Acid sulfuric concentrat: proprietăți, reacții. Metode eficiente de procesare a hidrogenului sulfurat la rafinării (producția de acid sulfuric, sulf elementar etc.) Punctul de fierbere al acidului sulfuric

proprietățile acidului sulfuric

Acidul sulfuric anhidru (monohidrat) este un lichid uleios greu care se amestecă cu apa în toate proporțiile cu degajarea unei cantități mari de căldură. Densitatea la 0 ° C este de 1,85 g / cm 3. Se fierbe la 296°C și se îngheață la -10°C. Acidul sulfuric este numit nu numai monohidrat, ci și soluțiile sale apoase (), precum și soluțiile de trioxid de sulf în monohidrat (), numite oleum. Oleum „fumă” în aer datorită desorbției din acesta. Acidul sulfuric pur este incolor, în timp ce acidul comercial are o culoare închisă cu impurități.

Proprietăți fizice acidul sulfuric, cum ar fi densitatea, temperatura de cristalizare, punctul de fierbere, depind de compoziția sa. Pe fig. 1 prezintă o diagramă de cristalizare a sistemului. Maximele din acesta corespund compoziției compușilor sau, prezența minimelor se explică prin faptul că temperatura de cristalizare a amestecurilor a două substanțe este mai mică decât temperatura de cristalizare a fiecăreia dintre ele.

Orez. unu

Acidul sulfuric 100% anhidru are un relativ temperatura ridicata cristalizare 10,7 °C. Pentru a reduce posibilitatea de înghețare a unui produs comercial în timpul transportului și depozitării, concentrația de acid sulfuric tehnic este aleasă astfel încât să aibă o temperatură de cristalizare suficient de scăzută. Industria produce trei tipuri de acid sulfuric comercial.

Acidul sulfuric este foarte activ. Dizolvă oxizii metalici și majoritatea metalelor pure; la temperaturi ridicate, înlocuiește toți ceilalți acizi din săruri. Mai ales lacom, acidul sulfuric se combină cu apa datorită capacității sale de a da hidrata. Îndepărtează apa din alți acizi, din sărurile cristaline și chiar derivații de oxigen ai hidrocarburilor, care nu conțin apă în sine, ci hidrogen și oxigen în combinație H: O = 2. lemnul și alte țesuturi vegetale și animale care conțin celuloză, amidon și zahăr sunt distrus în acid sulfuric concentrat; apa se leagă de acid și din țesut rămâne doar carbon fin dispersat. În acid diluat, celuloza și amidonul se descompun pentru a forma zaharuri. Dacă intră în contact cu pielea umană, acidul sulfuric concentrat provoacă arsuri.

Activitatea ridicată a acidului sulfuric, combinată cu costul relativ scăzut de producție, a predeterminat dimensiunea enormă și varietatea extremă a aplicării acestuia (Fig. 2). Este greu de găsit o industrie care să nu fi consumat acid sulfuric sau produse fabricate din acesta în cantități variate.

Orez. 2

Cel mai mare consumator de acid sulfuric este producerea de îngrășăminte minerale: superfosfat, sulfat de amoniu și altele.Mulți acizi (de exemplu, fosforic, acetic, clorhidric) și săruri sunt produse în mare parte cu ajutorul acidului sulfuric. Acidul sulfuric este utilizat pe scară largă în producția de metale neferoase și rare. În industria metalurgică, acidul sulfuric sau sărurile sale sunt folosite pentru decaparea produselor din oțel înainte de vopsire, cositorire, nichelare, cromare etc. Cantități semnificative de acid sulfuric sunt folosite pentru rafinarea produselor petroliere. Obținerea unui număr de coloranți (pentru țesături), lacuri și vopsele (pentru clădiri și mașini), substanțe medicinale și unele materiale plastice este, de asemenea, asociată cu utilizarea acidului sulfuric. Cu ajutorul acidului sulfuric, etilic și alți alcooli se produc unii esteri, detergenți sintetici, o serie de pesticide pentru combaterea dăunătorilor din agricultură și buruienilor. Soluțiile diluate de acid sulfuric și sărurile sale sunt utilizate în producția de raion, în industria textilă pentru prelucrarea fibrelor sau țesăturilor înainte de vopsirea acestora, precum și în alte ramuri ale industriei ușoare. În industria alimentară, acidul sulfuric este utilizat în producția de amidon, melasă și o serie de alte produse. Transportul utilizează baterii cu plumb acid sulfuric. Acidul sulfuric este folosit pentru uscarea gazelor și pentru concentrarea acizilor. În cele din urmă, acidul sulfuric este utilizat în procesele de nitrare și la fabricarea majorității explozivilor.

Acidul sulfuric pur 100% (monohidrat) este un lichid uleios incolor care se solidifică într-o masă cristalină la +10 °C. Acidul sulfuric reactiv are de obicei o densitate de 1,84 g/cm3 şi conţine aproximativ 95% H2SO4. Se întărește doar sub -20 °C.

