Ácido sulfurico- ácido dibásico fuerte, en condiciones normales Líquido aceitoso incoloro e inodoro.

Tiene un efecto de deshidratación (eliminación de agua) pronunciado. En contacto con la piel o las mucosas, provoca quemaduras graves.

Tenga en cuenta que hay oleum, una solución de SO 3 en ácido sulfúrico anhidro, una sustancia líquida o sólida humeante. El oleum se utiliza en la fabricación de tintes, síntesis orgánica y en la producción de ácidos sulfúricos.

Recepción

Hay varios métodos conocidos para producir ácido sulfúrico. Se utiliza un método industrial (de contacto), basado en la combustión de pirita, oxidación del SO 2 formado a SO 3 y posterior interacción con el agua.

FeS 2 + O 2 → (t) Fe 2 O 3 + SO 2

SO 2 + O 2 ⇄ (cat. - V 2 O 5) SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

El método de producción de nitrógeno se basa en la interacción del dióxido de azufre con el dióxido de nitrógeno IV en presencia de agua. Consta de varias etapas:

En la torre de oxidación, los óxidos de nitrógeno (II) y (IV) se mezclan con aire:

1. NO + O 2 → NO 2

La mezcla de gases se alimenta a las torres, regadas con 75% de ácido sulfúrico, aquí la mezcla de óxidos de nitrógeno se absorbe con la formación de ácido nitrosilsulfúrico:

2. NO + NO 2 + 2H 2 SO 4 = 2NO (HSO 4) + H 2 O

Durante la hidrólisis del ácido nitrosilsulfúrico, ácido nitroso y sulfúrico:

3. NO (HSO 4) + H 2 O = H 2 SO 4 + HNO 2

En una forma simplificada, el método nitroso se puede escribir de la siguiente manera:

NO 2 + SO 2 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO

Propiedades químicas

Introducción

El ácido sulfúrico es el producto más importante de la industria química. Entre ácidos minerales producido industria química, el ácido sulfúrico ocupa el primer lugar en términos de producción y consumo. Esto se explica por dos razones: su bajo costo en comparación con todos los demás ácidos y sus propiedades. El ácido sulfúrico se utiliza en diversas industrias. economía nacional, ya que posee un conjunto de propiedades especiales que facilitan su uso tecnológico. El ácido sulfúrico no humea, en forma concentrada no corroe los metales ferrosos, es capaz de formar numerosas sales estables y es una materia prima barata para diversas industrias. El mayor consumidor de ácido sulfúrico en la actualidad es la industria de fertilizantes minerales fosfóricos y nitrogenados, como sulfato de amonio, amofos, superfosfato, etc. El superfosfato simple se obtiene tratando apatitas y fosforitas con ácido sulfúrico. El uso de fertilizantes minerales ayuda a aumentar el rendimiento de los cultivos agrícolas y el contenido de nutrientes en ellos. Además, el ácido sulfúrico se utiliza para la producción de determinados ácidos (fosfórico, clorhídrico, acético), sulfatos, fibras artificiales, barnices, pinturas, plásticos, detergentes, explosivos, drogas, pesticidas, así como en la producción de metales raros y no ferrosos, alcoholes, éteres. Se utiliza para refinar productos petrolíferos, como electrolito en baterías ácidas, en ingeniería mecánica, para preparar la superficie de metales al aplicar recubrimientos galvánicos. En la industria metalúrgica, el ácido sulfúrico y sus sales se utilizan para el decapado de productos de acero. Antes de encontrar un uso para una sustancia, primero se estudian en detalle sus propiedades físicas y químicas. Después de eso, los límites del uso de la sustancia se aclaran.

Parte tecnológica

Ácido sulfúrico: propiedades físicas y químicas, aplicación.

Propiedades físicas

El ácido sulfúrico H2SO4 es un ácido dibásico fuerte que corresponde al estado de oxidación más alto del azufre (+6). En condiciones normales, el ácido sulfúrico concentrado es un líquido aceitoso pesado, incoloro e inodoro. En tecnología, el ácido sulfúrico se denomina mezcla con agua y anhídrido sulfúrico SO3. Si la relación molar SO3: H2O es 1, entonces la solución de SO3 en ácido sulfúrico (oleum). El ácido sulfúrico reactivo generalmente tiene una densidad de 1,84 g / cm3 y contiene aproximadamente

95% H2SO4. Se endurece solo por debajo de -20 ° C. El punto de fusión del monohidrato es 10,37 ° C a un calor de fusión de 10,5 kJ / mol. En condiciones normales, es un líquido muy viscoso con una constante dieléctrica muy alta (e = 100 a 25 ° C). La entalpía estándar de formación es DH = 298 kJ / mol. La energía de formación de Gibbs estándar es ÄG = 298 kJ / mol. La entropía estándar de formación es S = 298 J / mol · K. Capacidad calorífica molar estándar Cp = 298 J / mol · K.

Propiedades químicas

El ácido sulfúrico es un ácido dibásico fuerte, su disociación se produce en dos etapas:

H2SO4 = H + + HSO4- - primera etapa

HSO4 = H + + SO42- - segunda etapa

En soluciones concentradas, la disociación del ácido sulfúrico en la segunda etapa es insignificante.

El ácido sulfúrico es una poderosa sustancia deshidratante (deshidratante). Absorbe la humedad del aire (higroscópico), elimina el agua de los hidratos cristalinos:

H2SO4 conc. + CuSO4 * 5H2O azul = CuSO4 blanco + 5H2O;

carbohidratos:

(carbonizando madera y papel):

H2SO4 conc. + C12H22O = 12C + 11H2O;

Concentración de H2SO4 + C2H5OH = CH2 = CH2 + H2O

El ácido sulfúrico exhibe todas las propiedades de los ácidos fuertes:

a) interactúa con óxidos básicos, por ejemplo:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

b) con bases, por ejemplo:

2NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 + 2H2O

c) desplaza otros ácidos de sus sales, por ejemplo, aquellos que son más débiles que él:

CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O

o más volátil (puntos de ebullición más bajos que el ácido sulfúrico):

NaNO3tv. + H2SO4 conc = NaH SO4 + HNO3- cuando se calienta.

