičara Drevna grčka Zosima iz Panopolisa.

Prvi način dobivanja sumporne kiseline je proces zagrijavanja kalijeve stipse, a o tome postoje podaci u alkemijskoj literaturi 13. stoljeća. U to vrijeme alkemičarima nije bio poznat sastav stipse i suština procesa, ali već u 15. stoljeću počela se namjerno proučavati kemijska sinteza sumporne kiseline. Proces je bio sljedeći: alkemičari su smjesu sumpora i antimon (III) sulfida Sb2S3 tretirali zagrijavanjem s dušičnom kiselinom.

U srednjem vijeku u Europi sumpornu kiselinu zvali su "ulje vitriola", ali se tada naziv promijenio u vitriolnu kiselinu.

U 17. stoljeću Johann Glauber dobio je sumpornu kiselinu kao rezultat spaljivanja kalijevog nitrata i prirodnog sumpora u prisutnosti vodene pare. Kao rezultat oksidacije sumpora salitrom, dobiven je sumporni oksid, koji je reagirao s vodenom parom, što je rezultiralo tekućinom uljaste konzistencije. To je bilo ulje vitriola, a taj naziv za sumpornu kiselinu postoji i danas.

Tridesetih godina 18. stoljeća farmaceut iz Londona Ward Joshua iskoristio je ovu reakciju za industrijska proizvodnja sumporne kiseline, ali je u srednjem vijeku njezina potrošnja bila ograničena na nekoliko desetaka kilograma. Opseg uporabe bio je uzak: za alkemijske pokuse, pročišćavanje plemenitih metala i u farmaciji. Koncentrirana sumporna kiselina u malim količinama korištena je u proizvodnji posebnih šibica koje su sadržavale sol bertolita.

Vitriolna kiselina pojavila se u Rusiji tek u 17. stoljeću.

U Birminghamu, Engleska, John Roebuck prilagodio je gornju metodu za proizvodnju sumporne kiseline 1746. godine i pokrenuo proizvodnju. Istodobno je koristio izdržljive velike olovne komore, koje su bile jeftinije od staklenih posuda.

Ova se metoda održala u industriji gotovo 200 godina, a 65% sumporna kiselina dobivala se u komorama.

Nakon nekog vremena engleski Glover i francuski kemičar Gay-Lussac unaprijedili su sam proces, te se počela dobivati ​​sumporna kiselina koncentracije od 78%. Ali takva kiselina nije bila prikladna za proizvodnju, na primjer, boja.

Početkom 19. stoljeća otkrivene su nove metode za oksidaciju sumpornog dioksida u sumporni anhidrid.

U početku se to radilo pomoću dušikovih oksida, a zatim je korištena platina kao katalizator. Ove dvije metode oksidacije sumporovog dioksida dodatno su poboljšane. Oksidacija sumporovog dioksida na platini i drugim katalizatorima postala je poznata kao kontaktna metoda. A oksidacija ovog plina s dušikovim oksidima naziva se dušikova metoda za proizvodnju sumporne kiseline.

Britanski trgovac octenom kiselinom Peregrine Philips tek je 1831. godine patentirao ekonomičan postupak za proizvodnju sumporovog oksida (VI) i koncentrirane sumporne kiseline, a upravo je ta metoda danas u svijetu poznata kao kontaktna metoda za njezinu proizvodnju.

Proizvodnja superfosfata započela je 1864.

Osamdesetih godina devetnaestog stoljeća u Europi je proizvodnja sumporne kiseline dosegla 1 milijun tona. Glavni proizvođači bili su Njemačka i Engleska, proizvodeći 72% ukupne količine sumporne kiseline u svijetu.

Prijevoz sumporne kiseline je radno intenzivan i odgovoran posao.

Sumporna kiselina spada u klasu opasnih kemijske tvari, au dodiru s kožom izaziva teške opekline. Osim toga, kod ljudi može izazvati kemijsko trovanje. Ako se tijekom prijevoza određena pravila, onda sumporna kiselina zbog svoje eksplozivnosti može nanijeti mnogo štete kako ljudima tako i okolišu.

