Как пишется раствор серной кислоты - Правописание и грамматика

Sulfuric Acid or Sulphuric Acid is a mineral acid consisting of one Sulfur, four Oxygen, and two Hydrogen atoms. The chemical or molecular formula of Sulfuric Acid is H₂SO₄. Sulfuric Acid is one most important commercially used chemicals. It is also known as Mattling acid or Hydrogen Sulfate or Vitriol. Sulphuric acid is a very strong acid and viscous liquid. It is a colorless, odorless, oily liquid, and corrosive in nature. Sulfuric acid is a component of acid rain as it is soluble in water.

Sulfuric acid is a highly acidic liquid. As a result, it is used for the cleaning of metals, the extraction of impurities from oil, the production of chemicals such as nitric acid and hydrochloric acid, and the manufacture of dye, medicines, detergents, and explosives, among other processes. The molar mass of Sulfuric Acid is 98.079 g/mol. The density of Sulfuric acid is 1.83 g/cm³. The H₂SO₄ molecule is covalent and has a tetrahedral structure and monoclinic crystal structure.

What is Sulfuric Acid?

Sulfuric acid is a highly reactive chemical. Sulfuric acid is used in many industries like lead-based automobile batteries, the production of various chemicals, glue, and explosives, the refinement of petroleum, the curing of metal, etc. Hence, due to these wide applications, it is referred to as the “King of Chemicals“. The chemical formula for Sulfuric or Sulphuric Acid is H₂SO₄.

As shown below, Sulfuric Acid (H₂SO₄) is a covalent compound that consists of a Sulfur atom, which is attached to two Oxygen atoms and two Hydroxyl molecules (-OH).

Properties of Sulfuric Acid (H₂SO₄)

Physical Properties of Sulfuric Acid

H₂SO₄ is a viscous, thick, colorless, and oily liquid
Sulfuric acid has a density of 1.84 g/mL, a boiling point of 337 °C, and a melting point of 10 °C.
Concentrated sulfuric acid is 98% in water, and is the most stable form. Many other concentrations, with different names, are available for various purposes like Battery acid which is 29–32%, chamber acid which is 62-70%, and tower acid which is 78-80%.
It has a specific gravity of 1.84 at 298 K.
It turns blue litmus red and the pH values of sulphuric acid in mmol/l are mentioned in the table below,

pH values	1 mM	10 mM	100 mM
Sulphuric acid (in mmol/l)	2.75	1.87	1.01

It is highly corrosive, making it dangerous to touch.

Chemical Properties of Sulfuric Acid

H₂SO₄ is a strong acid that completely dissociates into ions in its aqueous solution as,

H₂SO₄ ⇢ H₂⁺ + SO₄^-2

Sulphuric Acid is a good oxidizing agent, as it oxidizes other substances by donating its oxygen atoms, in a chemical reaction. As shown below, it oxidizes carbon and sulphur.

2H₂SO₄ + C ⇢ 2H₂O + 2SO₂ + CO₂

2H₂SO₄ + S ⇢ 2H₂O + 3SO₂

Sulfuric acid reacts vigorously with water in a highly exothermic reaction (i.e., releases heat).
Sulphuric Acid is a dibasic acid and releases two hydrogen ions per molecule.
Sulphuric Acid has hygroscopic properties, which implies that H₂SO₄ can draw and control moisture from its surroundings. This effect makes it a good dehydrating agent.
It is less volatile. This is why it contributes to preparing more volatile acids from their complementary salts.

Structure of Sulphuric Acid

Two oxygen atoms form double bonds with the Sulphur atom, while two hydroxyl groups (OH) form single bonds with the Sulphur atom. Due to its ability to release two protons, it is a diprotic acid. As shown below, the molecule has a tetrahedral structure and is covalent.

Preparation of Sulfuric Acid

Sulfuric Acid is generally prepared and manufactured by the following two methods, which are widely used.

Contact Process
Lead Chamber Process

Contact Process for manufacturing of Sulfuric Acid

The Contact Process comprises three phases in the production of sulphuric acid:

Preparation of Sulphur dioxide by burning sulphur or sulphide ores in the air.

S (s) + O₂ (g) → SO₂ (g)

Reaction between sulphur dioxide with oxygen in the presence of V₂O₅ catalyst to produce Sulphur trioxide (SO₃) as,

2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Conversion of Sulphur Trioxide into Sulphuric Acid as,

SO₃+ H₂SO₄(Oleum) → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) → 2H₂SO₄ (Sulfuric Acid)

The sulphuric acid obtained by the Contact process is 96–98% pure.

