Формула серной кислоты в химии как пишется

серная кислота (Н₂SW₄₎ представляет собой жидкое химическое соединение, маслянистое и бесцветное, растворимое в воде с выделением тепла и вызывающее коррозию металлов и тканей. Обугливает древесину и большинство органических веществ при соприкосновении с ней, но вряд ли это может привести к пожару.

Серная кислота, пожалуй, самая важная из всех тяжелых промышленных химикатов, и ее потребление неоднократно указывалось в качестве показателя общего состояния экономики страны..

Длительное воздействие низких концентраций или кратковременное воздействие высоких концентраций может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья. Безусловно, самое важное использование серной кислоты в промышленности фосфорных удобрений..

Другие важные области применения: нефтепереработка, производство пигментов, травление стали, извлечение цветных металлов и производство взрывчатых веществ, моющих средств, пластмасс, искусственных волокон и фармацевтических препаратов..

индекс

• 1 купорос, предшественник серной кислоты
• 2 Формула
• 3 Химическая структура
  • 3.1 В 2D
  • 3.2 В 3D
• 4 Характеристики
  • 4.1 Физико-химические свойства
  • 4.2 Реакции с воздухом и водой
  • 4.3 Воспламеняемость
  • 4.4 Реакционная способность
  • 4.5 Токсичность 
• 5 использует
  • 5.1 Косвенный
  • 5.2 Прямой
• 6 Развитие сернокислотной промышленности 
  • 6.1 Процесс купороса
  • 6.2 Ведущие камеры
• 7 Текущее производство: контактный процесс 
  • 7.1 Двойной контакт
• 8 Сырье для производства серной кислоты
  • 8.1 Пирит
  • 8.2 Диоксид серы
  • 8.3 Переработка
• 9 клинических эффектов
• 10 Безопасность и риски
  • 10.1 Классы опасности СГС
  • 10.2 Коды пруденциальных советов
• 11 ссылок

Витриоло, история серной кислоты

В средневековой Европе серная кислота была известна алхимикам как купорос, масло купороса или ликер купороса. Он считался наиболее важным химическим веществом и пытался использовать в качестве философского камня.

У шумеров уже был список нескольких видов купороса. Кроме того, Гален, греческий доктор Диоскорид и Плиний Старший, подняли вопрос о медицинском применении..

В эллинистических алхимических работах уже упоминалось металлургическое использование веществ из стекловидного тела. Витриол — это группа стеклообразных минералов, из которых можно получить серную кислоту..

формула

-формула: H₂SW₄

-Номер Кас: 7664-93-9

Химическая структура

В 2D

3D

черты

Физико-химические свойства

Серная кислота относится к реакционноспособной группе сильных окисляющих кислот.

Реакции с воздухом и водой

— Реакция с водой незначительна, если кислотность не превышает 80-90%, тогда теплота гидролиза является чрезмерной, это может вызвать серьезные ожоги.

воспламеняемость

— Сильные окисляющие кислоты, как правило, не горючи. Они могут ускорить сгорание других материалов, обеспечивая кислородом место сгорания..

— Тем не менее, серная кислота обладает высокой реакционной способностью и способна воспламенить мелкодисперсные горючие материалы при контакте с ними..

— При нагревании выделяет высокотоксичные пары.

— Это взрывоопасно или несовместимо с огромным разнообразием веществ.

— Может подвергаться сильным химическим изменениям при высоких температурах и давлении.

— Может бурно реагировать с водой.

реактивность

— Серная кислота сильно кислотная.

— Реагирует бурно с пентафторидом брома.

— Взрывается с пара-нитротолуолом при 80 ° C.

— Взрыв происходит, когда концентрированная серная кислота смешивается с кристаллическим перманганатом калия в контейнере, содержащем влагу. Образуется гептоксид марганца, который взрывается при 70 ° C.

— Смесь акрилонитрила с концентрированной серной кислотой должна хорошо охлаждаться, в противном случае происходит энергичная экзотермическая реакция.

— Температуру и давление повышают, смешивая в закрытом контейнере серную кислоту (96%) равными порциями с любым из следующих веществ: ацетонитрил, акролеин, 2-аминоэтанол, гидроксид аммония (28%), анилин, н-бутиральдегид, хлорсульфоновая кислота, этилендиамин, этиленамин, эпихлоргидрин, этиленциангидрин, соляная кислота (36%), плавиковая кислота (48,7%), пропиолактон, пропиленоксид, гидроксид натрия, мономер стирола.

— Серная кислота (концентрат) чрезвычайно опасна при контакте с карбидами, броматами, хлоратами, молниеносными материалами, пикратами и порошкообразными металлами.

— Он может вызвать бурную полимеризацию аллилхлорида и экзотермически реагирует с гипохлоритом натрия с образованием газообразного хлора..

— Смешивание хлорной и 98% серной кислот дает HCl.

 токсичность 

— Серная кислота вызывает коррозию всех тканей организма. Вдыхание паров может привести к серьезным повреждениям легких. Контакт с глазами может привести к полной потере зрения. Контакт с кожей может привести к серьезному некрозу.

— Прием серной кислоты в количестве от 1 чайной ложки до половины унции концентрированного химического вещества может быть фатальным для взрослого человека. Даже несколько капель могут быть смертельными, если кислота попадает в трахею.

— Хроническое воздействие может вызвать трахеобронхит, стоматит, конъюнктивит и гастрит. Могут возникнуть перфорация желудка и перитонит, за которыми может последовать нарушение кровообращения. Сердечно-сосудистый шок часто является непосредственной причиной смерти.

— Люди с хроническими респираторными, желудочно-кишечными или нервными заболеваниями и любыми заболеваниями глаз и кожи подвержены большему риску.

приложений

— Серная кислота является одним из наиболее используемых промышленных химических веществ в мире. Но большинство его применений можно рассматривать как косвенные, участвуя в качестве реагента, а не как ингредиент

— Большая часть серной кислоты превращается в кислоту, расходуемую на производство других соединений, или в виде какого-либо сульфатного остатка.

— Определенное количество продуктов включает серу или серную кислоту, но почти все они являются специальными продуктами небольшого объема..

— Около 19% серной кислоты, произведенной в 2014 году, было израсходовано на химические процессы, а остальное — на широкий спектр промышленных и технических применений..

— Рост спроса на серную кислоту во всем мире обусловлен, в порядке убывания, производством: фосфорной кислоты, диоксида титана, плавиковой кислоты, сульфата аммония, а также при переработке урана и металлургии..

косвенный

— Крупнейшим потребителем серной кислоты является, безусловно, промышленность удобрений. В 2014 году на него приходилось чуть более 58% общего мирового потребления. Однако ожидается, что эта доля уменьшится примерно до 56% к 2019 году, главным образом в результате более быстрого роста других химических и промышленных применений..

— Производство фосфорных удобрений, особенно фосфорной кислоты, является основным рынком сбыта для серной кислоты. Он также используется для производства удобрений, таких как тройной суперфосфат и моно- и диаммонийфосфаты. Незначительные количества используются для производства суперфосфата и сульфата аммония.

— В других отраслях промышленности значительные количества серной кислоты используются в качестве реакционной среды для дегидратации кислоты, в органической химии и нефтехимических процессах, включающих такие реакции, как нитрование, конденсация и дегидратация, а также при переработке нефти. где он используется при рафинировании, алкилировании и очистке неочищенных дистиллятов.

— В неорганической химической промышленности его использование примечательно при производстве пигментов TiO2, соляной кислоты и плавиковой кислоты.

— В металлообрабатывающей промышленности серная кислота используется для травления стали, выщелачивания минералов меди, урана и ванадия при гидрометаллургической переработке минералов, а также при подготовке электролитических ванн для очистки и металлизации металлов. цветной.

— Определенные процессы при производстве древесной массы в бумажной промышленности, при производстве некоторых текстильных изделий, при производстве химических волокон и при дублении кожи также требуют серной кислоты..

прямой

— Вероятно, наибольшее использование серной кислоты, в которой сера включена в конечный продукт, находится в процессе органического сульфирования, в частности, для производства моющих средств..

