coolreferat.com.ua сторінка 1

міністерство освіти і науки рк



реферат.

На тему:

«Отримання сірчаної кислоти»




Виконав: _________________________________
Перевірила: _________________________________

Алмати +2007.

Зміст:



  1. сірчана кислота





  1. властивості




  1. взаємодії з Ме



  1. взаємодія з Німіючи




  1. взаємодія з основними оксидами й основами



  1. взаємодія з солями




  1. взаємодію з водою



  1. дисоціація кислоти


  1. отримання сірчаної кислоти





    1. контактний спосіб.




    1. нитрозного спосіб.



Сірчана кислота.



1.Свойства.

Сірчана кислота являє собою безбарвну в'язку рідину, щільність 1,83 г / мл (20є). Температура плавлення сірчаної кислоти становить 10,3єС, температура кипіння 269,2є.

Хімічні властивості сірчаної кислоти в чому залежать від її концентрації. У лабораторіях і промисловості застосовують розведену і концентровану сірчану кислоту, хоча цей поділ умовно (чітку межу між ними провести не можна).
2. Взаємодія з металами.

Розбавлена ​​сірчана кислота взаємодіє з деякими металами, наприклад з залізом, цинком, магнієм, з виділенням водню:
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
Деякі малоактивні метали, такі як мідь, срібло, золото, з розбавленою сірчаною кислотою не реагують.

Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем. Вона окисляє багато метали. Продуктами відновлення кислоти зазвичай є оксиди сірки (IV), сірководень і сірка (Н2S і S утворюються в реакціях кислоти з активними металами - магнієм, кальцієм, натрієм, калієм і ін.). Приклади реакцій:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Mg + 2H2SO4 = MgSO4 + SO2 + 2H2O або

4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Сірчана кислота високої концентрації (практично безводна) не взаємодіє з залізом в результаті пасивації металу. Явище пасивації пов'язане з утворенням на поверхні металу міцної суцільний плівки, що складається з оксидів або інших сполук, які перешкоджають контакту металу з кислотою. Благодоря пасивації можна зберігати і перевозити концентровану сірчану кислоту в сталевій тарі. Концентрована сірчана кислота пасивує також алюміній, нікель, хром, титан.


    1. Взаємодія з неметалами.


Концентрована сірчана кислота може окислювати неметали, наприклад:

S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

Окисні властивості концентрованої сірчаної кислоти можуть виявлятися у реакціях з деякими складними речовинами - востановітелямі, наприклад:

2KBr + 2H2SO4 = Br2 + SO2 + K2SO4 + 2H2O


    1. Взаємодії з основними оксидами й основами.


Сірчана кислота проявляє всі типові властивості кислот. Так, вона реагує з основними амфотерними оксидами і гідроксидами з утворенням солей. Як двухосновная кислота H2SO4 утворює два типи солей: середні солі - сульфати і кислі солі - гидросульфати. Приклади реакцій:
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3Н2О

сульфат алюмінію

2КОН + Н2SO4 = K2SO4 + 2H2O

сульфат калію

КОН + Н2SO + = KHSO4 + H2O

гидросульфат калію
Гидросульфати утворюються, коли кислота береться у надлишку.

Багато солі сірчаної кислоти виділяються з розчинів у вигляді кристалогідратів, наприклад: Al2 (SO4) 3,18Н2О, Na2SО4,10Н2О
5. Взаємодія з солями.
З деякими солями сірчана кислота вступає в реакції обміну, наприклад:
СаСО3 + Н2SO4 = CaSO4 ?? + СО2? + Н2О

ВаСl2 + H2SO4 = BaSO4? + 2HCl
Остання реакція є якісною на сірчану кислоту та її солі: про їх присутність в розчині судять за освітою білого осаду ВаSO4, який практично не розчиняється в концентрованої азотної кислоті.

6. Взаємодія з водою.
При розчиненні у воді сірчана кислота активно взаємодіє з нею, утворюючи гідрати:

nH2O + H2SO4 = H2SO4 · nH2O

Благодоря здатності зв'язувати воду, сірчана кислота є хорошим осушувачем.

Багато органічні речовини, що містять водень і кисень (папір, деревина, тканини, цукру), при дествиях сірчаної кислоти обвуглюються в результаті зв'язування кислотою води. Наприклад: процес обвуглювання цукру С12Н22О11 можна описати таким рівнянням:
nC12H22O11 + H2SO4 = 12nC

7. Дисоціація кислоти.
У водних розчинах сірчана кислота дисоціює на іони

У водному розчині сірчана кислота є дуже сільной- вона дисоціює практично повністю по обох щаблях. Безводна сірчана кислота дисоціює в незначній мірі, тому є слабкою.

Виробництво сірчаної кислоти.
Контактний спосіб.
Розберемо виробництво сірчаної кислоти з піриту FeS 2.

1) Подрібнення піриту.

