sulfuric acid

1. Сульфатна кислота
(сірчана кислота)
H2SO4
Презентація учениці 10 класу Гончар Таїсії

2. Фізичні властивості
 Хімічно чиста сульфатна кислота являє собою важку безбарвну
маслянисту рідину. Продається звичайно її 96,5 % - ний водний розчин
густиною 1,84 г/см3 або так званий «олеум», тобто розчин SO3 в
H2SO4. У воді H2SO4 розчиняється дуже добре (змішується з водою в
необмежених кількостях). При цьому виділяється тепло, і розчин дуже
сильно нагрівається (навіть до кипіння води). Тому при додаванні води
до концентрованої сульфатної кислоти остання розбризкується
внаслідок швидкого перетворення води в пару. Через це при розведенні
концентрованої H2SO4 треба кислоту вливати у воду (а не навпаки!)
тонким струменем при старанному розмішуванні розчину скляною
паличкою. Виділення тепла обумовлюється утворенням гідратів H2SO4 •
H2O, H2SO4 • 2H2O і ін.
 Концентрована H2SO4 активно вбирає вологу, завдяки чому її часто
застосовують для висушування газів, які хімічно не взаємодіють з нею.
Концентрована сульфатна кислота руйнує рослинні і тваринні організми,
і працювати з нею слід дуже обережно. Якщо кислота попаде на шкіру , її
треба негайно змити великою кількістю води і промити уражене місце
розведеним розчином амоніаку. Сульфатна кислота руйнує також багато
органічних речовин, зокрема вуглеводи — дерево, папір, бавовняні
тканини, цукор тощо. Руйнування цих речовин обумовлюється тим, що
концентрована сульфатна кислота віднімає від них водень і кисень у
вигляді води, а вуглець залишається у вигляді пористого вугілля.

3. Хімічні властивості
 Сульфатна кислота - у водних розчинах дисоціює майже повністю
та відноситься до сильних кислот:
 Н2SО4 == 2Н+ + SО42-
 Солі сульфатної кислоти мають назву сульфати. Наприклад: Mg
SО4 - Магній сульфат.
 При дії розведеної сульфатної кислоти на метали, які у
електрохімічному ряді активності металів розташовані ліворуч
водню, виділяється водень.
 Mg + Н2SО4 =Н2+ Mg SО4

4. Застосування
 Застосування сульфатної кислоти дуже широке і різноманітне. Головним
споживачем її є виробництво мінеральних добрив — суперфосфату і сульфату
амонію, а також нафтова промисловість для очистки газу, мінеральних масел
та інших нафтопродуктів. У хімічній промисловості цю кислоту застосовують
при виробництві барвників, штучного волокна, залізного купоросу FeSO4•7H2O,
мідного купоросу CuSO4 • 5H2O і інших продуктів.
 Сульфатна кислота є важливим продуктом хімічної промисловості. Вона у
великих кількостях застосовується у виробництві мінеральних добрив,
волокон, пластмас, барвників, вибухових речовин, у металургії в процесі
добування міді, нікелю, урану та інших металів. Використовується також як
осушувач газів.
 Серед сульфатів велике практичне значення мають мідний і залізний купороси
СuS04 • 5Н20 і FeS04 • 7Н20. Вони використовуються в сільському господарстві
для боротьби із шкідниками рослин, у виробництві фарб, для просочення
деревини як антисептичний засіб.

5. Застосування
 Купороси — технічна назва кристалогідратів сульфатів деяких важких
металів (міді, заліза, цинку, нікелю), тобто це солі, кристали яких містять
кристалізаційну воду.
 Гіпс СаS04 • 2Н20 і сульфат кальцію СаS04 використовують у будівництві,
медицині та інших галузях.
 Сульфат натрію Na2S04 застосовують у виробництві скла. Він входить до
складу природною мінералу Nа2S04 • 10Н2О глауберової солі, яка
використовується в медицині як проносний засіб.
 Сульфати калію К2S04 і амонію (NН4)2S04 використовують як добрива.
 Сульфат барію ВаS04 застосовують у виробництві паперу, гуми та білої
мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку
(«Барієва каша»)

6. Добування сульфатної кислоти у
промисловості
 Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості —
це контактний. Як сировина використовується пірит FeS2 (залізний, або
сірчаний, колчедан.
 Перша стадія процесу — випалювання колчедану і добування діоксиду
сульфуру:
 4FeS2 + 11О2 = 2Fe203 + 8S02↑; ΔH= -13476 кДж.
 Цей процес відбувається у колчеданних печах, з яких виходить
випалювальний газ. Він містить, окрім діоксиду сульфуру S02, ще кисень, азот,
водяну пару та інші домшки. Його очищають, висушують і подають на другу
стадію виробництва у контактний апарат.

7. Добування сульфатної кислоти у
промисловості
 Друга стадія — окиснення діоксиду сульфуру і добування триоксиду
сульфуру:

 2S02 + 02 ⇔2SО3 ΔH = -197,9 кДж.
 Окиснення відбувається в контактному апараті за наявності каталізатора і
високої температури.
 Але ви можете запитати, навіщо тут висока температура, якщо реакція
екзотермічна. Адже ми знаємо, що згідно з принципом Ле Шательє зміщенню
рівноваги у бік утворення S03 сприятимуть низька температура і високий тиск.
 Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосувати майже неможливо,
бо S02 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не
можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують
каталізатор V205, щоб пришвидшити процес, а каталізатор сам стає активним
лише при 450 °С. Ось чому, незважаючи на екзотермічність реакції,
використовують ще додаткове нагрівання. Теплоту, яка виділяється під час
реакції, відводять і використовують для нагрівання випалювального газу, який
встигає охолонути, проходячи складну систему очисних споруд перед
надходженням у контактний апарат (див. схему виробництва сульфатної
кислоти на вклейці).

