Серная кислота

Реферат по химии

                                                                         ученицы 9 «В» класса

                                                                         гимназии   №   44

                                                                           Богдановой     Инги

Серная кислота

Свойства.

          Серная кислота представляет собой бесцветную вязкую жидкость, плотность 1,83 г/мл (20º). Температура плавления серной кислоты составляет 10,3ºС, температура кипения 269,2ºС.

          Химические свойства серной кислоты во многом  зависят от ее концентрации. В лабораториях и промышленности применяют разбавленную и концентрированную серную кислоту, хотя это деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).

          1. Взаимодействие с металлами.

          Разбавленная серная кислота взаимодействует с некоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделением водорода:

Fe+H2SO4 =FeSO4 +H2

Некоторые малоактивные металлы, такие как медь, серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.

          Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Она окисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты обычно являются оксиды серы (IV), сероводород и сера (Н2S и S образуются в реакциях кислоты с активными металлами – магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Примеры реакций:

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O

Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2+2H2O     или

4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S+4H2O

          Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) не взаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явление пассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошной пленки, состоящей из оксидов или других соединений, которые препятствуют контакту металла с кислотой. Благодоря пассивации можно хранить и перевозить концентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная серная кислота пассивирует также аллюминий, никель, хром, титан.

          2. Взаимодействие с неметаллами.

          Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:

S+2H2SO4=3SO2+2H2O

Окислительные свойства  концентрированной серной кислоты могут проявляться в реакциях с некоторыми сложными веществами – востановителями, например:

2KBr+2H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O

          3. Взаимодействия с основными оксидами и основаниями.

          Серная кислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновная кислота H2SO4 образует два типа солей: средние соли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты. Примеры реакций:

Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3Н2О

сульфат алюминия

2КОН+Н2SO4=K2SO4+2H2O

сульфат калия

КОН+Н2SO+=KHSO4+H2O

гидросульфат калия

          Гидросульфаты образуются, когда кислота берется в избытке.

          Многие соли серной кислоты выделяются из растворов в виде кристаллогидратов, например

Al2(SO4)3  18Н2О  Na2SО4  10Н2О

          4. Взаимодействие с солями.

          С некоторыми солями серная кислота вступает в реакции обмена, например:

СаСО3+Н2SO4=CaSO4‌‌+СО2↑+Н2О

ВаСl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

Последняя реакция является качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белого осадка ВаSO4, который практически не растворяется в концентрированой азотной кислоте.

           5. Взаимодействие с водой.

           При растворении в воде серная кислота активно взаимодействует с ней, образуя гидраты:

nH2O+H2SO4=H2SO4·nH2O

Благодоря способности связывать воду, серная кислота является хорошим осушителем.

           Многие органические вещества, содержащие водород и кислород (бумага, древесина, ткани, сахара), при дествии серной кислоты обугливаются в результате связывания кислотой воды. Например: процесс обугливания сахара С12Н22О11 можно описать следующим уравнением:

nC12H22O11+H2SO4=12nC

                  6. Диссоциация кислоты.

            В водных растворах серная кислота диссоциирует на ионы

  В  водном растворе серная кислота является очень сильной- она диссоциирована практически полностью по юбоим ступеням. Безводная серная кислота диссоциирует в незначительной степени, т.е. является слабой.

            Производство серной кислоты.

            Весь процесс можно разбить на три последовательные стадии: получение диоксида серы, окисление его до триоксида и поглощение триоксида серы.

1.    Получение диоксида серы.

             Наиболее распространенным сырьем для получения SO2 является пирит FeS2, который подвергается обжигу:

4FeS2+11O2=2FeO2+8SO2

             Обжиг производят в специальной печи.В печь снизу под давлением подается воздух с такой скоростью, чтобы слой раздробленного пирита разрыхлялся, но частицы твердого вещества не уносились потоком воздуха и обжиговых газов. Такой способ обжига называется обжигом в кипящем слое, так как слой твердого вещества похож на кипящую жидкость.

              В результате обжига пирита получается обжиговый газ, который, кроме диоксида серы, содержит кислород, азот, пары воды и другие примеси. Некотрые из этих примесей вредны для последующих процессов производства серной кислоты, поэтому обжиговый газ  подвергается тщательной очистке от твердых частиц (пыли) и влаги. Осушение газа проводится концентрированной серной кислотой.

              Иногда в качестве сырья для получения серной кислоты используют диоксид серы, содержащийся в отходящих газах других производств или полученный сжиганием серы.

              2.Получение триоксида серы.

              Вторая стадия производства серной кислоты – окисление диоксида серы кислородом воздуха до триоксида. В настоящее время этот процесс осуществляется контактныи способом: окисление производится при температуре 400- 600°С в присутствии катализаторов (платина, оксид ванадия(V) V2O5 или оксид железа(III) Fe2O3). Этот процесс экзотермический. Выделяющаяся теплота используется для подогрева обжигового газа.

               3.Прглощение триоксида серы.

               Полученный оксид серы (VI) поступает в поглотительную башню, стенки которой орошаются концентрированной серной кислотой(массовая доля H2SO4 98%). Поглощение триоксида серы водой неэффективно:образуется «туман» из мелких капелек серной кислоты, который долго концентрируется.

               Конечный продукт производства – раствор SO3 в серной кислоте, называемый олеумом.  Он может быть разбавлен водой до серной кислоты нужной концентрации.

Применение.

                Серная кислота – важнейший продукт химической промышленности. Она находит примерение в производстве минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатых веществ, в металлургии при получении меди, никеля, урана и других металлов. Используется ка осушител ь газов.

                 Большое практическое применение из солей серной кислоты имеют различные сульфаты. Медный и железный купоросы CuSO4· 5H2O и FeSO4 ·7H2O используются в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве красок, для пропитки древесины  в качестве антисептического средства. Купоросами называют кристаллогидраты сульфатов некоторых металлов (меди, железа, цинка, никеля).

          Гипс CaSO4·2H2O и сульфат кальция СаSO4 используют в строительстве, медицине и других облостях. Из гипса при прокаливании получают алебастр СаSO4·0,5H2O:

CaSО4·2H2O=CaSO4·0,5H2O+1,5H2O

Алебастр, смешааный с водой, быстро затвердевает, превращаясь в гипс:

СаSO4·0,5H2O+1,5H2O=CaSO4·2H2O

          Сульфат натрия N2SO4 используется в производстве стекла. Сульфат натрия входит в состав природного минерала   Na2SO4·10H2O – глауберовой соли, или мирабилита. Сульфаты калия или аммония применяют как удобрения. Алюмокалиевык квасцы КАI(SO4)2·11H2O проявляют дубящие своцства, и их используют в производстве кожи, а также как протраву при крашении тканей. Сульфат бария ВаSО4 применяется в производстве бумаги, резины и белых минеральных красок.