Перед використанням великі шматки піриту подрібнюють в дробильних машинах. Ви знаєте, що при подрібненні речовини швидкість реакції збільшується, тому збільшується площа поверхні зіткнення реагуючих речовин.

2) Очищення піриту.

Після подрібнення піриту, його очищають від домішок (порожньої породи і землі) методом флотації. Для цього подрібнений пірит опускають у величезні чани з водою, перемішують, порожня порода спливає нагору, потім пусту породу видаляють.


































ПЕРША СТАДІЯ - випалення піриту в печі для випалювання в "киплячому шарі".
Рівняння реакції першій стадії
t = 800 ° C

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q


Подрібнений очищений вологий (після флотації) пірит зверху засипають в піч для випалювання в "киплячому шарі". Знизу (принцип протитоку) пропускають повітря, збагачений киснем, для більш повного випалу піриту. Температура в печі для випалювання досягає 800 ° С. Пірит розжарюється до червона і знаходиться в "підвішеному стані" через продуваемого знизу повітря. Схоже це все на киплячу рідину розпечених-червоного кольору.
За рахунок виділяється теплоти в результаті реакції підтримується температура в печі. Надмірна кількість теплоти відводять: по периметру печі проходять труби з водою, яка нагрівається. Гарячу воду використовують далі для центрального опалення поруч стоять приміщень.

Виниклий оксид заліза Fe 2 O 3 (недогарок) у виробництві сірчаної кислоти не використовують. Але його збирають і відправляють на металургійний комбінат, на якому з оксиду заліза отримують метал залізо і його сплави з вуглецем - сталь (2% вуглецю С в сплаві) і чавун (4% вуглецю С в сплаві).

Таким чином виконується принцип хімічного виробництва - безвідходність виробництва.




З печі виходить пічної газ, склад якого: SO 2, O 2, пари води (пірит був вологий!) І найдрібніші частинки недогарка (оксиду заліза). Такий пічної газ необхідно очистити від домішок твердих частинок недогарка і парів води.

Очищення пічного газу від твердих частинок недогарка проводять у два етапи - в циклоні (використовується відцентрова сила, тверді частинки недогарка вдаряються об стінки циклону і зсипаються вниз) і в електрофільтрах (використовується електростатичне тяжіння, частки недогарка прилипають до наелектризованим пластинам електрофільтру,

при достатньому накопиченні під власною вагою вони зсипаються вниз), для видалення парів води в пічному газі (осушка пічного газу) використовують сірчану концентровану кислоту, яка є дуже хорошим осушувачем, оскільки поглинає воду.

Осушку пічного газу проводять у сушильній башті - знизу вгору піднімається пічної газ, а зверху вниз ллється концентрована сірчана кислота. На виході з сушильної б ашні пічної газ уже не містить ні частинок недогарка, ні пари води. Пічної газ тепер являє собою суміш оксиду сірки SO 2 і кисню О 2.


ДРУГА СТАДІЯ - окислення SO 2 в SO 3 киснем.
Протікає в контактному апараті.
Рівняння реакції цій стадії: 2SO 2 + O 2 2SO 3 + Q
Складність другій стадії полягає в тому, що процес окислення одного оксиду в інший є оборотним. Тому необхідно вибрати оптимальні умови протікання прямої реакції (отримання SO 3).
а ) Температура:

Пряма реакція є екзотермічної + Q,

Згідно з правилами по зсуву хімічної рівноваги, для того,

Щоб змістити рівновагу реакції убік екзотермічної реакції,

температуру в систему необхідно знижувати. Але, з іншого боку, при низьких

температурах, швидкість реакції істотно падає. Експериментальним

шляхом хіміки-технологи, що оптимальною температурою для протікання

прямої реакції з максимальним освітою SO 3 є температура

400-500 ° С. Це досить низька температура в хімічних виробництвах.

Для того щоб збільшити швидкість реакції при настільки низькій температурі

в реакцію вводять каталізатор. Експериментальним шляхом з'ясували,

що найкращим каталізатором для цього процесу є оксид ванадію V2O5
б) тиск:

Пряма реакція протікає із зменшенням обсягів газів: зліва 3V газів (2V SO 2 і 1V O 2), а праворуч - 2V SO 3. Раз пряма реакція протікає із зменшенням обсягів газів, то, згідно з правилами зміщення хімічної рівноваги тиск у системі потрібно підвищувати. Тому цей процес проводять при підвищеному тиску.
Перш ніж суміш SO 2 і O 2 потрапить в контактний апарат, її необхідно нагріти до температури 400-500 ° С. Нагрівання суміші починається в теплообміннику, який встановлений перед контактним апаратом. Суміш проходить між трубками теплообмінника і нагрівається від цих трубок. Усередині трубок проходить гаряче SO 3 з контактного апарату. Потрапляючи в контактний апарат суміш SO 2 і О 2 продовжує нагріватися до потрібної температури, проходячи між трубками в контактному апараті.