Lead Chamber Process

One of the most popular manufacturing processes is the lead Chamber method. It produces around 50 to 60 B-grade acids. Wet SO₂ in the presence of nitrogenous oxides is used in this procedure (dynamic impetus). As a result, it undergoes oxidation with airborne oxygen to produce sulphur trioxide. This reaction is stated as,

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

Then, water and sulphur trioxide are allowed to interact, resulting in H₂SO₄. This reaction is stated as,

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Molecular Mass of Sulphuric Acid

Sulphuric acid has the chemical formula H₂SO₄. According to this formula, one molecule of sulphuric acid (H₂SO₄) comprises 2 moles of hydrogen, 1 mole of sulfur, and 4 moles of oxygen atoms. As a result, the molecular mass of H₂SO₄ will be equal to the sum of the masses of two moles of hydrogen, one mole of sulfur, and four moles of oxygen. Because hydrogen has an atomic mass of 1u, sulfur has an atomic mass of 32u, and oxygen has an atomic mass of 16u, the molecular mass of sulphuric acid may be computed as follows:

The molecular mass of H₂SO₄= Mass of 2 moles of hydrogen atoms + Mass of 1 mole of sulphur + Mass of 4 moles of oxygen atoms

= 2 × 1 + 32 + 4 × 16

= 2 + 32 + 64

= 98 u

Thus, the molecular mass of sulphuric acid is 98u and the molecular weight of sulphuric acid is 98 g/mol.

Reactions of Sulfuric Acid

Dissociation- When pure water-free sulphuric acid is cooked, sulfur trioxide and water are formed.

H₂SO₄→ SO₃+ H₂O

Acidic Character of Sulphuric Acid- It’s a common dibasic acid that turns blue litmus crimson when exposed to it. It divides into two groups of salts.

NaOH + H₂SO₄→ NaHSO₄+ H₂O

2NaOH + H₂SO₄→ Na₂SO₄+ 2H₂O

Sulphonating Action of Sulphuric Acid- Concentrated sulphuric acid combines with a variety of organic molecules, such as benzene, toluene, and others, to form sulphonic acids, as an example.

C₆H₆+ H₂SO₄→ C₆H₅SO₃H + H₂O

Precipitation Reactions with Sulphuric Acid- It creates insoluble sulfates that precipitate when handled with aqueous solutions of barium, lead, and other salts, for example.

H₂SO₄+ BaCl₂→ BaSO₄↓ + 2HCl

Reaction with Sulphur Trioxide- Oleum, commonly known as fuming sulphuric acid, is formed when it dissolves sulfur trioxide.

H₂SO₄+ SO₃→ H₂S₂O₇

Uses of Sulfuric Acid

Sulfuric acid is known as one of the most essential reagents, and it has several industrial uses. Several instances include:

Fertilizers such as ammonium sulfate, lime superphosphate, and others are made in this way.
In the production of colors, explosives, and pharmaceuticals.
H₂SO₄ is used in the production of acids such as HCl and HNO₃.
In the production of pigments, paints, and polymers, for example.
In the paper and textile industries, for example.
Nitrocellulose is used in the production of goods.
Applications in metallurgy (Example: Cleaning metals before enameling, electroplating, and galvanizing).
In the leather business.
In storage compartments.
In the oil and gas sector.
In the detergent business.
It works as a dehydrator.
As a reagent in the laboratory.

FAQs on Sulfuric Acid

Question 1: What are the uses of sulphuric acid?

Answer:

Fertilizers, dyestuffs, explosives, and pharmaceuticals are all made with sulphuric acid. It is also used to make acids such as HCl and HNO3. It’s frequently utilised in the metallurgical industry (Example: Cleaning metals before enamelling, electroplating and galvanising).

Question 2: Why is Sulphuric acid called the king of chemicals?

Answer:

Sulphuric acid, sometimes known as the “king of chemicals,” is one of the most significant substances. It’s also known as vitriol oil since it used to be made from green vitriol back in the day. It is very corrosive and more reactive than other acids. As a result, it has a wide range of uses, including usage in laboratories, batteries, detergents, and the manufacture of numerous medications.

Question 3: What will happen when Sulphuric Acid reacts with aqueous solutions of the salts of barium?

