кислота серная cas номер
Серная кислота ГОСТ 4204-77
наименование
Серная кислота H 2 SO 4 — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с кислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO3. Если молярное отношение SO3 : H2O 1 — раствор SO3 в серной кислоте (олеум).
Содержание
Название
В XVIII—XIX веках серу для пороха производили из серного колчедана (пирит) на купоросных заводах. Серную кислоту в то время называли «купоросным маслом», очевидно отсюда происхождение названия её солей (а точнее именно кристаллогидратов) — купоросы.
Получение серной кислоты
Промышленный (контактный) способ
В промышленности серную кислоту получают окислением диоксида серы (сернистый газ, образующийся в процессе сжигания серы или серного колчедана) до триоксида (серного ангидрида) с последующим взаимодействием SO3 с водой. Получаемую данным способом серную кислоту также называют контактной (концентрация 92-94 %).
Нитрозный (башенный) способ
Раньше серную кислоту получали исключительно нитрозным методом в специальных башнях, а кислоту называли башенной (концентрация 75 %). Сущность этого метода заключается в окислении диоксида серы диоксидом азота в присутствии воды. Именно таким способом произошла реакция в воздухе Лондона во время Великого смога.
Другой способ
Сульфиды данных металлов обладают высочайшей прочностью, а также отличительным чёрным окрасом,
но могут быть окислены до сульфатов, например, азотной кислотой при кипении:
CuS + 8HNO3 → CuSO4 + 8NO2↑ + 4H2O
Физические и физико-химические свойства
Олеум
Растворы серного ангидрида SO3 в серной кислоте называются олеумом, они образуют два соединения H2SO4·SO3 и H2SO4·2SO3.
Олеум содержит также пиросерные кислоты, получающиеся по реакциям:
Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом её концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H2SO4.
| Содержание % по массе | Плотность при 20 ℃, г/см³ | Температура плавления, ℃ | Температура кипения, ℃ | |
|---|---|---|---|---|
| H2SO4 | SO3 (свободный) | |||
| 10 | — | 1,0661 | −5,5 | 102,0 |
| 20 | — | 1,1394 | −19,0 | 104,4 |
| 40 | — | 1,3028 | −65,2 | 113,9 |
| 60 | — | 1,4983 | −25,8 | 141,8 |
| 80 | — | 1,7272 | −3,0 | 210,2 |
| 98 | — | 1,8365 | 0,1 | 332,4 |
| 100 | — | 1,8305 | 10,4 | 296,2 |
| 104,5 | 20 | 1,8968 | −11,0 | 166,6 |
| 109 | 40 | 1,9611 | 33,3 | 100,6 |
| 113,5 | 60 | 2,0012 | 7,1 | 69,8 |
| 118,0 | 80 | 1,9947 | 16,9 | 55,0 |
| 122,5 | 100 | 1,9203 | 16,8 | 44,7 |
Температура кипения олеума с увеличением содержания SO3 понижается. При увеличении концентрации водных растворов серной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H2SO4 достигает минимума. С увеличением концентрации SO3 в олеуме общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по уравнению:
величины коэффициентов А и В зависят от концентрации серной кислоты. Пар над водными растворами серной кислоты состоит из смеси паров воды, H2SO4 и SO3, при этом состав пара отличается от состава жидкости при всех концентрациях серной кислоты, кроме соответствующей азеотропной смеси.
С повышением температуры усиливается диссоциация:
При нормальном давлении степень диссоциации: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К).
Плотность 100%-ной серной кислоты можно определить по уравнению:
d = 1,851 7 − 1,1 ⋅ 10 −3 t + 2 ⋅ 10 −6 t 2
С повышением концентрации растворов серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO3 увеличивается.
При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:
λ = 0,518 + 0,0016t − ( 0,25 + t/1293 ) ⋅ C/100
где С — концентрация серной кислоты, в %.