Punctul de topire al monohidratului este de 10,37 °C cu o căldură de fuziune de 10,5 kJ/mol. În condiții normale, este un lichid foarte vâscos cu o constantă dielectrică foarte mare (e = 100 la 25 °C). Disocierea electrolitică proprie nesemnificativă a monohidratului are loc în paralel în două direcții: [Н 3 SO 4 + ]·[НSO 4 - ] = 2 10 -4 și [Н 3 О + ]·[НS 2 О 7 - ] = 4 10 - cinci . Compoziția sa moleculară-ionică poate fi aproximativ caracterizată prin următoarele date (în %):

Când se adaugă chiar și cantități mici de apă, disocierea devine predominantă conform schemei:

H2O + H2S04<==>H3O++ + HSO4-

Proprietăți chimice.

H2SO4 este un acid dibazic puternic.

H2SO4<-->H + + HSO 4 -<-->2H + + SO 4 2-

Prima etapă (pentru concentrații medii) duce la o disociere de 100%:

K 2 \u003d ( ) / \u003d 1,2 10 -2

1) Interacțiunea cu metalele:

A) acidul sulfuric diluat dizolvă numai metalele care se află în seria de tensiuni la stânga hidrogenului:

Zn 0 + H 2 + 1 SO 4 (razb) --> Zn + 2 SO 4 + H 2 O

b) H2+6SO4 concentrat - un agent oxidant puternic; atunci când interacționează cu metale (cu excepția Au, Pt) poate fi redus la S +4 O 2, S 0 sau H 2 S -2 (Fe, Al, Cr, de asemenea, nu reacţionează fără încălzire - sunt pasivați):

2Ag 0 + 2H 2 +6 SO 4 --> Ag 2 + 1 SO 4 + S + 4 O 2 + 2H 2 O

8Na 0 + 5H 2 +6 SO 4 --> 4Na 2 +1 SO 4 + H 2 S -2 + 4H 2 O

2) H2S +6O4 concentrat reactioneaza când este încălzit cu unele nemetale datorită proprietăților sale puternice de oxidare, transformându-se în compuși cu sulf cu o stare de oxidare inferioară, (de exemplu, S + 4 O 2):

С 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) --> C +4 O 2 + 2S +4 O 2 + 2H 2 O

S 0 + 2H 2 S + 6 O 4 (conc) --> 3S +4 O 2 + 2H 2 O

2P 0 + 5H 2 S +6 O 4 (conc) --> 5S +4 O 2 + 2H 3 P +5 O 4 + 2H 2 O

3) cu oxizi bazici:

CuO + H2SO4 --> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + --> Cu2+ + H2O

4) cu hidroxizi:

H2S04 + 2NaOH --> Na2S04 + 2H2O

H + + OH - --> H2O

H2S04 + Cu(OH)2 --> CuS04 + 2H2O

2H + + Cu(OH)2 --> Cu2+ + 2H2O

5) reacții de schimb cu săruri:

BaCI2 + H2S04 --> BaS04 + 2HCI

Ba2+ + SO42- --> BaSO4

Formarea unui precipitat alb de BaSO 4 (insolubil în acizi) este utilizată pentru identificarea acidului sulfuric și a sulfaților solubili.

Monohidratul (acid sulfuric pur, 100%) este un solvent ionizant cu caracter acid. Sulfații multor metale sunt bine dizolvați în ea (transformându-se în bisulfați), în timp ce sărurile altor acizi sunt dizolvate, de regulă, numai dacă solvoliza lor este posibilă (cu conversie în bisulfați). Acidul azotic se comportă ca o bază slabă în monohidrat

HNO3 + 2H2SO4<==>H 3 O + + NO 2 + + 2 HSO 4 -

percloric - ca un acid foarte slab

H 2 SO 4 + HClO 4 = H 3 SO 4 + + ClO 4 -

Acizii fluorosulfonic și clorosulfonic sunt oarecum mai puternici (HSO 3 F > HSO 3 Cl > HClO 4). Monohidratul dizolvă bine multe substanțe organice care conțin atomi cu perechi de electroni neîmpărțiți (capabile să atașeze un proton). Unele dintre acestea pot fi apoi izolate înapoi neschimbate prin simpla diluare a soluției cu apă. Monohidratul are o constantă crioscopică ridicată (6,12°) și este uneori folosit ca mediu pentru determinarea greutăților moleculare.

H2SO4 concentrat este un agent oxidant destul de puternic, mai ales atunci când este încălzit (de obicei este redus la SO2). De exemplu, oxidează HI și parțial HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni. De asemenea, oxidează multe metale - Cu, Hg etc. (în timp ce aurul și platina sunt stabile în raport cu H 2 SO 4). Deci interacțiunea cu cuprul merge conform ecuației:

Cu + 2 H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + H 2 O

Acționând ca un agent de oxidare, acidul sulfuric este de obicei redus la SO2. Cu toate acestea, poate fi redus la S și chiar H 2 S cu cei mai puternici agenți reducători.Acidul sulfuric concentrat reacționează cu hidrogenul sulfurat conform ecuației:

H 2 SO 4 + H 2 S \u003d 2H 2 O + SO 2 + S

Trebuie remarcat faptul că este, de asemenea, parțial redus de hidrogenul gazos și, prin urmare, nu poate fi folosit pentru uscare.

