Получение серной кислоты

Процесс получения кислоты на производстве отражает схема:

FeS₂ -> SO₂ -> SO₃ -> H₂SO₄

В качестве исходного сырья может использоваться не только пирит, но и самородная сера, или сероводород.

1 стадия - получение диоксида серы: пирит подвергают обжигу, обжиг проводят в специальной печи, в печь снизу 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

4FeS₂ +11O₂ -> 2Fe₂O₃ + 8SO₂

2 стадия - получение триоксида серы: окисление диоксида серы до триоксида серы осуществляется контактным способом: окисление проводят при температуре 600⁰С в присутствии катализаторов (платины, оксида ванадия (V) или оксида железа (III).

3 стадия - поглощение триоксида серы:

Полученный триоксид серы поступает в поглотительную башню, стенки которой орошаются концентрированной серной кислотой (98%), поглощение водой неэффективно: образуется "туман" из мелких капелек серной кислоты, который долго конденсируется.

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

Химические свойства

Атом серы в составе кислоты имеет высшую степень окисления +6, валентность VI, поэтому серная кислота проявляет сильные окислительные свойства.

Свойства разбавленной серной кислоты.

H₂SO₄ — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается.

1) В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:
H₂SO₄ = H⁺ + HSO₄^—;
HSO₄^— = H⁺ + SO₄^2-.
Суммарное уравнение:
H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2-.

2) Взаимодействие серной кислоты с металлами:
Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:
Zn⁰ + H₂⁺¹SO₄(разб) → Zn⁺²SO₄ + H₂

3) Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:
CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

4) Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами:
H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
H₂SO₄ + Cu(OH)₂ → CuSO₄ + 2H₂O

5) Обменные реакции с солями:
BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl
Образование белого осадка BaSO₄ (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Свойства концентрированной серной кислоты.

Помните! При разбавлении концентрированной серной кислоты нужно соблюдать осторожность и всегда приливать кислоту в воду, но не наоборот.

1) Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S⁺⁴O₂, S⁰ или H₂S^-2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe⁰ → Fe³⁺, Cr⁰ → Cr³⁺, Mn⁰ → Mn⁴⁺, Sn⁰ → Sn⁴⁺

Активный металл

8 Al + 15 H₂SO_4(конц.)→4Al₂(SO₄)₃ + 12H₂O + 3 H₂S
4│2Al⁰ – 6 e ^— → 2Al³⁺ — окисление
3│ S⁶⁺ + 8e → S^2– восстановление

4Mg+ 5H₂SO₄ → 4MgSO₄ + H₂S­ + 4H₂O

Металл средней активности

2Cr + 4 H₂SO_4(конц.)→ Cr₂(SO₄)₃ + 4 H₂O + S
1│ 2Cr⁰ – 6e →2Cr³⁺— окисление
1│ S⁶⁺ + 6e → S⁰ – восстановление

Металл малоактивный

2Bi + 6H₂SO_4(конц.)→ Bi₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3 SO₂
1│ 2Bi⁰ – 6e → 2Bi³⁺ – окисление
3│ S⁶⁺ + 2e →S⁴⁺ — восстановление

2Ag + 2H₂SO₄ →Ag₂SO₄ + SO₂­ + 2H₂O

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S⁺⁴O₂:

С + 2H₂SO₄(конц) → CO₂­ + 2SO₂­ + 2H₂O

S+ 2H₂SO₄(конц) → 3SO₂­ + 2H₂O

2P+ 5H₂SO₄(конц)→5SO₂­ + 2H₃PO₄ + 2H₂O

3) Окисление сложных веществ:
Серная кислота окисляет HI и НВг до свободных галогенов:
2 КВr + 2Н₂SO₄ = К₂SО₄ + SO₂ + Вr₂ + 2Н₂О
2 КI + 2Н₂SО₄ = К₂SO₄ + SO₂ + I₂ + 2Н₂О
Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена:
NаСl + Н₂SO₄(конц.) = NаНSO₄ + НСl

Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:
С₂Н₅ОН = С₂Н₄ + Н₂О.

Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и др. углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:
C₆H₁₂O₆ + 12H₂SO₄ = 18H₂O + 12SO₂↑ + 6CO₂↑.

Вопросы для самоконтроля

1. Какое агрегатное состояние имеет серная кислота?

2. Чему равна валентность серы в молекуле азотной кислоты?

2. Чему равна степень окисления серы в молекуле азотной кислоты?

4. Как получают серную кислоту?

5. Какие свойства проявляет азотная кислота?

6.С какими веществами взаимодействует азотная кислота?

Практическое задание.

Выполнить тестовые задания.

1. Разбавленная серная кислота реагирует с веществом, формула которого:

а) Zn; б) H₂O; в) Cu; г) P₂O₅.

2. С помощью какого катиона можно распознать сульфат-ион?

а) Cu²⁺; б) Mg²⁺; в) Ba²⁺; г) Na⁺.

3. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с углеводами (сахарами):

а) выделяется оксид углерода (IV);

б) выделяется водород и кислород;

в) происходит обугливание и образуются SO₂, СО₂ и гидраты;

г) ничего не происходит.

4. При растворении концентрированной серной кислоты в воде необходимо:

а) приливать кислоту в воду;
б) приливать воду в кислоту;
в) оба ответа правильные.

5. Свойство, не характерное для концентрированной серной кислоты:

а) гигроскопичность;
б) взаимодействие при обычных условиях с железом;
в) обугливание органических веществ.

Критерии оценивания:

За правильно выполненное задание – оценка 5.

1 ошибка - оценка 4.

2 ошибки – оценка 3.

3 и более ошибки – оценка 2.

 

 Уважаемые студенты, практическое задание необходимо выполнить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/id343837166

Преподаватель: Острик Марина Григорьевна