Реферат: Серная кислота и экология биосферы

Муниципальное общеобразовательноеучреждение

гимназия №26

Серная кислота

и экология биосферы

Реферат

Выполнила ученица 8-2класса

Л.Глазунова

Челябинск 2004
Оглавление

                                                                                                                             Стр.

1.<span Times New Roman"">    

Производство серной кислоты… 3

2.<span Times New Roman"">    

Свойства серной кислоты… 4

3.<span Times New Roman"">    

Применение серной кислоты… 6

4.<span Times New Roman"">    

Смог – что это такое?… 7

5.<span Times New Roman"">    

Диоксид серы… 7

6.<span Times New Roman"">    

Круговорот серы в биосфере… 8

7.<span Times New Roman"">    

Очистка газов от SO2… 10

8.<span Times New Roman"">    

Контроль атмосферы в г. Челябинске… 10

9.<span Times New Roman"">    

Литература… 12

 

1.Производство серной кислоты

Весь процесс можноразбить на три последовательных стадии: получение диоксида серы, окисление егодо триоксида и поглощение триоксида серы.

Получение диоксида серы

Наиболее распространеннымсырьем для получения SO2является пирит FeS2, которыйподвергают обжигу:

4FeS2+ 11O2= 2Fe2O3+ 8SO2

Обжиг проводят вспециальной 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 производствакислоты, поэтому обжиговый газ подвергают тщательной очистке от твердых частици влаги. Осушение газа проводится концентрированной серной кислотой. Иногда вкачестве сырья для получения серной кислоты используют диоксид серы,содержащийся в отходящих газах других производств или полученный сжиганием серы.

Получение триоксида серы

Вторая стадияпроизводства серной кислоты – окисление диоксида серы кислородом воздуха дотриоксида. Окисление проводят при температуре 400 – 600 градусов по Цельсию вприсутствии катализаторов.

Поглощение триоксида серы

Полученный оксид серы (VI) поступает в поглотительную башню,стенки которой орошаются концентрированной серной кислотой (массовая доля H2SO498%). Поглощение триоксида серы водой неэффективно: образуется «туман» измелких капелек серной кислоты, который долго конденсируется.

Конечный продуктпроизводства – раствор SO3 в серной кислоте, называемый олеумом. Онможет быть разбавлен водой до серной кислоты нужной концентрации.

<img src="/cache/referats/16721/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис. 1Схема производства серной кислоты

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

2.Свойства серной кислоты

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

Химические свойствасерной кислоты во многом зависит от ее концентрации. В лабораториях ипромышленности применяют разбавленную и концентрированную серную кислоту, хотяэто деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).

Взаимодействие с металлами

Разбавленная серная кислотавзаимодействует с некоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, свыделением водорода:

Fe+ H2SО4= FeSO4+ H2

Некоторые малоактивныеметаллы, такие как медь, серебро, золото, с разбавленной серной кислотой нереагируют.

Концентрированная сернаякислота является сильным окислителем. Она окисляет многие металлы. Продуктамивосстановления кислоты обычно является оксид серы (IV), сероводород и сера (H2Sи S образуется в реакциях кислоты с активными металлами — магнием, кальцием,натрием, калием и др.). Примерыреакций:

Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO2+ 2H2O

Mg + 2H2SO4 =Mg SO4 + SO2+ 2H2O или

4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4+ H2S + 4H2O

Серная кислота высокойконцентрации (практически безводная) не взаимодействует с железом в результатепассивации металла. Явление пассивации связанно с образованием на поверхностиметалла прочной сплошной пленки, состоящей из оксидов или других любыхсоединений, которая препятствует контакту металла с кислотой. Благодаряпассивации можно перевозить и хранить концентрированную серную кислоту встальной таре. Концентрированная серная кислота пассивирует также алюминий,никель, хром, титан.

Взаимодействие с неметаллами

Концентрированная сернаякислота может окислять неметаллы, например:

S + 2H2SO4 = 3SO2+ 2H2O

Окислительные свойстваконцентрированной серной кислоты могут также проявлятся с некоторыми сложнымивеществами – восстановителями, например:

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

Взаимодействие с основными оксидами иоснованиями

Серная кислота проявляетвсе типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными и амфотернымиоксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двусоставная кислота H2SO4образует два типа солей: средние соли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты.Примеры реакций:

Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3+ 3H2O

                                                                                                            сульфаталюминия

2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O

                                                                                                        сульфаткалия

KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O

                                                                                                    гидросульфаткалия

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

Al2 (SO4)3<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

18H2O

Na2SO4 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

10H2O.

Взаимодействие с солями

С некоторыми солямикислота вступает в реакции обмена, например:

CaCO3 + H2SO4= CaSO4 + CO2<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">­

+ H2O

BaCl2+ H2SO4= ВаSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¯

+2HCl

Последняя реакцияявляется качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворесудят по образованию белого осадка BaSO4, который практически нерастворяется в концентрированной азотной кислоте.