Orez. 13. Conductivitatea electrică a soluțiilor de acid sulfuric.

Dizolvarea acidului sulfuric concentrat în apă este însoțită de o eliberare semnificativă de căldură (și o oarecare scădere a volumului total al sistemului). Monohidratul aproape nu conduce curent electric. În schimb, soluțiile apoase de acid sulfuric sunt buni conductori. După cum se vede în fig. 13, aproximativ 30% acid are conductivitatea electrică maximă. Minimul curbei corespunde unui hidrat cu compoziţia H 2 SO 4 · H 2 O.

Eliberarea de căldură la dizolvarea monohidratului în apă este (în funcție de concentrația finală a soluției) de până la 84 kJ/mol H2SO4. Dimpotrivă, amestecând 66% acid sulfuric, prerăcit la 0°C, cu zăpadă (1:1 în greutate), se poate obține o scădere a temperaturii, până la -37°C.

Modificarea densității soluțiilor apoase de H2SO4 cu concentrația sa (% în greutate) este prezentată mai jos:

După cum se poate observa din aceste date, determinarea densității concentrației de acid sulfuric peste 90 wt. % devine destul de inexact.

Presiunea vaporilor de apă peste soluții de H 2 SO 4 de diferite concentrații la diferite temperaturi este prezentată în fig. 15. Acidul sulfuric poate acționa ca agent de uscare numai atâta timp cât presiunea vaporilor de apă peste soluția sa este mai mică decât presiunea sa parțială în gazul care se usucă.

Orez. 15. Presiunea vaporilor de apă.

Orez. 16. Puncte de fierbere peste soluții de H 2 SO 4 . soluţii de H2SO4.

Când se fierbe o soluție diluată de acid sulfuric, apa este distilată din ea, iar punctul de fierbere crește până la 337 ° C, când 98,3% H 2 SO 4 începe să se distileze (Fig. 16). Dimpotrivă, excesul de anhidridă sulfurică se volatilizează din soluții mai concentrate. Aburul acidului sulfuric care fierbe la 337 °C este parțial disociat în H2O și SO3, care se recombină la răcire. Punctul de fierbere ridicat al acidului sulfuric îi permite să fie utilizat pentru a izola acizii volatili din sărurile lor (de exemplu, HCl din NaCl) atunci când este încălzit.

chitanta.

Monohidratul poate fi obţinut prin cristalizarea acidului sulfuric concentrat la -10°C.

Producția de acid sulfuric.

etapa 1. Cuptor de pirita.

4FeS 2 + 11O 2 --> 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

Procesul este eterogen:

1) pirita de fier de măcinat (pirită)

2) metoda „pat fluidizat”.

3) 800°С; îndepărtarea excesului de căldură

4) creșterea concentrației de oxigen din aer

a 2-a etapă.După curățare, uscare și schimb de căldură, dioxidul de sulf intră în aparat de contact, unde este oxidat la anhidrida sulfurica (450°С - 500°С; catalizator V 2 O 5):

2SO2 + O2<-->2SO3

a 3-a etapă. Turn de absorbție:

nSO 3 + H 2 SO 4 (conc) --> (H 2 SO 4 nSO 3) (oleum)

Apa nu poate fi folosită din cauza formării de ceață. Aplicați duze ceramice și principiul contracurentului.

Aplicație.

Tine minte! Acidul sulfuric trebuie turnat în apă în porții mici, și nu invers. În caz contrar, poate apărea o reacție chimică violentă, în urma căreia o persoană poate suferi arsuri grave.

Acidul sulfuric este unul dintre produsele principale ale industriei chimice. Se duce la producerea de îngrășăminte minerale (superfosfat, sulfat de amoniu), diverși acizi și săruri, medicamente și detergenți, coloranți, fibre artificiale, explozivi. Este folosit în metalurgie (descompunerea minereurilor, de exemplu, uraniu), pentru purificarea produselor petroliere, ca desicant etc.

Practic este important faptul că acidul sulfuric foarte puternic (peste 75%) nu acționează asupra fierului. Acest lucru vă permite să îl depozitați și să îl transportați în rezervoare de oțel. Dimpotrivă, H 2 SO 4 diluat dizolvă ușor fierul cu eliberarea de hidrogen. Proprietățile oxidante nu sunt deloc tipice pentru acesta.

Acidul sulfuric puternic absoarbe umiditatea energic și, prin urmare, este adesea folosit pentru a usca gazele. Din multe substanțe organice care conțin hidrogen și oxigen, ia apa, care este adesea folosită în tehnologie. Cu același lucru (precum și cu proprietățile oxidante ale H 2 SO 4 puternic) este asociat efectul său distructiv asupra țesuturilor vegetale și animale. Acidul sulfuric care ajunge accidental pe piele sau pe rochie în timpul lucrului trebuie spălat imediat cu multă apă, apoi umeziți zona afectată cu o soluție diluată de amoniac și clătiți din nou cu apă.

Molecule de acid sulfuric pur.

