Контактный способ получения серной кислоты состоит из 4 стадий:
1) получение оксида серы (IV);
2) очистка оксида серы (IV);
3) окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI);
4) адсорбция оксида серы (VI).
В лабораторной работе оксид серы (IV) получают действием на сульфит натрия серной кислотой. Очистка оксида серы (IV) в лабораторных условиях ограничивается его осушкой концентрированной серной кислотой. Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) протекает обратимо с уменьшением объема и выделением тепла. Для повышения скорости окисления применяют катализатор V2O5. Чтобы не было перегрева и смещения равновесия в сторону распада оксида серы (VI), в лаборатории можно применять большие количества катализатора, заполнив им трубку и пропускать газ с небольшой скоростью. Для адсорбции оксида серы (VI) в лаборатории используют воду, в которой он растворяется частично, образуя серную кислоту, доказательством этому служит качественная реакция на сульфат-ион.
Цель работы: получить серную кислоту каталитическим окислением оксида серы (IV) в оксид серы (VI) с последующим его поглощением водой.
|
|
Реактивы: концентрированная и разбавленная (1:3) серная кислота, сульфит натрия (сухой), смесь 10% раствора ВаСl2 с HNO3, пероксид водорода или перманганат калия, V2O5, асбест.
Оборудование: прибор для получения оксида серы (IV) и кислорода (2 шт.), катализаторная трубка, стакан 250 мл (2 шт.), пробирки (4 шт.), резиновые трубки.
Порядок выполнения работы: собирают установку по схеме, представленной на рисунке 5.
В прибор для получения оксида серы (IV) насыпают 2-3 г сульфита натрия и рядом с прибором размещают склянку с серной кислотой. В прибор для получения кислорода наливают 5-7 мл пероксида водорода и рядом ставят баночку с катализатором его разложения. В среднюю часть катализаторной трубки помещают смесь из 1/3 объема асбеста и 2/3 объема оксида ванадия (V). Катализатор должен располагаться сплошным рыхлым слоем без пустот, ограниченным с двух сторон кусочками стекловаты.
Рис. 5. Установка для получения серной кислоты контактным способом
1 – пробирки с осушителями; 2 – катализаторная трубка; 3 – приемник для серного ангидрида; 4 – пробирка со смесью хлорида бария и азотной кислоты; 5 – стакан со щелочью.
Лабораторную работу начинают с прогрева на спиртовке катализатора в течение 5-7 минут. Затем в прибор для получения кислорода добавляют на кончике шпателя катализатор разложения пероксида водорода. Как только начнется выделение кислорода, в прибор для получения оксида серы (IV) приливают ≈5 мл серной кислоты. Работу проводят таким образом, чтобы в катализаторную трубку одновременно поступала смесь газов оксида серы (IV) и кислорода. Полученный оксид серы (VI) собирается в приемнике, опущенном в стакан с холодной водой, и конденсируется на стекле в виде игольчатых кристаллов, часть его паров проходит в пробирку, до половину заполненную смесью растворов хлорида бария и азотной кислоты (качественная реакция на сульфат-ион). Неокисленный оксид серы (IV) и другие продукты нейтрализуются раствором щелочи в стакане.
|
|
О получении серной кислоты судят по качественной реакции на сульфат-ион. При завершении лабораторной работы вначале отсоединяют катализаторную трубку от пробирки с водным раствором реагентов, после чего гасят спиртовку, иначе произойдет всасывание воды в катализаторную трубку, и она лопнет.
Оформление результатов работы.
1. Напишите уравнения реакций получения исходных веществ, основных и побочных продуктов.
2. Опишите наблюдаемые явления.
Вопросы семинара по теме: "Серная кислота"
1. Сырье сернокислотной промышленности. Пути использования отходов различных производств для получения серной кислоты.
2. Обжиг серного колчедана, оптимальные условия проведения процесса, сравнение различных методов обжига.
3. Промышленные способы получения серной кислоты. Принципиальные различия нитрозного и контактного методов получения серной кислоты.
4. Физико-химические основы процесса окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI) и оптимальные условия его проведения в промышленности.
5. Адсорбция оксида серы (VI) и получение концентрированной серной кислоты.
Лабораторная работа № 9