Взаимодействие с водой

При растворение в водесерная кислота активно взаимодействует с ней образуя гидраты:

nH2O + H2SO4= H2SO4 <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

nH2O

Благодаря способностисвязывать воду серная кислота является хорошим осушителем.

3. Применение серной кислоты

Серная кислота –важнейший продукт химической промышленности. Она находит применение впроизводстве минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатыхвеществ, в металлургии при получении меди, никеля, урана и других металлов.Используется как осушитель газов.

Большое практическоеприменение из солей серной кислоты имеют различные сульфаты. Медный и железныйкупоросы CuSO4<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

5H2O и FeSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×7H2O используются всельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве красок,для пропитки древесины в качестве антисептического средства. Купоросаминазывают кристаллогидраты сульфатов некоторых металлов (меди, железа, цинка иникеля).

Гипс CaSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

2H2O и сульфат кальция CaSO4используют в строительстве, медицине и других областях. Из гипса при прокаливанииполучают алебастр CaSO4<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×0,5H2O:

CaSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

2H2O= CaSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×0.5H2O+1.5H2O

Алебастр, смешанный сводой, быстро затвердевает, превращаясь в гипс:

CaSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

0,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×2H2O

Сульфат натрия Na2SO4используется в производстве стекла. Сульфаты калия K2SO4и аммония (NH4)2SO4 применяют как удобрения. Сульфатбария BaSO4 применяется в производстве бумаги, резины и минеральныхкрасок.

4.Смог – что это такое?

Термин «смог» — производноеот английских слов «смоук» (дым) и «фог» («туман»). Обычно термин смогассоциируется у нас с Лондоном, однако такое явление наблюдается и в другихгородах.

Смог образуетсяпреимущественно над большими городами в результате действия солнечного света навоздух, загрязненный выбросами углеводородов, оксидов азота и других продуктахсгорания топлива в автомобильных двигателях, на тепловых станциях и т. п. Смогпредставляет собой туман с голубоватой дымкой, содержащей вредные для человекавещества: диоксиды азота NO2 и серы SO2, монооксид углерода CO. Смог поражаетслизистые оболочки глаз и дыхательных путей человека и животных. При большихконцентрациях он действует удушающее. В <st1:metricconverter ProductID=«1952 г» w:st=«on»>1952 г</st1:metricconverter>. в Лондоне погибло от смога в течениетрех-четырех суток более 4000 человек. В1963 г. смог, опустившийся на Нью-Йорк,убил 350 человек. Постепенно гибнет под подушкой коричневого смога мегаполисМехико.

<img src="/cache/referats/16721/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

Рис. 2 Cмог

Потери урожаевсельскохозяйственных культур и природной растительности при систематическомдействии смога оценивается в более чем 1 млрд. долларов ежегодно, и цифра эта скаждым годом возрастает.

5. Диоксид серы SO2

Диоксид серы SO2составляет более 95% всех техногенных выбросов серосодержащих веществ ватмосферу. По ряду данных, планетарный выброс SO2 составляет около110,4 млн. т (без учета нефтепереработки и выплавки металлов). С учетом этихотраслей экономики американские ученые считают мировой выброс SO2 равнымоколо 174 млн. т. Около 96% мирового выброса приходится на северное полушарие.Сравнительно большая доля стран Восточной и Западной Европы по этим видамзагрязнения атмосферы объясняется высоким уровнем использования бурого угля вэнергопроизводстве. Есть основания полагать, что ежегодные выбросы SO2в атмосферу будут возрастать в связи с ростом потребления топлива.

Присутствие оксидов серыв атмосфере оказывает негативное влияние на жизнедеятельность животных ирастений: диоксид серы взаимодействует с кислородом воздуха с образованием SO3и в конечном счете H2SO4:

2SO2+ O2 = 2SO3

SO3+ H2O =H2SO4

Наиболее благоприятныеусловия протекания этой реакции находятся в пределах озонового слоя атмосферы,где в процессе распада молекул озона на O и О2 генерируется атомный кислород. Врезультате в стратосфере на высоте порядка <st1:metricconverter ProductID=«18 км» w:st=«on»>18 км</st1:metricconverter> присутствует слойвысокой концентрации SO3.

Анализ данных округовороте серы в окружающей среде показывает, что выброс техногенногодиоксида серы составляет 30% от ее общего поступления в атмосферу.

Установлено, что виндустриальных регионах до 60% почвенной кислотности определяется образованиемв атмосфере серной кислоты

6. Круговорот серы в биосфере.

Сера в значительном количествеприсутствует в океане в окисленном виде в составе сульфат-иона <img src="/cache/referats/16721/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> Серобактерии в океане,почве и болотах восстанавливают ее из окисленного состояния и выделяют ватмосферу газообразный сероводород. Сероводород сравнительно быстро, за времяпорядка нескольких минут или десятков минут, окисляется в воздухе собразованием сернистого газа SO2. Дополнительными природнымиисточниками сероводорода и сернистого газа являются вулканы, горячие источникии гейзеры. Сернистый газ хорошо растворяется в облачной воде с образованиемсернистой кислоты H2SO3, которая в свою очередь быстроокисляется и превращается в серную кислоту. Поэтому, попав в облака, где всегдаприсутствует аммиак, щелочные или щелочноземельные металлы, сера быстропереходит снова в сульфатную форму и вместе с дождем или снегом выпадает изоблаков на землю.