Fig.1. Diagrama legăturilor de hidrogen dintr-un cristal de H2SO4.

Moleculele care formează cristalul monohidrat, (HO) 2 SO 2 sunt conectate între ele prin legături de hidrogen destul de puternice (25 kJ/mol), așa cum se arată schematic în Fig. 1. Molecula (HO) 2 SO 2 în sine are structura unui tetraedru distorsionat cu un atom de sulf în apropierea centrului și se caracterizează prin următorii parametri: (d (S-OH) = 154 pm, PHO-S-OH = 104 °, d (S = O) \u003d 143 pm, ROSO \u003d 119 °.În HOSO 3 - ion, d (S-OH) \u003d 161 și d (SO) \u003d 145 pm, iar când mergi la ionul SO 4, 2-tetraedrul capătă forma corectă și parametrii sunt aliniați.

Hidrații de acid sulfuric.

Pentru acidul sulfuric sunt cunoscuți mai mulți hidrați cristalini, a căror compoziție este prezentată în Fig. 14. Dintre acestea, cea mai săracă în apă este sarea de oxoniu: H 3 O + HSO 4 -. Deoarece sistemul luat în considerare este foarte predispus la suprarăcire, temperaturile de îngheț observate efectiv în el sunt mult mai mici decât punctele de topire.

Orez. 14. Puncte de topire în sistemul H2O·H2SO4.

Trioxidul de sulf este de obicei un lichid incolor. Poate exista și sub formă de gheață, cristale fibroase sau gaz. Când trioxidul de sulf este expus la aer, începe să se elibereze fum alb. Este un element integral al unei astfel de substanțe reactive precum acidul sulfuric concentrat. Este un lichid limpede, incolor, uleios și foarte coroziv. Este folosit la fabricarea de îngrășăminte, explozivi, alți acizi, industria petrolului și bateriilor plumb-acid în automobile.

Acid sulfuric concentrat: proprietăți

Acidul sulfuric se dizolvă bine în apă, este coroziv pentru metale și țesături și carbonizează lemnul și majoritatea altor substanțe organice la contact. Expunerea pe termen lung la concentrații scăzute sau expunerea pe termen scurt la concentrații mari poate avea ca rezultat efecte adverse asupra sănătății prin inhalare.

Acidul sulfuric concentrat este folosit pentru a produce îngrășăminte și alte substanțe chimice, în rafinarea petrolului, în fabricarea fierului și a oțelului și în multe alte scopuri. Deoarece are un punct de fierbere suficient de mare, poate fi folosit pentru a elibera mai mulți acizi volatili din sărurile lor. Acidul sulfuric concentrat are o proprietate higroscopică puternică. Este folosit uneori ca agent de uscare pentru a deshidrata (înlătura apa prin mijloace chimice) mulți compuși, cum ar fi carbohidrații.

Reacții cu acid sulfuric

Acidul sulfuric concentrat reacționează într-un mod neobișnuit la zahăr, lăsând în urmă o masă neagră spongioasă fragilă de carbon. O reacție similară se observă atunci când este expus la piele, celuloză și alte fibre vegetale și animale. Când acidul concentrat este amestecat cu apă, se eliberează o cantitate mare de căldură, suficientă pentru a fierbe instantaneu. Pentru diluare, trebuie adăugat încet în apă rece cu agitare constantă pentru a limita acumularea de căldură. Acidul sulfuric reacționează cu lichidul, formând hidrați cu proprietăți pronunțate.

caracteristici fizice

Un lichid incolor și inodor într-o soluție diluată are un gust acru. Acidul sulfuric este extrem de agresiv atunci când este expus la piele și la toate țesuturile corpului, cu contact direct provocând arsuri grave. În forma sa pură, H 2 SO4 nu este un conductor de electricitate, dar situația se schimbă în sens invers odată cu adăugarea de apă.

Unele proprietăți sunt că greutatea moleculară este de 98,08. Punctul de fierbere este de 327 de grade Celsius, punctul de topire -2 grade Celsius. Acidul sulfuric este un acid mineral puternic și unul dintre principalele produse ale industriei chimice datorită utilizării sale comerciale largi. Se formează în mod natural din oxidarea materialelor sulfurate, cum ar fi sulfura de fier.

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric (H 2 SO4) se manifestă în diferite reacții chimice:

1. Când interacționează cu alcalii, se formează două serii de săruri, inclusiv sulfați.
2. Reacționează cu carbonați și bicarbonați pentru a forma săruri și dioxid de carbon (CO 2 ).
3. Afectează metalele în mod diferit, în funcție de temperatură și gradul de diluție. Rece și diluat produc hidrogen, cald și concentrat generează emisii de SO 2 .
4. La fierbere, o soluție de H 2 SO4 (acid sulfuric concentrat) se descompune în trioxid de sulf (SO 3) și apă (H 2 O). Proprietățile chimice includ și rolul unui agent oxidant puternic.