En las reacciones redox, el ácido sulfúrico diluido exhibe las propiedades de un ácido ordinario (agente no oxidante), mientras que los iones H + se reducen, por ejemplo: Fe + H2SO4 dil = Fe SO4 + H2. El H2SO4 diluido no interactúa con metales en la serie de voltajes a la derecha del hidrógeno. El ácido sulfúrico concentrado es un ácido oxidante, mientras que el azufre se reduce (+6). Oxida los metales que se encuentran en la serie de voltajes a la derecha del hidrógeno: Cu + 2 H2SO4conc = Cu SO4 + SO2 + 2H2O y los metales que se encuentran a la izquierda del hidrógeno, mientras que el azufre se reduce al estado de oxidación +4, 0 y -2. :

Zn + 2 H2SO4 = Zn SO4 + SO2 + 2H2O (1.12) 3Zn + 4 H2SO4 = 3Zn SO4 + S + 4H2O

4Zn + 5 H2SO4 = 4Zn SO4 + H2S + 4H2O

Hierro, aluminio, cromo se pasivan (no reaccionan) con ácido sulfúrico concentrado, sin embargo, con un fuerte calentamiento, comienza la reacción, por ejemplo:

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O.

El ácido sulfúrico concentrado oxida los no metales, por ejemplo:

C + 2 H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O (1,16) S +2 H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

El ácido sulfúrico concentrado también oxida sustancias complejas, por ejemplo, HI y HBr:

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O;

sales de hierro:

2Fe SO4 + 2 H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 2H2O + SO2.

El ácido sulfúrico se produce en varios grados. Se diferencian en concentración y cantidad de impurezas. Para la producción de medicamentos, reactivos de alta pureza, para el llenado de baterías, se requiere ácido puro. Al decapado de metales, en la producción de superfosfato, puede utilizar un ácido que tenga algo de contaminación. Es económicamente beneficioso. Este ácido es más económico La industria del ácido sulfúrico produce el llamado oleum, que se utiliza en la producción de determinadas preparaciones orgánicas y explosivos. Oleum es una solución de anhídrido sulfúrico en ácido sulfúrico. Las variedades de oleum difieren en la concentración de anhídrido sulfúrico en el ácido sulfúrico. Para algunos propósitos especiales, se produce oleum que contiene hasta un 60% de anhídrido sulfúrico. Entonces, el ácido sulfúrico técnico y el oleum técnico (GOST 2184-77) se utilizan en la producción de diversas sales, ácidos, todo tipo de productos orgánicos, colorantes, explosivos, fertilizantes minerales, como agente deshidratante y desecante, en los procesos de neutralización. , aguafuerte y muchos otros. Estos productos no son inflamables y pertenecen a la segunda clase de toxicidad.

El ácido sulfúrico se usa ampliamente. El mayor consumidor de ácido sulfúrico es la producción de fertilizantes minerales. Por 1 tonelada de fertilizantes fosfóricos P2O5 se consumen 2,2-3,4 toneladas de ácido sulfúrico, y por 1 tonelada de (NH4) 2SO4 - 0,75 toneladas de ácido sulfúrico. Por lo tanto, se esfuerzan por construir plantas de ácido sulfúrico en conjunto con plantas para la producción de fertilizantes minerales. El ácido sulfúrico también se usa para obtener ácidos clorhídrico, nítrico, fosfórico, fluorhídrico y muchos ácidos orgánicos por intercambio, compuestos orgánicos sulfo, para purificar varios gases, es parte de mezclas nitrantes, se usa en la producción de tintes, para cargar baterías, en metalurgia , el ácido sulfúrico se usa para detectar microgrietas en productos terminados; en las plantas de trabajo de metales, el ácido sulfúrico se usa en los talleres de galvanoplastia. Como saben, antes de aplicar níquel, cromo, cobre a productos metálicos por el método eléctrico, deben limpiarse a fondo, limpiarse, desengrasarse y, finalmente, mantenerse por un corto tiempo en un baño con una solución de ácido sulfúrico. Al mismo tiempo, disuelve la capa más fina de metal y con ella se eliminan los restos de suciedad. Al mismo tiempo, la superficie del metal se vuelve más áspera: aparecen depresiones microscópicas y protuberancias. Los recubrimientos electrolíticos se adhieren mejor a dicha superficie y se adhieren más firmemente al metal. También el ácido sulfúrico es necesario para el procesamiento de varios minerales y menas. Al procesar minerales de metales raros gran importancia tiene una forma ácida de descomponerlos. Por lo general, el ácido sulfúrico no volátil más barato se utiliza para este propósito. El mineral triturado se mezcla en cierta proporción con ácido sulfúrico y se calienta. La solución y el sedimento resultantes se procesan posteriormente químicamente, en función de las propiedades químicas del elemento que debe aislarse de la solución. Se consumen miles de toneladas de ácido sulfúrico para el procesamiento químico de minerales de elementos raros. La industria del refino de petróleo requiere una gran cantidad de ácido sulfúrico para la purificación del petróleo y sus diversas fracciones. En síntesis orgánica, el ácido sulfúrico concentrado es un componente necesario en la producción de muchos tintes y sustancias medicinales. Las sales de ácido sulfúrico se utilizan ampliamente. El sulfato de sodio (sal de Glauber Na2SO4 * 10H2O) se utiliza para la producción de sosa y en la industria del vidrio. El sulfato de calcio está muy extendido en la naturaleza en forma de hidrato cristalino dihidrato de yeso (CaSO4 * 2H2O) y sal de anhidrita anhidra (Ca SO4). Los aglutinantes de anhidrita se obtienen cociendo piedra de yeso a temperaturas elevadas (600-700 ° C) con varios aditivos. Al mismo tiempo, se obtienen cemento de yeso de acabado y yeso calcinado (yeso extrich). Estos materiales se endurecen mucho más lentamente que el yeso semi-acuoso, y se utilizan para la fabricación de morteros y hormigones de baja resistencia, así como mármol artificial, pisos sin costura, etc. Se utiliza sulfato de magnesio o sal amarga (MgSO4 * 7H2O). en medicina como laxante. El sulfato de hierro (II) o sulfato ferroso (FeSO4 * 7H2O) se utiliza para preparar sal de sangre amarilla (K4), tinta, para purificar el agua y conservar la madera. Sulfato de cobre, o sulfato de cobre(СuSO4 * 5Н2О) se utiliza para combatir varios hongos: plagas agrícolas, para la producción de revestimientos de cobre y para la producción de diversos compuestos de cobre. A partir de soluciones que contienen sulfato de metal trivalente (Fe3 +, Al3 +, Cr3 +) y sulfato de metal monovalente (K +, NH4 +, Rb +), sales dobles del K2 SO4Al2 (SO4) 32 * 4H2O o KAl (SO4) 3 * El tipo 12H2O cristaliza. En lugar de potasio y aluminio, los elementos enumerados pueden estar en cualquier combinación. Estos compuestos se llaman alumbre. El alumbre solo existe en forma sólida. En solución, se comportan como dos sales independientes, es decir, como una mezcla de sulfatos metálicos mono y trivalentes. Las soluciones diluidas de ácido sulfúrico y sus sales se utilizan en la industria textil y otras industrias ligeras. En la industria alimentaria, el ácido sulfúrico se utiliza para obtener almidón, melaza y varios otros productos. En ingeniería eléctrica, se utiliza como electrolito en baterías. El ácido sulfúrico se utiliza para secar gases y concentrar ácidos. Finalmente, el ácido sulfúrico se utiliza como componente del medio de reacción en procesos de nitración, en particular en la producción de explosivos.