Максимальную вязкость имеет олеум H2SO4·SO3, с повышением температуры η снижается. Электрическое сопротивление серной кислоты минимально при концентрации SO3 и 92 % H2SO4 и максимально при концентрации 84 и 99,8 % H2SO4. Для олеума минимальное ρ при концентрации 10 % SO3. С повышением температуры ρ серной кислоты увеличивается. Диэлектрическая проницаемость 100%-ной серной кислоты 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); криоскопическая постоянная 6,12, эбулиоскопическая постоянная 5,33; коэффициент диффузии пара серной кислоты в воздухе изменяется в зависимости от температуры; D = 1,67·10⁻⁵T 3/2 см²/с.
Химические свойства
Серная кислота в концентрированном виде при нагревании — довольно сильный окислитель.
Окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов.
Углерод до CO2, серу — до SO2.
Окисляет многие металлы (исключения: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). При этом концентрированная серная кислота восстанавливается до SO2, например:
На холоде в концентрированной серной кислоте Fe, Al, Cr, Co, Ni, Ba пассивируются и реакции не протекают.
Наиболее сильными восстановителями концентрированная серная кислота восстанавливается до S и H2S. Концентрированная серная кислота поглощает водяные пары, поэтому она применяется для сушки газов, жидкостей и твёрдых тел, например, в эксикаторах. Однако концентрированная H2SO4 частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Отщепляя воду от органических соединений и оставляя при этом чёрный углерод (уголь), концентрированная серная кислота приводит к обугливанию древесины, сахара и других веществ.
Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением, например:
Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислоты.
Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:
На металлообрабатывающих заводах раствор серной кислоты применяют для удаления слоя оксида металла с поверхности металлических изделий, подвергающихся в процессе изготовления сильному нагреванию. Так, оксид железа удаляется с поверхности листового железа действием нагретого раствора серной кислоты:
Концентрированная H2SO4 превращает некоторые органические вещества в другие соединения углерода:
Качественной реакцией на серную кислоту и её растворимые соли является их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например:
Применение
Серную кислоту применяют:
Мировое производство серной кислоты около 200 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется в 2,2—3,4 раза больше по массе серной кислоты, а на (NH₄)₂SO₄ серной кислоты 75 % от массы расходуемого (NH₄)₂SO₄. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.
Токсическое действие
Исторические сведения
Серная кислота известна с древности, встречаясь в природе в свободном виде, например, в виде озёр вблизи вулканов. Возможно, первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.
В IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.
Схема получения серной кислоты из железного купороса — термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси
В трудах алхимика Валентина (XIII в) описывается способ получения серной кислоты путём поглощения водой газа (серный ангидрид), выделяющегося при сжигании смеси порошков серы и селитры. Впоследствии этот способ лег в основу т. н. «камерного» способа, осуществляемого в небольших камерах, облицованных свинцом, который не растворяется в серной кислоте. В СССР такой способ просуществовал вплоть до 1955 г.
Алхимикам XV в известен был также способ получения серной кислоты из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. Впоследствии, в связи с развитием катализа этот метод вытеснил камерный способ синтеза серной кислоты. В настоящее время серную кислоту получают каталитическим окислением (на V2O5) оксида серы (IV) в оксид серы (VI), и последующим растворением оксида серы (VI) в 70 % серной кислоте с образованием олеума.
В России производство серной кислоты впервые было организовано в 1805 году под Москвой в Звенигородском уезде. В 1913 году Россия по производству серной кислоты занимала 13 место в мире.
Дополнительные сведения
Серная кислота
Содержание
Физические и физико-химические свойства [ ]
Олеум [ ]
Температура кипения водных растворов cерной кислоты повышается с ростом ее концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H2SO4.