pericol de foc

Acidul sulfuric este foarte reactiv pentru a aprinde materiale combustibile fine la contact. Când sunt încălzite, încep să se elibereze gaze foarte toxice. Este exploziv și incompatibil cu un număr mare de substanțe. La temperaturi și presiuni ridicate pot apărea modificări și deformații chimice destul de agresive. Poate reacționa violent cu apa și alte lichide, provocând stropire.

pericol pentru sanatate

Acidul sulfuric corodează toate țesuturile corpului. Inhalarea vaporilor poate provoca leziuni pulmonare grave. Deteriorarea membranei mucoase a ochilor poate duce la pierderea completă a vederii. Contactul cu pielea poate provoca necroză severă. Chiar și câteva picături pot fi fatale dacă acidul are acces la trahee. Expunerea cronică poate provoca traheobronșită, stomatită, conjunctivită, gastrită. Pot apărea perforații gastrice și peritonită, însoțite de colaps circulator. Acidul sulfuric este o substanță foarte caustică care trebuie manipulată cu grijă extremă. Semnele și simptomele la expunere pot fi severe și includ salivare, sete intensă, dificultăți la înghițire, durere, șoc și arsuri. Varsatul este de obicei de culoarea cafelei macinate. Expunerea acută prin inhalare poate duce la strănut, răgușeală, sufocare, laringită, dispnee, iritație respiratorie și durere în piept. De asemenea, pot apărea sângerări din nas și gingii, edem pulmonar, bronșită cronică și pneumonie. Expunerea la piele poate duce la arsuri dureroase severe și dermatită.

Primul ajutor

1. Mutați victimele la aer curat. Personalul de urgență trebuie să evite expunerea la acid sulfuric în timp ce face acest lucru.
2. Evaluați semnele vitale, inclusiv pulsul și frecvența respiratorie. Dacă nu este detectat un puls, efectuați resuscitarea, în funcție de leziunile suplimentare primite. Dacă respirația este prezentă și dificilă, asigurați-vă sprijin respirator.
3. Scoateți hainele murdare cât mai curând posibil.
4. În cazul contactului cu ochii, clătiți cu apă caldă timp de cel puțin 15 minute; pentru piele, spălați cu apă și săpun.
5. Când inhalați vapori toxici, clătiți-vă gura cu multă apă, beți și auto-induceți vărsăturile este interzisă.
6. Aduceți rănitul la o unitate medicală.

Acid sulfuric H2S04, masa molară 98,082; uleios incolor, inodor. Diacid foarte puternic, la 18°C ​​p K a 1 - 2,8, K2 1,2 10 -2, pK A 2 1,92; lungimi de legătură în S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, unghi HOSOH 104°, OSO 119°; fierbe cu descompunere, formând (98,3% H 2 SO 4 și 1,7% H 2 O cu un punct de fierbere de 338,8 ° C; vezi și tabelul. 1). Acid sulfuric, corespunzator unui continut de 100% H2SO4, are o compozitie (%): H2SO4 99,5%, HSO4 - 0,18%, H3SO4 + 0,14%, H3O + 0,09%, H2S 207 0,04%, HS207 0,05%. Miscibil cu și SO 3 în toate proporțiile. În soluții apoase acid sulfuric aproape complet se disociază în H+, HSO4- şi SO42-. Formele H 2 SO 4 · n H2O, unde n=1, 2, 3, 4 și 6,5.

soluțiile de SO 3 în acid sulfuric se numesc oleum, formează doi compuși H 2 SO 4 SO 3 și H 2 SO 4 2SO 3. Oleum mai conţine acid pirosulfuric, care se obţine prin reacţia: H 2 SO 4 + SO 3 =H 2 S 2 O 7 .

Obținerea de acid sulfuric

Materia prima pentru primire acid sulfuric servesc ca: S, sulfuri metalice, H 2 S, deseuri din termocentrale, sulfati de Fe, Ca etc. Principalele etape de obtinere acid sulfuric: 1) materii prime pentru obţinerea SO 2 ; 2) SO2 la SO3 (conversie); 3) SO3. În industrie, se folosesc două metode pentru a obține acid sulfuric, diferită prin modul de oxidare a SO 2 - contact folosind catalizatori solizi (contacte) și azotos - cu oxizi de azot. Pentru obtinerea acid sulfuricÎn metoda contactului, plantele moderne folosesc catalizatori de vanadiu care au înlocuit oxizii de Pt și Fe. V 2 O 5 pur are o activitate catalitică slabă, care crește brusc în prezența metalelor alcaline, având cel mai mare efect sărurile K. 7 V 2 O 5 și K 2 S 2 O 7 V 2 O 5 descompunându-se la 315-330 , 365-380 și respectiv 400-405 °C). Componenta activă sub cataliză este în stare topită.

Schema de oxidare a SO2 la SO3 poate fi reprezentată după cum urmează:

În prima etapă se atinge echilibrul, a doua etapă este lentă și determină viteza procesului.