Sumporna kiselina je klasificirana kao klasa opasnosti 8 i moraju je transportirati posebno obučene i obučene osobe. Važan uvjet za isporuku sumporne kiseline je usklađenost s posebno razvijenim Pravilima za prijevoz opasnih tvari.

dostava automobilom provodi prema sljedećim pravilima:

1. Za transport se izrađuju posebni spremnici od posebne čelične legure koja ne reagira sa sumpornom kiselinom ili titanom. Takvi spremnici ne oksidiraju. Opasna sumporna kiselina prevozi se u posebnim cisternama za kemikalije sumporne kiseline. Razlikuju se u dizajnu i odabiru se za transport ovisno o vrsti sumporne kiseline.
2. Prilikom prijevoza dimljene kiseline uzimaju se specijalizirani izotermni termos spremnici u kojima se održava potreban temperaturni režim kako bi se očuvala kemijska svojstva kiseline.
3. Ako se prevozi obična kiselina, odabire se spremnik sumporne kiseline.
4. Cestovni prijevoz sumporne kiseline, kao što su dimna, bezvodna, koncentrirana, za baterije, rukavice, obavlja se u posebnim spremnicima: spremnicima, bačvama, kontejnerima.
5. Prijevoz opasnih tvari mogu obavljati samo vozači koji posjeduju ADR certifikat.
6. Vrijeme putovanja nema ograničenja, jer se tijekom prijevoza morate strogo pridržavati dopuštene brzine.
7. Tijekom prijevoza izgrađena je posebna ruta koja bi trebala proći mjesta velike gužve ljudi i proizvodnih pogona.
8. Prijevoz mora imati posebne oznake i znakove opasnosti.

Opasna svojstva sumporne kiseline za ljude

Sumporna kiselina predstavlja povećani rizik za ljudsko tijelo. Njegov toksični učinak javlja se ne samo pri izravnom dodiru s kožom, već i pri udisanju njegovih para, pri čemu se oslobađa sumporni dioksid. Opasni učinci uključuju:

• Dišni sustav;
• Koža;
• Sluznice.

Opijenost tijela može se pojačati arsenom, koji se često nalazi u sumpornoj kiselini.

Važno! Kao što znate, ozbiljne opekline nastaju kada kiselina dođe u dodir s kožom. Otrovanje parama sumporne kiseline nije ništa manje opasno. Sigurna doza sumporne kiseline u zraku je samo 0,3 mg po 1 kvadratnom metru.

Ako sumporna kiselina dospije na sluznicu ili kožu, nastaje jaka opeklina koja ne zacjeljuje dobro. Ako je opeklina značajna u razmjerima, žrtva razvija opeklinsku bolest, koja može čak dovesti do smrti ako se kvalificirana medicinska pomoć ne pruži na vrijeme.

Važno! Za odraslu osobu smrtonosna doza sumporne kiseline je samo 0,18 cm3 po 1 litri.

Naravno, "iskusite sami" toksični učinak kiseline u uobicajen život problematično. Najčešće se trovanje kiselinom događa zbog zanemarivanja industrijskih sigurnosnih mjera opreza pri radu s otopinom.

Zbog tehničkih problema u radu ili nemara može doći do masovnog trovanja parama sumporne kiseline i masovnog ispuštanja u atmosferu. Kako bi se spriječile takve situacije, djeluju posebne službe čiji je zadatak pratiti rad proizvodnje u kojoj se koristi opasna kiselina.

Koji se simptomi opažaju tijekom trovanja sumpornom kiselinom?

Ako je kiselina progutana:

• Bolovi u području probavnih organa.
• Mučnina i povračanje.
• Abnormalno pražnjenje crijeva kao posljedica ozbiljnih crijevnih poremećaja.
• Obilno lučenje sline.
• Zbog toksičnih učinaka na bubrege, urin postaje crvenkast.
• Oticanje grkljana i grla. Javljaju se hripanje i promuklost. Ovo može biti smrtonosno zbog gušenja.
• Na desnima se pojavljuju smeđe mrlje.
• Koža postaje plava.

Kada je koža opečena, mogu postojati sve komplikacije svojstvene opeklinskoj bolesti.

U slučaju trovanja parama uočava se sljedeća slika:

• Opeklina sluznice očiju.
• Krvarenje iz nosa.
• Opeklina sluznice dišnog trakta. U ovom slučaju, žrtva doživljava jaku bol.
• Oticanje grkljana sa simptomima gušenja (nedostatak kisika, koža postaje plava).
• Ako je trovanje jako, može doći do mučnine i povraćanja.

Važno je znati! Otrovanje kiselinom nakon gutanja puno je opasnije od trovanja udisanjem para.

