Реферат: Получение серной кислоты
<m:mathPr> <m:mathFont m:val=«Cambria Math»/> <m:brkBin m:val=«before»/> <m:brkBinSub m:val="--"/> <m:smallFrac m:val=«off»/> <m:dispDef/> <m:lMargin m:val=«0»/> <m:rMargin m:val=«0»/> <m:defJc m:val=«centerGroup»/> <m:wrapIndent m:val=«1440»/> <m:intLim m:val=«subSup»/> <m:naryLim m:val=«undOvr»/> </m:mathPr>министерствообразования и науки ркреферат. На тему: «получение серной кислоты»<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">Выполнил: _________________________________
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">Проверила: _________________________________
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">
<span Arial Black",«sans-serif»">Алматы 2007.
Содержание:I.<span Times New Roman""> <span Century Gothic",«sans-serif»">свойства<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">взаимодействия с Ме<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">взаимодействие с неМе<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">взаимодействие с основными оксидами и основаниями<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">взаимодействие с солями<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">взаимодействие с водой<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">диссоциация кислоты<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»">
II.<span Times New Roman""><span Century Gothic",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Century Gothic»;mso-bidi-font-family:«Century Gothic»">1.<span Times New Roman"">
<span Century Gothic",«sans-serif»">контактныйспособ.<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Century Gothic",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Century Gothic»;mso-bidi-font-family:«Century Gothic»">2.<span Times New Roman"">
<span Century Gothic",«sans-serif»">нитрозныйспособ.<span Century Gothic",«sans-serif»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">Серная кислота.
1.Свойства.
Сернаякислота представляет собой бесцветную вязкую жидкость, плотность 1,83 г/мл (20º). Температура плавления серной кислоты составляет10,3ºС, температура кипения 269,2º.
Химические свойства серной кислоты вомногом зависят от ее концентрации. Влабораториях и промышленности применяют разбавленную и концентрированную сернуюкислоту, хотя это деление условно (четкую границу между ними провести нельзя).
2. Взаимодействиес металлами.
Разбавленная серная кислота взаимодействует снекоторыми металлами, например с железом, цинком, магнием, с выделениемводорода:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
Некоторые малоактивные металлы, такие как медь,серебро, золото, с разбавленной серной кислотой не реагируют.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Онаокисляет многие металлы. Продуктами восстановления кислоты обычно являютсяоксиды серы (IV), сероводород и сера (Н2S и S образуются в реакциях кислоты сактивными металлами – магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Примерыреакций:
Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2+2H2O
Mg+2H2SO4=MgSO4+SO2+2H2O или
4Mg+5H2SO4=4MgSO4+H2S+4H2O
Серная кислота высокой концентрации (практически безводная) невзаимодействует с железом в результате пассивации металла. Явлениепассивации связано с образованием на поверхности металла прочной сплошнойпленки, состоящей из оксидов или других соединений, которые препятствуютконтакту металла с кислотой. Благодоря пассивации можно хранить и перевозитьконцентрированную серную кислоту в стальной таре. Концентрированная сернаякислота пассивирует также аллюминий, никель, хром, титан.
3.<span Times New Roman"">
Взаимодействие с неметаллами.Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:
S+2H2SO4=3SO2+2H2O
Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут проявляться в реакциях снекоторыми сложными веществами – востановителями, например:
2KBr+2H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O
4.<span Times New Roman"">
Взаимодействия с основными оксидами иоснованиями.Сернаякислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основнымиамфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновнаякислота H2SO4образует два типа солей: средниесоли – сульфаты и кислые соли – гидросульфаты. Примеры реакций:
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3Н2О
сульфат алюминия
2КОН+Н2SO4=K2SO4+2H2O
сульфат калия
КОН+Н2SO+=KHSO4+H2O
гидросульфат калия
Гидросульфаты образуются, когда кислота берется в избытке.
Многие соли серной кислоты выделяютсяиз растворов в виде кристаллогидратов, например: Al2(SO4)3,18Н2О, Na2SО4,10Н2О
5. Взаимодействие с солями.
Снекоторыми солями серная кислота вступает в реакции обмена, например:
СаСО3+Н2SO4=CaSO4+СО2↑+Н2О
ВаСl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
Последняя реакция является качественной на сернуюкислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белогоосадка ВаSO4, который практически не растворяется в концентрированой азотнойкислоте.
