Химические свойства концентрированной серной кислоты

Содержание

Введение. 2

1 Серная кислота: применение, свойства. 3

2.Выбор и обоснование источников сырья. 6

3. Синтез и анализ ХТС.. 8

4. Расчет материального баланса. 13

5. Выбор и обоснование конструкции основного аппарата. 16

6. Экологическая оценка производства. 22

Выводы.. 26

Список литературы.. 27

Введение

Серная кислота – важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот она по объему производства и потребления занимает первое место, поэтому изучение свойств и методов получения серной кислоты весьма актуально.

Серную кислоту применяют в различных отраслях народного хозяйства, поскольку она обладает комплексом особых свойств, облегчающих ее технологическое использование. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не корродирует черные металлы, способна образовывать многочисленные устойчивые соли и является дешевым сырьем для различных производств.

Крупнейшим потребителем серной кислоты в настоящее время является промышленность фосфорных и азотных минеральных удобрений, таких как сульфат аммония, аммофос, суперфосфат и др. Простой суперфосфат получают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Применение минеральных удобрений способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и содержания в них полезных веществ.

Кроме того, серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении – на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий [5].

Целью данной работы является изучение стадии обжига серного колчедана при производстве серной кислоты.

Серная кислота: применение, свойства

Применение серной кислоты и олеума

Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (30 – 60%), производстве красителей (2 – 16%), химических волокон (5 – 15%), в металлургии (2 – 3%). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности и народного хозяйства (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Применение серной кислоты

Физические свойства серной кислоты

Безводная серная кислота – бесцветная тяжелая, маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная кислота, способная вызывать ожоги кожи. Плотность при 20°С 1,84 г/см³. Температура кристаллизации 10,37°С. Температура кипения моногидрата 296,2°С. При нагревании выше температуры кипения начинает разлагаться:

H₂SO₄ → SO₃ + H₂O

Смешивается с водой и SO₃ во всех соотношениях, образуя гидраты H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Вследствие образования гидратов при разбавлении водой происходит сильное разогревание серной кислоты.

Температура кипения серной кислоты зависит от ее концентрации. С повышением концентрации водной серной кислоты температура кипения ее возрастает и достигает максимума 336,5°С при концентрации 98,3%, что соответствует азеотропному составу, после чего снижается (таблица 1.1) [1].

Таблица 1.1

Химические свойства концентрированной серной кислоты

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Окисляет HI и частично НВг до свободных галогенов, углерод – до СО₂, S – до SO₂, окисляет многие металлы. Проведение окислительно-восстановтельных реакций с участием H₂SO₄ обычно требует нагревания. Часто продуктом восстановления является SO₂:

S + 2 H₂SO₄ = 3SO₂ ↑+ 2H₂O

C + 2 H₂SO₄ = 2SO₂ ↑+ CO₂ ↑+ 2H₂O

H₂S + H₂SO₄ = SO₂ ↑+ 2H₂O + S↓

Сильные восстановители превращают H₂SO₄ в S или H₂S.

Концентрированная серная кислота при нагревании реагирует почти со всеми металлами (исключая Au, Pt, Be, Bi, Fe, Mg, Co, Ru, Rh, Os, Ir), например:

Cu + 2 H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ ↑+ 2H₂O

Серная кислота образует соли – сульфаты (Na₂SO₄) и гидросульфаты (NaHSO₄). Нерастворимы соли – PbSO₄, CaSO_4, BaSO₄ и др.:

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2HCl

Холодная серная кислота пассивирует железо, поэтому ее перевозят в железной таре. Безводная серная кислота хорошо растворяет SO₃ и реагирует с ним, образуя пиросерную кислоту, получающуюся по реакции:

Н₂SO₄ + SO₃=H₂S₂O₇

Растворы SO₃ в серной кислоте называются олеумом. Они образуют два соединения: H₂SO₄·SO₃ и H₂SO₄·2SO₃ [5].