курсовая по химии. 172511_б_ХМТН_31_2020_19_Ялымова (зачтено). Синтез и анализ хтс в производстве серной кислоты
 Скачать 472.35 Kb.
|
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ1.1. Характеристика целевого продукта1.1.1 Физические свойстваСерная кислота (H2SO4) — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (S+6). Бесцветная едкая тяжелая маслообразная жидкость без запаха, плотность 1,84г/см3, смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрированная серная кислота очень бурно реагирует с водой. По этой причине следует всегда разбавлять серную кислоту, наливая её в воду, а не наоборот. Неразбавленная серная кислота представляет собой ковалентное соединение. Её молекулы имеют тетраэдрическое строение. Эта кислота гигроскопична, то есть способна поглощать влагу из воздуха. Поэтому её используют для осушения газов, не реагирующих с нею, пропуская их через серную кислоту. Безводная серная кислота растворяет до 70% оксида серы(VI). При обычной температуре она не летуча и не имеет запаха. Температура кипения и температура замерзания серной кислоты зависит от ее состава, т.е. от количества воды. С водой она образует три соединения, которые называются кристаллогидратами. Их можно выделить при охлаждении кислоты соответствующей концентрации. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Раствор серного ангидрида SO3 в 100%-й серной кислоте H2SO4 называется олеум. Реактивная серная кислота имеет обычно плотность 1,84 г/см3 и содержит около 95 % H2SO4. Затвердевает она лишь ниже ̶ 20 °С. Температура плавления моногидрата равна 10,37 °С при теплоте плавления 10,5 кДж/моль. В обычных условиях он представляет собой очень вязкую жидкость с весьма высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 100 при 25 °С). Стандартная энтальпия образования ∆H=298 кДж/моль. Стандартная энергия Гиббса образования ∆G=298 кДж/моль. Стандартная энтропия образования ∆S=298 Дж/моль·K. Стандартная мольная теплоемкость Cp =298 Дж/моль·K. 1.1.2 Химические свойства и применениеСерная кислота - сильная двухосновная кислота, диссоциация ее протекает по двум ступеням: первая ступень: H2SO4 = H+ + HSO4- вторая ступень: HSO4 =H+ + SO42- В концентрированных растворах диссоциация серной кислоты по второй ступени незначительна. Серная кислота ̶ сильнейшее дегидратирующее (водоотнимающее) вещество. Она поглощает влагу из воздуха (гигроскопична), отнимает воду от кристаллогидратов: H2SO4конц. + CuSO4  5H2O = CuSO4 + 5H2Oуглеводов: обугливает дерево и бумагу H2SO4конц. + C12H22O = 12C + 11H2O спиртов: H2SO4конц. + C2H5OH = CH2=CH2 + H2O Серная кислота проявляет все свойства сильных кислот: взаимодействует с основными оксидами, например: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O с основаниями, например: 2NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 + 2H2O вытесняет другие кислоты из их солей, например те, которые слабее нее: CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O или более летучие (обладающие температурами кипения ниже, чем у серной кислоты): NaNO3тв + H2SO4конц = NaHSO4 + HNO3 (при нагревании) В окислительно-восстановительных реакциях разбавленная серная кислота проявляет свойства обычной кислоты (не окислитель) — при этом восстанавливаются ионы Н+, например: Fe + H2SO4разб= FeSO4 + H2 Разбавленная H2SO4 не взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода. Концентрированная серная кислота ̶ кислота-окислитель, при этом восстанавливается сера (S+6). Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений правее водорода: Cu + H2SO4конц = CuSO4 + SO2 + 2H2O и металлы, стоящие левее водорода, при этом сера восстанавливается до степени окисления +4, 0 и -2: Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O 3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O 4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O Железо, алюминий, хром концентрированной серной кислотой пассивируются (не реагируют), однако при сильном нагревании реакция начинается, например: 2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O. Концентрированная серная кислота окисляет неметаллы, например: C + 2H2SO4= CO2 + 2SO2 + 2H2O S + 2H2SO4= 3SO2 + 2H2O Концентрированная серная кислота окисляет также сложные вещества, например, HI и HBr: 2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O 8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O а также соли железа: 2FeSO4 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O + SO2. Серную кислоту выпускают нескольких сортов. Они отличаются концентрацией и количеством примесей. Для производства медицинских препаратов, особо чистых реактивов, для заливки аккумуляторов требуется чистая кислота. При травлении металлов, в производстве суперфосфата можно воспользоваться кислотой, имеющей некоторые загрязнения. Экономически это выгодно, потому что такая кислота более дешевая. Сернокислотная промышленность выпускает так называемый олеум, используемый при производстве некоторых органических препаратов, взрывчатых веществ. Олеум представляет собой раствор серного ангидрида в серной кислоте. Сорта олеума различаются по концентрации серного ангидрида в серной кислоте. Для некоторых особых целей выпускают олеум, содержащий серного ангидрида до 60%. Так, кислота серная техническая и олеум технический (ГОСТ 2184-77) применяются в производстве различных солей, кислот, всевозможных органических продуктов, красителей, взрывчатых веществ, минеральных удобрений, в качестве водоотнимающего и осушающего средства, в процессах нейтрализации, травления и многих других. Эти продукты не горючи и относятся к веществам 2-го класса токсичности. |