додати матеріал

приховати рекламу

Сірчана кислота

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Фізичні властивості.

Чистий 100%-ная сірчана кислота (моногідрат) представляє собою безбарвну маслянисту рідину, що застигає у кристалічну масу при +10 ° С. Реактивна сірчана кислота має звичайно щільність 1,84 г/см3 і містить близько 95% H2SO4. Твердне вона лише нижче -20 ° С.

Температура плавлення моногідрату дорівнює 10,37 ° С при теплоті плавлення 10,5 кДж / моль. У звичайних умовах він представляє собою дуже в'язку рідину з дуже високим значенням діелектричної проникності (e = 100 при 25 ° С). Незначна власна електролітична дисоціація моногідрату протікає паралельно по двох напрямках: [Н3SO4 +] · [НSO4-] = 2.10 -4 і [Н3О +] · [НS2О7-] = 4.10 -5. Його молекулярно-іонний склад може бути наближено охарактеризований наступними даними (у%):

H2SO4 HSO4-H3SO4 + H3O + HS2O7-H2S2O7

99,5 0,18 0,14 0,09 0,05 0,04

При додаванні навіть малих кількостей води переважаючою стає дисоціація за схемою: Н2О + Н2SО4 Н3О + + НSO4-

Хімічні властивості.

H2SO4 - сильна двоосновна кислота.

H2SO4 H + + HSO4-2H + + SO42-

Перший ступінь (для середніх концентрацій) призводить до 100%-ої дисоціації:

K2 = ([H +] · [SO42-]) / [HSO4-] = 1,2 · 10-2

1) Взаємодія з металами:

a) розбавлена ​​сірчана кислота розчиняє тільки метали, що стоять у ряді напруг лівіше водню:

Zn0 + H2 +1 SO4 (разб) -> Zn +2 SO4 + H2O

b) концентрована H2 +6 SO4 - сильний окислювач; при взаємодії з металами (крім Au, Pt) може відновлюватися до S +4 O2, S0 або H2S-2 (без нагрівання не реагують також Fe, Al, Cr - пасивуються):

2Ag0 + 2H2 +6 SO4 -> Ag2 +1 SO4 + S +4 O2 + 2H2O

8Na0 + 5H2 +6 SO4 -> 4Na2 +1 SO4 + H2S-2 + 4H2O

2) концентрована H2S +6 O4 реагує при нагріванні з деякими неметалами за рахунок своїх сильних окисних властивостей, перетворюючись у сполуки сірки більш низького ступеня окислення, (наприклад, S +4 O2):

С0 + 2H2S +6 O4 (конц) -> C +4 O2 + 2S +4 O2 + 2H2O

S0 + 2H2S +6 O4 (конц) -> 3S +4 O2 + 2H2O

2P0 + 5H2S +6 O4 (конц) -> 5S +4 O2 + 2H3P +5 O4 + 2H2O

3) з основними оксидами:

CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O

CuO + 2H + -> Cu2 + + H2O

4) з гідроксидами:

H2SO4 + 2NaOH -> Na2SO4 + 2H2O

H + + OH--> H2O

H2SO4 + Cu (OH) 2 -> CuSO4 + 2H2O

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

5) обмінні реакції з солями:

BaCl2 + H2SO4 -> BaSO4 + 2HCl

Ba2 + + SO42--> BaSO4

Освіта білого осаду BaSO4 (нерозчинного в кислотах) використовується для ідентифікації сірчаної кислоти і розчинних сульфатів.