Métodos para producir ácido sulfúrico.

Allá por el siglo XIII. El ácido sulfúrico se obtuvo en cantidades insignificantes por descomposición térmica del sulfato ferroso FeSO4, por lo tanto, incluso ahora una de las variedades de ácido sulfúrico se llama aceite de vitriolo, aunque el ácido sulfúrico no se ha producido a partir del vitriolo durante mucho tiempo.

En la actualidad, el ácido sulfúrico se produce de dos formas: nitroso, que existe desde hace más de 200 años, y contacto, desarrollado en la industria a finales del siglo XIX y principios del XX.

Dependiendo de cómo se lleve a cabo el proceso de oxidación de SO2 a SO3, existen dos métodos principales para producir ácido sulfúrico. En el método de contacto para producir ácido sulfúrico, la oxidación de SO2 a SO3 se lleva a cabo en catalizadores sólidos. El trióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico en la última etapa del proceso: la absorción de trióxido de azufre, que se puede simplificar mediante la ecuación de reacción: SO3 + H2O = H2SO4

Al realizar el proceso según el método nitroso (torre), se utilizan óxidos de nitrógeno como portador de oxígeno. La oxidación del dióxido de azufre se realiza en fase líquida y el producto final es ácido sulfúrico: SO2 + N2O3 + H2O = H2SO4 + 2NO

En la actualidad, la industria utiliza principalmente el método de contacto para producir ácido sulfúrico, lo que permite utilizar dispositivos con mayor intensidad.

Características de las materias primas

La base de la materia prima para la producción de ácido sulfúrico son compuestos que contienen azufre, a partir de los cuales se puede obtener dióxido de azufre. En la industria, aproximadamente el 80% del ácido sulfúrico se obtiene a partir de azufre natural y pirita de hierro (sulfúrico). Los gases residuales de la metalurgia no ferrosa ocupan un lugar importante en el balance de materias primas. Algunas industrias utilizan sulfuro de hidrógeno como materia prima, que se forma durante la purificación de azufre en la refinación de petróleo.

Los reactivos iniciales para la producción de ácido sulfúrico pueden ser azufre elemental y compuestos que contienen azufre, a partir de los cuales se puede obtener azufre o dióxido de azufre. Tradicionalmente, las principales fuentes de materias primas son el azufre y la pirita de hierro (azufre). Aproximadamente la mitad del ácido sulfúrico se obtiene del azufre y un tercio de la pirita. Un lugar importante en el balance de materias primas lo ocupan los gases residuales de la metalurgia no ferrosa que contienen dióxido de azufre. Al mismo tiempo, los gases residuales son la materia prima más barata, los precios al por mayor de la pirita también son bajos y el azufre es la materia prima más cara. Por lo tanto, para que la producción de ácido sulfúrico a partir de azufre sea económicamente factible, se debe desarrollar un esquema en el que el costo de su procesamiento sea significativamente menor que el costo de procesar la pirita o los gases residuales.

Uno de los principales compuestos de la industria - ácido sulfúrico - tiene fórmula química H2SO4... Su molécula consta de cuatro átomos de oxígeno, dos de hidrógeno y uno de azufre. Este líquido tóxico, denso, aceitoso e inodoro en estado purificado es incoloro y tiene un sabor característico a "cobre". La densidad en condiciones normales es de 1,84 g / cc. ver Las impurezas imparten un color amarillento o amarillo parduzco al producto crudo.

El compuesto hierve a +296 ° C, se funde a +10,3 ° C. Sus cristales son higroscópicos y eliminan activamente el agua de todo lo que los rodea, carbonizando el papel, la madera y el azúcar. El calor de hidratación tras la disolución es tan grande que hace que la mezcla hierva y salpique. Es por eso que se agrega ácido al agua para mezclar, y no al revés. El antiguo nombre "aceite de vitriolo" se refiere a los siglos XVIII-XIX. , cuando el azufre para la fabricación de pólvora se obtenía por descomposición de pirita en fábricas de vitriolo. Y hasta ahora, los hidratos cristalinos de sus sales se denominan vitriolo.