6. Взаимодействие с водой.
Прирастворении в воде серная кислота активно взаимодействует с ней, образуягидраты:
nH2O+H2SO4=H2SO4·nH2O
Благодоря способности связывать воду, серная кислотаявляется хорошим осушителем.
Многие органические вещества, содержащие водород и кислород (бумага,древесина, ткани, сахара), при дествии серной кислоты обугливаются в результатесвязывания кислотой воды. Например: процесс обугливания сахара С12Н22О11можно описать следующимуравнением:
nC12H22O11+H2SO4=12nC
7. Диссоциация кислоты.
Вводных растворах серная кислота диссоциирует на ионы
В водном растворе серная кислота является оченьсильной- она диссоциирует практически полностью по обоим ступеням. Безводнаясерная кислота диссоциирует в незначительной степени, т.к. является слабой.
Производство сернойкислоты.
Контактный способ.
Разберёмпроизводство серной кислоты из пирита FeS2.
1)Измельчение пирита.
Перед использованиембольшие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что приизмельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадьповерхности соприкосновения реагирующих веществ.
2)Очистка пирита.
Послеизмельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методомфлотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают,пустая порода всплывает наверх, затем пустую породу удаляют.
<img src="/cache/referats/26637/image001.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
<img src="/cache/referats/26637/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
<img src="/cache/referats/26637/image003.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
<img src="/cache/referats/26637/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
<img src="/cache/referats/26637/image005.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">
<img src="/cache/referats/26637/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">
<img src="/cache/referats/26637/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">
<img src="/cache/referats/26637/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">
<img src="/cache/referats/26637/image009.jpg" v:shapes="_x0000_i1033">
<img src="/cache/referats/26637/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1034">
<img src="/cache/referats/26637/image011.jpg" v:shapes="_x0000_i1035">
<img src="/cache/referats/26637/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1036">
<img src="/cache/referats/26637/image013.jpg" v:shapes="_x0000_i1037">
<img src="/cache/referats/26637/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1038">
<img src="/cache/referats/26637/image015.jpg" v:shapes="_x0000_i1039">
<img src="/cache/referats/26637/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1040">
ПЕРВАЯ СТАДИЯ — обжиг пирита в печидля обжига в «кипящем слое».
Уравнение реакции первой стадии
t =800°C
4FeS2+ 11O2 =2Fe2O3 + 8SO2 + Q
<img src="/cache/referats/26637/image017.jpg" align=«left» hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_s1026">
Измельчённыйочищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в«кипящем слое». Снизу (принцип противотока) пропускают воздух,обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи дляобжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в«подвешенном состоянии» из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже этовсё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета.
Засчёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура впечи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы сводой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центральногоотопления рядом стоящих помещений.
Образовавшийсяоксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной кислотыне используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, накотором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом — сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве).
Такимобразом выполняется принцип химического производства — безотходностьпроизводства.
<img src="/cache/referats/26637/image018.jpg" align=«left» hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_s1027">
Изпечи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, парыводы (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такойпечной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.
Очисткапечного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа — в циклоне(используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенкициклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическоепритяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинамэлектрофильтра,
придостаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), дляудаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют сернуюконцентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, посколькупоглощает воду.
Осушкупечного газа проводят в сушильной башне — снизу вверх поднимается печной газ, асверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной <img src="/cache/referats/26637/image020.jpg" v:shapes="_x0000_s1028">2 и кислорода О2.
ВТОРАЯ СТАДИЯ — окисление SO2 в SO3кислородом.
Протекает в контактном аппарате.
Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O2<img src="/cache/referats/26637/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1041">3+ Q
Сложностьвторой стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другойявляется обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протеканияпрямой реакции (получения SO3).
<img src="/cache/referats/26637/image023.jpg" v:shapes="_x0000_s1029">
Прямаяреакция является экзотермической +Q,
Согласноправилам по смещению химического равновесия, для того,
Чтобысместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции,
температурув систему необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких
температурах,скорость реакции существенно падает. Экспериментальным
путемхимики-технологи, что оптимальной температурой для протекания
прямойреакции с максимальным образованием SO3 является температура
400-500°С.Это достаточно низкая температура в химических производствах.