Answer:

It generates insoluble sulphates that precipitate when handled with aqueous solutions of barium salts.

H₂SO₄+ BaCl₂→ BaSO₄↓ + 2HCl

Question 4: What will happen when Sulphuric Acid reacts with Sulphur Trioxide?

Answer:

Sulphuric acid dissolves sulphur trioxide to generate oleum, often known as fuming sulphuric acid.

H₂SO₄+ SO₃→ H₂S₂O₇

Question 5: What is the structure of sulphuric acid?

Answer:

In sulphuric acid, two hydrogen atoms are firmly bonded to two oxygen atoms, resulting in two-OH groups. The molecule is covalent and has a tetrahedral structure.

Question 6: Which acid is the strongest in the world?

Answer:

Fluoroantimonic acid is a superacid mixture of Antimony Pentafluoride and Hydrofluoric Acid, which is the strongest in the world.

Acids, Bases, and Salts

Types of Acids

Sulfurous Acid Formula

Источник

What is Sulfuric Acid?

Sulfuric acid is a highly reactive chemical. Sulfuric acid is used in many industries like lead-based automobile batteries, the production of various chemicals, glue, and explosives, the refinement of petroleum, the curing of metal, etc. Hence, due to these wide applications, it is referred to as the “King of Chemicals“. The chemical formula for Sulfuric or Sulphuric Acid is H₂SO₄.

As shown below, Sulfuric Acid (H₂SO₄) is a covalent compound that consists of a Sulfur atom, which is attached to two Oxygen atoms and two Hydroxyl molecules (-OH).

Properties of Sulfuric Acid (H₂SO₄)

Physical Properties of Sulfuric Acid

H₂SO₄ is a viscous, thick, colorless, and oily liquid
Sulfuric acid has a density of 1.84 g/mL, a boiling point of 337 °C, and a melting point of 10 °C.
Concentrated sulfuric acid is 98% in water, and is the most stable form. Many other concentrations, with different names, are available for various purposes like Battery acid which is 29–32%, chamber acid which is 62-70%, and tower acid which is 78-80%.
It has a specific gravity of 1.84 at 298 K.
It turns blue litmus red and the pH values of sulphuric acid in mmol/l are mentioned in the table below,

pH values	1 mM	10 mM	100 mM
Sulphuric acid (in mmol/l)	2.75	1.87	1.01

It is highly corrosive, making it dangerous to touch.

Chemical Properties of Sulfuric Acid

H₂SO₄ is a strong acid that completely dissociates into ions in its aqueous solution as,

H₂SO₄ ⇢ H₂⁺ + SO₄^-2

Sulphuric Acid is a good oxidizing agent, as it oxidizes other substances by donating its oxygen atoms, in a chemical reaction. As shown below, it oxidizes carbon and sulphur.

2H₂SO₄ + C ⇢ 2H₂O + 2SO₂ + CO₂

2H₂SO₄ + S ⇢ 2H₂O + 3SO₂

Sulfuric acid reacts vigorously with water in a highly exothermic reaction (i.e., releases heat).
Sulphuric Acid is a dibasic acid and releases two hydrogen ions per molecule.
Sulphuric Acid has hygroscopic properties, which implies that H₂SO₄ can draw and control moisture from its surroundings. This effect makes it a good dehydrating agent.
It is less volatile. This is why it contributes to preparing more volatile acids from their complementary salts.

Structure of Sulphuric Acid

Preparation of Sulfuric Acid

Sulfuric Acid is generally prepared and manufactured by the following two methods, which are widely used.

Contact Process
Lead Chamber Process

Contact Process for manufacturing of Sulfuric Acid

The Contact Process comprises three phases in the production of sulphuric acid:

Preparation of Sulphur dioxide by burning sulphur or sulphide ores in the air.

S (s) + O₂ (g) → SO₂ (g)

Reaction between sulphur dioxide with oxygen in the presence of V₂O₅ catalyst to produce Sulphur trioxide (SO₃) as,

2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Conversion of Sulphur Trioxide into Sulphuric Acid as,

SO₃+ H₂SO₄(Oleum) → H₂S₂O₇

H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l) → 2H₂SO₄ (Sulfuric Acid)

The sulphuric acid obtained by the Contact process is 96–98% pure.