Los médicos y constructores conocen desde hace mucho tiempo el yeso natural: hidrato cristalino de sulfato de calcio. Los jardineros y los jardineros aman el sulfato de cobre, un valioso asistente en la lucha contra diversas plagas y enfermedades de las plantas. El alumbre es indispensable en la producción de pinturas y para el curtido de cueros. Hidrato de sulfato de sodio cristalino decahidrato - "sal de Glauber" - se utiliza en la industria química, el procesamiento de la madera y la medicina (agente laxante y colerético para humanos y animales).

El sulfato de bario o "papilla de bario" tiene una capacidad única para interactuar con los rayos X, atrapándolo, y esto es una gran ventaja al examinar los órganos huecos del cuerpo humano.

Métodos de producción industrial

Durante mucho tiempo, el mineral natural pirita - "pirita azufre" se ha utilizado como materia prima. Hoy en día ha sido reemplazado por azufre elemental o sus compuestos: sulfuro de hidrógeno, sales - sulfitos y sulfatos, así como desechos de gas de centrales térmicas que operan con petróleo crudo. La producción tiene varias etapas secuenciales:

1. Obtención de óxido de azufre (II), dióxido de azufre, quemando materias primas que contienen azufre o tostándolo en oxígeno.
2. Purificación de la fase gaseosa de los reactivos de impurezas sólidas.
3. Oxidación a óxido de azufre (III). El proceso se describe mediante la ecuación: 2SO2 + O2 = 2SO3.
4. Absorción de agua: H2O + SO3 = H2SO4.

En el volumen total de ácidos minerales que produce hoy la industria química, el H2SO4 ocupa un honorable primer lugar. Al mismo tiempo, es el más barato, tecnológicamente más avanzado y no destruye los metales ferrosos en estado concentrado.

Método de cámara de obtención

En la Edad Media, los alquimistas sintetizaron aceite de vitriolo, el llamado. a modo de cámara. Para esto, se utilizaron cámaras especiales grandes, del tamaño de una habitación, revestidas con plomo desde el interior. Como resultado de la oxidación, las superficies de las paredes se cubrieron con una capa protectora de sulfato de plomo. Cuando se quema una mezcla de azufre y nitrato de potasio en presencia de aire, se forma un residuo sólido de óxidos de nitrógeno y sales de potasio y se desprende óxido de azufre (III) gaseoso.

Fue absorbido por el agua de la cámara y permitió obtener un producto de baja resistencia, que requirió mayor concentración. Después del descubrimiento de las propiedades catalíticas de los óxidos de nitrógeno, el método de cámara dio paso a tecnologías de producción menos laboriosas y más eficientes.

Métodos de síntesis modernos

"Difícilmente hay otra sustancia obtenida artificialmente, que se usa con tanta frecuencia en la tecnología": estas palabras del genio científico ruso DI Mendeleev caracterizan claramente el valor del ácido sulfúrico. Hoy en día, se utilizan dos métodos de oxidación del dióxido de azufre en su producción:

• contacto, utilizando catalizadores sólidos;
• torre (nitroso), donde los óxidos de nitrógeno gaseosos sirven como catalizadores y el oxígeno actúa como agente oxidante.

En el método de contacto, se pasa una mezcla de reactivos a través de un catalizador sólido dispuesto en capas para aumentar la superficie. El método nitroso implica el riego de materias primas con agua o ácido diluido en reactores de torre. El primer método es más eficiente y compacto, permite obtener un producto de mayor pureza a menor costo y reemplaza gradualmente al competidor nitroso.

Se han descubierto muchos aceleradores del proceso de oxidación. El mayor efecto se manifiesta por el platino, los óxidos de vanadio V2O5 y el hierro Fe2O3. Pero el primero es caro y se envenena rápidamente con las impurezas de arsénico contenidas en la fase gaseosa de SO2. Se requieren temperaturas superiores a 600 ° C para mantener la actividad catalítica del óxido de hierro. Se reconoce el catalizador de vanadio más económico: se utiliza en la producción.

Cuando el SO3 queda atrapado en el agua, se genera mucho calor y el producto hierve para formar un aerosol. Por tanto, se utiliza el 100%. ácido concentrado, y se obtiene el óleo, que luego se diluye a las proporciones requeridas.

Propiedades químicas del producto

El ácido sulfúrico ocupa una posición privilegiada entre los ácidos minerales más potentes. Dicha actividad se puede caracterizar fácilmente por la alta polaridad del enlace molecular hidrógeno-oxígeno y, en consecuencia, por la facilidad de su ruptura. Esto le da al H2SO4 no solo una serie de propiedades comunes a todos los compuestos de su clase, por ejemplo, la interacción de ácidos con metales, sino también cualidades específicas. Entre las principales propiedades químicas cabe destacar:

1. Acción sobre indicadores. Entorno ácido soluciones acuosas cambia el color del tornasol violeta, naranja de metilo e indicador universal: se vuelven rojos.
2. Reacción de disociación. En una solución acuosa, se manifiestan las propiedades de un electrolito fuerte y, como resultado de la disociación en dos etapas, el compuesto se descompone en dos iones de hidrógeno positivos de carga simple y un ión de sulfato con una carga negativa doble.
3. Interacción con metales. El ácido sulfúrico diluido puede reaccionar con metales que se encuentran en el rango de actividad electroquímica a la izquierda del hidrógeno. Esto forma una sal de sulfato, que se llama sulfato e hidrógeno. Los sulfatos son incoloros, fácilmente solubles en agua y cristalizan fácilmente.
4. Reacción de neutralización. Como resultado de la interacción con bases solubles e insolubles, se forman sal sulfato y agua. La molécula de H2SO4 tiene dos átomos de hidrógeno, por lo que el ácido es dibásico y se requieren dos moléculas de base para la neutralización completa.
5. Interacción con óxidos básicos. Los compuestos con oxígeno de metales mono y bivalentes (MgO, FeO, Li2O, Na2O) también participan en la reacción de neutralización. En este caso, el sulfato de metal se forma a partir de la composición del óxido y el agua.
6. Intercambie reacciones con sales de ácidos más débiles o volátiles. Se produce un desplazamiento y, como resultado, se forman sal sulfato y ácido (o se libera gas volátil y el agua permanece en solución). La precipitación de un precipitado insoluble blanco BaSO4 es una reacción cualitativa a los iones sulfato.