Prva pomoć i terapijski postupci kod ozljeda sumpornom kiselinom

U kontaktu sa sumpornom kiselinom postupite na sljedeći način:

• Prije svega, nazovite kola hitne pomoći. Ako tekućina uđe unutra, isperite želudac Topla voda. Nakon toga, morat ćete popiti 100 grama suncokretovog ili maslinovog ulja u malim gutljajima. Osim toga, trebali biste progutati komad leda, piti mlijeko ili spaljenu magneziju. To se mora učiniti kako bi se smanjila koncentracija sumporne kiseline i ublažilo ljudsko stanje.
• Ako vam kiselina uđe u oči, potrebno ih je isprati tekućom vodom, a zatim ukapati otopinom dikaina i novokaina.
• Ako kiselina dospije na kožu, opečeno mjesto dobro isperite pod mlazom vode i stavite zavoj sa sodom. Morate ispirati oko 10-15 minuta.
• U slučaju trovanja parama potrebno je izaći na svježi zrak, a zahvaćene sluznice što je prije moguće isprati vodom.

U bolničkom okruženju liječenje će ovisiti o području opekline i stupnju trovanja. Ublažavanje boli provodi se samo novokainom. Kako bi se izbjegao razvoj infekcije u zahvaćenom području, pacijentu se daje tijek antibiotske terapije.

U slučaju želučanog krvarenja primjenjuje se transfuzija plazme ili krvi. Izvor krvarenja može se eliminirati kirurški.

1. Sumporna kiselina se u prirodi pojavljuje u svom 100% čistom obliku. Na primjer, u Italiji, na Siciliji, u Mrtvom moru, možete vidjeti jedinstveni fenomen - sumporna kiselina curi ravno s dna! Ono što se događa je sljedeće: pirit iz zemljine kore služi u ovom slučaju kao sirovina za njegovo formiranje. Ovo mjesto nazivaju i Jezero smrti, a čak se i insekti boje proletjeti blizu njega!
2. Nakon velikih vulkanskih erupcija, kapljice sumporne kiseline često se mogu naći u zemljinoj atmosferi, au takvim slučajevima krivac može izazvati negativne ekološke posljedice i izazvati ozbiljne klimatske promjene.
3. Sumporna kiselina je aktivni apsorbent vode, pa se koristi kao sredstvo za sušenje plinova. U starim danima, da bi se spriječilo magljenje unutarnjih prozora, ova kiselina se sipala u staklenke i stavljala između stakla prozorskih otvora.
4. Sumporna kiselina je glavni uzrok kiselih kiša. Glavni uzrok kiselih kiša je onečišćenje zraka sumpornim dioksidom, koji kada se otopi u vodi stvara sumpornu kiselinu. Sumporni dioksid se pak oslobađa kada se fosilna goriva izgaraju. U kiseloj kiši studirao preko posljednjih godina, povećao se sadržaj dušične kiseline. Razlog za ovu pojavu je smanjenje emisije sumpornog dioksida. Unatoč toj činjenici, glavni uzrok kiselih kiša ostaje sumporna kiselina.

Nudimo vam video izbor zanimljivih eksperimenata sa sumpornom kiselinom.

Razmotrimo reakciju sumporne kiseline kada se ulije u šećer. U prvim sekundama ulaska sumporne kiseline u tikvicu sa šećerom, smjesa potamni. Nakon nekoliko sekundi tvar postaje crna. Tada se događa ono najzanimljivije. Masa počinje brzo rasti i penjati se izvan tikvice. Izlaz je ponosna tvar, slična poroznom drvenom ugljenu, 3-4 puta veća od izvornog volumena.

Autor videa predlaže usporedbu reakcije Coca-Cole s klorovodična kiselina i sumporna kiselina. Kada se Coca-Cola pomiješa sa solnom kiselinom, ne vide se nikakve vizualne promjene, ali kada se pomiješa sa sumpornom kiselinom, Coca-Cola počinje ključati.

Zanimljiva interakcija može se primijetiti kada sumporna kiselina dođe u dodir s toaletnim papirom. Toaletni papir je napravljen od celuloze. Kada kiselina udari u molekulu celuloze, ona se trenutno razgrađuje oslobađajući slobodni ugljik. Slično pougljenje se može primijetiti kada kiselina dođe u dodir s drvetom.

U tikvicu s koncentriranom kiselinom dodam mali komadić kalija. U prvoj sekundi pušta se dim, nakon čega se metal trenutno rasplamsa, zapali i eksplodira, razbijajući se na komade.