Lead Chamber Process

One of the most popular manufacturing processes is the lead Chamber method. It produces around 50 to 60 B-grade acids. Wet SO₂ in the presence of nitrogenous oxides is used in this procedure (dynamic impetus). As a result, it undergoes oxidation with airborne oxygen to produce sulphur trioxide. This reaction is stated as,

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

Then, water and sulphur trioxide are allowed to interact, resulting in H₂SO₄. This reaction is stated as,

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Molecular Mass of Sulphuric Acid

The molecular mass of H₂SO₄= Mass of 2 moles of hydrogen atoms + Mass of 1 mole of sulphur + Mass of 4 moles of oxygen atoms

= 2 × 1 + 32 + 4 × 16

= 2 + 32 + 64

= 98 u

Thus, the molecular mass of sulphuric acid is 98u and the molecular weight of sulphuric acid is 98 g/mol.

Reactions of Sulfuric Acid

Dissociation- When pure water-free sulphuric acid is cooked, sulfur trioxide and water are formed.

H₂SO₄→ SO₃+ H₂O

Acidic Character of Sulphuric Acid- It’s a common dibasic acid that turns blue litmus crimson when exposed to it. It divides into two groups of salts.

NaOH + H₂SO₄→ NaHSO₄+ H₂O

2NaOH + H₂SO₄→ Na₂SO₄+ 2H₂O

Sulphonating Action of Sulphuric Acid- Concentrated sulphuric acid combines with a variety of organic molecules, such as benzene, toluene, and others, to form sulphonic acids, as an example.

C₆H₆+ H₂SO₄→ C₆H₅SO₃H + H₂O

Precipitation Reactions with Sulphuric Acid- It creates insoluble sulfates that precipitate when handled with aqueous solutions of barium, lead, and other salts, for example.

H₂SO₄+ BaCl₂→ BaSO₄↓ + 2HCl

Reaction with Sulphur Trioxide- Oleum, commonly known as fuming sulphuric acid, is formed when it dissolves sulfur trioxide.

H₂SO₄+ SO₃→ H₂S₂O₇

Uses of Sulfuric Acid

Sulfuric acid is known as one of the most essential reagents, and it has several industrial uses. Several instances include:

Fertilizers such as ammonium sulfate, lime superphosphate, and others are made in this way.
In the production of colors, explosives, and pharmaceuticals.
H₂SO₄ is used in the production of acids such as HCl and HNO₃.
In the production of pigments, paints, and polymers, for example.
In the paper and textile industries, for example.
Nitrocellulose is used in the production of goods.
Applications in metallurgy (Example: Cleaning metals before enameling, electroplating, and galvanizing).
In the leather business.
In storage compartments.
In the oil and gas sector.
In the detergent business.
It works as a dehydrator.
As a reagent in the laboratory.

FAQs on Sulfuric Acid

Question 1: What are the uses of sulphuric acid?

Answer:

Fertilizers, dyestuffs, explosives, and pharmaceuticals are all made with sulphuric acid. It is also used to make acids such as HCl and HNO3. It’s frequently utilised in the metallurgical industry (Example: Cleaning metals before enamelling, electroplating and galvanising).

Question 2: Why is Sulphuric acid called the king of chemicals?

Answer:

Sulphuric acid, sometimes known as the “king of chemicals,” is one of the most significant substances. It’s also known as vitriol oil since it used to be made from green vitriol back in the day. It is very corrosive and more reactive than other acids. As a result, it has a wide range of uses, including usage in laboratories, batteries, detergents, and the manufacture of numerous medications.

Question 3: What will happen when Sulphuric Acid reacts with aqueous solutions of the salts of barium?

Answer:

It generates insoluble sulphates that precipitate when handled with aqueous solutions of barium salts.

H₂SO₄+ BaCl₂→ BaSO₄↓ + 2HCl

Question 4: What will happen when Sulphuric Acid reacts with Sulphur Trioxide?

Answer:

Sulphuric acid dissolves sulphur trioxide to generate oleum, often known as fuming sulphuric acid.

H₂SO₄+ SO₃→ H₂S₂O₇

Question 5: What is the structure of sulphuric acid?

Answer:

In sulphuric acid, two hydrogen atoms are firmly bonded to two oxygen atoms, resulting in two-OH groups. The molecule is covalent and has a tetrahedral structure.

Question 6: Which acid is the strongest in the world?

Answer:

Fluoroantimonic acid is a superacid mixture of Antimony Pentafluoride and Hydrofluoric Acid, which is the strongest in the world.

