Серная кислота. Методы получения. Химические свойства

Серная кислота H2SO4 – бесцветная маслянистая едкая жидкость с плотностью 1,84 г/см, кипит при 340 градусах, разлагаясь с образованием SO3 и H2O, образующих туман. Высокая температура кипения и большая вязкость серной кислоты, по видимому, обусловлены наличием водородных связей между атомами водорода и атомами кислорода соседних молекул. При разбавлении серной кислоты водой происходит образование гидратов и выделяется много тепла. Это может привести к образованию паров воды, содержащих серную кислоту.

Поэтому существует правило: при разбавлении серной кислоты следует приливать кислоту к воде, а не наоборот, чтобы избежать разбрызгивания.

При растворении SO3 в концентрированной серной кислоте получают олеум, что в переводе с греческого означает масло. Олеум содержит смесь нескольких кислот, которые можно рассматривать как продукт присоединения SO3 к серной кислоте: H2SO4хSO3.

Если х = 1, это соответствует дисерной или пиросерной кислоте – H2S2O7. Х также может принимать значения 2 и 3.

Концентрированная серная кислота способна поглощать влагу из воздуха, поэтому ее используют для осушения газов, не реагирующих с ней. Сродство серной кислоты к воде настолько велико, что серная кислота служит дегидратирующим агентом. Серная кислота – сильная двухосновная кислота. В воде она диссоциирует по схеме:

,

.

Серная кислота принимает участие во всех реакциях, характерных для кислот. Она реагирует:

• со щелочами и основаниями, основными солями, основными оксидами;

• солями слабых кислот, например, карбонатами или сульфидами;

• металлами.

Серная кислота имеет в своем составе два окислителя: ион водорода и сульфат-ион. В разбавленной серной кислоте окисление металлов осуществляется за счет водородных ионов 2H+ + 2e– = H2. В ней растворяются только те металлы, которые стоят в ряду активности до водорода. В концентрированной серной кислоте окислителем выступает сульфат-ион. + восстановитель= , , . Продукт восстановления зависит от силы восстановителя: более сильные восстановители приводят к образованию H2S, а более слабые – к образованию SO2. Концентрированная серная кислота H2SO4 (конц.) окисляет даже некоторые металлы, стоящие в ряду активности после водорода, например медь, а также многие неметаллы:

Cu + 2H2SO4 (конц.) = CuSO4 + SO2 (г.) + 2H2O,

C + 2H2SO4 (конц.) = CO2 (г.) + 2SO2 (г.) + 2H2O,

3H2S + H2SO4 (конц.) = 4S (т.) + 4H2O.

Серная кислота используется:

• в производстве удобрений, в частности, суперфосфата;

• в производстве некоторых кислот, например HF;

• в производстве моющих средств (сульфокислот R–SO3H),красителей и лекарственных препаратов;

• в металлургии для растворения оксидных минералов металлов;

• для травления металлов с целью устранения окалины;

• для многих других целей.

Промышленное производство серной кислоты состоит из следующих стадий:

• Производство SO2. Его получают либо окислением самородной серы, либо окислением пирита FeS2. SO2 получается в металлургии как побочный продукт при обжиге сульфидных руд.

• Каталитическое окисление SO2 до SO3. Катализатор – V2O5 или платинированный асбест. 2SO2 (г.) + O2 (г.) = 2SO3 (г.)

• SO3 затем реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием олеума. Олеум разбавляют водой и получают концентрированную серную кислоту (98%).