Длятого чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре
вреакцию вводят катализатор. Экспериментальным путем выяснили,
чтонаилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V2O5
б)давление:
Прямаяреакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2и 1V O2), а справа — 2V SO3. Раз прямая реакция протекаетс уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химическогоравновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят приповышенном давлении.
Преждечем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, еёнеобходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается втеплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходитмежду трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубокпроходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактныйаппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужнойтемпературы, проходя между трубками в контактном аппарате.
Температура400-500°С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты вреакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксидасеры и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2в SO3.
Образовавшийсяоксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменникпопадает в поглотительную башню.
ТРЕТЬЯ СТАДИЯ — поглощение SO3серной кислотой.
<img src="/cache/referats/26637/image024.jpg" align=«left» hspace=«10» vspace=«10» v:shapes="_x0000_s1030">
Протекает в поглотительной башне.
Апочему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксидсеры растворить в воде: SO3 + H2O <img src="/cache/referats/26637/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1042">2SO4.Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду,образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелексерной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количестватеплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается впар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды — это так мало, чтонагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошорастворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Уравнениереакции этого процесса nSO3 + H2SO4 <img src="/cache/referats/26637/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1043">2SO4·nSO3
Образовавшийсяолеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумомзаполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
<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">
Нитрозный способ.
Нитрозныйметод получения H2SO4 был впервые применён в середине XVIII века. До20-х годов текущего века процессполучения серной кислоты нитрозным методом проводился в больших свинцовыхкамерах (камерный метод). Теперь он осуществляется в специальных башнях (башенный способ). Получаемая побашенному способу кислота, как правило, содержит 76 % H2SO4 и несколько загрязненаразличными примесями. Основным потребителем этой кислоты являетсяпромышленность минеральных удобрений.
Башни выкладываются из кислотоупорныхкерамических плит с наружным кожухом из листовой стали. Внутри они неплотнозаполнены насадкой из кислотоупорной керамики.
На первой стадии, одинаковой для обоих методов, получают сернистыйангидрит CO2.Исходным сырьём может быть, в принципе, любое вещество, содержащее серу:природные сульфиды железа (прежде всего, пирит FeS2), а также сульфиды медии никеля, сульфидные полиметаллические руды, гипс CaSO4.2H2Oиэлементарные сера. Всё больше и больше используют газы, которые выделяются припереработке и сжигании горючих ископаемых (угля, нефти), содержащих соединениясеры.
Полученный SO2окисляют до H2SO4, используетсядля этого в нитрозном методе используется окислы азота. С этой стадии обаметода отличаются друг от друга.
В специальной окислительной башне 3 смешивают окись азота NO и NO2 с воздухом в такомсоотношении, чтобы половина имеющихся NOи NO2.
2NO+ O2 <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">®
2NO2В результате газовая смесь содержит равные NOи NO2. Она подаётсяв башни 4 и 5, орошаемые 75% — ной серной кислотой; здесь смесь окислов азотапоглощается с образованием нитрозиллерной кислоты:
NO + NO2+ 2H2SO4 <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">®
2NO(HSO4) + H2OРаствор нитрозиллерной кислоты в серной кислоте, называемый нитрозой,орошает башни 1 и 2, куда противотоком поступает SO2 и добавляется вода. Врезультате гидролиза нитрозиллерной кислоты образуется азотная кислота:
NO(HSO4) + H2O<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">®
H2SO4 + HNO2Она — то и окисляет SO2по уравнению:
SO2+ 2HNO2<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">®
H2SO4 + 2NOВ нижней части башен 1 и 2 накапливается 76% серная кислота,естественно, в большем количестве, чем её было затрачено на приготовлениенитрозы (ведь добавляется «новорождённая» серная кислота). Окись азота NO возвращается снова наокисление. Поскольку некоторое количество её меряется с выхлопными газами,приходится добавлять в систему HNO3,служащую источником окислов азота.
Недостаток башенного метода состоит в том, что полученная сернаякислота имеет концентрацию лишь 76% (при большей концентрации плохо идётгидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислотыупариванием представляет дополнительную трудность. Преимущество этого метода втом, что примеси содержащиеся в SO2,не влияют на ход процесса, так что исходный SO2 достаточно очистить от пыли, т.е. механическихзагрязнений. Естественно, башенная серная кислота бывает недостаточно чистой,что ограничивает её применение.