U sljedećem pokusu, kada sumporna kiselina udari šibicu, ona se zapali. U drugom dijelu pokusa uranjaju aluminijska folija s acetonom i šibicom unutra. Folija se momentalno zagrije, oslobađa ogromnu količinu dima i potpuno ga otapa.

Zanimljiv učinak opaža se pri dodavanju soda bikarbona u sumpornu kiselinu. Soda odmah postaje obojena žuta boja. Reakcija se odvija brzim vrenjem i povećanjem volumena.

Strogo savjetujemo da sve gore navedene pokuse ne provodite kod kuće. Sumporna kiselina je vrlo agresivna i otrovna tvar. Takvi pokusi moraju se provoditi u posebnim opremljenim prostorijama prisilna ventilacija. Plinovi koji se oslobađaju u reakcijama sa sumpornom kiselinom vrlo su otrovni i mogu uzrokovati oštećenje dišnih puteva i trovanje organizma. Osim toga, slični eksperimenti se provode korištenjem osobne zaštitne opreme za kožu i dišni sustav. Čuvaj se!

Svojstva sumporne kiseline

Bezvodna sumporna kiselina (monohidrat) je teška uljasta tekućina koja se miješa s vodom u svim omjerima, pri čemu se oslobađa velika količina topline. Gustoća na 0 °C je 1,85 g/cm3. Vri na 296 °C, a smrzava se na - 10 °C. Sumporna kiselina naziva se ne samo monohidratom, već i vodene otopine to (), kao i otopine sumporovog trioksida u monohidratu (), nazvane oleum. Oleum "dimi" u zraku zbog desorpcije iz njega. Čista sumporna kiselina je bezbojna, dok je tehnička sumporna kiselina tamno obojena od nečistoća.

Fizikalna svojstva sumporne kiseline, kao što su gustoća, temperatura kristalizacije, vrelište, ovise o njenom sastavu. Na sl. Slika 1 prikazuje kristalizacijski dijagram sustava. Maksimumi u njemu odgovaraju sastavu spojeva ili se prisutnost minimuma objašnjava činjenicom da je temperatura kristalizacije smjesa dviju tvari niža od temperature kristalizacije svake od njih.

Riža. 1

Bezvodna 100% sumporna kiselina ima relativno visoku temperaturu kristalizacije od 10,7 °C. Kako bi se smanjila mogućnost smrzavanja komercijalnog proizvoda tijekom prijevoza i skladištenja, koncentracija tehničke sumporne kiseline odabire se tako da ima dovoljno niske temperature kristalizacija. Industrija proizvodi tri vrste komercijalne sumporne kiseline.

Sumporna kiselina je vrlo aktivna. Otapa metalne okside i većinu čistih metala, istiskuje sve druge kiseline iz soli. Sumporna kiselina se posebno pohlepno spaja s vodom zbog svoje sposobnosti stvaranja hidrata. Oduzima vodu drugim kiselinama, kristalnim hidratima soli, pa čak i kisikovim derivatima ugljikovodika, koji ne sadrže vodu kao takvu, već vodik i kisik u kombinaciji H:O = 2. drvo i druga biljna i životinjska tkiva koja sadrže celulozu, škrob i šećer se uništavaju u koncentriranoj sumpornoj kiselini; voda se veže s kiselinom i iz tkiva ostaje samo fino dispergirani ugljik. U razrijeđenoj kiselini celuloza i škrob se razgrađuju i tvore šećere. Ako koncentrirana sumporna kiselina dođe u dodir s ljudskom kožom, uzrokuje opekline.

Visoka aktivnost sumporne kiseline, u kombinaciji s relativno niskom cijenom proizvodnje, predodredila je ogromne razmjere i iznimnu raznolikost njezine primjene (slika 2). Teško je pronaći industriju u kojoj se sumporna kiselina ili proizvodi od nje nisu konzumirali u različitim količinama.