<img src="/cache/referats/16721/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

Рис.3 Потокисеры в биосфере

При высыхании обычныхкапель и брызг, образующихся при осушении морских волн, в атмосфере остаютсясульфатные частицы с размерами 0,01-10 микрометров. Эти частицы практическиневесомы и могут реять в воздухе очень долго, переносимые ветрами на огромныерасстояния. Рано или поздно они вымываются осадками и высаждаются на землю,будучи вынесены к ее поверхности турбулентными потоками воздуха. Такая жесудьба постигает и молекулы сернистого газа, не успевшие превратится всульфаты. Попав на поверхность, сернистый газ реагирует с ее материалом и такжепревращается в сульфаты. Органическое топливо – уголь и нефть – содержит много,от 0,5 до 5%, серы. Поэтому при его переработке и сжигании в атмосферувыбрасываются огромные объемы сернистого газа, концентрации которого во многихрегионах многократно превосходят естественный уровень, что вызывает закислениедождей, почв и водоемов с тяжелыми последствиями для многих биогеоценозов.

7. Очистка газов от SO2

Диоксид серы SO2оказывает сильное токсическое действие уже при концентрации в воздухе 0,25 –0,50 мг/м3, а при средней концентрации более 0,50г/м3отмечается повышение смертности и числа госпитализаций. В нашей стране на SO2установлены следующие предельно допустимые концентрации: ПДКр.з. – 10мг/м3,ПДКм.р. – 0,3мг/м3, ПДКс.с. – 0,005 мг/м3.

ПДКр.з. – предельнодопустимая концентрация рабочей зоны;

ПДКм.р. – максимально –разовая;

ПДКс.с. – среднесуточная.

Используемые впромышленных масштабах методы очистки отходящих газов от SO2 можноразделить на три основные группы:

1)<span Times New Roman"">   

аммиачные методы, позволяющиеполучать сульфит и гидросульфит аммония, которые используются как товарныепродукты.

2)<span Times New Roman"">   

Методы нейтрализации, обеспечивающиевысокую степень очистки газов, но дающие в качестве побочных продуктов сульфитыи сульфаты, не имеющие широкого спроса в народном хозяйстве.

3)<span Times New Roman"">   

Методы каталитического окисления SO2до SO3споследующим получением разбавленной серной кислоты.

8. Контроль атмосферы в Челябинске

Наблюдения зазагрязнением атмосферного воздуха в г. Челябинске проводится на 8 стационарныхпостах, расположенных в различных районах города:

-<span Times New Roman"">      

пост №16 – ул. Новороссийская,Ленинский район;

-<span Times New Roman"">      

пост №17 – ул. Румянцева, Металлургическийрайон;

-<span Times New Roman"">      

пост №18 – ул. Захаренко,Курчатовский район;

-<span Times New Roman"">      

пост №20 – ул. Горького, Калининскийрайон;

-<span Times New Roman"">      

пост №22 – ул. Трудовая,Металлургический район;

-<span Times New Roman"">      

пост №23 – пр. Победы, Курчатовскийрайон;

-<span Times New Roman"">      

пост №27 – ул. Российская,Калининский район;

-<span Times New Roman"">      

пост №18 – ул. Сони Кривой,Центральный район.

<img src="/cache/referats/16721/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

Рис. 4 Схема расположения постовнаблюдения

Отбор атмосферноговоздуха проводился на 24 загрязняющих вещества. На всех постах производятсяотборы проб на пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, формальдегид,фенол, тяжелые металлы (железо, кадмий, марганец, медь, никель, свинец, хром,цинк). Контроль атмосферы г. Челябинска показывает, что воздух незначительнозагрязнен диоксидами серы. Среднегодовые концентрации SO2 непревышают допустимую норму. Максимальные из разовых концентрации SO2также не превышают ПДК.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Литература

1.<span Times New Roman"">          

ГальперинМ.В. Экологические основы природопользования. – М.: Форум – ИНФРА-М, 2002.

2.<span Times New Roman"">          

ЛозановскаяИ.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическомзагрязнении. – М.: Высшая школа, 1998.

3.<span Times New Roman"">          

МалышкинаВ. Занимательная химия. – Санкт-Петербург, 1998.

4.<span Times New Roman"">          

ХомченкоИ.Г. Общая химия. – М. Новая Волна, 2002.

5.<span Times New Roman"">          

Комплексныйдоклад «Гидрометеорология и мониторинг окружающей среды – на службеобласти»  – Челябинский областнойцентр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
еще рефераты
Еще работы по охране природы, экологии, природопользованию. химии