— Сульфирование также играет важную роль в получении других органических химических веществ и незначительных фармацевтических продуктов.

— Свинцово-кислотные аккумуляторы являются одним из самых известных потребительских товаров, содержащих серную кислоту, и составляют лишь небольшую долю от общего потребления серной кислоты..

— При определенных условиях серная кислота используется непосредственно в сельском хозяйстве для восстановления очень щелочных почв, таких как почвы, обнаруженные в пустынных районах на западе Соединенных Штатов. Однако это использование не очень важно с точки зрения общего объема используемой серной кислоты..

Развитие сернокислотной промышленности 

Купорос процесс

Самым старым способом получения серной кислоты является так называемый «процесс купороса», основанный на термическом разложении купоросов, представляющих собой сульфаты различных типов природного происхождения..

Персидские алхимики Джабир ибн Хайян (также известный как Гебер, 721–815 гг. Н.э.), Рази (865–925 гг. Н.э.) и Джамал Дин аль-Ватват (1318 н.э.) включили в свои списки минералов классификацию купоросов.

Первое упоминание о «купоросном процессе» появляется в трудах Джабира ибн Хайяна. Затем алхимики Святой Альберт Великий и Василий Валентин описали процесс более подробно. В качестве сырья использовались квасцы и кальканит (синий купорос).

В конце средневековья серная кислота была получена в небольших количествах в стеклянных контейнерах, в которых сера сжигалась с помощью селитры во влажной среде..

Процесс купороса был использован в промышленном масштабе с шестнадцатого века из-за большего спроса на серную кислоту.

Витриоло де Нордхаузен

Основное внимание в производстве было уделено немецкому городу Нордхаузен (что стало называться купоросом как «купорос Нордхаузена»), где использовался сульфат железа (II) (зеленый купорос, FeSO).₄ — 7H₂O) в качестве сырья, которое нагревали, и полученный триоксид серы смешивали с водой, чтобы получить серную кислоту (купоросное масло).

Процесс проводили в камбузах, некоторые из которых имели несколько уровней параллельно, чтобы получить большие количества купоросового масла.

Ведущие камеры

В 18 веке был разработан более экономичный процесс производства серной кислоты, известный как «процесс с использованием свинцовой камеры»..

До этого максимальная концентрация получаемой кислоты составляла 78%, в то время как с помощью «процесса купороса» были получены концентрированные кислота и олеум, поэтому этот метод продолжал использоваться в определенных секторах промышленности до появления «процесса контакт »в 1870 году, с помощью которого концентрированная кислота может быть получена дешевле.

Олеум или дымящая серная кислота (CAS: 8014-95-7) представляет собой раствор маслянистой консистенции и темно-коричневого цвета, переменного состава триоксида серы и серной кислоты, который можно описать формулой H₂SW₄.XSO₃ (где х представляет собой свободное молярное содержание оксида серы (VI)). Значение для х 1 дает эмпирическую формулу H₂S₂О₇, что соответствует дисульфуровой кислоте (или пиросерной кислоте).

процесс

Процесс свинцовой камеры был промышленным методом, используемым для производства серной кислоты в больших количествах, прежде чем его вытеснил «контактный процесс»..

В 1746 году в Бирмингеме, Англия, Джон Робак начал производить серную кислоту в свинцовых камерах, которые были прочнее и дешевле, чем стеклянные контейнеры, которые использовались ранее, и их можно было сделать намного больше..

Диоксид серы (от сжигания элементарной серы или металлических минералов, содержащих серу, таких как пирит), вводился с паром и оксидом азота в большие камеры, облицованные свинцовыми листами..

Диоксид серы и диоксид азота растворяются, и в течение примерно 30 минут диоксид серы окисляется до серной кислоты..

Это позволило эффективно индустриализировать производство серной кислоты, и с различными усовершенствованиями этот процесс оставался стандартным методом производства в течение почти двух столетий..

В 1793 году Clemente y Desormes добился лучших результатов, введя дополнительный воздух в процесс камеры свинца.

В 1827 году Гей-Люссак представил метод поглощения оксидов азота из отходящих газов из свинцовой камеры..

В 1859 году Гловер разработал метод восстановления оксидов азота из вновь образовавшейся кислоты путем увлечения горячими газами, что позволило непрерывно катализировать процесс с помощью оксида азота..

В 1923 году Петерсен представил усовершенствованный процесс башни, который позволял ее конкурентоспособность по отношению к процедуре контакта до 1950-х годов.

Камерный процесс стал настолько устойчивым, что в 1946 году он все еще представлял 25% мирового производства серной кислоты.

Текущее производство: контактный процесс 

Контактный процесс представляет собой современный способ производства серной кислоты в высоких концентрациях, необходимый в современных промышленных процессах. Раньше катализатором этой реакции была платина. Однако в настоящее время предпочтительным является пятиокись ванадия (V2O5)..

В 1831 году в Бристоле, Англия, Peregrine Phillips запатентовал окисление диоксида серы до триоксида серы с использованием платинового катализатора при повышенных температурах..

Однако принятие его изобретения и интенсивное развитие процесса контакта начались только после того, как спрос на олеум для производства красителей увеличился с 1872 года..

Затем были найдены лучшие твердые катализаторы и исследована химия и термодинамика равновесия SO2 / SO3..

Процесс контакта можно разделить на пять этапов:

1. Сочетание серы и кислорода (O2) с образованием диоксида серы.
2. Очистка диоксида серы в установке очистки.
3. Добавление избытка диоксида кислорода к диоксиду серы в присутствии катализатора на основе пентаоксида ванадия при температуре 450 ° С и давлении 1-2 атм..
4. Образовавшийся триоксид серы добавляют к серной кислоте, которая дает олеум (дисульфуровая кислота).
5. Затем олеум добавляют в воду с образованием серной кислоты, которая является очень концентрированной.

Основным недостатком процессов окисления азота (во время процесса в свинцовой камере) является то, что концентрация получаемой серной кислоты ограничена максимумом от 70 до 75%, в то время как в процессе контакта образуется концентрированная кислота (98). %).

С разработкой относительно недорогих ванадиевых катализаторов для контактного процесса, наряду с растущей потребностью в концентрированной серной кислоте, глобальное производство серной кислоты на заводах по переработке оксида азота неуклонно снижалось.

К 1980 году на заводах по переработке оксида азота в Западной Европе и Северной Америке практически не производили кислоту..

Процесс двойного контакта

Процесс двойного контакта с двойным поглощением (DCDA или двойной контакт с двойным поглощением) привел к улучшению процесса контакта для производства серной кислоты.

В 1960 году Байер подал заявку на патент для так называемого процесса двойного катализа. Первый завод, который использовал этот процесс, был запущен в 1964 году.

Включая стадию поглощения SO₃ перед заключительными каталитическими стадиями улучшенный процесс контакта позволил значительно увеличить конверсию SO₂ , существенно сократить выбросы в атмосферу.

Газы возвращаются обратно через конечную абсорбционную колонну, получая не только высокую эффективность преобразования SO₂ так₃ (около 99,8%), но также позволяет получать более высокую концентрацию серной кислоты.

Существенная разница между этим процессом и обычным процессом контакта заключается в количестве стадий поглощения..

Начиная с 1970-х годов, основные промышленные страны ввели более строгие правила защиты окружающей среды, и процесс двойного поглощения был распространен на новых заводах. Тем не менее, традиционный контактный процесс продолжает использоваться во многих развивающихся странах с менее требовательными экологическими стандартами..

Наибольший импульс для нынешнего развития контактного процесса направлен на увеличение извлечения и использования большого количества энергии, производимой в процессе.

На самом деле, большой современный сернокислотный завод можно рассматривать не только как химический завод, но и как теплоэлектростанцию..

Сырье, используемое при производстве серной кислоты

пирит

Пирит был доминирующим сырьем в производстве серной кислоты до середины 20-го века, когда большие количества элементарной серы начали извлекаться из процесса переработки нефти и очистки природного газа, становясь основным материалом. отраслевая премия.

