Acido solforico e reazioni con esso. Acido solforico: proprietà chimiche, caratteristiche, produzione di acido solforico in produzione
L'acido solforico è un liquido piuttosto pesante, la sua densità è di 1,84 g/cm³. Ha la capacità di attingere acqua dai gas e. Quando l'acido solforico viene sciolto in acqua, viene rilasciata un'enorme quantità di calore, a seguito della quale sono possibili schizzi di acido. In caso di contatto con la pelle umana, anche in piccole quantità, provoca gravi ustioni. Per evitare ciò, è necessario aggiungere acido all'acqua e non viceversa.
Ottenere acido solforico
Il metodo con cui l'acido solforico viene prodotto su scala industriale è chiamato contatto. In primo luogo, l'umido (solfuro di ferro ferroso) viene cotto in una fornace speciale. Come risultato di questa reazione, vengono rilasciati anidride solforosa (anidride solforosa), ossigeno e vapore acqueo, poiché è stata utilizzata la pirite bagnata. I gas rilasciati entrano nel vano di essiccazione, dove eliminano il vapore acqueo, nonché in una speciale centrifuga per rimuovere tutte le possibili impurità di particelle solide.
Inoltre, il gas solforico è ottenuto dall'ossido di zolfo (IV) mediante una reazione di ossidazione. In questo caso viene utilizzato un catalizzatore pentavalente. La reazione può andare in entrambe le direzioni, è reversibile. Affinché fluisca in una sola direzione, nel reattore vengono create una certa temperatura e pressione. Il gas solforico viene sciolto in acido solforico pre-preparato per ottenere oleum, che viene quindi inviato al magazzino del prodotto finito.
Proprietà chimiche dell'acido solforico
L'acido solforico ha la capacità di accettare elettroni, è un forte agente ossidante. L'acido solforico concentrato e diluito ha proprietà chimiche diverse.
L'acido solforico diluito è in grado di dissolvere i metalli che si trovano a sinistra dell'idrogeno nella serie di tensioni. Tra questi: zinco, magnesio, litio e altri. L'acido solforico concentrato può decomporre alcuni acidi alogeni (tranne l'acido cloridrico, poiché l'acido solforico non è in grado di ridurre lo ione cloro).
L'uso dell'acido solforico
Grazie alla sua capacità unica di attingere acqua, l'acido solforico viene spesso utilizzato per essiccare i gas. Con il suo aiuto vengono prodotti coloranti, fertilizzanti minerali (fosforo e azoto), sostanze che formano fumo e vari detergenti sintetici. Spesso viene utilizzato come elettrolita, poiché l'acido solforico non può dissolvere il piombo.
Acido solforico H 2 SO 4 è uno degli acidi bibasici forti. Allo stato diluito, ossida quasi tutti i metalli tranne l'oro e il platino. Reagisce intensamente con non metalli e sostanze organiche, trasformandone alcune in carbone. Quando si prepara una soluzione di acido solforico, va sempre aggiunta all'acqua, e non viceversa, per evitare schizzi di acido e acqua bollente. A 10 °C indurisce formando una massa vetrosa trasparente. Quando riscaldato, l'acido solforico al 100% perde facilmente anidride solforica (triossido di zolfo SO 3) fino a raggiungere una concentrazione del 98%. È in questo stato che viene solitamente utilizzato nei laboratori. Allo stato concentrato (anidro), l'acido solforico è un liquido oleoso incolore, fumante nell'aria (a causa dei vapori), con un odore caratteristico (punto di ebollizione = 338 ° C). È un agente ossidante molto forte. Questa sostanza ha tutte le proprietà degli acidi:
Proprietà chimiche dell'acido solforico
H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 + H 2;
2H 2 SO 4 + Cu → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O - in questo caso l'acido è concentrato.