8. Добування сульфатної кислоти у
промисловості
 Отже, процес окиснення S02 в S03 здійснюється склад но, бо ця реакція
оборотна й екзотермічна. Умови її здійснення визначаються в основному
згідно з принципом Ле Шательє.
 Третя стадія виробництва — поглинання триоксиду сульфуру утворення
сульфатної кислоти H2S04.
 Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру S03 надходить у
поглинальну башту — абсорбер, де поглинається концентрованою сульфатною
кислотою (масова частка H2S04 96—98 %). В абсорбері S03 взаємодіє з
водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти,
утворюючи безводну, 100 %-ву сульфатну кислоту, яка надається
моногідратом:
 S03 + Н20 = H2S04; ΔH = -130,6 кДж
 Чистою водою поглинати триоксид сульфуру S03 не можна, оскільки
утворюється дуже стійкий «туман» з дрібних крапель сульфатної кислоти, який
погано конденсується.
 Кінцевий продукт виробництва — олеум (розчин S03 у моногідраті). Його
розбавляють водою до сульфатної кислоти потрібної концентрації.

9. Добування сульфатної кислоти у
промисловості
 Третя стадія виробництва — поглинання триоксиду сульфуру утворення
сульфатної кислоти H2S04.
 Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру S03 надходить у
поглинальну башту — абсорбер, де поглинається концентрованою сульфатною
кислотою (масова частка H2S04 96—98 %). В абсорбері S03 взаємодіє з
водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти,
утворюючи безводну, 100 %-ву сульфатну кислоту, яка надається
моногідратом:
 S03 + Н20 = H2S04; ΔH = -130,6 кДж
 Чистою водою поглинати триоксид сульфуру S03 не можна, оскільки
утворюється дуже стійкий «туман» з дрібних крапель сульфатної кислоти, який
погано конденсується.
 Кінцевий продукт виробництва — олеум (розчин S03 у моногідраті). Його
розбавляють водою до сульфатної кислоти потрібної концентрації.

10. Технічне добування сульфатної
кислоти
 В основі процесу промислового добування сульфатної
кислоти лежать такі хімічні реакції:
 1) реакція одержання сульфітного ангідриду SO2 спалюванням сірки або
випалюванням залізного колчедану (піриту) FeS2:
 4Fe2+S1-2 + 11O0 = 2 Fe3+2О2-3 + 8S4+О2-2 ^|
 2) окиснення сульфітного ангідриду в сульфатний ангідрид:
 2S4+O2 + O02 = 2S6+O2-3
 3) сполучення сульфатного ангідриду з водою:
 SO3 + H2O = H2SO4

11. Технічне добування сульфатної
кислоти
 Основну масу сульфітного ангідриду одержують при випалюванні піриту.
Випалювання FeS2 і спалювання сірки проводять у спеціальних печах. Значні
кількості SO2 одержують також як побічний продукт у кольоровій металургії
при випалюванні сульфідних руд.
 Окиснення сульфітного ангідриду в сульфатний ангідрид здійснюють двома
методами: контактним і нітрозним. Назва методу «контактний» походить від
того, що окиснення SO2 в SO3 киснем відбувається при контакті (дотику) обох
газів на поверхні твердого каталізатора. Від цього і сам метод добування
сульфатної кислоти одержав назву контактного.
 Каталізатором при окисненні SO2 в SO3 контактним методом раніше служила
лише роздрібнена платина. Тепер з цією метою використовують значно
дешевий ванадійовий ангідрид V2O5 та інші каталізатори.

12. Охорона праці та навколишнього середовища у
виробництві сульфатної кислоти
 Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництв — найважливіша
проблема сучасності. У виробництві сульфатної кислоти можуть бути втрати якоїсь
кількості діоксиду S02 і триоксиду сульфуру S03 та викидання їх в атмосферу, що
спричинює кислотні дощі. Вони сприяють підвищенню кислотності ґрунтів і зниженню
врожаїв, збільшенню кислотності водойм і загибелі його мешканців. Кислотні дощі
спричинюють корозію металів, руйнують лакофарбові покриття. Під їх згубною дією
руйнуються будівельні матеріали, пам'ятники архітектури.
 Щоб запобігти утворенню кислотних дощів і забезпечити охорону здоров'я працівників,
намагаються не допускати викидання оксиду сульфуру (ІV) S02 в атмосферу і в цехи
заводу. З цією метою своєчасно ремонтують апаратуру, встановлюють фільтри,
поглиначі, вентиляцію, суворо додержують технологічного режиму, використовують
засоби індивідуального захисту працівників, удосконалюють й автоматизують
виробничі процеси, герметизують устаткуваньня та апаратуру, впроваджують принцип
безвідхідності та ефективні методи очищення відхідних газів. З них тепер вловлюють
S02 і знову повертають його у виробництво. Застосовують також методи добування
цінних побічних продуктів з промислових відходів.
 Над проблемою повної утилізації та переробки відходів виробництва сульфатної
кислоти нині працюють інженери техніки. Адже реалізація принципу безвідхідності дає
змогу не тільки істотно збільшувати вихід кислоти, підвищувати ефективність
виробництва, а й охороняти здоров 'я людей зберігати чистоту навколишнього
середовища.