Acids, Bases, and Salts

Types of Acids

Sulfurous Acid Formula

Источник

Серная кислота — сильная двухосновная кислота, при н.у. маслянистая жидкость без цвета и запаха.

Обладает выраженным дегидратационным (водоотнимающим) действием. При попадании на кожу или слизистые оболочки приводит к тяжелым ожогам.

Замечу, что существует олеум — раствор SO₃ в безводной серной кислоте, дымящее жидкое или твердое вещество. Олеум применяется
при изготовлении красителей, органическом синтезе и в производстве серной кислот.

Известны несколько способов получения серной кислоты. Применяется промышленный (контактный) способ, основанный на сжигании пирита, окислении
образовавшегося SO₂ до SO₃ и последующим взаимодействием с водой.

SO₂ + O₂ ⇄ (кат. — V₂O₅) SO₃

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Он состоит из нескольких этапов:

1. NO + O₂ → NO₂

Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием
нитрозилсерной кислоты:

2. NO + NO₂ + 2H₂SO₄ = 2NO(HSO₄) + H₂O

3. NO(HSO₄) + H₂O = H₂SO₄ + HNO₂

Кислотные свойства

В водном растворе диссоциирует ступенчато.

H₂SO₄ ⇄ H⁺ + HSO₄^—

HSO₄^— ⇄ H⁺ + SO₄^2-

Сильная кислота. Реагирует с основными оксидами, основаниями, образуя соли — сульфаты.

MgO + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂O

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O (гидросульфат калия, соотношение 1:1 — кислая соль)

2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O (сульфат калия, соотношение 2:1 — средняя соль)

Реакции с солями

С солями реакция идет, если в результате выпадает осадок, образуется газ или слабый электролит (вода). Серная кислота, как и многие
другие кислоты, способна растворять осадки.

BaBr₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HBr

MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + CO₂↑ + H₂O

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O

Реакция с неметаллами

Серная кислота окисляет неметаллы — серу и углерод — соответственно до угольной кислоты (нестойкой) и сернистого газа.

S + H₂SO₄ → SO₂ + H₂O

C + H₂SO₄ → CO₂ + SO₂ + H₂O

Реакции с металлами

Реакции разбавленной серной кислоты с металлами не составляют никаких трудностей: она реагирует как самая обычная кислота, например HCl.
Все металлы, стоящие до водорода, вытесняют из серной кислоты водород, а стоящие после — не реагируют с ней.

Подчеркну, что реакции разбавленной серной кислоты с железом и хромом не сопровождаются переходом этих элементов в максимальную степень окисления.
Они окисляются до +2.

Fe + H₂SO_4(разб.) → FeSO₄ + H₂↑

Zn + H₂SO_4(разб.) → ZnSO₄ + H₂↑

Cu + H₂SO_4(разб.) ⇸ (реакция не идет, медь не может вытеснить водород из кислоты)

Концентрированная серная кислота ведет себя совершенно по-иному. Водород никогда не выделяется, вместо него с активными металлами
выделяется H₂S, с металлами средней активности — S, с малоактивными металлами — SO₂.

Na + H₂SO_4(конц.) → Na₂SO₄ + H₂S + H₂O

Zn + H₂SO_4(конц.) → ZnSO₄ + S + H₂O

Cu + H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Cr, Fe, Ni, Be, Co. При нагревании или амальгамировании
данных металлов реакция идет.

Обратите особое внимание, что при реакции железа, хрома с концентрированной серной кислотой достигается степень окисления +3.
В подобных реакциях с разбавленной серной кислотой (написаны выше) достигается степень окисления +2.

Fe + H₂SO_4(конц.) → (t) Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

Cr + H₂SO_4(конц.) → (t) Cr₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

Иногда в тексте задания даны подсказки. Например, если написано, что выделился газ с неприятным запахом тухлых яиц — речь идет
об H₂S, если же написано, что выделилось простое вещество — речь о сере (S).