MgCO3 + H2SO4 -> MgSO4 + H2O + CO2 H2CO3

Моногідрат (чиста, 100%-а сірчана кислота) є іонізуючим розчинником, що мають кислотний характер. У ньому добре розчиняються сульфати багатьох металів (переходячи при цьому в бісульфату), тоді як солі інших кислот розчиняються, як правило, лише при можливості їх сольволіза (з переказом на бісульфату). Азотна кислота поводиться в моногідраті як слабке основаніеHNO3 + 2 H2SO4 H3O + + NO2 + + 2 HSO4-хлорне - як дуже слабка кіслотаH2SO4 + HClO4 = H3SO4 + + ClO4-Фторсульфоновая і хлорсульфонова виявляються кислотами кілька сильнішими (HSO3F> HSO3Cl> HClO4). Моногідрат добре розчиняє багато органічних речовин, що мають у своєму складі атоми з неподіленими електронними парами (здатними до приєднання протона). Деякі з них можуть бути потім виділені назад у незміненому стані шляхом простого розведення розчину водою. Моногідрат володіє високим значенням криоскопической константи (6,12 °) і їм іноді користуються як середовищем для визначення молекулярних ваг.

Концентрована H2SO4 є досить сильним окислювачем, особливо при нагріванні (відновлюється зазвичай до SO2). Наприклад, вона окисляє HI і частково HВr (але не HСl) до вільних галогенів. Окисляються нею і багато металів - Cu, Hg і ін (тоді як золото і платина по відношенню до H2SO4 стійкі). Так взаємодія з міддю йде за рівнянням:

Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O

Діючи в якості окислювача, сірчана кислота звичайно відновлюється до SO2. Однак найбільш сильними відновниками вона може бути відновлена ​​до S і навіть H2S. З сірководнем концентрована сірчана кислота реагує з рівняння:

H2SO4 + H2S = 2H2O + SO2 + S

Слід зазначити, що вона частково відновлюється також газоподібним воднем і тому не може застосовуватися для його осушення.

Рис. 13. Електропровідність розчинів сірчаної кислоти.

Розчинення концентрованої сірчаної кислоти у воді супроводжується значним виділенням тепла (і деяким зменшенням загального обсягу системи). Моногідрат майже не проводить електричного струму. Навпаки, водні розчини сірчаної кислоти є хорошими провідниками. Як видно на рис. 13, максимальною електропровідністю володіє приблизно 30%-ва кислота. Мінімум кривої відповідає гідрату складу H2SO4 · H2O.

Виділення тепла при розчиненні моногідрату у воді становить (в залежності від кінцевої концентрації розчину) до 84 кДж / моль H2SO4. Навпаки, змішуванням 66%-ної сірчаної кислоти, попередньо охолодженої до 0 ° С, зі снігом (1:1 за масою) може бути досягнуто зниження температури, до -37 ° С.

Зміна щільності водних розчинів H2SO4 із концентрацією кислоти (вес.%) дано нижче:

5 10 20 30 40 50 60
15 ° С 1,033 1,068 1,142 1,222 1,307 1,399 1,502
25 ° С 1,030 1,064 1,137 1,215 1,299 1,391 1,494
70 80 90 95 97 100
15 ° С 1,615 1,732 1,820 1,839 1,841 1,836
25 ° С 1,606 1,722 1,809 1,829 1,831 1,827

Як видно з цих даних, визначення по щільності концентрації сірчаної кислоти вище 90 вагу. % Стає вельми неточним. Тиск водяної пари над розчинами H2SO4 різної концентрації при різних температурах показано на рис. 15. Як осушувача сірчана кислота може діяти лише до тих пір, поки тиск водяної пари над її розчином менше, ніж його парціальний тиск в осушуваних газі.

Рис. 15. Тиск водяної пари.

Рис. 16. Температури кипіння над розчинами H2SO4. розчинів H2SO4.

При кип'ятінні розведеного розчину сірчаної кислоти з нього відганяється вода, причому температура кипіння підвищується аж до 337 ° С, коли починає переганяти 98,3% H2SO4 (рис. 16). Навпаки, з більш концентрованих розчинів зникає надлишок сірчаного ангідриду. Пар киплячій при 337 ° С сірчаної кислоти частково дисоційований на H2O і SO3, які знову з'єднуються при охолодженні. Висока температура кипіння сірчаної кислоти дозволяє використовувати її для виділення при нагріванні легколетучих кислот з їх солей (наприклад, HCl з NaCl).