Productie acid sulfuric din sulf prin metoda contactului dublu și absorbției duble (Fig. 1) se compune din următoarele etape. Aerul după curățarea de praf este furnizat de o suflantă cu gaz către turnul de uscare, unde este uscat 93-98% acid sulfuric până la un conținut de umiditate de 0,01% în volum. Aerul uscat intră în cuptorul cu sulf după preîncălzire într-unul dintre schimbătoarele de căldură ale unității de contact. Sulful este ars în cuptor, furnizat de duze: S + O 2 \u003d SO 2 + 297,028 kJ. Gazul care conține 10-14% în volum de SO 2 este răcit în cazan și după diluare cu aer la conținutul de SO 2 9-10% în volum la 420°C intră în aparatul de contact pentru prima etapă de conversie, care se derulează pe trei straturi de catalizator (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), după care gazul este răcit în schimbătoare de căldură. Apoi gazul care conține 8,5-9,5% SO 3 la 200°C intră în prima etapă de absorbție în absorbant, irigat și 98% acid sulfuric: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 130,56 kJ. Gazul este apoi împroșcat. acid sulfuric, încălzit la 420°C și intră în a doua etapă a conversiei, curgând pe două straturi de catalizator. Înainte de a doua etapă de absorbție, gazul este răcit în economizor și alimentat în a doua etapă de absorbție, irigat cu 98% acid sulfuric, iar apoi, după curățarea de stropi, este eliberat în atmosferă.

1 - cuptor cu sulf; 2 - cazan de căldură reziduală; 3 - economizor; 4 - cuptor de pornire; 5, 6 - schimbătoare de căldură ale cuptorului de pornire; 7 - dispozitiv de contact; 8 - schimbatoare de caldura; 9 - absorbant de oleum; 10 - turn de uscare; 11 şi, respectiv, 12, primul şi al doilea absorbant monohidrat; 13 - colectoare de acid.

1 - alimentator farfurii; 2 - cuptor; 3 - cazan de căldură reziduală; 4 - cicloni; 5 - precipitatoare electrostatice; 6 - turnuri de spălat; 7 - precipitatoare electrostatice umede; 8 - turn de suflare; 9 - turn de uscare; 10 - sifon de pulverizare; 11 - primul absorbant monohidrat; 12 - schimbatoare de caldura; 13 - dispozitiv de contact; 14 - absorbant de oleum; 15 - al doilea absorbant monohidrat; 16 - frigidere; 17 - colecții.

1 - turn de denitrare; 2, 3 - primul și al doilea turn de producție; 4 - turn de oxidare; 5, 6, 7 - turnuri de absorbtie; 8 - precipitatoare electrostatice.

Productie acid sulfuric din sulfuri metalice (Fig. 2) este mult mai complicată și constă în următoarele operații. Prăjirea FeS 2 se realizează într-un cuptor cu pat fluidizat cu aer: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Gazul de prăjire conţinând SO 2 13-14%, având o temperatură de 900°C, intră în cazan, unde este răcit la 450°C. Îndepărtarea prafului se realizează într-un ciclon și un precipitator electrostatic. În continuare, gazul trece prin două turnuri de spălat, irigate cu 40% și 10% acid sulfuric. În același timp, gazul este în cele din urmă purificat din praf, fluor și arsenic. Pentru curățarea gazului din aerosoli acid sulfuric formate în turnurile de spălat, sunt prevăzute două trepte de precipitatoare electrostatice umede. După uscare într-un turn de uscare, înaintea căruia gazul este diluat la un conținut de 9% S02, acesta este alimentat la prima etapă de conversie (3 paturi de catalizator) printr-o suflantă. În schimbătoarele de căldură, gazul este încălzit la 420°C datorită căldurii gazului care provine din prima etapă de conversie. SO 2 , oxidat la 92-95% în SO 3 , trece la prima etapă de absorbție în absorbanții de oleum și monohidrat, unde este eliberat din SO 3 . Apoi, gazul care conține SO 2 ~ 0,5% intră în a doua etapă de conversie, care are loc pe unul sau două straturi de catalizator. Gazul este încălzit preliminar într-un alt grup de schimbătoare de căldură până la 420 °C datorită căldurii gazelor provenite din a doua etapă de cataliză. După separarea SO3 în a doua etapă de absorbție, gazul este eliberat în atmosferă.

Gradul de conversie a SO2 în SO3 în metoda contactului este de 99,7%, gradul de absorbție a SO3 este de 99,97%. Productie acid sulfuric realizat într-o etapă de cataliză, în timp ce gradul de conversie a SO2 în SO3 nu depășește 98,5%. Înainte de a fi eliberat în atmosferă, gazul este purificat din SO2 rămas (vezi). Productivitatea uzinelor moderne este de 1500-3100 tone/zi.

Esența metodei azotate (Fig. 3) este că gazul de prăjire, după răcire și curățare de praf, este tratat cu așa-numita nitroză - acid sulfuricîn care se dizolvă oxizii de azot. SO 2 este absorbit de nitroză și apoi oxidat: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + NO. NO2 rezultat este slab solubil în nitroză și este eliberat din acesta și apoi parțial oxidat de oxigen în faza gazoasă la NO2. Un amestec de NO și NO2 este reabsorbit acid sulfuric etc. Oxizii de azot nu sunt consumați în procesul de azot și sunt returnați ciclu de producție, din cauza absorbției incomplete a acestora acid sulfuric sunt parțial duși de gazele de eșapament. Avantajele metodei azotate: simplitatea designului hardware, cost mai mic (cu 10-15% mai mic decât cel de contact), posibilitatea procesării 100% SO 2.

