Властивості й використання сульфатної кислоти.

План

1. Властивості й використання сульфатної кислоти.

2. Хімічні властивості сульфатної кислоти.

3. Сировина для виробництва сірчаної кислоти.

4. Способи отримання сірчаної кислоти.

А) Контактний спосіб виробництва сірчаної кислоти.

Б) Окислення SO₂ в SО₃.

В) Абсорбція SО₃.

5. Каталізатори.

Властивості й використання сульфатної кислоти.

Сульфатної кислота - один з основних багатотоннажних продуктів хімічної промисловості. Її застосовують у різних галузях народного господарства, оскільки вона володіє комплексом особливих властивостей, які полегшують її технологічне використання. Сірчана кислота не димить, не має кольору і запаху, при звичайній температурі знаходиться в рідкому стані, в концентрованому вигляді не кородує чорні метали. У той же час, сірчана кислота належить до сильних мінеральних кислот, утворює багато-чисельні стійкі солі і дешева.

У техніці під сульфатною кислотою розуміють системи, що складаються з оксиду сірки (VI) та води різного складу.

Моногідрат сульфатної кислоти – безбарвна масляниста рідина з температурою кристалізації 10,37^оС, температурою кипіння 296,2^оС і щільністю 1,85 т/м³. З водою і оксидом сірки (VI) він змішується у всіх відносинах, утворюючи гідрати складу Н₂SО₄•Н₂О, Н₂SО₄•2Н₂О, Н₂SО₄•4Н₂О і з'єднання з оксидом сірки Н₂SО₄•SО₃ і Н₂SО₄•2SО₃.

Температура кипіння сульфатної кислоти також залежить від її концентрації. З підвищенням концентрації водної сірчаної кислоти температура її кипіння зростає і досягала максимуму 336,5^оС при концентрації 98,3%, що відповідає азеотропному складу, а потім знижується. Температура кипіння олеуму з збільшенням вмісту вільного оксиду сірки (VI) знижується від 296,2^оС (температуру кипіння моногідрату) до 44,7^оС, що відповідає температурі кипіння 100%-ного оксиду сірки (VI).

При нагріванні парів сульфатної кислоти вище 400^оС вона піддається термічній дисоціації за схемою:

2 Н₂SО₄ → 2Н₂О + 2SО₃ → 2Н₂О + 2SО₂ + О₂.

Серед мінеральних кислот сульфатна кислота за обсягом виробництва і споживання займає перше місце. Світове виробництво її за останні 25 років зросла більш ніж у три рази і складає в даний час більше 160 млн. т на рік.

Відноситься до числа найстаріших великомасштабних хімічних виробництв.

Багато процесів і апаратів, які зараз широко використовуються, розроблювались і освоювались спочатку у виробництві сірчаної кислоти, а потім ставали типовими для багатьох виробництв. Саме у сірчанокислотному виробництві близько 200 років тому були впроваджені перші башти з насадкою, котрі являють собою основні апарати багатьох сучасних хімічних виробництв. Поличні й трубчасті хімічні реактори (контактні апарати), гомогенний і гетерогенний каталіз також вперше були освоєні в технології сірчаної кислоти.

Безводна сульфатна кислота (моногідрат) – в’язка рідина, що змішується з водою з виділенням великої кількості теплоти. Густина сульфатної кислоти при 0^оС складає 1850 кг/м³.

Пари H₂SO₄ при підвищенні температури дисоціюють:

H₂SO₄ → H₂O + SO₃

і при температурі вищій за 400⁰С містять більше молекул SO₃, ніж H₂SO₄.

Подальше підвищення температури спричиняє дисоціацію:

2SO₃ → 2SO₂ + О₂

а при температурах вищих за 1000⁰С ця реакція майже цілком зміщена вправо. На ступінь дисоціації впливає також тиск.

Сірчана кислота вельми активна. Розчиняє оксиди та більшість чистих металів, витискує при підвищенні температури всі інші кислоти з їхніх солей. Віднімає воду від кислот, кристалогідратів солей і навіть вуглеводнів, що містять кисень (папір).

Використання:

1) Виробництво мінеральних добрив: суперфосфату, сульфату амонію та ін.;

2) Виробництво кислот (фосфорної, оцтової, соляної);

3) Виробництво кольорових та рідкісних металів, у металообробній промисловості;

4) Виробництво барвників, лаків, спиртів, ліків, пластмас, миючих засобів, отрутохімікатів;

5) Розведені розчини використовуються в текстильній та інших галузях;

6) У харчовій промисловості з використанням сірчаної кислоти отримують крохмаль і патоку;

7) Виробництво сірчанокислотних акумуляторів;

8) Процеси нітрування та виробництво вибухових речовин.