Отримання.

Моногідрат може бути отриманий кристалізацією концентрованої сірчаної кислоти при -10 ° С.

Виробництво сірчаної кислоти.

1-а стадія. Піч для випалу колчедану.

4FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O3 + 8SO2 + Q

Процес гетерогенний:

1) подрібнення залізного колчедану (піриту)

2) метод "киплячого шару"

3) 800 ° С; відвід зайвого тепла

4) збільшення концентрації кисню в повітрі

2-я стадія. Після очищення, осушення та теплообміну сірчистий газ надходить в контактний апарат, де окислюється в сірчаний ангідрид (450 ° С - 500 ° С; каталізатор V2O5):

2SO2 + O2 2SO3

3-я стадія. Поглинювальна вежа:

nSO3 + H2SO4 (конц) -> (H2SO4 · nSO3) (олеум)

Воду використовувати не можна через утворення туману. Застосовують керамічні насадки і принцип протитоку.

Застосування.

Пам'ятайте! Сірчану кислоту потрібно вливати малими порціями у воду, а не на оборот. Інакше може статися бурхлива хімічна реакція, в результаті якої людина може отримати сильні опіки.

Сірчана кислота - один з основних продуктів хімічної промисловості. Йде на виробництво мінеральних добрив (суперфосфат, сульфат амонію), різних кислот і солей, лікарських та миючих засобів, барвників, штучних волокон, вибухових речовин. Застосовується в металургії (розкладання руд, напр. Уранових), для очищення нафтопродуктів, як осушувач і ін

Практично важливо та обставина, що дуже міцна (вище 75%) сірчана кислота не діє на залізо. Це дозволяє зберігати і перевозити її в сталевих цистернах. Навпаки, розбавлена ​​H2SO4 легко розчиняє залізо з виділенням водню. Окислювальні властивості для неї зовсім не характерні.

Міцна сірчана кислота енергійно поглинає вологу і тому часто застосовується для осушування газів. Від багатьох органічних речовин, що містять у своєму складі водень і кисень, вона забирає воду, що нерідко використовується в техніці. З цим же (а також з окисними властивостями міцної H2SO4) пов'язане її руйнівну дію на рослинні і тваринні тканини. Випадково потрапила при роботі на шкіру або плаття сірчану кислоту слід негайно ж змити великою кількістю води, потім змочити постраждале місце розведеним розчином аміаку і знову промити водою.

Молекули чистої сірчаної кислоти.

Рис.1. Схема водневих зв'язків в кристалі H2SO4.

Молекули, що утворять кристал моногідрату, (ПЗ) 2SO2 з'єднані один з одним досить сильними (25 кДж / моль) водневими зв'язками, як це схематично показано на рис. 1. Сама молекула (ПЗ) 2SO2 має структуру викривленого тетраедра з атомом сірки біля центру і характеризується наступними параметрами: (d (S-ОН) = 154 пм, РНО-S-ОН = 104 °, d (S = O) = 143 пм, РOSO = 119 °. У іоні HOSO3-, d (S-ОН) = 161 і d (SO) = 145 пм, а при переході до іону SO42-тетраедр набуває правильну форму і параметри вирівнюються [d (SO) = 148 пм] . Кристалогідрати сірчаної кислоти.

Для сірчаної кислоти відомо кілька кристалогідратів, склад яких зображений на рис. 14. З них найбільш бідний водою являє собою сіль оксония: H3O + HSO4-. Оскільки розглянута система дуже схильна до переохолодження, фактично спостерігаються в ній температури замерзання лежать набагато нижче температур плавлення.

Рис. 14. Температури плавлення в системі H2O · H2SO4.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат | 22,4кб. | скачати

Схожі роботи:
Азотна кислота
Соляна кислота
Фолієва кислота
Глютамінова кислота
Азотна кислота
Фосфатна кислота та її солі
Азот азотна кислота
Нітратна кислота її властивості
Аспаргиновой кислота і гліцин
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru