Выдержка из текста работы
Применение серной кислоты обусловлено разнообразием её физико-химических свойств. Так, H2SO4 является сильной кислотой и применяется для вытеснения других кислот из их солеё и для растворения окислов металлов. Как водоотнимающее средство используется для осушки газов и в процессах нитрования, как сульфирующий агент – в органическом синтезе, как катализатор – при гидролизе.
Основные области применения серной кислоты следующие:
1) Промышленность минеральных удобрений. В производстве суперфосфата 65-70% -ная серная кислота применяется для разложения природных фосфатов (апатитов, фосфоритов). При её действии содержащийся в природных фосфатах Са3(РО4)2 переходит в Са(Н2РО4)2, который легко усваивается растениями. Для производства концентрированных фосфатов и сложных удобрений (двойного суперфосфата, аммофоса) требуется кислота с концентрацией 92% и более. При взаимодействии Н2SO4 с NH3 получают ценное удобрение — сульфат аммония.
2) Производство кислот. Действием серной кислоты на хлористый натрий получают хлороводород, образующий соляную кислоту; одновременно получают Na2SO4 – сырьё для стекольной промышленности, производства сернистого натрия. Из плавикового шпата CaF2 получают фтороводород. Получаю также другие кислоты: H3PO4, H3BO3.
3) Получение солей. Серная кислота идёт на получение сульфатов Cu, Zn, Ni, Al, Na, K, а также кварцев.
4) Производство других неорганических веществ. Например, Н2О2, K2Cr2O7, Na2Cr2O7 , соединений P, I, Br.
5) Металлургия Al, Mg, Cu, Hg, Co, Ni, Au и проч.
6) Разложение минералов с целью извлечения из них ценных компонентов (например, редких и рассеянных элементов).
7) Лакокрасочная промышленность. Получаемые продукты – минеральные пигменты (литопон, бланфикс, титановые белила).
8) Производство взрывчатых и дымообразующих веществ. Получение нитроглицерина, пироксилина, тротила и т.п. основано на реакциях нитрования в присутствии H2SO4 : H — R + HO — NO2 = R — NO2 + H2O.
9) Производство органических красителей. Смесь (H2SO4+HNO3) используется для получения полупродуктов в анилинокрасочной промышленности. Серная кислота также используется в качестве сульфирующего агента.
10) Органические синтезы. Получение органических кислот, сульфокислот, эфиров, спиртов.
11) Нефтяная промышленность. Очистка нефтепродуктов (бензинов, смазочных масел) от сернистых соединений.
12) Коксохимическое производство. Серная кислота используется для связывания аммиака коксового газа , очистки от пиридиновых оснований и др. примесей продуктов коксования – бензола, ксилола, толуола и др.
13) Травление. Удаление окалин с прокатанных стальных листов и металлических изделий, подлежащих лужению, никелированию, хромированию и т.д.
14) Гидролизная промышленность. Разбавленная кислота используется в качестве катализатора при переработке древесины в спирт.
15) Производство патоки и глюкозы. Также используется каталитическое действие кислоты при гидролизе.
16) Текстильная промышленность, производство химических волокон.
17) Осушка газов.
Физико-химические свойства серной кислоты
Химический состав серной кислоты выражается формулой H2SO4. Её молярная масса 98,08г/моль. 100%-ная серная кислота представляет собой тяжёлую маслянистую вязкую жидкость. В чистом виде не имеет запаха и цвета. Жадно поглощает влагу из воздуха и других газов, при контакте обугливает органические материалы. При попадании на кожу вызывает сильные ожоги. Является сильной кислотой.
Температура кристаллизации. Серная кислота (100%) застывает в кристаллическую массу при +10,45 С. Серная кислота смешивается в любых соотношениях с водой и серным ангидридом, образуя шесть соединений, имеющих определённую температуру кристаллизации. Водные растворы серной кислоты и олеум можно рассматривать как расплавы смесей соответствующих соединений. Например, получаемую в качестве конечного продукта 92,5%-ную кислоту можно представить как смесь расплавов H2SO4 и H2SO4*H2O, причем температура кристаллизации смеси ниже температуры кристаллизации любого из соединений. Получаемая 92,5%-ная кислота близка по составу к минимуму, соответствующему 93,3%-ной серной кислоте и имеющему температуру кристаллизации -37,8 С. Это важно для устранения возможности кристаллизации серной кислоты при перевозке, хранении. Для уменьшения вероятности замерзании кислоты в холодное время года для товарных сортов серной кислоты установлены такие концентрации, которые находятся вблизи минимума.
Плотность. Плотность водных растворов серной кислоты увеличивается с понижением температуры и с повышением содержания H2SO4 до 98,3%, когда плотность достигает максимального значения . При дальнейшем повышении концентрации плотность кислоты падает.
Концентрацию серной кислоты с точностью, достаточной для технических расчётов, определяют по величине её плотности. В присутствии большого количества примесей (солей, окислов азота и др.) соответствие между плотностью и концентрацией нарушается. Плотность 90-100%-ной кислоты незначительно меняется при изменении концентрации , поэтому содержание серной кислоты в этих случаях следует определять путём анализа.
Плотность олеума повышается с увеличением содержания SO3 достигая максимума при 62% SO3 (своб.), а затем падает.
Температура кипения и давления пара. Температура кипения водных растворов серной кислоты растёт с повышение её концентрации вплоть до 98,3%. Этой концентрации соответствует наиболее высокая температура кипения (336,5 С). 100%-ная кислота при атмосферном давлении кипит при более низкой температуре (296,2 С) .
Температура кипения олеума с увеличением содержания свободного SO3 снижается до 44,7 С при 100% SO3
При содержании до 85% H2SO4 кислота выделяет в паровую фазу при кипении практически только воду (на диаграмме кипения верхняя кривая до температуры 250С почти сливается с осью ординат). При дальнейшем повышении концентрации кислоты в парах появляется всё больше H2SO4. При кипении 98,3% — ной кислоты состав пара и жидкости совпадает (азеотропная смесь). Это означает, что путём нагревания водных растворов серной кислоты при атмосферном давлении их концентрацию можно повысить до 92-95% (с учётом того, что равновесие практически не достигается).
При понижении давления температура кипения серной кислоты понижается.
Общее давление паров над кислотой с увеличением концентрации водных растворов понижается и при 98,3% достигается минимума. С повышением концентрации олеума величина общего давления растёт. Таким образом, у растворов с концентрацией менее 98,3% в паровой фазе преобладают пары воды, а в парах над более крепкой кислотой и олеумом высока концентрация SO3 (эти обстоятельства имеют важное значение при выборе оптимального режима абсорбции триоксида серы, т. к. с одной стороны, необходимо обеспечить высокую степень абсорбции, а с другой — исключить образование сернокислотного тумана).
В паровой фазе молекулы серной кислоты в той или иной степени диссоциированы H2SO4 = SO3 + H2O . Степень диссоциации возрастёт с повышением температуры и с уменьшением давления (т.к. реакция эндотермична и сопровождается увеличением объёма паровой фазы).
Вязкость. Величина вязкости оказывает существенное влияние на гидравлическое сопротивление при движении серной кислоты по трубам, на скорость процессов теплопередачи, на скорость растворения в кислоте солей, металлов.
Электропроводность. Измерениями электроп…
**************************************************************