Температура кипения олеума с увеличением содержания SO3 понижается. При увеличении концентрации водных растворов cерной кислоты общее давление пара над растворами понижается и при содержании 98,3 % H2SO4 достигает минимума. С увеличением концентрации SO3, в олеуме общее давление пара над ним повышается. Давление пара над водными растворами серной кислоты и олеума можно вычислить по уравнению:
С повышением температуры усиливается диссоциация H₂SO₄ ↔ H₂O + SO₃ — Q, уравнение температурной зависимости константы равновесия lnKp = 14,74965 − 6,71464ln(298/T) — 8,10161·10⁴T² — 9643,04/T — 9,4577·10⁻³T + 2,19062·10⁻⁶T². При нормальном давлении степень диссоциации: 10⁻⁵ (373 К), 2,5 (473 К), 27,1 (573 К), 69,1 (673 К). Плотность 100%-ной cерной кислоты можно определить по уравнению: d = 1,8517 − 1,1·10⁻³t + 2·10⁻⁶t² г/см³. С повышением концентрации растворов серной кислоты их теплоемкость уменьшается и достигает минимума для 100%-ной серной кислоты, теплоемкость олеума с повышением содержания SO³ увеличивается.
При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается: λ = 0,518 + 0,0016t — (0,25 + t/1293)·С/100, где С-концентрация серной кислоты, в %. Максимальнаую вязкость имеет олеум H₂SO₄·SO₃, с повышением температуры η снижается. Электрическое сопротивление серной кислоты минимально при концентрации 30 и 92 % H2SO4 и максимально при концентрации 84 и 99,8 % H₂SO₄. Для олеума минимальное ρ при концентрации 10 % SO₃. С повышением температуры ρ серной кислоты увеличивается. Диэлектрическая проницаемость 100%-ной серной кислоты 101 (298,15 К), 122 (281,15 К); криоскопическая постоянная 6,12, эбулиоскопическая постоянная 5,33; коэффициент диффузии пара серной кислоты в воздухе изменяется в зависимости от температуры; D = 1,67·10⁻⁵T 3/2 см²/с.
Химические свойства [ ]
Применение [ ]
Серную кислоту применяют:
Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.
Токсическое действие [ ]
Дополнительные сведения [ ]
Получение серной кислоты [ ]
Стандарты [ ]
Примечания [ ]
Литература [ ]
ar:حمض الكبريتيك bg:Сярна киселина br:Trenkenn sulfurek bs:Sumporna kiselina ca:Àcid sulfúric cs:Kyselina sírová cy:Asid swlffwrig da:Svovlsyre de:Schwefelsäure el:Θειικό οξύ en:Sulfuric acid eo:Sulfata acido es:Ácido sulfúrico et:Väävelhape fa:اسید سولفوریک fi:Rikkihappo fr:Acide sulfurique gl:Ácido sulfúrico he:חומצה גופרתית hu:Kénsav id:Asam sulfat is:Brennisteinssýra it:Acido solforico ja:硫酸 ko:황산 la:Acidum sulphuricum lmo:Acid sulforich lt:Sieros rūgštis lv:Sērskābe ms:Asid sulfurik nds:Swevelsüür nl:Zwavelzuur nn:Svovelsyre no:Svovelsyre pl:Kwas siarkowy(VI) pt:Ácido sulfúrico ro:Acid sulfuric sh:Sumporna kiselina simple:Sulfuric acid sk:Kyselina sírová sl:Žveplova kislina sr:Сумпорна киселина sv:Svavelsyra th:กรดกำมะถัน tr:Sülfürik asit uk:Сульфатна кислота ur:ترشۂ گندھک vec:Àsido solfòrico vi:Axít sulfuric zh:硫酸
510 мг / м 3 (крыса, 2 часа)
320 мг / м 3 (мышь, 2 часа)
18 мг / м 3 (морская свинка)
СОДЕРЖАНИЕ
Физические свойства
Сорта серной кислоты
Известно девять гидратов, но подтверждено, что четыре из них являются тетрагидратом (H 2 SO 4 · 4H 2 O), гемигексагидратом (H 2 SO 4 · 6 + 1 ⁄ 2 H 2 O) и октагидрат (H 2 SO 4 · 8H 2 O).