Диоксид серы

В настоящее время диоксид серы получают различными способами из нескольких видов сырья..

В Соединенных Штатах, промышленность была основана с начала двадцатого века в получении элементарной серы из подземных месторождений по «процессу Фраш».

Умеренно концентрированная серная кислота также получается путем повторного концентрирования и очистки большого количества серной кислоты, получаемой в качестве побочного продукта других промышленных процессов..

переработаны

Переработка этой кислоты становится все более важной с точки зрения окружающей среды, особенно в основных развитых странах..

Производство серной кислоты на основе элементарной серы и пирита, конечно, относительно чувствительно к рыночным условиям, поскольку кислота, полученная из этих материалов, представляет собой первичный продукт.

С другой стороны, когда серная кислота является побочным продуктом, произведенным в качестве средства устранения отходов другого процесса, уровень ее производства определяется не условиями на рынке серной кислоты, а условиями рынка для основной продукт.

Клинические эффекты

-Серная кислота используется в промышленности и в некоторых бытовых чистящих средствах, таких как чистящие средства для ванных комнат. Это также используется в батареях.

-Умышленное проглатывание, особенно продуктов с высокой концентрацией, может привести к серьезным травмам и смерти. Эти воздействия при приеме внутрь редки в Соединенных Штатах, но распространены в других частях мира.

-Это сильная кислота, которая вызывает повреждение тканей и коагуляцию белка. Он вызывает коррозию кожи, глаз, носа, слизистых оболочек, дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, а также любых тканей, с которыми он вступает в контакт.

-Тяжесть травмы определяется концентрацией и продолжительностью контакта.

-Легкое воздействие (концентрация менее 10%) вызывает только раздражение кожи, верхних дыхательных путей и слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта..

-Респираторные последствия острого вдыхания включают: раздражение носа и горла, кашель, чихание, рефлекторный бронхоспазм, одышку и отек легких. Смерть может наступить в результате внезапного нарушения кровообращения, отека голосовой щели и нарушения дыхательных путей или острого повреждения легких.

-Проглатывание серной кислоты может привести к немедленной боли в эпигастральной области, тошнота, слюнотечение и рвота, мукоидного или геморрагический материальный аспект «молотого кофе». Изредка наблюдается рвота свежей кровью.

-Прием внутрь концентрированной серной кислоты может вызвать коррозию пищевода, некроз и перфорацию пищевода или желудка, особенно в привратнике желудка. Изредка наблюдается повреждение тонкой кишки. Более поздние осложнения могут включать стеноз и образование свища. Метаболический ацидоз может развиться после приема пищи.

-Серьезные ожоги кожи могут возникать при некрозе и рубцах. Они могут быть смертельными, если затронут достаточно большой участок поверхности тела.

-Глаз особенно чувствителен к коррозии. Раздражение, слезотечение и конъюнктивит могут развиваться даже при низких концентрациях серной кислоты. Брызги с серной кислотой в высоких концентрациях вызывают: ожоги роговицы, потерю зрения и иногда перфорацию баллона.

-Хроническое воздействие может быть связано с изменениями в функции легких, хронический бронхит, конъюнктивит, эмфизема, частые инфекции дыхательных путей, гастрит, эрозии зубной эмали, и, возможно, рака дыхательных путей.

Безопасность и риски

Заявления об опасности Глобально согласованной системы классификации и маркировки химических веществ (SGA)

Согласованная на глобальном уровне система классификации и маркировки химических веществ (SGA) представляет собой согласованную на международном уровне систему, созданную Организацией Объединенных Наций и призванную заменить различные стандарты классификации и маркировки, используемые в разных странах, путем использования согласованных глобальных критериев (Организация Объединенных Наций). United, 2015).

Классы опасности (и его соответствующая глава СГС) стандартов классификации и маркировки, а также рекомендации в отношении серной кислоты являются следующие (European Chemicals Agency, 2017 год; Организация Объединенных Наций, 2015 год; PubChem, 2017): 

Классы опасности СГС

H303: Может причинить вред при проглатывании [Предупреждение Острая оральная токсичность — Категория 5] (PubChem, 2017).

H314: Вызывает серьезные ожоги кожи и травмы глаз [Опасная коррозия / раздражение кожи — Категория 1A, B, C] (PubChem, 2017).

H318: Вызывает серьезное повреждение глаз [Опасность Серьезное повреждение глаз / раздражение глаз — Категория 1] (PubChem, 2017).

H330: смертельный исход при вдыхании [Опасность Острая токсичность при вдыхании — Категория 1, 2] (PubChem, 2017).

H370: вызывает повреждение органов [Опасность Специфическая токсичность для органа-мишени, однократное воздействие — Категория 1] (PubChem, 2017).

H372: вызывает повреждение органов в результате длительного или многократного воздействия [Опасность Специфическая токсичность для органа-мишени, повторное воздействие — Категория 1] (PubChem, 2017).

H402: Вредно для водных организмов [Опасно для водной среды, острая опасность — Категория 3] (PubChem, 2017).

Коды пруденциальных советов

Р260, Р264, Р270, Р271, Р273, Р280, Р284, Р301 + Р330 + Р331, Р303 + P361 + P353, P304 + P340, P305 + P351 + P338, P307 + Р311, Р310, P312, P314, P320, P321, P363, P403 + P233, P405 и P501 (PubChem, 2017).

ссылки

1. Arribas, H. (2012) Схема производства серной кислоты контактным методом с использованием пирита в качестве сырья [изображение] Получено с wikipedia.org.
2. Справочник по химической экономике, (2017). Серная кислота Восстановлено с ihs.com.
3. Справочник по химической экономике, (2017 г.) Мир серной кислоты — 2013 г. [изображение]. Восстановлено с ihs.com.
4. ChemIDplus, (2017). 3D структура 7664-93-9 — серная кислота [изображение] Получено из: chem.nlm.nih.gov.
5. Codici Ashburnhamiani (1166). Портрет «Гебер» пятнадцатого века. Библиотека Медичи Лауренциана [изображение]. Получено с wikipedia.org.
6. Европейское химическое агентство (ECHA), (2017). Краткое изложение классификации и маркировки. Гармонизированная классификация — Приложение VI к Регламенту (ЕС) № 1272/2008 (Регламент CLP). 
7. Банк данных по опасным веществам (HSDB). TOXNET. (2017). Серная кислота Bethesda, MD, EU: Национальная медицинская библиотека. Получено от: toxnet.nlm.nih.gov.
8. Leyo (2007) Скелетная формула серной кислоты [изображение]. Получено с: commons.wikimedia.org.
9. Фирма «Либихский экстракт мяса» (1929) Альбертус Магнус, Чимистес Келебрес [изображение]. Получено с: wikipedia.org.
10. Мюллер, Х. (2000). Серная кислота и триоксид серы. В энциклопедии промышленной химии Ульмана. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Доступно по адресу: doi.org.
11. Организация Объединенных Наций (2015). Согласованная на глобальном уровне система классификации и маркировки химических продуктов (SGA), шестое пересмотренное издание. Нью-Йорк, США: издание Организации Объединенных Наций. Получено от: unece.org.
12. Национальный центр биотехнологической информации. База данных PubChem Compound, (2017). Серная кислота — ПабХим Состав. [изображение] Bethesda, MD, EU: Национальная библиотека медицины. Получено из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
13. Национальный центр биотехнологической информации. База данных PubChem Compound, (2017). Серная кислота Bethesda, MD, EU: Национальная медицинская библиотека. Получено из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
14. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA). CAMEO Химические вещества. (2017). Химический паспорт. Серная кислота, отработанная. Серебряная весна, MD. ЕС; Получено от: cameochemicals.noaa.gov.
15. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA). CAMEO Химические вещества. (2017). Химический паспорт. Серная кислота Серебряная весна, MD. ЕС; Получено от: cameochemicals.noaa.gov.
16. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA). CAMEO Химические вещества. (2017). Reactive Group Datasheet. Кислоты, сильные окисляющие. Серебряная весна, MD. ЕС; Получено от: cameochemicals.noaa.gov.
17. Oelen, W. (2011) Серная кислота, 96% сверхчистая [изображение]. Получено с: wikipedia.org.
18. Оппенгейм, Р. (1890). Schwefelsäurefabrik пасЬ дем в дер zweiten Bleikammerverfahren Hälfte де Lehrbuch дер Technischen Chemie 19. [Изображение]. Получено с: wikipedia.org.
19. Приснер, C. (1982) Иоганн Кристиан Бернхард и умирают Витриольсюре, в: Chemie in unserer Zeit. [Image]. Получено с: wikipedia.org.
20. Stephanb (2006) Сульфат меди [изображение]. Получено с: wikipedia.org.
21. Штольц Д. (1614) Алхимическая диаграмма. Theatrum Chymicum [изображение] Получено с: wikipedia.org.
22. Википедия, (2017). Кислота серная кислота. Получено с: wikipedia.org.
23. Википедия, (2017). Серная кислота Получено с: wikipedia.org.
24. Википедия, (2017). Bleikammerverfahren. Получено с: wikipedia.org.
25. Википедия, (2017). Процесс контакта. Получено с: wikipedia.org.
26. Википедия, (2017). Ведущий камерный процесс. Получено с: wikipedia.org.
27. Википедия, (2017). Oleum. Получено с: https://en.wikipedia.org/wiki/Oleum
28. Википедия, (2017). Oleum. Получено с: https://en.wikipedia.org/wiki/%C3%93leum
29. Википедия, (2017). Оксид серы. Получено с: wikipedia.org.
30. Википедия, (2017). Купорос процесс. Получено с: wikipedia.org.
31. Википедия, (2017). Диоксид серы. Получено с: wikipedia.org.
32. Википедия, (2017). Триоксид серы. Получено с: wikipedia.org.
33. Википедия, (2017). Серная кислота Получено с: wikipedia.org.
34. Википедия, (2017). Vitriolverfahren. Получено с: wikipedia.org.
35. Райт, J. (1770) Alchymist, В поисках философского камня, Обнаруживает Фосфор, и молится за заключение своей успешной работы, как это было в обычае древних Химической астрологов. [изображение] Получено с: wikipedia.org.

