Оксид серы (VI). Серная кислота

Оксид серы (VI). Серная кислота
Автор: SergeiMegan
02.06.2008 07:39 - Обновлено 30.06.2008 14:59
Оксид серы (VI). Серная кислота
Оксид серы (VI) (см. табл. 20) — бесцветная жидкость, затвердевающая при
температуре 16,8°С в твердую кристаллическую массу. Он очень сильно поглощает
влагу, образуя серную кислоту: SO3+Н2O= H2SO4
Таблица 20. Свойства оксидов серы
Растворение оксиды серы (VI) в воде сопровождается выделением значительного
количества теплоты. Оксид серы (VI) очень хорошо растворим в концентрированной
серной кислоте. Раствор SO3 в безводной кислоте называется олеумом. Олеумы могут
содержать до 70% SO3.
Получение
1. Оксид серы (VI) получают окислением сернистого газа кислородом воздуха в
присутствии катализаторов при температуре 450°С (см. Получение серной кислоты):
2SO2+O2=2SO3
2. Другим способом окисления SO2 до SO3 является использование в качестве
окислителя оксида азота (IV):
1/5
Оксид серы (VI). Серная кислота
Автор: SergeiMegan
02.06.2008 07:39 - Обновлено 30.06.2008 14:59
Образующийся оксид азота (II) при взаимодействии с кислородом воздуха легко и
быстро превращается в оксид азота (IV): 2NO+О2=2NO2
который вновь может использоваться в окислении SO2. Следовательно, NO2 выполняет
роль переносчика кислорода. Этот способ окисления SO2 до SO3 называется
нитрозным. Молекула SO3 имеет форму треугольника, в центре которого
находится атом серы:
Такое строение обусловлено взаимным отталкиванием связывающих электронных пар.
На их образование атом серы предоставил шесть внешних электронов.
Химические свойства
1. SO3 — типичный кислотный оксид.
2. Оксид серы (VI) обладает свойствами сильного окислителя.
Применение
Оксид серы (VI) используют для производства серной кислоты. Наибольшее значение
имеет контактный способ получения
серной кислоты. По этому способу можно получить H2SO4 любой концентрации, а также
олеум. Процесс состоит из трех стадий: получение SO2; окисление SO2 в SO3;
получение H2SO4.
SO2 получают обжигом пирита FeS2 в специальных печах: 4FeS2+11О2=2Fe2O3+8SO2
Для ускорения обжига пирит предварительно измельчают, а для более полного
выгорания серы вводят значительно больше воздуха (кислорода), чем требуется по
реакции. Газ, выходящий из печи обжига, состоит из оксида серы (IV), кислорода, азота,
соединений мышьяка (из примесей в колчедане) и паров воды. Он называется
обжиговым газом.
Обжиговый газ подвергается тщательной очистке, так как даже небольшое содержание
соединений мышьяка, а также пыли и влаги отравляет катализатор. От соединений
мышьяка и от пыли газ очищают, пропуская его через специальные электрофильтры и
промывную башню; влага поглощается концентрированной серной кислотой в сушильной
башне. Очищенный газ, содержащий кислород, нагревается в теплообменнике до 450°C
и поступает в контактный аппарат. Внутри контактного аппарата имеются решетчатые
полки, заполненные катализатором.
Раньше в качестве катализатора использовали мелкораздробленную металлическую
платину. Впоследствии она была заменена соединениями ванадия — оксидом ванадия
(V) V2O5 или суль-фатом ванадила VOSO4, которые дешевле платины и медленнее
отравляются.
Реакция окисления SO2 в SO3 обратимая:
2/5
Оксид серы (VI). Серная кислота
Автор: SergeiMegan
02.06.2008 07:39 - Обновлено 30.06.2008 14:59
2SO2+О22SO3
Увеличение содержания кислорода в обжиговом газе повышает выход оксида серы (VI):
при температуре 450°С он обычно достигает 95% и выше.
Образовавшийся оксид серы (VI) далее подают методом противотока в поглотительную
башню, где он поглощается концентрированной серной кислотой. По мере насыщения
вначале образуется безводная серная кислота, а затем олеум. В дальнейшем олеум
разбавляют до 98% -ной серной кислоты и поставляют потребителям.
Структурная формула серной кислоты:
Физические свойства
Серная кислота — тяжелая бесцветная маслянистая жидкость, кристаллизующаяся при
+10,4°С, почти вдвое (=1,83 г/см3) тяжелее воды, не имеет запаха, нелетуча. Крайне
гигроскопична. Поглощает влагу с выделением большого количества теплоты, поэтому
нельзя воду приливать к концентрированной серной кислоте — произойдет
разбрызгивание кислоты. Для разбавления надо серную кислоту приливать небольшими
порциями к воде.
Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы (VI). При нагревании
отщепляет SO3 до тех пор, пока не образуется раствор с массовой долей H2SO4 98,3%.
Безводная H2SO4 почти не проводит электрический ток.