Instrumentarea procesului de azot în turn este simplă: SO 2 este prelucrat în 7-8 turnuri căptușite cu ambalaj ceramic, unul dintre turnuri (gol) este un volum de oxidare reglabil. Turnurile au colectoare de acid, frigidere, pompe care alimentează cu acid rezervoarele sub presiune de deasupra turnurilor. Un ventilator de coadă este instalat în fața ultimelor două turnuri. Pentru curățarea gazului din aerosoli acid sulfuric servește ca un precipitator electrostatic. Oxizii de azot necesari procesului se obtin din HNO3. Pentru a reduce emisia de oxizi de azot în atmosferă și procesarea 100% SO 2, între zonele de producție și absorbție este instalat un ciclu de procesare a SO 2 fără azot în combinație cu o metodă apă-acid pentru captarea profundă a oxizilor de azot. Dezavantajul metodei azotate este calitatea scăzută a produsului: concentrația acid sulfuric 75%, prezența oxizilor de azot, Fe și alte impurități.

Pentru a reduce posibilitatea de cristalizare acid sulfuricîn timpul transportului și depozitării se stabilesc standarde pentru calitățile comerciale acid sulfuric, a cărui concentrație corespunde cu cele mai scăzute temperaturi de cristalizare. Conţinut acid sulfuricîn grade tehnice (%): turn (azot) 75, contact 92,5-98,0, oleum 104,5, oleum procent mare 114,6, baterie 92-94. acid sulfuric depozitate în rezervoare de oțel cu un volum de până la 5000 m 3, capacitatea lor totală în depozit este proiectată pentru o producție de zece zile. Oleum și acid sulfuric transportate în cisterne feroviare de oțel. Concentrat și baterie acid sulfuric transportat în rezervoare din oțel rezistent la acizi. Rezervoarele pentru transportul oleum-ului sunt acoperite cu izolație termică, iar oleum-ul este încălzit înainte de umplere.

A determina acid sulfuric colorimetric si fotometric, sub forma unei suspensii de BaSO 4 - fototurbidimetric, precum si prin metoda coulometrica.

Utilizarea acidului sulfuric

Acidul sulfuric este utilizat la producerea îngrășămintelor minerale, ca electrolit în bateriile cu plumb, pentru producerea diverșilor acizi și săruri minerale, fibre chimice, coloranți, substanțe care formează fum și explozivi, în petrol, prelucrarea metalelor, textile, piele și alte industrii. Se foloseste in sinteza organica industriala in reactii de deshidratare (obtinerea eterului dietilic, esteri), hidratare (etanol din etilena), sulfonare (si produse intermediare in producerea colorantilor), alchilare (obtinere izooctan, polietilen glicol, caprolactama) etc. Cel mai mare consumator acid sulfuric- producerea de îngrășăminte minerale. Pentru 1 tonă de îngrășăminte cu fosfat P 2 O 5 se consumă 2,2-3,4 tone acid sulfuricşi pentru 1 t (NH4)2S04 - 0,75 t acid sulfuric. Prin urmare, plantele cu acid sulfuric tind să fie construite împreună cu plante pentru producerea de îngrășăminte minerale. Producția mondială acid sulfuricîn 1987 a ajuns la 152 milioane de tone.

Acid sulfuricși oleum - substanțe extrem de agresive care afectează tractul respirator, pielea, mucoasele, provoacă dificultăți de respirație, tuse, adesea - laringită, traheită, bronșită etc. MPC de aerosol de acid sulfuric în aerul zonei de lucru este de 1,0 mg/m 3 , în atmosferă de 0,3 mg/m 3 (maximum o singură dată) și 0,1 mg/m 3 (medie zilnică). Concentrația izbitoare de vapori acid sulfuric 0,008 mg/l (60 min expunere), letal 0,18 mg/l (60 min). Clasa de pericol 2. Aerosoli acid sulfuric se poate forma în atmosferă ca urmare a emisiilor din industriile chimice și metalurgice care conțin oxizi de S și cad sub formă de ploaie acide.

DEFINIȚIE

anhidru acid sulfuric este un lichid greu, vâscos, care este ușor miscibil cu apa în orice proporție: interacțiunea se caracterizează printr-un efect exotermic excepțional de mare (~880 kJ/mol la diluție infinită) și poate duce la fierbere explozivă și stropire a amestecului dacă apa este adăugat la acid; de aceea este atât de important să folosiți întotdeauna ordinea inversă la prepararea soluțiilor și să adăugați acidul în apă, încet și cu agitare.

Unele proprietăți fizice ale acidului sulfuric sunt prezentate în tabel.

H 2 SO 4 anhidru este un compus remarcabil cu o constantă dielectrică neobișnuit de mare și o conductivitate electrică foarte mare, care se datorează autodisocierii ionice (autoprotoliza) a compusului, precum și mecanismului de conducere a releului de transfer de protoni, care asigură fluxul de curent electric printr-un lichid vâscos cu un număr mare de legături de hidrogen.