СЕРНАЯ КИСЛОТА H₂SO₄,
мол. м. 98,082; бесцв. маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная
к-та, при 18°С pK_a1 — 2,8,
K₂1,2·10^-2, pK_a2l,92;
длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—ОН 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO
119°; кипит с разл., образуя азеотропную смесь (98,3% H₂SO₄
и 1,7% Н₂О с т. кип. 338,8 °С; см. также табл. 1). Серная кислота, отвечающая
100%-ному содержанию H₂SO₄, имеет состав (%): H₂SO₄
99,5, 0,18,
0,14, Н₃О⁺
0,09, H₂S₂O₇ 0,04, HS₂O₇
0,05. Смешивается с водой и SO₃ во всех соотношениях. В водных р-рах
серная кислота практически полностью диссоциирует на Н⁺,
и . Образует гидраты
H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3,
4 и 6,5.

Р-ры SO₃ в серной кислоте наз. олеумом, они образуют два соед. H₂SO₄·SO₃
и H₂SO₄·2SO₃. Олеум содержит также пиросерную
к-ту, получающуюся по р-ции: Н₂SO₄ + + SO₃:H₂S₂O₇.

Т-ра кипения водных р-ров
серной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании
98,3% H₂SO₄ (табл. 2). Т-ра кипения олеума с увеличением
содержания SO₃ понижается. При увеличении концентрации водных р-ров
серной кислоты общее давление пара над р-рами понижается и при содержании 98,3% H₂SO₄
достигает минимума. С увеличением концентрации SO₃ в олеуме общее
давление пара над ним повышается. Давление пара над водными р-рами серной кислоты и олеума
можно вычислить по ур-нию: lgp(Пa) = А — В/Т+ 2,126, величины
коэф. А и В зависят от концентрации серной кислоты. Пар над водными р-рами
серной кислоты состоит из смеси паров воды, Н₂SO₄ и SO₃,
при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.

С повышением т-ры усиливается
диссоциация H₂SO₄
H₂О + SO₃ — Q, ур-ние температурной зависимости
константы равновесия lnК_p = 14,74965 — 6,71464ln(298/T)
— 8, 10161·10⁴T²-9643,04/T-9,4577·10^-3Т+2,19062
x 10^-6T². При нормальном давлении степень
диссоциации: 10^-5 (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).
Плотность 100%-ной серной кислоты можно определить по ур-нию: d= 1,8517 — — 1,1
· 10^-3 t + 2·10^-6t² г/см³.
С повышением концентрации р-ров серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает
минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO₃
увеличивается.

При повышении концентрации
и понижении т-ры теплопроводность l уменьшается: l = 0,518 + 0,0016t
— (0,25 + + t/1293)·С/100, где С-концентрация серной кислоты, в %. Макс.
вязкость имеет олеум H₂SO₄·SO₃, с повышением
т-ры h снижается. Электрич. сопротивление серной кислоты минимально при концентрации
30 и 92% H₂SO₄ и максимально при концентрации 84 и 99,8%
H₂SO₄. Для олеума миним. r при концентрации 10% SO₃.
С повышением т-ры r серной кислоты увеличивается. Диэлектрич. проницаемость 100%-ной
серной кислоты 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); криоскопич. постоянная 6,12, эбулиоскопич.
постоянная 5,33; коэф. диффузии пара серной кислоты в воздухе изменяется с изменением
т-ры; D = 1,67· 10^-5 T^3/2 см²/с.

Серная кислота-довольно сильный
окислитель, особенно при нагр.; окисляет HI и частично НВг до своб. галогенов,
углерод-до СО₂, S-до SO₂, окисляет мн. металлы (Си, Hg
и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO₂, а наиб. сильными
восстановителями-до S и H₂S. Конц. H₂SO₄ частично
восстанавливается Н₂, из-за чего не может применяться для его
сушки. Разб. H₂SO₄ взаимод. со всеми металлами, находящимися
в электрохим. ряду напряжений левее водорода, с выделением Н₂. Окислит.
св-ва для разб. H₂SO₄ нехарактерны. Серная кислота дает два ряда
солей: средние-сульфаты и кислые-гидросульфаты (см. Сульфаты неорганические),
а также эфиры (см. Сульфаты органические). Известны пероксомоносерная
(к-та Каро) H₂SO₅ и пероксоди-серная H₂S₂O₈
к-ты (см. Сера).

Получение. Сырьем
для получения серной кислоты служат: S, сульфи-ды металлов, H₂S, отходящие
газы теплоэлектростанций, сульфаты Fe, Ca и др. Осн. стадии получения серной кислоты:
1) обжиг сырья с получением SO₂; 2) окисление SO₂ до SO₃
(конверсия); 3) абсорбция SO₃. В пром-сти применяют два метода получения
серной кислоты, отличающихся способом окисления SO₂,-контактный с использованием
твердых катализаторов (контактов) и нитрозный-с оксидами азота. Для получения
серной кислоты контактным способом на совр. заводах применяют ванадиевые катализаторы,
вытеснившие Pt и оксиды Fe. Чистый V₂O₅ обладает слабой
каталитич. активностью, резко возрастающей в присут. солей щелочных металлов,
причем наиб. влияние оказывают соли К. Промотирующая роль щелочных металлов
обусловлена образованием низкоплавких пиросульфованадатов (3К₂S₂О₇
· V₂О₅, 2К₂S₂O₇ · V₂O₅
и K₂S₂O₇·V₂O₅,
разлагающихся соотв. при 315-330, 365-380 и 400-405 °С). Активный компонент
в условиях катализа находится в расплавленном состоянии.

Схему окисления SO₂
в SO₃ можно представить след. образом:

На первой стадии достигается
равновесие, вторая стадия медленная и определяет скорость процесса.