Температура 400-500 ° С в контактному апараті підтримується за рахунок виділення теплоти в реакції перетворення SO 2 в SO 3. Як тільки суміш оксиду сірки і кисню досягне шарів каталізатора, починається процес окислення SO 2 в SO 3.

Виниклий оксид сірки SO 3 виходить з контактного апарату і через теплообмінник потрапляє в поглинальну вежу.

ТРЕТЯ СТАДІЯ - поглинання SO 3 сірчаною кислотою.



Протікає в поглотительной вежі.

А чому оксид сірки SO 3 не поглинають водою? Адже можна було б оксид сірки розчинити у воді: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4. Але справа в тому, що якщо для поглинання оксиду сірки використовувати воду, утворюється сірчана кислота у вигляді туману, що складається з дрібних крапельок сірчаної кислоти (оксид сірки розчиняється у воді з виділенням великої кількості теплоти, сірчана кислота настільки розігрівається, що закипає і перетворюється на пару ). Для того, щоб не утворювалося сірчанокислотного туману, використовують 98% -ную концентровану сірчану кислоту. Два відсотки води - це так мало, що нагрівання рідини буде слабким і безпечним. Оксид сірки дуже добре розчиняється в такій кислоті, утворюючи олеум: H 2 SO 4 · nSO 3.
Рівняння реакції цього процесу nSO 3 + H 2 SO 4 H 2 SO 4 · nSO 3

Утворився олеум зливають в металеві резервуари і відправляють на склад. Потім олеумом заповнюють цистерни, формують поїзди й відправляють споживачеві.

Нитрозного спосіб.

Нитрозного метод отримання H2SO4 був вперше застосований в середині XVIII століття. До 20-х років поточного століття процес отримання сірчаної кислоти нітрозним методом проводився в великі свинцеві камерах (камерний метод). Тепер він здійснюється в спеціальних баштах (баштовий спосіб). Одержувана по баштовому способу кислота, як правило, містить 76% H2SO4 і кілька забруднена різними домішками. Основним споживачем цієї кислоти є промисловість мінеральних добрив.
Вежі викладаються з кислототривких керамічних плит з зовнішнім кожухом з листової сталі. Усередині вони нещільно заповнені насадкою з кислототривкої кераміки.

На першій стадії, однаковою для обох методів, отримують сірчистий ангідрит CO 2. Початковою сировиною може бути, в принципі, будь-яка речовина, яка містить сірку: природні сульфіди заліза (насамперед, пірит FeS 2), а також сульфіди міді та нікелю, сульфідні поліметалічні руди, гіпс CaSO 4. 2H 2 O і елементарні сірка. Все більше і більше використовують гази, які виділяються при переробці та спалюванні горючих копалин (вугілля, нафти), що містять сполуки сірки.

Отриманий SO 2 окислюють до H 2 SO 4, використовується для цього в нітрозному методі використовується оксиди азоту. З цієї стадії обидва методи відрізняються один від одного.

У спеціальній окисної вежі 3 змішують окис азоту NO і NO 2 з повітрям в такому співвідношенні, щоб половина наявних NO і NO 2.

2NO + O 2  2NO 2

У результаті газова суміш містить рівні NO і NO 2. Вона подається в вежі 4 і 5, зрошувані 75% - ної сірчаної кислотою; тут суміш оксидів азоту поглинається з утворенням нітрозіллерной кислоти:

NO + NO 2 + 2H 2 SO 4 2NO (HSO 4) + H 2 O

Розчин нітрозіллерной кислоти в сірчаної кислоти, званий нітроза, зрошує вежі 1 і 2, куди протитечією надходить SO 2 і додається вода. У результаті гідролізу нітрозіллерной кислоти утворюється азотна кислота:

NO (HSO 4) + H 2 OH 2 SO 4 + HNO 2

Вона - то і окисляє SO 2 з рівняння:

SO 2 + 2HNO 2 H 2 SO 4 + 2NO

У нижній частині веж 1 і 2 накопичується 76% сірчана кислота, природно, в більшій кількості, ніж її було витрачено на приготування нітроза (адже додається «новонароджена» сірчана кислота). Окис азоту NO повертається знову на окислення. Оскільки деяку кількість її міряється з вихлопними газами, доводиться додавати в систему HNO 3, що служить джерелом оксидів азоту.

Недолік баштового методу полягає в тому, що отримана сірчана кислота має концентрацію лише 76% (при більшій концентрації погано йде гідроліз нітрозіллерной кислоти). Концентрування ж сірчаної кислоти упариванием являє додаткову труднощі. Перевага цього методу в тому, що домішки містяться в SO 2, не впливають на хід процесу, так що вихідний SO 2 досить очистити від пилу, тобто механічних забруднень. Природно, баштова сірчана кислота буває недостатньо чистою, що обмежує її застосування.