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Серная кислота

Систематическое наименование	серная кислота
Хим. формула	H₂SO₄
Состояние	жидкость
Молярная масса	98,078 ± 0,006 г/моль
Плотность	1,8356 г/см³
Динамическая вязкость	0,027534 Па·с
Кинематическая вязкость	0,1501 см²/с (при 20 °C)
Т. плав.	10,38 °C
Т. кип.	337 °C
Удельная теплота плавления	10,73 Дж/кг
Давление пара	0,001 ± 0,001 мм рт.ст.
pK_a	-3
Растворимость в воде	смешивается
Показатель преломления	1.397
Дипольный момент	2.72 Д
ГОСТ	ГОСТ 2184-77 ГОСТ 667-73 ГОСТ 14262-78 ГОСТ 4204-77
Рег. номер CAS	7664-93-9
PubChem	1118
Рег. номер EINECS	231-639-5
SMILES	OS(O)(=O)=O
InChI	1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4) QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N
Рег. номер EC	231-639-5
Кодекс Алиментариус	E513
RTECS	WS5600000
ChEBI	26836 и 45693
Номер ООН	1830
ChemSpider	1086
ЛД₅₀	510 мг/кг
NFPA 704
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Серная кислота H₂SO₄ — 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, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 — раствор SO₃ в серной кислоте (олеум).

Содержание

1 Название
2 Получение серной кислоты
- 2.1 Промышленный (контактный) способ
- 2.2 Нитрозный (башенный) способ
- 2.3 Другой способ
3 Физические и физико-химические свойства
- 3.1 Олеум
4 Химические свойства
5 Применение
6 Токсическое действие
7 Исторические сведения
8 Дополнительные сведения
9 Стандарты

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

Основная статья: Производство 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 %).

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

H₂O + SO₃ = H₂SO₄

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.

SO₂ + NO₂ + H₂O = H₂SO₄ + NO ↑

Другой способ

В тех редких случаях, когда сероводород (H₂S) вытесняет сульфат(SO₄^—) из соли (с металлами Cu,Ag,Pb,Hg) побочным продуктом является серная кислота

H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄

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

Очень сильная кислота, при 18^оС pK_a (1) = −2,8, pK_a (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10⁻²); длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3 % H₂SO₄ и 1,7 % H₂O с температурой кипения 338,8^оС). Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H₂SO₄, имеет состав (%): H₂SO₄ 99,5, HSO₄⁻ — 0,18, H₃SO₄⁺ — 0,14, H₃O⁺ — 0,09, H₂S₂O₇, — 0,04, HS₂O₇⁻ — 0,05. Смешивается с водой и SO₃, во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H₃O⁺, HSO₃⁺, и 2HSO₄⁻. Образует гидраты H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Олеум

Основная статья: 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:

H₂SO₄ + SO₃ → H₂S₂O₇ Сульфит

H₂SO₄ + 2SO₃ → H₂S₃O₁₀

Температура кипения водных растворов серной кислоты повышается с ростом её концентрации и достигает максимума при содержании 98,3 % H₂SO₄.

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума

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:

lg ⁡p = A − B + 2,126 ,

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:

H₂SO₄ ⟷ H₂O + SO₃ − Q .

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 t²

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.

8HI + H₂SO₄ = 4I₂ ↓ + H₂S↑ + 4H₂O

2HBr + H₂SO₄ = Br₂↓ + SO₂↑ + 2H₂O

Углерод до CO₂, серу — до SO₂.

C + 2H₂SO₄ = 2SO₂↑ + CO₂ ↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄ = 3SO₂↑ + 2H₂O

Окисляет многие металлы (исключения: Au, Pt, Ir, Rh, Ta.). При этом концентрированная серная кислота восстанавливается до SO₂, например:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O + SO₂

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:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

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.

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

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:

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Концентрированная H₂SO₄ превращает некоторые органические вещества в другие соединения углерода:

HCOOH + H2SO₄(k) = CO↑ + H₂SO₄ ⋅ nH2O

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:

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2HCl

Применение

Перевозка серной кислоты железнодорожным транспортом осуществляется в специализированных вагонах-цистернах

Контейнеры-цистерны для перевозки серной кислоты погруженные на железнодорожные фитинговые платформы, станция Волковская, Санкт-Петербург

Серную кислоту применяют:

в обработке руд, особенно при добыче редких элементов, в том числе урана, иридия, циркония, осмия и т. п.;
в производстве минеральных удобрений;
как электролит в свинцовых аккумуляторах;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор);
в промышленном органическом синтезе в реакциях:
- дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
- гидратации (этанол из этилена);
- сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
- алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.;
- для восстановления смол в фильтрах на производстве дистиллированной воды.