Произ-во серной кислоты из серы
по методу двойного контактирования и двойной абсорбции (рис. 1) состоит из след.
стадий. Воздух после очистки от пыли подается газодувкой в сушильную башню,
где он осушается 93-98%-ной серной кислотой до содержания влаги 0,01% по объему. Осушенный
воздух поступает в серную печь после предварит. подогрева в одном из теплообменников
контактного узла. В печи сжигается сера, подаваемая форсунками: S + О₂: SO₂ + + 297,028 кДж. Газ, содержащий 10-14% по объему SO₂,
охлаждается в котле и после разбавления воздухом до содержания SO₂
9-10% по объему при 420 °С поступает в контактный аппарат на первую стадию
конверсии, к-рая протекает на трех слоях катализатора (SO₂ + V₂O₂: : SO₃ + 96,296 кДж), после чего газ охлаждается в теплообменниках.
Затем газ, содержащий 8,5-9,5% SO₃, при 200 °С поступает на первую
стадию абсорбции в абсорбер, орошаемый олеумом и 98%-ной серной кислотой: SO₃
+ Н₂ О : Н₂ SO₄ + + 130,56 кДж. Далее
газ проходит очистку от брызг серной кислоты, нагревается до 420 °С и поступает на
вторую стадию конверсии, протекающую на двух слоях катализатора. Перед второй
стадией абсорбции газ охлаждается в экономайзере и подается в абсорбер второй
ступени, орошаемый 98%-ной серной кислотой, и затем после очистки от брызг выбрасывается
в атмосферу.

Рис. 1. Схема произ-ва
серной к-ты из серы: 1-серная печь; 2-котел-утилизатор; 3 — экономайзер; 4-пусковая
топка; 5, 6-теплообменники пусковой топки; 7-контактный аппарат; 8-теплообменники;
9-олеумный абсорбер; 10-сушильная башня; 11 и 12-соотв. первый и второй моногидратные
абсорберы; 13-сборники к-ты.

Рис.2. Схема произ-ва серной
к-ты из колчедана: 1-тарельчатый питатель; 2-печь; 3-котел-утилизатор; 4-циклоны;
5-электрофильтры; 6-промывные башни; 7-мокрые электрофильтры; 8-отдувочная башня;
9-сушильная башня; 10-брызгоуловитель; 11-первый моногидратный абсорбер; 12-теплообмен-вики;
13 — контактный аппарат; 14-олеумный абсорбер; 15-второй моногидратный абсорбер;
16-холодильники; 17-сборники.

Рис. 3. Схема произ-ва
серной к-ты нитроз-ным методом: 1 — денитрац. башня; 2, 3-первая и вторая продукц.
башни; 4-окислит. башня; 5, 6, 7-абсорбц. башни; 8 — электрофильтры.

Произ-во серной кислоты из сульфидов
металлов (рис. 2) существенно сложнее и состоит из след. операций. Обжиг FeS₂
производят в печи кипящего слоя на воздушном дутье: 4FeS₂ +
11О₂: 2Fe₂ O₃ + 8SO₂ + 13476
кДж. Обжиговый газ с содержанием SO₂ 13-14%, имеющий т-ру 900 °С,
поступает в котел, где охлаждается до 450 °С. Очистку от пыли осуществляют
в циклоне и электрофильтре. Далее газ проходит через две промывные башни, орошаемые
40%-ной и 10%-ной серной кислотой. При этом газ окончательно очищается от пыли, фтора и
мышьяка. Для очистки газа от аэрозоля серной кислоты, образующегося в промывных башнях,
предусмотрены две ступени мокрых электрофильтров. После осушки в сушильной башне,
перед к-рой газ разбавляется до содержания 9% SO ₂, его газодувкой
подают на первую стадию конверсии (3 слоя катализатора). В теплообменниках газ
подогревается до 420 °С благодаря теплу газа, поступающего с первой стадии
конверсии. SO₂, окисленный на 92-95% в SO₃, идет на первую
стадию абсорбции в олеумный и моногидратный абсорберы, где освобождается от
SO₃. Далее газ с содержанием SO₂ ~ 0,5% поступает на вторую
стадию конверсии, к-рая протекает на одном или двух слоях катализатора. Предварительно
газ нагревается в др. группе теплообменников до 420 °С благодаря теплу газов,
идущих со второй стадии катализа. После отделения SO₃ на второй стадии
абсорбции газ выбрасывается в атмосферу.

Степень превращения SO₂
в SO₃ при контактном способе 99,7%, степень абсорбции SO₃
99,97%. Произ-во серной кислоты осуществляют и в одну стадию катализа, при этом степень
превращения SO₂ в SO₃ не превышает 98,5%. Перед выбросом
в атмосферу газ очищают от оставшегося SO₂ (см. Газов очистка).
Производительность совр. установок 1500-3100 т/сут.

Сущность нитрозного метода
(рис. 3) состоит в том, что обжиговый газ после охлаждения и очистки от пыли
обрабатывают т. наз. нитрозой-серной кислотой, в к-рой раств. оксиды азота. SO₂
поглощается нитрозой, а затем окисляется: SO₂ + N₂O₃
+ Н₂О : Н₂SO₄ + NO. Образующийся NO плохо
раств. в нитрозе и выделяется из нее, а затем частично окисляется кислородом
в газовой фазе до NO₂. Смесь NO и NO₂ вновь поглощается
серной кислотой и т.д. Оксиды азота не расходуются в нитрозном процессе и возвращаются
в производств. цикл, вследствие неполного поглощения их серной кислотой они частично уносятся
отходящими газами. Достоинства нитрозного метода: простота аппаратурного оформления,
более низкая себестоимость (на 10-15% ниже контактной), возможность 100%-ной
переработки SO₂.

Аппаратурное оформление
башенного нитрозного процесса несложно: SO₂ перерабатывается в 7-8
футерованных башнях с керамич. насадкой, одна из башен (полая) является регулируемым
окислит. объемом. Башни имеют сборники к-ты, холодильники, насосы, подающие
к-ту в напорные баки над башнями. Перед двумя последними башнями устанавливается
хвостовой вентилятор. Для очистки газа от аэрозоля серной кислоты служит электрофильтр.
Оксиды азота, необходимые для процесса, получают из HNO₃. Для сокращения
выброса оксидов азота в атмосферу и 100%-ной переработки SO₂ между
продукционной и абсорбционной зонами устанавливается безнитрозный цикл переработки
SO₂ в комбинации с водно-кислотным методом глубокого улавливания
оксидов азота. Недостаток нитрозного метода-низкое качество продукции: концентрация
серной кислоты 75%, наличие оксидов азота, Fe и др. примесей.

Для уменьшения возможности
кристаллизации серной кислоты при перевозке и хранении установлены стандарты на товарные
сорта серной кислоты, концентрация к-рых соответствует наиб. низким т-рам кристаллизации.
Содержание серной кислоты в техн. сортах (%): башенная (нитрозная) 75, контактная 92,5-98,0,
олеум 104,5, высокопроцентный олеум 114,6, аккумуляторная 92-94. Серную кислоту хранят
в стальных резервуарах объемом до 5000 м³, их общая емкость на складе
рассчитана на десятисуточньш выпуск продукции. Олеум и серную кислоту перевозят в стальных
железнодорожных цистернах. Конц. и аккумуляторную серную кислоту перевозят в цистернах
из кислотостойкой стали. Цистерны для
перевозки олеума покрывают теплоизоляцией и перед заливкой олеум подогревают.

Определяют серную кислоту колориметрически
и фотометрически, в виде взвеси BaSO₄ — фототурбидиметрически, а
также ку-лонометрич. методом.

Применение. Серную кислоту применяют
в произ-ве минер. удобрений, как электролит в свинцовых аккумуляторах, для получения
разл. минер. к-т и солей, хим. волокон, красителей, дымообразующих в-в и ВВ,
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях пром-сти.
Ее используют в пром. орг. синтезе в р-циях дегидратации (получение диэтилового
эфира, сложных эфиров), гидратации (этанол из этилена), сульфирования (синтетич.
моющие ср-ва и промежут. продукты в произ-ве красителей), алкили-рования (получение
изооктана, полиэтиленгликоля, капро-лактама) и др. Самый крупный потребитель
серной кислоты-произ-во минер. удобрений. На 1 т Р₂О₅фосфорных
удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄-0,75
т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами
по произ-ву минер. удобрений. Мировое произ-во серной кислоты в 1987 достигло 152 млн.
т.