Propiedades específicas de las soluciones concentradas debido a características estructurales fórmulas de ácido sulfúrico: en la molécula de H2SO4, el átomo de azufre cargado positivamente se encuentra en el cuarto estado de oxidación máximo. Por lo tanto, solo puede aceptar electrones y dar al compuesto un alto propiedades oxidantes. Algunos de ellos son dignos de mención:

1. Oxidación de la mayoría de los metales, incluidos los pasivos (zinc y cobre). En estas reacciones, ya no se desprende hidrógeno y el H2SO4 se reduce a sulfuro de hidrógeno, azufre u óxido de azufre (II). Esto está determinado por la concentración de los componentes de partida y el lugar que ocupa el metal en el rango de actividad electroquímica. La excepción son el oro, el hierro, el aluminio y los platinoides, por lo que los tanques de acero se utilizan para el transporte por carretera y ferrocarril.
2. Oxidación de muchos no metales. Como resultado de la reacción, el no metal forma un compuesto con el número de oxidación máximo y el H2SO4 se reduce a óxido de azufre (IV).
3. Oxidación de compuestos complejos. Cuando se tratan las sales de potasio de los ácidos hidrácidos (KBr o KI), se forma una sal de sulfato y se libera halógeno libre. Los iones cloruro no se oxidan a cloro y permiten obtener ácido clorhídrico mediante una reacción de intercambio.
4. Deshidración materia orgánica... El agua unida químicamente se elimina fácilmente de los grupos hidroxilo en presencia de H2SO4 concentrado: se forma etileno a partir de alcohol etílico. La carbonización de carbohidratos también se atribuye a la deshidratación.

Es interesante que en la naturaleza este ácido cáustico se encuentra en su forma pura al 100%: en la isla italiana de Sicilia, existe un Lago de la Muerte único, al que ni siquiera se acercan insectos y pájaros. En estos lugares, el disulfuro de hierro de la corteza terrestre actúa como materia prima para la síntesis de H2SO4, ¡y el producto rezuma directamente desde el fondo! Los volcanes activos también contribuyen: arrojan emisiones de ácido sulfúrico a la atmósfera terrestre, lo que causa un daño irreparable. medio ambiente y están provocando un grave cambio climático.

Aplicación en la economía nacional

Los avances de la química siempre han servido progreso científico y tecnológico... Su alta capacidad oxidante ha hecho del H2SO4 un componente importante en varias industrias. Es utilizado por:

• extracción de elementos raros (purificación de minerales de uranio, iridio, circonio y osmio);
• producción de fertilizantes minerales, hilos de alto peso molecular, pinturas y pirotecnia;
• síntesis inorgánica de sales y ácidos;
• industrias textiles y del cuero;
• petroquímica y metalmecánica;
• industria alimentaria (aditivo emulsionante E513);
• industria automotriz (electrolito en baterías);
• destilación de agua (reactivo para la recuperación de resinas en filtros).

También debemos mencionar la síntesis orgánica industrial, una fuente de éteres y alcoholes, detergentes sintéticos y fibras artificiales. Son inconcebibles reacciones de deshidratación, hidratación, sulfonación, alquilación. Las plantas metalúrgicas limpian las superficies de los productos de los óxidos formados durante el calentamiento fuerte. Pero el principal segmento de consumidores es la fabricación de fertilizantes minerales (sobre todo, fósforo). Debido a esto, se recomienda que las plantas de ácido sulfúrico estén ubicadas cerca de las empresas que producen estos valiosos productos químicos.

Todas las características positivas anteriores estarían incompletas si no recordamos que El ácido sulfúrico y el oleum son peligrosos., productos extremadamente corrosivos. Los aerosoles de ácido atmosférico se forman periódicamente como resultado de las emisiones de las plantas metalúrgicas y químicas y caen en forma de precipitación. Afectan la piel y las membranas mucosas, lo que conduce a dificultad para respirar, provoca tos y enfermedades broncopulmonares con edema laríngeo.

En contacto con la piel se producen quemaduras químicas., su gravedad depende directamente de la concentración y el área de contacto. Si se ingiere, aparece dolores agudos en la boca y el esófago, luego los vómitos, comienza la tos, la respiración se vuelve difícil y la actividad cardíaca se debilita, y una dosis de 5 mg se considera letal. Los primeros auxilios para la intoxicación por vapor son proporcionar aire fresco y enjuagar las membranas mucosas con una solución de soda. Cuando se extiende sobre la piel, la zona afectada se riega abundantemente con agua, y la deglución requiere un lavado gástrico y la ingesta de agua con cal.

DEFINICIÓN

Anhidro ácido sulfurico es un líquido espeso y viscoso que se mezcla fácilmente con agua en cualquier proporción: la interacción se caracteriza por un efecto exotérmico extremadamente alto (~ 880 kJ / mol con dilución infinita) y puede provocar ebullición explosiva y salpicaduras de la mezcla si se agrega agua al ácido; por lo tanto, es muy importante usar siempre el orden inverso al preparar las soluciones y agregar ácido al agua, lentamente y con agitación.

Algunas de las propiedades físicas del ácido sulfúrico se muestran en la tabla.

