🗊Презентация Proizvodstvo_sernoy_kisloty

ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ. Свойства серной кислоты и олеума. Основные потребители серной кислоты.

Серная кислота (H2SO4) — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). 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 сильнокислым «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).

Химические свойства серной кислоты: H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н – О легко разрывается. 1) В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток: H2SO4 H+ + HSO4-; HSO4- H+ + SO42-. Суммарное уравнение: H2SO4 2H+ + SO42-.

Взаимодействие серной кислоты с металлами: Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода: Взаимодействие серной кислоты с металлами: Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода: Zn0 + H2+SO4(разб) → Zn+2SO4 + H2 Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами: CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами: Взаимодействие серной кислоты с гидроксидами: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2H2O Обменные реакции с солями: BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl Образование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат ион).

Особые свойства концентрированной H2SO4 : Концентрированная серная кислота является сильным окислителем; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до S+4O2, S0 или H2S-2 в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr – пассивация. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe0 → Fe3+, Cr0 → Cr3+ , Mn0 → Mn4+ , Sn0 → Sn4+

Активный металл Активный металл 8 Al + 15 H2SO4 (конц)→4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S 4│2Al0 – 6e— → 2Al3+ — окисление 3│ S6+ + 8e → S2– восстановление 4Mg+ 5H2SO4 → 4MgSO4 + H2S­ + 4H2O Металл средней активности 2Cr + 4 H2SO4(конц.)→ Cr2(SO4)3 + 4 H2O + S 1│ 2Cr0 – 6e →2Cr3+— окисление 1│ S6+ + 6e → S0 – восстановление Металл малоактивный 2Bi + 6H2SO4(конц.)→ Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2 1│ 2Bi0 – 6e → 2Bi3+ – окисление 3│ S6+ + 2e →S4+ — восстановление 2Ag + 2H2SO4 →Ag2SO4 + SO2­ + 2H2O

2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S+4O2: 2) Концентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы как правило до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до S+4O2: С + 2H2SO4(конц) → CO2­ + 2SO2­ + 2H2O S+ 2H2SO4(конц) → 3SO2­ + 2H2O 2P+ 5H2SO4(конц)→5SO2­ + 2H3PO4 + 2H2O

3) Окисление сложных веществ: 3) Окисление сложных веществ: Серная кислота окисляет HI и НВr до свободных галогенов: 2 КВr + 2Н2SO4 К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О 2 КI + 2Н2SО4 К2SO4 + SO2 + I2 + 2Н2О Концентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать НСl по реакции обмена: NаСl + Н2SO4(конц) NаНSO4 + НСl Серная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена: С2Н5ОН С2Н4 + Н2О

Олеум и его химические свойства: Олеум — раствор серного ангидрида SO3 в 100%-й серной кислоте H2SO4. Олеум представляет собой вязкую маслянистую бесцветную жидкость или легкоплавкие кристаллы, которые, однако, могут приобретать самые различные оттенки вследствие наличия примесей. На воздухе «дымит», реагирует с водой с выделением огромного количества тепла. Концентрация серного ангидрида может варьироваться в очень широких пределах: от единиц до десятков процентов. Олеум обладает ещё большим водоотнимающим и окислительным действием, содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:

Химические свойства олеума: Химическая активность очень велика При взаимодействии с водой образует серную кислоту Взаимодействует с основаниями Взаимодействует с основными оксидами Взаимодействует с амфотерными оксидами

Мировое производство серной кислоты около 200 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. 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.

В пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор); В пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор); В основном в пищевой индустрии применяется 10% раствор серной кислоты. Используют пищевую добавку Е513 как подкислитель дрожжевого сусла при изготовлении спирта из содержащего крахмал сырья. Применяют серную кислоту также для регулирования кислотности напитков. Изредка Е513 играет роль катализатора инверсии сахара.

В промышленном органическом синтезе в реакциях дегидратации (получение диэтилового эфира): В промышленном органическом синтезе в реакциях дегидратации (получение диэтилового эфира): Этиловый спирт и концентрированная серная кислота при нагревании выше 140- 150°С дают преимущественно этилен, при температуре ниже 140°С дают диэтиловый эфир. На результат реакции оказывают влияние и относительные количества взятых веществ. При получении эфира относительное количество спирта должно быть больше, чем при получении этилена. Это объясняется тем, что эфир образуется при действии на этилсерную кислоту дополнительного количества спирта: C2H5OSO2OH + НОС2Н5     С2Н5— О — С2Н5 + H2SO4 тогда как этилен получается при разложении этилсерной кислоты: C2H5OSO2OH      С2Н4 + H2SO4

При образовании молекулы этилена серная кислота отнимает воду от каждой молекулы спирта, а при образовании эфира она отнимает воду от каждых двух молекул спирта: При образовании молекулы этилена серная кислота отнимает воду от каждой молекулы спирта, а при образовании эфира она отнимает воду от каждых двух молекул спирта: Опыт ведут так, чтобы вначале получить этилсерную кислоту, а затем к ней добавляют спирт и отгоняют эфир, нагревая жидкость не выше 140°С.