Химические свойства
1. С водой смешивается в любых соотношениях и образует гидраты различного состава:
H2SO4•Н2О, H2SO4•2Н2О, H2SO4•3Н2O, H2SO4•4Н2О, H2SO4•6,5Н2O
2. Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества — сахар,
бумагу, дерево, волокно, отнимая от них элементы воды:
С12Н22О11+H2SO4=12С+H2SO4•11Н2O
Образовавшийся уголь частично вступает во взаимодействие с кислотой:
На поглощении воды серной кислотой основана осушка газов. Как сильная нелетучая
кислота H2SO4 вытесняет другие кислоты из сухих солей:
NaNO3+H2SO4=NaHSO4+HNO3
Однако если добавлять, H2SO4 к растворам солей, то вытеснения кислот не происходит.
H2SO4 — сильная двухосновная кислота: H2SO4Н++HSO-4 HSO-4H++SO2-4
3/5
Оксид серы (VI). Серная кислота
Автор: SergeiMegan
02.06.2008 07:39 - Обновлено 30.06.2008 14:59
Обладает всеми свойствами нелетучих сильных кислот.
Разбавленная серная кислота характеризуется всеми свойствами кислот-неокислителей.
А именно: взаимодействует с металлами, которые стоят в электрохимическом ряду
напряжений металлов до водорода:
Взаимодействие с металлами идет за счет восстановления ионов водорода.
6. Концентрированная серная кислота является энергичным окислителем. При
нагревании окисляет большинство металлов, в том числе и стоящие в
электрохимическом ряду напряжений после водорода, Не реагирует только с платиной и
золотом. В зависимости от активности металла в качестве продуктов восстановления
могут быть S-2, S° и S+4.
На холоду концентрированная серная кислота не взаимодействует с такими сильными
металлами, как алюминий, железо, хром. Это объясняется пассивацией металлов.
Данную особенность широко используют при ее транспортировке в железной таре.
Однако при нагревании:
Таким образом, концентрированная серная кислота взаимодействует с металлами за
счет восстановления атомов кислотообразователя.
Качественной реакцией на сульфат-ион SO2-4 является образование белого
кристаллического осадка BaSO4, нерастворимого в воде и кислотах:
SO2-4+Ba+2 BaSO4
Применение
Серная кислота является важнейшим продуктом основной химической промышленности,
занимающейся производством неорганических кислот, щелочей, солей, минеральных
удобрений и хлора.
4/5
Оксид серы (VI). Серная кислота
Автор: SergeiMegan
02.06.2008 07:39 - Обновлено 30.06.2008 14:59
По разнообразию применения серная кислота занимает первое место среди кислот.
Наибольшее количество ее расходуется для получения фосфорных и азотных
удобрений. Будучи нелетучей, серная кислота используется для получения других
кислот — соляной, фтороводородной, фосфорной и уксусной.
Много ее идет для очистки нефтепродуктов — бензина, керосина, смазочных масел —
от вредных примесей. В машиностроении серной кислотой очищают поверхность
металла от оксидов перед покрытием (никелированием, хромированием и др.). Серную
кислоту применяют в производстве взрывчатых веществ, искусственных волокон,
красителей, пластмасс и многих других. Ее употребляют для заливки аккумуляторов.
Важное значение имеют соли серной кислоты.
Сульфат натрия Na2SO4 кристаллизуется из водных растворов в виде гидрата
Na2SO4•10Н2О, который называется глауберовой солью. Применяется в медицине в
качестве слабительного. Безводный сульфат натрия применяют в производстве соды и
стекла.
Сульфат аммония (NH4)2SO4 — азотное удобрение.
Сульфат калия K2SO4 — калийное удобрение.
Сульфат кальция СаSО4 встречается в природе в виде минерала гипса CaSO4•2Н2О.
При нагревании до 150°С он теряет часть воды и переходит в гидрат состава
2CaSO4•H2O, называемый жженым гипсом, или алебастром. Алебастр при замешивании
с водой в тестообразную массу через некоторое время снова затвердевает,
превращаясь в CaSO4•2Н2О. Гипс широко применяется в строительном деле
(штукатурка).
Сульфат магния MgSO4 содержится в морской воде, обуславливая ее горький вкус.
Кристаллогидрат, называемый горькой солью, применяют как слабительное.
Купоросы — техническое название кристаллогидратов сульфатов металлов Fe, Cu, Zn,
Ni, Co (обезвоженные соли купоросами не являются). Медный купорос CuSO4•5Н2О —
ядовитое вещество синего цвета. Его разбавленным раствором опрыскивают растения и
протравливают семена перед посевом. Железный купорос FeSO4•7Н2О —
светло-зеленое вещество. Применяют для борьбы с вредителями растений,
приготовления чернил, минеральных красок и т.д. Цинковый купорос ZnSO4•7Н2O
используют в производстве минеральных красок, в ситцепечатании, медицине.
5/5