El H 2 SO 4 anhidro es un compuesto notable con una constante dieléctrica inusualmente alta y una conductividad eléctrica muy alta, que se debe a la autodisociación iónica (autotrólisis) del compuesto, así como al relé. corriente eléctrica a través de un líquido viscoso con un número grande enlaces de hidrógeno.

Tabla 1. Propiedades físicas del ácido sulfúrico.

Producción de ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico es el producto químico industrial más importante y el ácido de alto volumen más barato de cualquier país del mundo.

El ácido sulfúrico concentrado ("aceite de vitriolo") se obtuvo primero calentando el "vitriolo verde" FeSO 4 × nH 2 O y se consumió en un número grande para obtener Na 2 SO 4 y NaCl.

En el proceso moderno para la producción de ácido sulfúrico, se utiliza un catalizador que consiste en óxido de vanadio (V) con la adición de sulfato de potasio sobre un soporte de sílice o tierra de diatomeas. El dióxido de azufre SO 2 se obtiene quemando azufre puro o tostando mineral de sulfuro (principalmente pirita o minerales de Cu, Ni y Zn) en el proceso de extracción de estos metales. Luego, el SO 2 se oxida a trióxido y luego el ácido sulfúrico se obtiene mediante disolviéndose en agua:

S + O _ {2} → SO _ {2} (\ Delta H _ {0} - 297 kJ / mol);

SO 2 + ½ O 2 → SO 3 (ΔH 0 - 9,8 kJ / mol);

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 (ΔH 0 - 130 kJ / mol).

Propiedades químicas del ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico es un ácido dibásico fuerte. En la primera etapa, en soluciones de baja concentración, se disocia casi por completo:

H _ {2} SO _ {4} ↔H + + HSO _ {4} -.

Disociación en la segunda etapa.

HSO 4 - ↔H + + SO 4 2-

procede en menor medida. La constante de disociación del ácido sulfúrico en la segunda etapa, expresada a través de la actividad de los iones, K 2 = 10 -2.

Como ácido dibásico, el ácido sulfúrico forma dos series de sales: media y ácida. Las sales medias de ácido sulfúrico se denominan sulfatos y las ácidas se denominan hidrosulfatos.

El ácido sulfúrico absorbe con avidez el vapor de agua y, por lo tanto, se utiliza a menudo para secar gases. La capacidad de absorber agua también explica la carbonización de muchas sustancias orgánicas, especialmente las que pertenecen a la clase de carbohidratos (fibra, azúcar, etc.), cuando se exponen al ácido sulfúrico concentrado. El ácido sulfúrico elimina el hidrógeno y el oxígeno de los carbohidratos, que forman el agua, y el carbono se libera en forma de carbón.

El ácido sulfúrico concentrado, especialmente cuando está caliente, es un agente oxidante energético. Oxida HI y HBr (pero no HCl) a halógenos libres, carbón a CO 2, azufre a SO 2. Estas reacciones se expresan mediante las ecuaciones:

8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O;

2HBr + H 2 SO 4 = Br 2 + SO 2 + 2H 2 O;

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O.

La interacción del ácido sulfúrico con los metales se produce de manera diferente, dependiendo de su concentración. El ácido sulfúrico diluido se oxida con su ion hidrógeno. Por lo tanto, interactúa solo con aquellos metales que se encuentran en la serie de tensiones solo hasta el hidrógeno, por ejemplo:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Sin embargo, el plomo no se disuelve en ácido diluido porque la sal de PbSO 4 resultante es insoluble.

El ácido sulfúrico concentrado es un agente oxidante debido al azufre (VI). Oxida metales hasta la plata inclusive. Los productos de su reducción pueden ser diferentes dependiendo de la actividad del metal y de las condiciones (concentración de ácido, temperatura). Al interactuar con metales de baja actividad, por ejemplo, con el cobre, el ácido se reduce a SO 2:

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Al interactuar con metales más activos, los productos de reducción pueden ser tanto dióxido como azufre libre y sulfuro de hidrógeno. Por ejemplo, al interactuar con el zinc, pueden ocurrir reacciones:

Zn + 2H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2 SO 4 = 3ZnSO 4 + S ↓ + 4H 2 O;

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O.

El uso de ácido sulfúrico.

El uso de ácido sulfúrico varía de un país a otro y de una década a otra. Así, por ejemplo, en los Estados Unidos en la actualidad, la principal área de consumo de H 2 SO 4 es la producción de fertilizantes (70%), seguida de la producción química, metalurgia, refinación de petróleo (~ 5% en cada región). ). En el Reino Unido, la distribución del consumo por industria es diferente: solo el 30% del H 2 SO 4 producido se utiliza en la producción de fertilizantes, pero el 18% se destina a pinturas, pigmentos e intermedios para la producción de tintes, el 16% a la industria química, el 12% a la producción de jabón y detergentes, el 10% a la producción de fibras naturales y artificiales y el 2.5% se utiliza en metalurgia.