Полярность и проводимость
Константа равновесия автопротолиза равна
Химические свойства
Реакция с водой и обезвоживающее свойство
В лаборатории это часто подтверждается смешиванием столового сахара (сахарозы) с серной кислотой. Сахар меняет цвет с белого на темно-коричневый, а затем на черный по мере образования углерода. Также появится жесткий столб из черного пористого углерода. Уголь будет сильно пахнуть карамелью из-за выделяемого тепла.
[<\ce [<\ ce
[<\ce [<\ ce
Реакция с сульфатом меди (II) также может продемонстрировать способность серной кислоты к дегидратации. По мере удаления воды синий кристалл превращается в белый порошок.
[<\ce [<\ ce
Кислотно-основные свойства
Реакции с металлами
Однако свинец и вольфрам устойчивы к серной кислоте.
Реакции с углеродом
Горячая концентрированная серная кислота окисляет углерод (как битуминозный уголь) и серу :
Реакция с хлоридом натрия
Электрофильное ароматическое замещение
Бензол подвергается электрофильному ароматическому замещению серной кислотой с образованием соответствующих сульфоновых кислот :
Вхождение
Серная кислота образуется естественным путем в результате окисления сульфидных минералов, таких как сульфид железа. Образующаяся вода может быть очень кислой и называется кислотным дренажем шахт (AMD) или дренажем из кислых горных пород (ARD). Эта кислая вода способна растворять металлы, присутствующие в сульфидных рудах, в результате чего получаются ярко окрашенные токсичные растворы. Окисление пирита (сульфида железа) молекулярным кислородом дает железо (II) или Fe 2+
:
Fe 2+
может быть дополнительно окислен до Fe 3+
:
Fe 3+
полученный может быть осажден в виде гидроксида или водного оксида железа :
Ион железа (III) («трехвалентное железо») также может окислять пирит:
Когда происходит окисление пирита железом (III), процесс может ускориться. Значения pH ниже нуля были измерены в ARD, полученном этим способом.
ARD также может производить серную кислоту с меньшей скоростью, так что кислотонейтрализующая способность (ANC) водоносного горизонта может нейтрализовать образовавшуюся кислоту. В таких случаях общая концентрация растворенных твердых веществ (TDS) в воде может быть увеличена за счет растворения минералов в результате реакции кислотной нейтрализации минералами.
Серная кислота используется в качестве защиты некоторыми морскими видами, например, феофитовая водоросль Desmarestia munda (отряд Desmarestiales ) концентрирует серную кислоту в клеточных вакуолях.
Стратосферный аэрозоль
Внеземная серная кислота
Постоянные венерианские облака производят концентрированный кислотный дождь, так как облака в атмосфере Земли производят водяной дождь. Также считается, что у спутника Юпитера Европа есть атмосфера, содержащая гидраты серной кислоты.
Производство
Контактный процесс
На первом этапе сера сжигается для получения диоксида серы.
Трехокись серы абсорбируется 97–98% H
2 ТАК
4 с образованием олеума ( H
2 S
2 О
7 ), также известная как дымящая серная кислота. Затем олеум разбавляют водой с образованием концентрированной серной кислоты.
Прямое растворение SO
3 в воде не практикуется.
Процесс мокрой серной кислоты
На первом этапе сера сжигается для получения диоксида серы:
S + O
2 → ТАК
2 (-297 кДж / моль)
или, альтернативно, сероводород ( H
2 S ) газ сжигается до SO
2 газ:
2 ч
2 S + 3 O
2 → 2 H
2 O + 2 SO
2 (-1036 кДж / моль)
2 ТАК
2 + O
2 ⇌ 2 SO
3 (−198 кДж / моль) (реакция обратима)
Триоксид серы гидратируется до серной кислоты H
2 ТАК
4 :
Последним этапом является конденсация серной кислоты до жидкости 97–98% H.