Серная кислота и олеум — чрезвычайно
агрессивные в-ва, поражают дыхат. пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение
дыхания, кашель, нередко-ларингит, трахеит, бронхит и т. д. ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атм. воздухе 0,3 мг/м³
(макс. разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация
паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин).
Класс опасности 2. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате
выбросов хим. и металлургич. произ-в, содержащих оксиды S, и выпадать в виде
кислотных дождей.

Лит.: Справочник
сернокислотчика, под ред. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971; Амелин А. Г., Технология
серной кислоты, 2 изд., М., 1983; Васильев Б. Т., Отвагина М. И., Технология
серной кислоты, М., 1985. Ю.В. Филатов.

Еще по теме:

• Серная кислота — справочник по веществам
• Серная кислота — Токсикологическая химия

СЕ́РНАЯ КИСЛОТА́, тет­ра­ок­со­суль­фат(VI) во­до­ро­да, H₂SO₄; силь­ная двух­ос­нов­ная не­ор­га­нич. ки­сло­та; мно­го­тон­наж­ный про­дукт хи­мич. пром-сти.

Свойства

Без­вод­ная С. к. – бес­цвет­ная, очень вяз­кая и гиг­ро­ско­пич­ная жид­кость без за­па­ха, t_пл 10,4 °С; плот­ность 1831 кг/м³ (20 °С); при на­гре­ва­нии час­тич­но раз­ла­га­ет­ся с вы­де­ле­ни­ем се­ры три­ок­си­да SO₃; пе­ре­го­ня­ет­ся в ви­де азео­троп­ной сме­си – мас­со­вая до­ля H₂SO₄ 98,3%, t_кип 338,8 °C; при бо­лее вы­со­ких темп-рах пол­но­стью раз­ла­га­ет­ся. Не­ог­ра­ни­чен­но сме­ши­ва­ет­ся с во­дой и SO₃; в вод­ных рас­тво­рах прак­ти­че­ски пол­но­стью дис­со­ции­ру­ет на Н₃О⁺, и ; да­ёт два ря­да со­лей – суль­фа­ты и гид­ро­суль­фа­ты; об­ра­зу­ет гид­ра­ты H₂SO₄·nH₂O (n= 1, 2, 3, 4), твёр­дые гид­ра­ты H₂SO₄·H₂O и H₂SO₄·2H₂O име­ют ион­ное строе­ние: (Н₃О⁺)(HSO₄-) и (Н₃О⁺)₂() со­от­вет­ст­вен­но. Без­вод­ная H₂SO₄ – не­вод­ный рас­тво­ри­тель суль­фа­тов ме­тал­лов. Тех­нич. смесь кон­цен­трир. H₂SO₄, SO₃ и ди­сер­ной ки­сло­ты H₂S₂O₇ (про­дукт взаи­мо­дей­ст­вия H₂SO₄ и SO₃) – т. н. оле­ум.

С. к. вы­тес­ня­ет др. ки­сло­ты из их со­лей, ней­тра­ли­зу­ет­ся ще­ло­ча­ми. Кон­цен­трир. H₂SO₄ – силь­ный окис­ли­тель (вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся до се­ры ди­ок­си­да SO₂, S и се­ро­во­до­ро­да H₂S); при на­гре­ва­нии окис­ля­ет поч­ти все ме­тал­лы (кро­ме Au и пла­ти­но­вых ме­тал­лов), не­ме­тал­лы, HBr, HI и др.; на хо­ло­ду в кон­цен­трир. H₂SO₄ не­ко­то­рые ме­тал­лы (напр., Co, Fe) пас­си­ви­ру­ют­ся. Раз­бав­лен­ная H₂SO₄ реа­ги­ру­ет с ме­тал­ла­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми в элек­тро­хи­мич. ря­ду на­пря­же­ний ле­вее во­до­ро­да, с вы­де­ле­ни­ем Н₂. Из­вест­ны пе­рок­со­про­из­вод­ные: H₂SO₅ (пе­рок­со­мо­но­сер­ная, ки­сло­та Ка­ро) и H₂S₂O₈ (пе­рок­со­ди­сер­ная ки­сло­та).

Получение

По­лу­че­ние «ку­по­рос­но­го мас­ла» (кон­цен­трир. С. к.) про­ка­ли­ва­ни­ем же­лез­но­го или мед­но­го ку­по­ро­са опи­са­но в тру­дах ал­хи­ми­ков. Ста­рей­ший пром. спо­соб по­лу­че­ния С. к. (пред­ло­жен в 1690 Н. Ле­ме­ри и Н. Ле­фев­ром, Фран­ция; реа­ли­зо­ван в 1736 Дж. Уор­дом, Анг­лия) вклю­чал сжи­га­ние сме­си се­ры и се­лит­ры и по­гло­ще­ние про­дук­та во­дой в стек­лян­ном бал­ло­не. В 1746 англ. тех­но­лог Дж. Ро­бек пред­ло­жил за­ме­нить стек­лян­ные бал­ло­ны ка­ме­ра­ми из лис­то­во­го свин­ца (ка­мер­ный спо­соб про­из-ва). Нит­ро­зный спо­соб раз­ра­бо­тан в 1860 англ. хи­ми­ком Дж. Гло­ве­ром. Прин­цип кон­такт­но­го спо­со­ба про­из-ва С. к. от­крыт в 1831 англ. хи­ми­ком П. Фи­лип­сом и по­лу­чил рас­про­стра­не­ние в нач. 20 в.

Осн. ста­дии совр. про­из-ва С. к.: об­жиг сы­рья с по­лу­че­ни­ем SO₂; окис­ле­ние SO₂ до SO₃; аб­сорб­ция SO₃. В пром-сти при­ме­ня­ют два ме­то­да по­лу­че­ния H₂SO₄, от­ли­чаю­щие­ся спо­со­бом окис­ле­ния SO₂, – кон­такт­ный, с ис­поль­зо­ва­ни­ем твёр­дых ка­та­ли­за­то­ров V₂О₅ (до 80% ми­ро­во­го про­из-ва), и нит­ро­зный (ба­шен­ный, ус­тар. – ка­мер­ный) – с ок­сида­ми азо­та. Сырь­ём для по­лу­че­ния H₂SO₄ слу­жат в осн. се­ра (ок. 65% все­го SO₂) и суль­фид­ные ру­ды, гл. обр. пи­рит (ок. 35%).

Тех­но­ло­гия про­из-ва С. к. кон­такт­ным спо­со­бом из се­ры вклю­ча­ет сжи­га­ние рас­пы­ляе­мо­го фор­сун­ка­ми рас­пла­ва S в то­ке по­дог­ре­то­го, очи­щен­но­го от пы­ли и осу­шен­но­го воз­ду­ха с по­лу­че­ни­ем сме­си га­зов, со­дер­жа­щей 10–14% SO₂, ко­то­рую ох­ла­ж­да­ют и раз­бав­ля­ют воз­ду­хом до со­дер­жа­ния SO₂ 9–10%; тех­но­ло­гия про­из-ва С. к. из пи­ри­та вклю­ча­ет об­жиг FeS₂ в пе­чи ки­пя­ще­го слоя на возд. ду­тье (4FeS₂+11О₂= 2Fe₂O₃+ 8SO₂), ох­ла­ж­де­ние и очи­ст­ку об­жи­го­во­го га­за (со­дер­жа­ние SO₂ 13–14%) в ци­кло­не и элек­тро­фильт­ре, про­мыв­ку, осуш­ку и раз­бав­ле­ние воз­ду­хом до со­дер­жа­ния SO₂ 9%. Очи­щен­ная, осу­шен­ная и по­дог­ре­тая до 420 °С га­зо­вая смесь, со­дер­жа­щая 9–10% SO₂, по­сту­па­ет в кон­такт­ный ап­па­рат на пер­вую ста­дию окис­ле­ния на трёх сло­ях ка­та­ли­за­то­ра. Окис­лен­ная га­зо­вая смесь в оле­ум­ном и мо­но­гид­рат­ном аб­сор­бе­рах (оро­шае­мых оле­умом и кон­цен­трир. H₂SO₄) ос­во­бо­ж­да­ет­ся от SO₃, на­гре­ва­ет­ся до 420 °С и по­сту­па­ет на вто­рую ста­дию окис­ле­ния на од­ном или двух сло­ях ка­та­ли­за­то­ра. Да­лее SO₃ от­де­ля­ет­ся в аб­сор­бе­ре, оро­шае­мом 98%-ной H₂SO₄, а от­хо­дя­щие га­зы вы­бра­сы­ва­ют­ся в ат­мо­сфе­ру. Сум­мар­ная сте­пень пре­вра­ще­ния SO₂ в SO₃ при кон­такт­ном спо­со­бе дос­ти­га­ет 99,7%, сте­пень аб­сорб­ции SO₃ 99,97%.