H 2 SO 4 + CuO → CuSO 4 + H 2 O
La soluzione blu risultante - CuSO 4 - una soluzione di solfato di rame. Viene anche chiamato acido solforico olio al vetriolo, poiché il vetriolo si forma durante le reazioni con i metalli e i loro ossidi. Ad esempio, in una reazione chimica con il ferro (Fe), si forma una soluzione verde chiaro di solfato ferroso.
Reazione chimica con basi e alcali (o reazione di neutralizzazione)
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O
acido solforoso(o più correttamente una soluzione di anidride solforosa in acqua) forma due tipi di sali: solfiti e idrosolfiti. Questi sali sono agenti riducenti.
H 2 SO 4 + NaOH → NaHSO 3 + H 2 O - questa reazione procede con un eccesso acido solforoso
H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + 2H 2 O - e questa reazione procede con un eccesso di idrossido di sodio
acido solforoso ha un effetto sbiancante. Tutti sanno che l'acqua clorata ha un effetto simile. Ma la differenza sta nel fatto che, a differenza del cloro, l'anidride solforosa non distrugge i coloranti, ma forma con essi composti chimici incolori!
Oltre al principale proprietà degli acidi acido solforoso in grado di scolorire una soluzione di permanganato di potassio secondo la seguente equazione:
5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 → 2 H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
In questa reazione si forma una soluzione rosa pallido, costituita da solfati di potassio e manganese. Il colore è dovuto al solfato di manganese.
acido solforoso in grado di decolorare il bromo
H 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2HBr
In questa reazione si forma una soluzione, costituita immediatamente da 2 acidi forti: solforico e bromo.
Se conservi l'acido solforoso in presenza di aria, questa soluzione viene ossidata e si trasforma in acido solforico.
2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 2
È uno dei composti chimici più famosi e diffusi . Ciò è spiegato principalmente dalle sue proprietà pronunciate. La sua formula è H2SO4. È un acido bibasico con uno zolfo maggiore di +6.
In condizioni normali, l'acido solforico è un liquido inodore e incolore con proprietà oleose. È diventato abbastanza diffuso nella tecnologia e in vari settori.
Al momento, questa sostanza è uno dei prodotti più importanti e più comuni dell'industria chimica. In natura, i depositi di zolfo nativo non sono così comuni, di regola si trovano solo in composti con altre sostanze. L'estrazione di zolfo da vari composti, inclusi vari rifiuti industriali, è attualmente in fase di sviluppo. In alcuni casi, anche i gas possono essere adattati per produrre zolfo e vari composti con esso.
Proprietà
L'acido solforico ha un effetto dannoso su qualsiasi persona: rimuove l'acqua molto rapidamente, in modo che i tessuti e vari composti inizino a carbonizzare. L'acido al 100% è uno dei più forti, mentre il composto non fuma né distrugge
Reagisce con tutti i metalli tranne il piombo. In forma concentrata, inizia a ossidare molti elementi.
L'uso dell'acido solforico
L'acido solforico è utilizzato principalmente nell'industria chimica, dove sulla sua base viene prodotto azoto, compreso il superfosfato, attualmente considerato uno dei fertilizzanti più comuni. Ogni anno vengono prodotti fino a diversi milioni di tonnellate di questa sostanza.
In metallurgia, l'H2SO4 viene utilizzato per verificare la qualità dei prodotti ottenuti. Durante la laminazione dell'acciaio possono verificarsi microfessure; per rilevarle, il pezzo viene posto in un bagno di piombo e mordenzato con una soluzione acida al 25%. Dopodiché, anche le più piccole crepe possono essere viste ad occhio nudo.
Prima di applicare la galvanica al metallo, è necessario prima prepararlo: pulito e sgrassato. Poiché l'acido solforico reagisce con i metalli, dissolve lo strato più sottile e con esso vengono rimosse tutte le tracce di contaminazione. Inoltre, la superficie del metallo diventa più ruvida, il che è più adatto per la nichelatura, la cromatura o la ramatura.