В промышленном органическом синтезе в реакциях гидратации В промышленном органическом синтезе в реакциях гидратации Опыт сернокислотной гидратации, в соответствии с промышленным его осуществлением, состоит из двух частей. Сначала растворяют этилен в концентрированной серной кислоте, при этом образуется моноэтиловый эфир серной кислоты: Затем раствор разбавляют водой, при этом образуется этанол и освобождается серная кислота: Суммарное уравнение реакции: H2C CH2 + H2O H3C-CH2-OH Серная кислота рассматривается как растворитель этилена и катализатор реакции

В промышленном органическом синтезе в реакциях сульфирования для получения синтетических моющих средств (СМС) В промышленном органическом синтезе в реакциях сульфирования для получения синтетических моющих средств (СМС) Синтетические моющие средства – это натриевые соли кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:

Получение обжигового газа из серы При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая реакция (II) S+O₂→SO₂+Q (2) с выделением очень большого количества теплоты H = -362,4 кДж/моль, или в пересчете на единицу массы 362,4/32 = 11,325 кДж/т = 11325 кДж/кг серы Расплавленная жидкая сера, подаваемая на сжигание, испаряется (кипит) при температуре 444,6 °C; теплота испарения составляет 288 кДж/кг. Как видно из приведенных данных, теплоты реакции горения серы вполне достаточно для испарения исходного сырья, поэтому взаимодействие серы и кислорода происходит в газовой фазе (гомогенная реакция).

Сжигание серы в промышленности проводят следующим образом. Серу предварительно расплавляют (для этого можно использовать водяной пар, полученный при утилизации теплоты основной реакции горения серы). Сжигание серы в промышленности проводят следующим образом. Серу предварительно расплавляют (для этого можно использовать водяной пар, полученный при утилизации теплоты основной реакции горения серы). Так как температура плавления серы сравнительно низка, то путем отстаивания и последующей фильтрации от серы легко отделить механические примеси, не перешедшие в жидкую фазу, и получить исходное сырье достаточной степени чистоты. Для сжигания расплавленной серы используют два типа печей - форсуночные и циклонные. В них необходимо предусмотреть распыление жидкой серы для ее быстрого испарения и обеспечения надежного контакта с воздухом во всех частях аппарата.

Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в стехиометрическом количестве, т. е. на каждый моль серы 1 моль кислорода, то при полном сгорание серы концентрация будет равна объемной доле кислорода в воздухе C(SO₂)max =21%. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура. Концентрация диоксида серы в обжиговом газе зависит от соотношения серы и воздуха, подаваемых на сжигание. Если воздух берут в стехиометрическом количестве, т. е. на каждый моль серы 1 моль кислорода, то при полном сгорание серы концентрация будет равна объемной доле кислорода в воздухе C(SO₂)max =21%. Однако обычно воздух берут в избытке, так как в противном случае в печи будет слишком высокая температура. При адиабатическом сжигании серы температура обжига для реакционной смеси стехиометрического состава составит примерно 1500°C. В практических условиях возможности повышения температуры в печи ограничены тем, что выше 1300°C быстро разрушается футеровка печи и газоходов. Обычно при сжигании серы получают обжиговый газ, содержащий 13 - 14 % SО₂.

Основы контактного метода получения серной кислоты. Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы. Первой стадией процесса является окисление сырья с получением обжигового газа, содержащего диоксид серы. В зависимости от вида сырья протекают экзотермические химические реакции обжига: 4FeS2 +11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 +Q (1) S + O2 → SO2 +Q (2) При протекании реакции (1) помимо газообразного продукта реакции SO2 образуется твердый продукт Fe2O3, который может присутствовать в газовой фазе в виде пыли. Колчедан содержит различные примеси, в частности соединения мышьяка и фтора, которые в процессе обжига переходят в газовую фазу. Вторая стадия. Реакционный газ после стадии обжига колчедана должен быть предварительно направлен на стадию подготовки к контактному окислению, на которой помимо очистки от каталитических ядов выделяются пары воды (осушение), а также получаются побочные продукты (Se и Те). Если обжиговый газ получают сжиганием серы, то отпадает необходимость очистки от примесей. Стадия подготовки будет включать в себя лишь осушку газа и утилизацию теплоты. На третьей стадии протекает обратимая экзотермическая химическая реакция контактного окисления диоксида серы SO2 + 0,5О2 ↔ SO3 + Q (3) Последняя стадия процесса — абсорбция триоксида серы концентрированной серной кислотой или олеумом.

Основы контактного метода получения серной кислоты.

Получение обжигового газа из колчедана.

Получение обжигового газа из колчедана.

Получение обжигового газа из колчедана.

Схема производства серной кислоты из колчедана контактным способом.

Подготовка обжигового газа к контактному окислению.

Подготовка обжигового газа к контактному окислению.

Подготовка обжигового газа к контактному окислению.

Контактное окисление диоксида серы.

Контактное окисление диоксида серы.

Контактное окисление диоксида серы.

Абсорбция триоксида серы.

Абсорбция триоксида серы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. «Общая химическая технология» А.М. Кутепов, Бондарева, Беренгартен «Высшая школа» 1990 г. «Общая химическая технология» Д.П. Кузнецов и др. под ред. И.П. Мухпенова «Высшая школа» 1984 г. http://himege.ru/sernaya-kislota-ximicheskie-svojstva-i-promyshlennoe-proizvodstvo/ Химия. Учебник для вузов ( Никольский А.Б., Суворов А.В.) http://www.ximicat.com/info.php?id=19 https://chem21.info/info/972040/ http://www.ximicat.com/info.php?id=192