В нит­ро­зном спо­со­бе об­жи­го­вый газ по­сле ох­ла­ж­де­ния и очи­ст­ки от пы­ли об­ра­ба­ты­ва­ют нит­ро­зой – С. к., в ко­то­рой рас­тво­ре­ны ок­си­ды азо­та. SO₂ по­гло­ща­ет­ся нит­ро­зой, а за­тем окис­ля­ет­ся (SO₂+N₂O₃+Н₂О=Н₂SO₄+NO). Вы­де­ляю­щий­ся NO окис­ля­ет­ся до NO₂. Смесь NO и NO₂ рас­тво­ря­ют в H₂SO₄ и воз­вра­ща­ют в цикл. Дос­то­ин­ст­ва нит­роз­но­го ме­то­да: про­сто­та ап­па­ра­тур­но­го оформ­ле­ния, бо­лее низ­кая се­бе­стои­мость (на 10–15% ни­же кон­такт­но­го), воз­мож­ность 100%-ной пе­ре­ра­бот­ки SO₂. Не­дос­тат­ки: низ­кая кон­цен­тра­ция H₂SO₄, на­ли­чие при­ме­сей в про­дук­те.

Ми­ро­вое про­из-во С. к. ок. 145 млн. т/год.

Стан­дар­ты на то­вар­ные сор­та С. к. (в % по мас­се H₂SO₄): нит­ро­зная 75%, кон­такт­ная 92,5–98,0%; оле­ум 104,5%, вы­со­ко­про­цент­ный оле­ум 114,6%, ак­ку­му­ля­тор­ная 92–94%, ре­ак­тив­ная (по­лу­чае­мая кон­такт­ным спо­со­бом в ап­па­ра­ту­ре из квар­ца или пла­ти­ны) 92–94%.

Применение

С. к. ис­поль­зу­ет­ся для про­из-ва ми­нер. удоб­ре­ний, как элек­тро­лит в свин­цо­вых ак­ку­му­ля­то­рах, в гид­ро­ме­тал­лур­гии для вскры­тия ком­плекс­ных руд, для по­лу­че­ния ки­слот (фос­фор­ной, со­ля­ной, бор­ной, пла­ви­ко­вой и др.) и со­лей, в неф­тя­ной пром-сти (очи­ст­ка неф­те­про­дук­тов от сер­ни­стых и не­на­сы­щен­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний), в ме­тал­ло­об­ра­бот­ке (уда­ле­ние ока­ли­ны с про­во­ло­ки и лис­тов пе­ред лу­же­ни­ем и оцин­ков­кой, трав­ле­ние ме­тал­лич. по­верх­но­стей пе­ред на­не­се­ни­ем галь­ва­нич. по­кры­тий), в пром. ор­га­нич. син­те­зе (ре­ак­ции эте­ри­фи­ка­ции, суль­фи­ро­ва­ния, ал­ки­ли­ро­ва­ния и пр.), как во­до­от­ни­маю­щее сред­ст­во (осуш­ка га­зов, кон­цен­три­ро­ва­ние азот­ной ки­сло­ты) и др.

С. к. и оле­ум – хи­ми­че­ски чрез­вы­чай­но аг­рес­сив­ные ве­ще­ст­ва, по­ра­жа­ют ды­хат. пу­ти, ко­жу, сли­зи­стые обо­лоч­ки, вы­зы­ва­ют за­труд­не­ние ды­ха­ния, ка­шель, ла­рин­гит, тра­хе­ит, брон­хит. Об­ра­щать­ся с С. к. в ла­бо­ра­то­рии и на про­из-ве сле­ду­ет с ос­то­рож­но­стью, ис­поль­зуя сред­ст­ва за­щи­ты (оч­ки, ре­зи­но­вые пер­чат­ки, фар­ту­ки, са­по­ги). При раз­бав­ле­нии не­об­хо­ди­мо лить H₂SO₄ в во­ду тон­кой стру­ёй при пе­ре­ме­ши­ва­нии (при­ли­ва­ние во­ды к кон­цен­трир. H₂SO₄ вы­зы­ва­ет раз­брыз­ги­ва­ние из-за боль­шо­го те­п­ло­вы­де­ле­ния).

Аэ­ро­золь H₂SO₄ мо­жет об­ра­зо­вать­ся в ат­мо­сфе­ре в ре­зуль­та­те вы­бро­сов те­п­ло­элек­тро­стан­ций, хи­мич. и ме­тал­лур­гич. про­из­водств, со­дер­жа­щих ок­си­ды S, и вы­па­дать в ви­де ки­слот­ных до­ж­дей.

Серная кислота
Систематическое наименование	серная кислота
Хим. формула	H2SO4
Состояние	жидкость
Молярная масса	98,078 ± 0,006 г/моль
Плотность	1,8356 г/см³
Динамическая вязкость	0,027534 Па·с
Кинематическая вязкость	0,1501 см²/с  (при 20 °C)
Т. плав.	10,38 °C
Т. кип.	337 °C
Удельная теплота плавления	10,73 Дж/кг
Давление пара	0,001 ± 0,001 мм рт.ст.
pKa	-3
Растворимость в воде	смешивается
Показатель преломления	1.397
Дипольный момент	2.72 Д
ГОСТ	ГОСТ 2184-77 ГОСТ 667-73 ГОСТ 14262-78 ГОСТ 4204-77
Рег. номер CAS	7664-93-9
PubChem	1118
Рег. номер EINECS	231-639-5
SMILES	OS(O)(=O)=O
InChI	1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4) QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Рег. номер EC	231-639-5
Кодекс Алиментариус	E513
RTECS	WS5600000
ChEBI	26836 и 45693
Номер ООН	1830
ChemSpider	1086
ЛД50	510 мг/кг
NFPA 704
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Серная кислота H₂SO₄ — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO₃. Если молярное отношение SO₃ : H₂O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 — раствор SO₃ в серной кислоте (олеум).

Название

В XVIII—XIX веках серу для пороха производили из серного колчедана (пирит) на купоросных заводах. Серную кислоту в то время называли «купоросным маслом», очевидно отсюда происхождение названия её солей (а точнее именно кристаллогидратов) — купоросы.

Получение серной кислоты

Основная статья: Производство серной кислоты

Промышленный (контактный) способ

В промышленности серную кислоту получают окислением диоксида серы (сернистый газ, образующийся в процессе сжигания серы или серного колчедана) до триоксида (серного ангидрида) с последующим взаимодействием SO₃ с водой. Получаемую данным способом серную кислоту также называют контактной (концентрация 92-94 %).

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

H₂O + SO₃ = H₂SO₄

Нитрозный (башенный) способ

Раньше серную кислоту получали исключительно нитрозным методом в специальных башнях, а кислоту называли башенной (концентрация 75 %). Сущность этого метода заключается в окислении диоксида серы диоксидом азота в присутствии воды. Именно таким способом произошла реакция в воздухе Лондона во время Великого смога.