L'acido solforico è utilizzato nella lavorazione di alcuni minerali e una quantità significativa è richiesta nell'industria petrolifera, dove viene utilizzato principalmente per la purificazione di vari prodotti. Viene spesso utilizzato nell'industria chimica, che è in continua evoluzione. Di conseguenza, vengono scoperte ulteriori possibilità e applicazioni. Questa sostanza può essere utilizzata per la produzione di piombo-acido - varie batterie.
Ottenere acido solforico
Le principali materie prime per la produzione di acido sono lo zolfo e vari composti a base di esso. Inoltre, come già accennato, si sta sviluppando l'utilizzo dei rifiuti industriali per la produzione di zolfo. Durante la tostatura ossidativa dei minerali di solfuro, i gas di scarico contengono SO2. È adattato per produrre acido solforico. Sebbene in Russia le posizioni di leadership siano ancora occupate dalla produzione basata sulla lavorazione della pirite di zolfo, che viene bruciata nelle fornaci. Quando l'aria viene soffiata attraverso le piriti in fiamme, si formano vapori con un alto contenuto di SO2. I precipitatori elettrostatici vengono utilizzati per rimuovere altre impurità e vapori pericolosi. Attualmente, nella produzione vengono utilizzati attivamente vari metodi per ottenere l'acido e molti di essi sono associati alla lavorazione dei rifiuti, sebbene la quota delle industrie tradizionali sia elevata.
L'acido solforico trova la più ampia applicazione nell'economia nazionale ed è il prodotto principale dell'industria chimica di base. A questo proposito, vi è un continuo aumento della produzione di acido solforico. Quindi, se nel 1900 la produzione mondiale di acido solforico ammontava a 4,2 milioni di g, nel 1937 ricevette 18,8 milioni di g e nel 1960 più di 47 milioni di tonnellate.
Attualmente, l'Unione Sovietica è al secondo posto nel mondo per produzione di acido solforico. Nel 1960 l'URSS ha prodotto 5,4 milioni di g di acido solforico, nel 1965 la produzione di acido solforico rispetto al 1958 sarà raddoppiata.
Le aree di applicazione dell'acido solforico sono dovute alle sue proprietà e al basso costo. L'acido solforico è un acido forte, poco volatile e stabile, che a temperature moderate ha proprietà ossidanti molto deboli e forti idrorepellenti.
Il principale consumatore di acido solforico è la produzione di fertilizzanti minerali: superfosfato e solfato di ammonio. Ad esempio, la produzione di una sola tonnellata di perfosfato (dalla fluorapatite), che non contiene acqua igroscopica, consuma 600 kg di acido solforico al 65%. La produzione di fertilizzanti minerali consuma circa la metà di tutto l'acido prodotto.
Una quantità significativa di acido solforico viene consumata nella lavorazione di combustibili liquidi - per la purificazione di cherosene, paraffina, oli lubrificanti dallo zolfo e composti insaturi, nella lavorazione del catrame di carbone. Viene anche utilizzato nella purificazione di vari oli minerali e grassi.
L'acido solforico è ampiamente utilizzato in varie sintesi organiche, ad esempio per la solfonazione di composti organici nella produzione di acidi solfonici, coloranti vari e saccarina. A tale scopo vengono utilizzati sia acido concentrato che acido fumante, nonché acido clorosolfonico. L'acido solforico viene utilizzato come agente di rimozione dell'acqua nelle reazioni di nitrazione - nella produzione di nitrobenzene, nitrocellulosa, nitroglicerina, ecc.
Essendo un acido non volatile, l'acido solforico è in grado di soppiantare gli acidi volatili dai loro sali, che viene utilizzato nella produzione di acido fluoridrico e acido cloridrico, acido perclorico.
L'acido solforico viene spesso utilizzato nella lavorazione (decomposizione) di alcuni minerali e concentrati, come titanio, zirconio, vanadio e talvolta niobio, litio e alcuni altri metalli. Poiché l'acido solforico concentrato bolle a una temperatura abbastanza elevata e non ha praticamente alcun effetto su ghisa e acciaio, questa decomposizione può essere eseguita completamente utilizzando apparecchiature economiche realizzate con questi materiali.