Riža. 2

Najveći potrošač sumporne kiseline je proizvodnja mineralnih gnojiva: superfosfat, amonijev sulfat, itd. Mnoge kiseline (na primjer, fosforna, octena, klorovodična) i soli proizvode se uglavnom korištenjem sumporne kiseline. Sumporna kiselina ima široku primjenu u proizvodnji obojenih i rijetkih metala. U metaloprerađivačkoj industriji sumporna kiselina ili njezine soli koriste se za dekapiranje čeličnih proizvoda prije bojanja, kalajisanja, poniklavanja, kromiranja itd. Značajne količine sumporne kiseline troše se na rafiniranje naftnih derivata. Proizvodnja niza boja (za tkanine), lakova i boja (za zgrade i strojeve), ljekovitih tvari i nekih plastičnih masa također uključuje upotrebu sumporne kiseline. Od sumporne kiseline proizvode se etil i drugi alkoholi, neki esteri, sintetski deterdženti, te niz pesticida za suzbijanje poljoprivrednih štetočina. korov. Razrijeđene otopine sumporne kiseline i njezinih soli koriste se u proizvodnji rajona, u tekstilnoj industriji za obradu vlakana ili tkanina prije bojanja, kao iu drugim lakim industrijama. U prehrambenoj industriji sumporna kiselina se koristi za proizvodnju škroba, melase i niza drugih proizvoda. Prijevoz koristi olovne baterije sumporne kiseline. Sumporna kiselina se koristi za sušenje plinova i za koncentriranje kiselina. Konačno, sumporna kiselina se koristi u procesima nitracije iu proizvodnji većine eksploziva.

DEFINICIJA

Bezvodni sumporne kiseline je teška, viskozna tekućina koja se lako miješa s vodom u bilo kojem omjeru: interakciju karakterizira izuzetno veliki egzotermni učinak (~880 kJ/mol pri beskonačnom razrjeđivanju) i može dovesti do eksplozivnog vrenja i prskanja smjese ako je voda dodano kiselini; zato je jako važno uvijek koristiti obrnuti redoslijed u pripremi otopina i dodajte kiselinu u vodu, polako i uz miješanje.

Neka fizikalna svojstva sumporne kiseline navedena su u tablici.

Bezvodni H 2 SO 4 je izvanredan spoj s neuobičajeno visokom dielektričnom konstantom i vrlo visokom električnom vodljivošću, što je posljedica ionske autodisocijacije (autoprotolize) spoja, kao i relejnog mehanizma provođenja s prijenosom protona, koji osigurava protok električna struja kroz viskoznu tekućinu s velikim brojem vodikovih veza.

Tablica 1. Fizikalna svojstva sumporne kiseline.

Priprema sumporne kiseline

Sumporna kiselina je najvažnija industrijska kemikalija i najjeftinija kiselina proizvedena u velikim količinama bilo gdje u svijetu.

Koncentrirana sumporna kiselina ("ulje vitriola") prvo je dobivena zagrijavanjem "zelenog vitriola" FeSO 4 × nH 2 O i utrošena u velike količine da se dobije Na 2 SO 4 i NaCl.

Suvremeni postupak za proizvodnju sumporne kiseline koristi katalizator koji se sastoji od vanadij(V) oksida s dodatkom kalijevog sulfata na podlozi od silicija ili kieselguhra. Sumporni dioksid SO2 nastaje spaljivanjem čistog sumpora ili prženjem sulfidne rude (prvenstveno pirita ili ruda Cu, Ni i Zn) u procesu ekstrakcije ovih metala, zatim se SO2 oksidira u trioksid, a potom se otapanjem dobiva sumporna kiselina voda:

S + O 2 → SO 2 (ΔH 0 - 297 kJ/mol);

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

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

Kemijska svojstva sumporne kiseline

Sumporna kiselina je jaka dvobazna kiselina. U prvom koraku, u otopinama niske koncentracije, gotovo potpuno disocira:

H 2 SO 4 ↔H + + HSO 4 - .

Druga faza disocijacije

HSO 4 — ↔H + + SO 4 2-

javlja se u manjoj mjeri. Konstanta disocijacije sumporne kiseline u drugom stupnju, izražena u smislu aktivnosti iona, K 2 = 10 -2.

Kao dvobazna kiselina, sumporna kiselina tvori dvije serije soli: srednje i kisele. Prosječne soli sumporne kiseline nazivaju se sulfati, a kisele soli hidrosulfati.

Sumporna kiselina pohlepno upija vodenu paru i stoga se često koristi za sušenje plinova. Sposobnost upijanja vode također objašnjava pougljenje mnogih organskih tvari, posebno onih koje pripadaju klasi ugljikohidrata (vlakna, šećer itd.), kada su izložene koncentriranoj sumpornoj kiselini. Sumporna kiselina oduzima vodik i kisik iz ugljikohidrata, koji stvaraju vodu, a ugljik se oslobađa u obliku ugljena.