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

Ejercicio	Determine la masa de ácido sulfúrico que se puede obtener de una tonelada de pirita si el rendimiento de óxido de azufre (IV) en la reacción de tostado es del 90% y el óxido de azufre (VI) en la oxidación catalítica de azufre (IV) es del 95% de teórico.
Solución	Escribamos la ecuación de reacción para el tostado de pirita: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2. Calculemos la cantidad de sustancia pirita: n (FeS 2) = m (FeS 2) / M (FeS 2); M (FeS 2) = Ar (Fe) + 2 × Ar (S) = 56 + 2 × 32 = 120 g / mol; n (FeS 2) = 1000 kg / 120 = 8,33 kmol. Dado que en la ecuación de reacción el coeficiente de dióxido de azufre es dos veces mayor que el coeficiente de FeS 2, la cantidad teóricamente posible de sustancia de óxido de azufre (IV) es: n (SO 2) teor = 2 × n (FeS 2) = 2 × 8,33 = 16,66 kmol. Y la cantidad prácticamente obtenida de moles de óxido de azufre (IV) es: n (SO 2) pract = η × n (SO 2) teor = 0,9 × 16,66 = 15 kmol. Escribamos la ecuación de reacción para la oxidación de óxido de azufre (IV) a óxido de azufre (VI): 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. La cantidad teóricamente posible de sustancia de óxido de azufre (VI) es: n (SO 3) teor = n (SO 2) pract = 15 kmol. Y la cantidad prácticamente obtenida de moles de óxido de azufre (VI) es: n (SO 3) pract = η × n (SO 3) teor = 0,5 × 15 = 14,25 kmol. Escribamos la ecuación para la reacción de obtención de ácido sulfúrico: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4. Encontremos la cantidad de sustancia de ácido sulfúrico: n (H 2 SO 4) = n (SO 3) pract = 14,25 kmol. El rendimiento de la reacción es del 100%. La masa de ácido sulfúrico es: m (H 2 SO 4) = n (H 2 SO 4) x M (H 2 SO 4); M (H 2 SO 4) = 2 × Ar (H) + Ar (S) + 4 × Ar (O) = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 g / mol; m (H 2 SO 4) = 14,25 × 98 = 1397 kg.
Respuesta	La masa de ácido sulfúrico es 1397 kg.

Ácido sulfurico, H2SO4, un ácido dibásico fuerte que corresponde al estado de oxidación más alto del azufre (+6). En condiciones normales, es un líquido espeso, aceitoso, incoloro e inodoro. En tecnología, el ácido sulfúrico se denomina mezcla con agua y anhídrido sulfúrico. Si la relación molar SO3: H2O es menor de 1, entonces es una solución acuosa de ácido sulfúrico, si es mayor de 1, es una solución de SO3 en ácido sulfúrico.

Los depósitos naturales de azufre nativo son relativamente pequeños. Contenido general el azufre en la corteza terrestre es del 0,1%. El azufre se encuentra en el petróleo, el carbón, los combustibles y los gases de combustión. El azufre se encuentra con mayor frecuencia en la naturaleza en forma de compuestos con zinc, cobre y otros metales. Cabe señalar que la proporción de pirita y azufre en el balance total de materia prima de ácido sulfúrico está disminuyendo gradualmente, mientras que la proporción de azufre extraído de varios desechos aumenta gradualmente. El potencial de producción de ácido sulfúrico a partir de desechos es significativo. El uso de gases residuales de la metalurgia no ferrosa le permite obtener, sin costos especiales, en sistemas de ácido sulfúrico para el tostado de materias primas que contienen azufre.

Propiedades físicas y químicas del ácido sulfúrico

El cien por ciento de H2SO4 (SO3 x H2O) se llama monohidrato. El compuesto no fuma, en forma concentrada no destruye los metales ferrosos, siendo al mismo tiempo uno de los ácidos más fuertes;

• la sustancia tiene un efecto perjudicial sobre los tejidos de plantas y animales, quitándoles agua, como resultado de lo cual se carbonizan.
• cristaliza a 10,45 "C;
• tkip 296,2 "C;
• densidad 1,9203 g / cm3;
• capacidad calorífica 1,62 J / g.

Ácido sulfurico se mezcla con Н2О y SO3 en cualquier proporción, formando compuestos:

• H2SO4 x 4 H2O (p.f. - 28,36 "C),
• H2SO4 x 3 H2O (p.f. - 36,31 "C),
• H2SO4 x 2 H2O (p.f. - 39,60 "C),
• H2SO4 x H2O (p.f. - 8.48 "C),
• H2SO4 x SO3 (H2S2O7 - ácido dos-azufre o pirosulfúrico, punto de fusión 35.15 "C) - oleum,
• H2SO x 2 SO3 (H2S3O10 - ácido trisulfúrico, p.f. 1,20 "C).

Al calentar y hervir soluciones acuosas de ácido sulfúrico que contienen hasta un 70% de H2SO4, solo se libera vapor de agua en la fase de vapor. Los vapores de ácido sulfúrico también aparecen sobre soluciones más concentradas. Una solución de 98,3% de H2SO4 (mezcla azeotrópica) en el punto de ebullición (336,5 ° C) se destila completamente. El ácido sulfúrico, que contiene más del 98,3% de H2SO4, libera vapores de SO3 cuando se calienta.
El ácido sulfúrico concentrado es un fuerte agente oxidante. Oxida HI y HBr a halógenos libres. Cuando se calienta, oxida todos los metales excepto el Au y el platino (con la excepción del Pd). En el frío, el ácido sulfúrico concentrado pasiva muchos metales, incluidos Pb, Cr, Ni, acero y hierro fundido. El ácido sulfúrico diluido reacciona con todos los metales (excepto Pb) que preceden al hidrógeno en la serie de voltaje, por ejemplo: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.

Cómo ácido fuerte H2SO4 desplaza los ácidos más débiles de sus sales, por ejemplo ácido bórico de bórax:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O = Na2SO4 + 4 H2BO3,

y cuando se calienta, desplaza ácidos más volátiles, por ejemplo:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3.

Ácido sulfurico quita químicamente agua ligada de compuestos orgánicos que contienen grupos hidroxilo - OH. La deshidratación del alcohol etílico en presencia de ácido sulfúrico concentrado produce etileno o éter dietílico. La carbonización del azúcar, celulosa, almidón y otros carbohidratos en contacto con el ácido sulfúrico también se explica por su deshidratación. Como dibásico, el ácido sulfúrico forma dos tipos de sales: sulfatos e hidrogenosulfatos.

