Производство серной кислоты. 1-я стадия. Печь для обжига колчедана.

1-я стадия. Печь для обжига колчедана.

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

Процесс гетерогенный:

1) измельчение железного колчедана (пирита)

2) метод "кипящего слоя"

3) 800С; отвод лишнего тепла

4) увеличение концентрации кислорода в воздухе

2-я стадия. После очистки, осушки и теплообмена сернистый газ поступает в контактный аппарат, где окисляется в серный ангидрид (450С - 500С; катализатор V₂O₅):

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

3-я стадия. Поглотительная башня:

nSO₃ + H₂SO₄(конц) = (H₂SO₄ ∙ nSO₃)(олеум)

Воду использовать нельзя из-за образования тумана. Применяют керамические насадки и принцип противотока.

Химические свойства

H₂SO₄ - сильная двухосновная кислота

H₂SO₄ = H⁺ + HSO₄^- = 2H⁺ + SO₄^2-

Первая ступень (для средних концентраций) приводит к 100%-ой диссоциации:

K₂ = ([H⁺] ∙ [SO₄^2-]) / [HSO₄^-] = 1,2 ∙ 10^-2

1) Взаимодействие с металлами:

a) разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:

Zn⁰ + H₂SO₄(разб) = ZnSO₄ + H₂O╜

b) концентрированная H₂SO₄ сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до SO₂, S⁰ или H₂S^-2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются):

2Ag⁰ + 2H₂SO₄ = Ag₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O

8Na⁰ + 5H₂SO₄ = 4Na₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

2) концентрированная H₂SO₄ реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, SO₂):

С⁰ + 2H₂SO₄(конц) = CO₂ + 2SO₂+ 2H₂O

S⁰ + 2H₂SO₄(конц) = 3SO₂ + 2H₂O

2P⁰ + 5H₂SO₄(конц) = 5SO₂ + 2H₃PO₄ + 2H₂O

3) с основными оксидами:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O

4) с гидроксидами:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

H⁺ + OH^- = H₂O

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ = CuSO₄ + 2H₂O

2H⁺ + Cu(OH)₂ = Cu²⁺ + 2H₂O

5) обменные реакции с солями:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HCl

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

Образование белого осадка BaSO₄ (нерастворимого в кислотах) используется для идентификации серной кислоты и растворимых сульфатов. MgCO₃ + H₂SO₄ =MgSO₄ + H₂O + CO₂

MgCO₃ + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O + CO₂

При нагревании гидросульфатов образуются пиросульфаты - соли пиросерной кислоты:

2NaHSO4 => Nа2S207+Н2О

При - более сильном нагревании - происходит отщепление SO3

Na2S2O7 => Na2SO4 + SO3.

При действии воды пиросульфаты переходят обратно в гидросулыфаты.

Образующаяся при взаимодействии H2SO4 и SO3 пиросерная кислота H2S2O7 (т. пл. 35 °С) имеет строение (HO)O2S-О-SO2(OH), При действии воды H2S2O7 превращается в H2SO4

Известны пероксокислоты H2SO5 - пероксосерная кислота (кислота Каро) и H2S2O8 - пероксодисерная кислота (надсерная кислота);

H2S2O8 получают электрохимическим окислением H2S04. H2SO5 образуется при действии 100%-ного пероксида водорода на Н2S2О8

H2S3O8+H2O2 = >; 2H2SO5

H2S05 и H2S2O8—кристаллические вещества, т. пл. их равна соответственно 47 и 65С. Пероксокислоты легко разлагаются на H2S04 и О2. Кислоты и их соли — очень сильные окислители (более сильные, чем Н2О2), например, происходит реакция;

90С

K2S2O8 + 2AgNO3 + 4КОН — >;2К2SO4 + 2AgO + 2KNO3 + 2Н20