2 ТАК
4 :
Другие методы
В качестве альтернативы растворение диоксида серы в водном растворе соли окисляющего металла, такой как хлорид меди (II) или железа (III):
2 FeCl 3 + 2 H 2 O + SO 2 → 2 FeCl 2 + H 2 SO 4 + 2 HCl 2 CuCl 2 + 2 H 2 O + SO 2 → 2 CuCl + H 2 SO 4 + 2 HCl
Использует
Промышленное производство химикатов
сульфат> <5CaSO4.2H2O>> + <\ overset <кальция
Серно-йодный цикл
| 2 я 2 + 2 СО 2 + 4 часа 2 O → 4 HI + 2 H 2 ТАК 4 | (120 ° C, реакция Бунзена ) |
| 2 ч 2 ТАК 4 → 2 СО 2 + 2 часа 2 О + О 2 | (830 ° С) |
| 4 HI → 2 I 2 + 2 часа 2 | (320 ° С) |
Соединения серы и йода восстанавливаются и повторно используются, поэтому процесс рассматривается как цикл. Этот процесс эндотермический и должен происходить при высоких температурах, поэтому необходимо подавать энергию в виде тепла.
Серно-йодный цикл в настоящее время исследуется как возможный метод получения водорода, но концентрированная коррозионная кислота при высоких температурах представляет в настоящее время непреодолимую угрозу безопасности, если бы процесс был построен в больших масштабах.
Промышленное чистящее средство
Катализатор
Электролит
Серная кислота действует как электролит в свинцово-кислотных аккумуляторах (свинцово-кислотный аккумулятор):
Pb + PbO
2 + 4 H + + 2 SO
4 2− ⇌ 2 PbSO
4 + 2 Н 2 О
Бытовое использование
История
В 1746 году в Бирмингеме Джон Робак адаптировал этот метод для производства серной кислоты в камерах со свинцовым покрытием, которые были более прочными, менее дорогими и могли быть больше, чем использовавшиеся ранее стеклянные емкости. Этот процесс позволил эффективно индустриализировать производство серной кислоты. После нескольких усовершенствований этот метод, получивший название « свинцовый камерный процесс» или «камерный процесс», оставался стандартом для производства серной кислоты в течение почти двух столетий.
Безопасность
Лабораторные опасности
Серную кислоту следует осторожно хранить в емкостях из инертных материалов (например, из стекла). Растворы, равные или более сильные, чем 1,5 М, помечаются как «КОРРОЗИОННЫЕ», а растворы с концентрацией более 0,5 М, но менее 1,5 М помечены как «РАЗДРАЖАЮЩИЕ». Однако даже обычная лабораторная «разбавленная» марка (приблизительно 1 M, 10%) обугливает бумагу, если оставить ее в контакте в течение достаточного времени.
Опасности разбавления
Приготовление разбавленной кислоты может быть опасным из-за тепла, выделяемого в процессе разбавления. Чтобы избежать разбрызгивания, концентрированную кислоту обычно добавляют в воду, а не наоборот. Вода имеет более высокую теплоемкость, чем кислота, поэтому сосуд с холодной водой будет поглощать тепло при добавлении кислоты.
| Физическая собственность | H 2 SO 4 | Воды | Единицы |
|---|---|---|---|
| Плотность | 1,84 | 1.0 | кг / л |
| Объемная теплоемкость | 2,54 | 4,18 | кДж / л |
| Точка кипения | 337 | 100 | ° C |
Приготовление растворов с концентрацией более 6 М (35%) наиболее опасно, поскольку выделяемого тепла может быть достаточно для кипячения разбавленной кислоты: необходимы эффективное механическое перемешивание и внешнее охлаждение (например, ледяная баня).
В лабораторных условиях серную кислоту можно разбавить, вылив концентрированную кислоту на колотый лед, сделанный из деионизированной воды. Лед тает в эндотермическом процессе, растворяя кислоту. Количество тепла, необходимое для плавления льда в этом процессе, превышает количество тепла, выделяемого при растворении кислоты, поэтому раствор остается холодным. После того, как весь лед растает, его можно разбавить водой.
Промышленные опасности
Серная кислота негорючая.