Tabelul 1. Proprietățile fizice ale acidului sulfuric.

Obținerea de acid sulfuric

Acidul sulfuric este cel mai important produs chimic industrial și cel mai ieftin acid în vrac produs oriunde în lume.

Acidul sulfuric concentrat („ulei de vitriol”) a fost obținut mai întâi prin încălzirea „vitriolului verde” FeSO 4 × nH 2 O și consumat în cantități mari pentru a obține Na 2 SO 4 și NaCl.

Procesul modern de producere a acidului sulfuric folosește un catalizator constând din oxid de vanadiu (V) cu adăugare de sulfat de potasiu pe un purtător de dioxid de siliciu sau pământ de diatomee. Dioxidul de sulf SO 2 se obține prin arderea sulfului pur sau prin prăjirea minereului sulfurat (în primul rând pirită sau minereuri de Cu, Ni și Zn) în procesul de extracție a acestor metale, apoi SO 2 se oxidează la trioxid și apoi se obține acid sulfuric prin dizolvare in apa:

S + O2 → S02 (AH 0 - 297 kJ/mol);

S02 + ½ O2 → S03 (AH0 - 9,8 kJ/mol);

S03 + H20 → H2S04 (AH0 - 130 kJ/mol).

Proprietățile chimice ale acidului sulfuric

Acidul sulfuric este un acid dibazic puternic. În prima etapă, în soluții de concentrație scăzută, se disociază aproape complet:

H2S04↔H++ + HSO4-.

Disocierea în a doua etapă

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

procedează într-o măsură mai mică. Constanta de disociere a acidului sulfuric în a doua etapă, exprimată în termeni de activitate ionică, K 2 = 10 -2.

Ca acid dibazic, acidul sulfuric formează două serii de săruri: medii și acide. Sărurile medii ale acidului sulfuric se numesc sulfați, iar sărurile acide se numesc hidrosulfați.

Acidul sulfuric absoarbe cu lăcomie vaporii de apă și, prin urmare, este adesea folosit pentru a usca gazele. Capacitatea de absorbție a apei explică și carbonizarea multor substanțe organice, în special a celor aparținând clasei de carbohidrați (fibre, zahăr etc.), atunci când sunt expuse la acid sulfuric concentrat. Acidul sulfuric elimină hidrogenul și oxigenul din carbohidrați, care formează apă, iar carbonul este eliberat sub formă de cărbune.

Acidul sulfuric concentrat, mai ales fierbinte, este un agent oxidant puternic. Acesta oxidează HI și HBr (dar nu HCl) pentru a elibera halogeni, cărbunele la CO 2 , sulful la SO 2 . Aceste reacții sunt exprimate prin ecuațiile:

8HI + H2SO4 \u003d 4I2 + H2S + 4H2O;

2HBr + H2SO4 \u003d Br2 + SO2 + 2H2O;

C + 2H2SO4 \u003d CO2 + 2SO2 + 2H2O;

S + 2H 2 SO 4 \u003d 3SO 2 + 2H 2 O.

Interacțiunea acidului sulfuric cu metalele decurge diferit în funcție de concentrația acestuia. Acidul sulfuric diluat se oxidează cu ionul său de hidrogen. Prin urmare, interacționează numai cu acele metale care se află în seria de tensiuni numai până la hidrogen, de exemplu:

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2.

Cu toate acestea, plumbul nu se dizolvă în acid diluat deoarece sarea de PbSO4 rezultată este insolubilă.

Acidul sulfuric concentrat este un agent oxidant datorat sulfului (VI). Oxidează metalele din seria de tensiune până la argint inclusiv. Produsele reducerii sale pot fi diferite in functie de activitatea metalului si de conditii (concentratia acidului, temperatura). Când interacționează cu metale slab active, cum ar fi cuprul, acidul este redus la SO 2:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Atunci când interacționează cu metale mai active, produsele de reducere pot fi atât dioxid, cât și sulf liber și hidrogen sulfurat. De exemplu, atunci când interacționați cu zincul, pot apărea reacții:

Zn + 2H2SO4 \u003d ZnSO4 + SO2 + 2H2O;

3Zn + 4H2S04 = 3ZnS04 + S↓ + 4H20;

4Zn + 5H 2 SO 4 \u003d 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

Utilizarea acidului sulfuric

Utilizarea acidului sulfuric variază de la o țară la alta și de la un deceniu la altul. Deci, de exemplu, în SUA, principala zonă de consum de H 2 SO 4 este producția de îngrășăminte (70%), urmată de producția chimică, metalurgie, rafinarea petrolului (~5% în fiecare zonă). În Marea Britanie, distribuția consumului pe industrie este diferită: doar 30% din H 2 SO 4 produs este folosit în producția de îngrășăminte, dar 18% merge la vopsele, pigmenți și intermediari de colorare, 16% la producția chimică, 12% la săpun și detergenți, 10% pentru producția de fibre naturale și artificiale și 2,5% este utilizat în metalurgie.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1