Koncentrirana sumporna kiselina, osobito vruća, snažno je oksidacijsko sredstvo. Oksidira HI i HBr (ali ne i HCl) u slobodne halogene, ugljen u CO2, sumpor u SO2. Ove reakcije su izražene jednadžbama:

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H20;

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

C + 2H2S04 = CO2 + 2SO2 + 2H20;

S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O.

Međudjelovanje sumporne kiseline s metalima odvija se različito ovisno o njezinoj koncentraciji. Razrijeđena sumporna kiselina oksidira svojim vodikovim ionom. Stoga, on djeluje samo s onim metalima koji su u nizu napona samo do vodika, na primjer:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

Međutim, olovo se ne otapa u razrijeđenoj kiselini, budući da je nastala sol PbSO 4 netopljiva.

Koncentrirana sumporna kiselina je oksidacijsko sredstvo zbog sumpora (VI). Oksidira metale u području napona do i uključujući srebro. Produkti njegove redukcije mogu varirati ovisno o aktivnosti metala i uvjetima (koncentracija kiseline, temperatura). U interakciji s nisko aktivnim metalima, poput bakra, kiselina se reducira na SO 2:

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

U interakciji s aktivnijim metalima, produkti redukcije mogu biti i dioksid i slobodni sumpor i vodikov sulfid. Na primjer, u interakciji s cinkom mogu se pojaviti sljedeće reakcije:

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

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O;

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

Primjena sumporne kiseline

Upotreba sumporne kiseline razlikuje se od zemlje do zemlje i od desetljeća do desetljeća. Na primjer, u SAD-u, glavno područje potrošnje H 2 SO 4 trenutno je proizvodnja gnojiva (70%), a slijede kemijska proizvodnja, metalurgija i prerada nafte (~5% u svakom području). U Ujedinjenom Kraljevstvu distribucija potrošnje po industriji je drugačija: samo 30% proizvedenog H2SO4 koristi se u proizvodnji gnojiva, ali 18% odlazi na boje, pigmente i poluproizvode od proizvodnje boja, 16% na kemijsku proizvodnju, 12 % za proizvodnju sapuna i deterdženata, 10 % za proizvodnju prirodnih i umjetnih vlakana te 2,5 % za metalurgiju.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Odredite masu sumporne kiseline koja se može dobiti iz jedne tone pirita ako je iskorištenje sumporovog (IV) oksida u reakciji prženja 90 %, a sumporovog (VI) oksida u katalitičkoj oksidaciji sumpora (IV) 95 %. teoretskog.
Riješenje	Napišimo jednadžbu za reakciju pečenja pirita: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Izračunajmo količinu tvari pirita: n(FeS2) = m(FeS2) / M(FeS2); M(FeS 2) = Ar(Fe) + 2×Ar(S) = 56 + 2×32 = 120g/mol; n(FeS 2) = 1000 kg / 120 = 8,33 kmol. Budući da je u jednadžbi reakcije koeficijent za sumporni dioksid dvostruko veći od koeficijenta za FeS 2, tada je teoretski moguća količina tvari sumporovog oksida (IV) jednaka: n(SO 2) teor = 2 × n (FeS 2) = 2 × 8,33 = 16,66 kmol. A praktično dobivena količina molova sumpornog oksida (IV) je: n(SO 2) praksa = η × n(SO 2) teor = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Napišimo jednadžbu reakcije oksidacije sumporovog oksida (IV) u sumporni oksid (VI): 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Teoretski moguća količina sumpornog oksida (VI) jednaka je: n(SO 3) teor = n(SO 2) prakt = 15 kmol. A praktično dobivena količina molova sumpornog oksida (VI) je: n(SO 3) praksa = η × n(SO 3) teor = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Napišimo jednadžbu reakcije za proizvodnju sumporne kiseline: SO3 + H2O = H2SO4. Nađimo količinu sumporne kiseline: n(H2SO4) = n(SO3) pract = 14,25 kmol. Iskorištenje reakcije je 100%. Masa sumporne kiseline jednaka je: m(H2SO4) = n(H2SO4) × M(H2SO4); M(H2SO4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 g/mol; m(H2SO4) = 14,25 × 98 = 1397 kg.
Odgovor	Masa sumporne kiseline je 1397 kg