Punto de congelación del ácido sulfúrico:
concentración,%	temp. de congelación, "С
74,7	-20
76,4	-20
78,1	-20
79,5	-7,5
80,1	-8,5
81,5	-0,2
83,5	1,6
84,3	8,5
85,7	4,6
87,9	-9
90,4	-20
92,1	-35
95,6	-20

Materia prima para la producción de ácido sulfúrico

La materia prima para la producción de ácido sulfúrico puede ser azufre, pirita FeS2, gases residuales de hornos de tostación oxidativa de minerales de sulfuro Zn, Cu, Pb y otros metales que contienen SO2. En Rusia, la principal cantidad de ácido sulfúrico se obtiene de la pirita. El FeS2 se quema en hornos donde se encuentra en un estado de lecho fluidizado. Esto se logra soplando aire rápidamente a través de una capa de pirita finamente molida. La mezcla de gases resultante contiene impurezas de SO2, O2, N2, SO3, vapores de H2O, As2O3, SiO2 y otros, y lleva una gran cantidad de polvo de ceniza, del cual los gases se purifican en precipitadores electrostáticos.

Métodos para producir ácido sulfúrico.

El ácido sulfúrico se obtiene a partir del SO2 de dos formas: nitroso (torre) y por contacto.

Camino nitroso

El procesamiento de SO2 en ácido sulfúrico por el método nitroso se lleva a cabo en torres de producción: tanques cilíndricos (15 my más de altura) llenos de empaquetaduras de anillos cerámicos. Desde arriba, hacia el flujo de gas, se pulveriza "nitrosa" - ácido sulfúrico diluido que contiene ácido nitrosilsulfúrico NOOSO3H, obtenido por la reacción:

N2O3 + 2 H2SO4 = 2 NOOSO3H + H2O.

La oxidación del SO2 por los óxidos de nitrógeno ocurre en la solución después de su absorción por la nitrosa. Hidroliza el agua de nitrosa:

NOOSO3H + H2O = H2SO4 + HNO2.

El gas sulfuroso que ingresa a las torres forma ácido sulfuroso con el agua:

SO2 + H2O = H2SO3.

La interacción de HNO2 y H2SO3 conduce a la producción de ácido sulfúrico:

2 HNO2 + H2SO3 = H2SO4 + 2 NO + H2O.

El NO desprendido se convierte en la torre de oxidación en N2O3 (más precisamente, en una mezcla de NO + NO2). Desde allí, los gases ingresan a las torres de absorción, donde se alimenta ácido sulfúrico desde arriba para recibirlos. Se forma nitrosa, que se bombea a las torres de producción. Así, se lleva a cabo la continuidad de la producción y la circulación de óxidos de nitrógeno. Sus inevitables pérdidas con los gases de escape se compensan con la adición de HNO3.

El ácido sulfúrico, obtenido por el método nitroso, tiene una concentración insuficientemente alta y contiene impurezas nocivas (por ejemplo, As). Su producción va acompañada de la emisión de óxidos de nitrógeno a la atmósfera ("cola de zorro", llamada así por el color del NO2).

Metodo de contacto

El principio del método de contacto para la producción de ácido sulfúrico fue descubierto en 1831 por P. Phillips (Gran Bretaña). El primer catalizador fue el platino. A finales del siglo XIX y principios del XX. Se descubrió la aceleración de la oxidación de SO2 a SO3 por el anhídrido de vanadio V2O5. Los estudios de los científicos soviéticos A.E. Adadurov, G.K.Boreskov y F.N.Yushkevich desempeñaron un papel particularmente importante en el estudio de la acción de los catalizadores de vanadio y su selección.

Las plantas modernas de ácido sulfúrico están construidas para funcionar según el método de contacto. Como base del catalizador se utilizan óxidos de vanadio con adiciones de SiO2, Al2O3, K2O, CaO, BaO en diversas proporciones. Todas las masas de contacto de vanadio muestran su actividad solo a una temperatura no inferior a ~ 420 "C. En el aparato de contacto, el gas generalmente pasa 4 o 5 capas de la masa de contacto. En la producción de ácido sulfúrico por el método de contacto, el tostado El gas se purifica preliminarmente de las impurezas que envenenan el catalizador. Como, Se y los residuos de polvo se eliminan en torres de lavado rociadas con ácido sulfúrico. De la niebla, el ácido sulfúrico (formado a partir de SO3 y H2O presentes en la mezcla de gas) se libera en electrostática húmeda precipitadores. Los vapores de H2O se absorben en ácido sulfúrico concentrado en torres de secado. Luego, la mezcla de SO2 con aire pasa a través de un catalizador (masa de contacto) y se oxida a SO3:

SO2 + 1/2 O2 = SO3.

SO3 + H2O = H2SO4.

Dependiendo de la cantidad de agua aportada al proceso, se obtiene una solución de ácido sulfúrico en agua u oleum.
Mediante este método ahora alrededor del 80% del H2SO4 se produce en el mundo.

El uso de ácido sulfúrico.

El ácido sulfúrico se puede utilizar para eliminar compuestos orgánicos insaturados sulfurosos de los productos del petróleo.

En metalurgia, el ácido sulfúrico se utiliza para eliminar las incrustaciones del alambre, así como las láminas antes del estañado y galvanizado (diluido), para grabar varias superficies metálicas antes de recubrirlas con cromo, cobre, níquel, etc. Los minerales complejos también se descomponen con la ayuda. de ácido sulfúrico (en particular, uranio).

En síntesis orgánica, el ácido sulfúrico concentrado es un componente necesario de las mezclas nitrantes, así como un agente sulfonante en la preparación de muchos tintes y sustancias medicinales.

El ácido sulfúrico se usa ampliamente para la producción de fertilizantes, alcohol etílico, fibra artificial, caprolactama, dióxido de titanio, colorantes de anilina y varios otros compuestos químicos.

El ácido sulfúrico residual (residuo) se utiliza en industrias químicas, metalúrgicas, de carpintería y otras. El ácido sulfúrico de batería se utiliza en la producción de fuentes de energía de plomo-ácido.