L'acido solforico caldo diluito dissolve bene gli ossidi metallici e viene utilizzato per la cosiddetta incisione dei metalli, pulirli< особенно железа, от окислов.
L'acido solforico è un buon agente essiccante ed è ampiamente utilizzato nei laboratori e nell'industria per questo scopo. L'umidità residua quando si utilizza acido solforico al 95% è pari a 0,003 mg di vapore acqueo per 1 litro di gas essiccato.
Oggi l'acido solforico viene prodotto principalmente con due metodi industriali: contatto e nitroso. Il metodo di contatto è più progressivo e in Russia è utilizzato più ampiamente rispetto al metodo nitroso, ovvero il metodo a torre.
La produzione di acido solforico inizia con la combustione di materie prime solforose, ad esempio, in speciali forni di pirite, si ottiene il cosiddetto gas di torrefazione, che contiene circa il 9% di anidride solforosa. Questa fase è la stessa per entrambi i metodi di contatto e nitrosi.
Successivamente, è necessario ossidare l'anidride solforosa risultante in anidride solforica. Tuttavia, deve prima essere pulito da una serie di impurità che interferiscono con l'ulteriore processo. Il gas di torrefazione viene ripulito dalla polvere in precipitatori elettrostatici o in apparati ciclonici, quindi viene immesso in un dispositivo contenente masse solide di contatto, dove l'anidride solforosa SO 2 viene ossidata in anidride solforica SO 3 .
Questa reazione esotermica è reversibile: un aumento della temperatura porta alla decomposizione dell'anidride solforica formata. D'altra parte, al diminuire della temperatura, la velocità della reazione diretta è molto bassa. Pertanto, la temperatura nell'apparato di contatto viene mantenuta entro 480°C regolando la sua velocità di passaggio della miscela di gas.
In futuro, con il metodo del contatto, si forma combinando anidride solforica con acqua.
Il metodo nitroso è caratterizzato dal fatto che è ossidato.La produzione di acido solforico con questo metodo è innescata dalla formazione di acido solforoso durante l'interazione del gas di torrefazione con l'acqua. Inoltre, l'acido solforoso risultante viene ossidato con acido nitrico, che porta alla formazione di monossido di azoto e acido solforico.
Questa miscela di reazione viene alimentata in una torre speciale. Allo stesso tempo, regolando la portata del gas, si garantisce che la miscela di gas in ingresso nella torre di assorbimento contenga biossido di azoto e monossido di azoto in un rapporto di 1:1, necessario per ottenere anidride nitrosa.
Infine, l'interazione di acido solforico e anidride nitrosa produce NOHSO 4 - acido nitrosilsolforico.
L'acido nitrosilsolforico risultante viene immesso nella torre di produzione, dove, decomponendosi con acqua, rilascia anidride nitrosa:
2NOHSO 4 + H 2 O \u003d N 2 O 3 + 2H 2 SO 4,
che ossida l'acido solforoso formato nella torre.
L'ossido nitrico rilasciato a seguito della reazione ritorna nella torre ossidante ed entra in un nuovo ciclo.
Attualmente, in Russia, l'acido solforico viene prodotto principalmente con il metodo di contatto. Il metodo nitroso è usato raramente.
L'uso dell'acido solforico è molto ampio e vario.
La maggior parte va alla produzione di fibre chimiche e fertilizzanti minerali, è necessaria nella produzione di medicinali e coloranti. Con l'aiuto dell'acido solforico si ottengono alcoli etilici e altri, detergenti e pesticidi.
Le sue soluzioni trovano impiego nell'industria tessile e alimentare, nei processi di nitrazione e per la produzione di acido solforico accumulatore, che viene utilizzato come elettrolita da versare nelle batterie piombo-acido, che trovano largo impiego nei trasporti.
