Серная кислота и экология биосферы

Муниципальное общеобразовательное учреждение

гимназия №26

Серная кислота

и экология биосферы

Реферат

Выполнила ученица 8-2 класса

Л.Глазунова

Челябинск 2004
Оглавление

Стр.

1.   Производство серной кислоты....................................................................... 3

2.   Свойства серной кислоты............................................................................... 4

3.   Применение серной кислоты.......................................................................... 6

4.   Смог – что это такое?..................................................................................... 7

5.   Диоксид серы.................................................................................................. 7

6.   Круговорот серы в биосфере......................................................................... 8

7.   Очистка газов от SO₂...................................................................................... 10

8.   Контроль атмосферы в г. Челябинске............................................................ 10

9.   Литература...................................................................................................... 12

 

1.Производство серной кислоты

Весь процесс можно разбить на три последовательных стадии: получение диоксида серы, окисление его до триоксида и поглощение триоксида серы.

Получение диоксида серы

Наиболее распространенным сырьем для получения SO2 является пирит FeS2, который подвергают обжигу:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Обжиг проводят в специальной печи. В результате обжига пирита получается обжиговый газ, который, кроме диоксида серы, содержит кислород, азот, пары воды и другие примеси. Некоторые из этих примесей вредны для последующих процессов производства кислоты, поэтому обжиговый газ подвергают тщательной очистке от твердых частиц и влаги. Осушение газа проводится концентрированной серной кислотой. Иногда в качестве сырья для получения серной кислоты используют диоксид серы, содержащийся в отходящих газах других производств или полученный сжиганием серы.

Получение триоксида серы

Вторая стадия производства серной кислоты – окисление диоксида серы кислородом воздуха до триоксида. Окисление проводят при температуре 400 – 600 градусов по Цельсию в присутствии катализаторов.

Поглощение триоксида серы

Полученный оксид серы (VI) поступает в поглотительную башню, стенки которой орошаются концентрированной серной кислотой (массовая доля H₂SO₄ 98%). Поглощение триоксида серы водой неэффективно: образуется «туман» из мелких капелек серной кислоты, который долго конденсируется.

Конечный продукт производства – раствор SO₃ в серной кислоте, называемый олеумом. Он может быть разбавлен водой до серной кислоты нужной концентрации.

Рис. 1 Схема производства серной кислоты

1-печь для обжига; 2,3-пылеулавливатели; 4-осушительная башня; 5-контактный аппарат; 6-поглотительная башня.

2.Свойства серной кислоты

Серная кислота представляет собой бесцветную вязкую жидкость, плотность 1,83 г/мл (20⁰С). Температура плавления серной кислоты составляет 10,3⁰С, температура кипения 296,2⁰С.

Химические свойства серной кислоты во многом зависит от ее концентрации. В лабораториях и промышленности применяют разбавленную и концентрированную серную кислоту, хотя это деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).

Взаимодействие с металлами

Разбавленная серная кислота взаимодействует с некоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделением водорода:

Fe + H₂SО₄ = FeSO₄ + H₂

Некоторые малоактивные металлы, такие как медь, серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Она окисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты обычно является оксид серы (IV), сероводород и сера (H₂S и S образуется в реакциях кислоты с активными металлами - магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Примеры реакций:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂+ 2H₂O

Mg + 2H₂SO₄ = Mg SO₄ + SO₂+ 2H₂O или

4Mg + 5H₂SO₄ = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) не взаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явление пассивации связанно с образованием на поверхности металла прочной сплошной пленки, состоящей из оксидов или других любых соединений, которая препятствует контакту металла с кислотой. Благодаря пассивации можно перевозить и хранить концентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная серная кислота пассивирует также алюминий, никель, хром, титан.

Взаимодействие с неметаллами

Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:

S + 2H₂SO₄ = 3SO₂ + 2H₂O

Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут также проявлятся с некоторыми сложными веществами – восстановителями, например:

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

Взаимодействие с основными оксидами и основаниями

Серная кислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двусоставная кислота H₂SO₄ образует два типа солей: средние соли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты. Примеры реакций:

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

сульфат алюминия

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O

сульфат калия

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O

гидросульфат калия

Гидросульфаты образуются, когда кислота берется в избытке. Многие соли серной кислоты выделяются из растворов виде кристаллогидратов, например

Al₂ (SO₄)₃×18H₂O

Na₂SO₄ × 10H₂O.

Взаимодействие с солями

С некоторыми солями кислота вступает в реакции обмена, например:

CaCO₃ + H₂SO₄ = CaSO₄ + CO₂­ + H₂O

BaCl₂+ H₂SO₄ = ВаSO₄¯ + 2HCl

Последняя реакция является качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белого осадка BaSO₄, который практически не растворяется в концентрированной азотной кислоте.

Взаимодействие с водой

При растворение в воде серная кислота активно взаимодействует с ней образуя гидраты:

nH₂O + H₂SO₄ = H₂SO₄ ×nH₂O

Благодаря способности связывать воду серная кислота является хорошим осушителем.