SO₂ + NO₂ + H₂O = H₂SO₄ + NO ↑

Другой способ

В тех редких случаях, когда сероводород (H₂S) вытесняет сульфат(SO₄^—) из соли (с металлами Cu,Ag,Pb,Hg) побочным продуктом является серная кислота

H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄

Сульфиды данных металлов обладают высочайшей прочностью, а также отличительным чёрным окрасом,

но могут быть окислены до сульфатов, например, азотной кислотой при кипении:

CuS + 8HNO₃ → CuSO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

Физические и физико-химические свойства

Очень сильная кислота, при 18^оС pK_a (1) = −2,8, pK_a (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10⁻²); длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3 % H₂SO₄ и 1,7 % H₂O с температурой кипения 338,8^оС). Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H₂SO₄, имеет состав (%): H₂SO₄ 99,5, HSO₄⁻ — 0,18, H₃SO₄⁺ — 0,14, H₃O⁺ — 0,09, H₂S₂O₇, — 0,04, HS₂O₇⁻ — 0,05. Смешивается с водой и SO₃, во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H₃O⁺, HSO₃⁺, и 2HSO₄⁻. Образует гидраты H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Олеум

Основная статья: Олеум

Растворы серного ангидрида SO₃ в серной кислоте называются олеумом, они образуют два соединения H₂SO₄·SO₃ и H₂SO₄·2SO₃.

Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:

H₂SO₄ + SO₃ → H₂S₂O₇ Сульфит

H₂SO₄ + 2SO₃ → H₂S₃O₁₀

Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом её концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H₂SO₄.

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума 

Содержание % по массе		Плотность при 20 ℃, г/см³	Температура плавления, ℃	Температура кипения, ℃
H2SO4	SO3 (свободный)
10	—	1,0661	−5,5	102,0
20	—	1,1394	−19,0	104,4
40	—	1,3028	−65,2	113,9
60	—	1,4983	−25,8	141,8
80	—	1,7272	−3,0	210,2
98	—	1,8365	0,1	332,4
100	—	1,8305	10,4	296,2
104,5	20	1,8968	−11,0	166,6
109	40	1,9611	33,3	100,6
113,5	60	2,0012	7,1	69,8
118,0	80	1,9947	16,9	55,0
122,5	100	1,9203	16,8	44,7

Температура кипения олеума с увеличением содержания SO₃ понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H₂SO₄ достигает минимума. С увеличением концентрации SO₃ в олеуме общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по уравнению:

 lg ⁡p = A   −   B    +   2,126 ,

                   T

величины коэффициентов А и В зависят от концентрации серной кислоты. Пар над водными растворами серной кислоты состоит из смеси паров воды, H₂SO₄ и SO₃, при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.

С повышением температуры усиливается диссоциация:

H₂SO₄ ⟷ H₂O + SO₃ − Q . 

При нормальном давлении степень диссоциации: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).

Плотность 100%-ной серной кислоты можно определить по уравнению:

 d = 1,851 7 − 1,1 ⋅ 10⁻³ t + 2 ⋅ 10⁻⁶ t² 

С повышением концентрации растворов серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO₃ увеличивается.

При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:

 λ = 0,518 + 0,0016t − ( 0,25 + t/1293 ) ⋅ C/100

где С — концентрация серной кислоты, в %.

Максимальную вязкость имеет олеум H₂SO₄·SO₃, с повышением температуры η снижается. Электрическое сопротивление серной кислоты минимально при концентрации SO₃ и 92 % H₂SO₄ и максимально при концентрации 84 и 99,8 % H₂SO₄. Для олеума минимальное ρ при концентрации 10 % SO₃. С повышением температуры ρ серной кислоты увеличивается. Диэлектрическая проницаемость 100%-ной серной кислоты 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); криоскопическая постоянная 6,12, эбулиоскопическая постоянная 5,33; коэффициент диффузии пара серной кислоты в воздухе изменяется в зависимости от температуры; D = 1,67·10⁻⁵T^3/2 см²/с.

 

Химические свойства

Серная кислота в концентрированном виде при нагревании — довольно сильный окислитель.

Окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов.

8HI + H₂SO₄ = 4I₂ ↓ + H₂S↑ + 4H₂O

2HBr + H₂SO₄ = Br₂↓ + SO₂↑ + 2H₂O

Углерод до CO₂, серу — до SO₂.

C + 2H₂SO₄ = 2SO₂↑ + CO₂ ↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ = 3SO₂↑ + 2H₂O

Окисляет многие металлы (исключения: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). При этом концентрированная серная кислота восстанавливается до SO₂, например:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O + SO₂

На холоде в концентрированной серной кислоте Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba пассивируются и реакции не протекают.

Наиболее сильными восстановителями концентрированная серная кислота восстанавливается до S и H₂S. Концентрированная серная кислота поглощает водяные пары, поэтому она применяется для сушки газов, жидкостей и твёрдых тел, например, в эксикаторах. Однако концентрированная H₂SO₄ частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Отщепляя воду от органических соединений и оставляя при этом чёрный углерод (уголь), концентрированная серная кислота приводит к обугливанию древесины, сахара и других веществ.

Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением, например:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Окислительные свойства для разбавленной H₂SO₄ нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H₂SO₅ и пероксодисерная H₂S₂O₈ кислоты.

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

На металлообрабатывающих заводах раствор серной кислоты применяют для удаления слоя оксида металла с поверхности металлических изделий, подвергающихся в процессе изготовления сильному нагреванию. Так, оксид железа удаляется с поверхности листового железа действием нагретого раствора серной кислоты:

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Концентрированная H₂SO₄ превращает некоторые органические вещества в другие соединения углерода:

HCOOH + H2SO₄(k) = CO↑ + H₂SO₄ ⋅ nH2O

Качественной реакцией на серную кислоту и её растворимые соли является их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например:

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2HCl

Применение

Серную кислоту применяют:

• в обработке руд, особенно при добыче редких элементов, в том числе урана, иридия, циркония, осмия и т. п.;
• в производстве минеральных удобрений;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• для получения различных минеральных кислот и солей;
• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
• в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор);
• в промышленном органическом синтезе в реакциях:
  • дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
  • гидратации (этанол из этилена);
  • сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
  • алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.;
  • для восстановления смол в фильтрах на производстве дистиллированной воды.

Мировое производство серной кислоты около 200 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется в 2,2—3,4 раза больше по массе серной кислоты, а на (NH₄)₂SO₄ серной кислоты 75 % от массы расходуемого (NH₄)₂SO₄. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Токсическое действие

Серная кислота и олеум — очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

В РФ оборот серной кислоты концентрации 45% и более — ограничен.

 

Исторические сведения

Серная кислота известна с древности, встречаясь в природе в свободном виде, например, в виде озёр вблизи вулканов. Возможно, первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.

В IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO₄•7H₂O и CuSO₄•5H₂O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.

Схема получения серной кислоты из железного купороса — термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси

2FeSO₄ + 7H₂O → Fe₂O₃ + SO2 + H₂O + O₂

2SO₂ + 2H₂O + O₂ ⇄ 2H₂SO₄

В трудах алхимика Валентина (XIII в) описывается способ получения серной кислоты путём поглощения водой газа (серный ангидрид), выделяющегося при сжигании смеси порошков серы и селитры. Впоследствии этот способ лег в основу т. н. «камерного» способа, осуществляемого в небольших камерах, облицованных свинцом, который не растворяется в серной кислоте. В СССР такой способ просуществовал вплоть до 1955 г.

Алхимикам XV в известен был также способ получения серной кислоты из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. Впоследствии, в связи с развитием катализа этот метод вытеснил камерный способ синтеза серной кислоты. В настоящее время серную кислоту получают каталитическим окислением (на V₂O₅) оксида серы (IV) в оксид серы (VI), и последующим растворением оксида серы (VI) в 70 % серной кислоте с образованием олеума.

В России производство серной кислоты впервые было организовано в 1805 году под Москвой в Звенигородском уезде. В 1913 году Россия по производству серной кислоты занимала 13 место в мире.

Дополнительные сведения

Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь, из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (Полуостров Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3⋅10⁷ тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994.

Стандарты

• Кислота серная техническая ГОСТ 2184-77
• Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667-73
• Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 14262-78
• Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204-77