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

Серная кислота и олеум — очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

В РФ оборот серной кислоты концентрации 45% и более — ограничен.

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

Молекула серной кислоты по Дальтону

2FeSO₄ + 7H₂O → Fe₂O₃ + SO2 + H₂O + O₂

2SO₂ + 2H₂O + O₂ ⇄ 2H₂SO₄

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

Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь, из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (Полуостров Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3⋅10⁷ тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994.

Стандарты

Кислота серная техническая ГОСТ 2184-77
Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667-73
Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 14262-78
Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204-77

Источник

Оксид серы(VI)

Oксид серы((VI)) образуется при каталитическом окислении сернистого газа:

При обычных условиях это жидкость, которая реагирует с водой с образованием серной кислоты:

Эта реакция протекает даже с парами воды. Поэтому оксид серы((VI)) дымит на воздухе.

Особенностью оксида серы((VI)) является его способность растворяться в концентрированной серной кислоте с образованием олеума.

Оксид серы((VI)) — типичный кислотный оксид. Он реагирует с основаниями и основными оксидами c образованием солей:

Степень окисления серы в этом оксиде — (+6). Это максимальное значение для серы, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях он может быть только окислителем.

Серная кислота

H2SO4

— важнейшее соединение серы. Чистая серная кислота представляет собой бесцветную вязкую маслянистую жидкость, котoрая почти в два раза тяжелее воды.

Серная кислота неограниченно смешивается с водой. Растворение серной кислоты сопровождается сильным разогреванием раствора, и может происходить его разбрызгивание. Поэтому серную кислоту растворяют осторожно: тонкой струйкой кислоту вливают в воду при постоянном перемешивании.

Рис. (1). Смешивание серной кислоты с водой

Серная кислота очень гигроскопична и используется для осушки разных веществ.

Химические свойства серной кислоты зависят от её концентрации.

Серная кислота любой концентрации реагирует:

с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием соли и воды:

H2SO4+Zn(OH)2=ZnSO4+2H2O

;

с солями, если образуется газ или нерастворимое вещество:

H2SO4+CaCO3=CaSO4+H2O+CO2↑

Разбавленная кислота реагирует только с металлами, расположенными в ряду активности до водорода. В реакции образуются сульфаты и выделяется водород. Окислительные свойства в этом случае проявляют атомы водорода:

H2+1SO4+Zn0=Zn+2SO4+H2↑0

Концентрированная кислота реагирует:

со всеми металлами, кроме золота и платины, за счёт сильных окислительных свойств атома серы:

2H2S+6O4+Cu0=Cu+2SO4+S+4O2+2H2O

В реакциях с активными металлами продуктами реакции могут быть сернистый газ, сероводород или сера.

Обрати внимание!

При низкой температуре пассивирует железо и алюминий и с ними не реагирует.

С твёрдыми солями других кислот:

H2SO4(к)+2NaNO3(тв)=Na2SO4+2HNO3

Со многими органическими веществами (происходит обугливание сахара, бумаги, древесины и т. д., так как отнимается вода):

Рис. (2). Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Серная кислота образует два ряда солей. Средние соли называются сульфатами (

Na2SO4,CaSO4

), а кислые — гидросульфатами (

NaHSO4,Ca(HSO4)2

Качественной реакцией на серную кислоту и её соли является реакция с растворимыми солями бария — выпадает белый осадок сульфата бария:

Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl,SO42−+Ba2+=BaSO4↓.

Серная кислота — одно из важнейших химических веществ. Она используется:

для получения других кислот;
для производства минеральных удобрений;
для очистки нефтепродуктов;
в свинцовых аккумуляторах;
в производстве моющих средств, красителей, лекарств.

Соли серной кислоты также находят применение. Медный купорос

CuSO4⋅5H2O

используется для борьбы с заболеваниями растений, гипс

CaSO4⋅2H2O

применяется в строительстве, сульфат бария

BaSO4

— в медицине.

Источники:

Рис. 1. Смешивание серной кислоты с водой © ЯКласс

Рис. 2. Обугливание сахара концентрированной серной кислотой © ЯКласс

Источник

Константа диссоциации кислоты

$mathsf{H_2O + SO_3 = H_2SO_4}$

Нитрозный (башенный) способ

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума

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

lg p {{=}} {rm {{A} {{-}} {B over {it {{T}}}} {{+}} 2{,}126{,}}}

С повышением температуры усиливается диссоциация:

$}=14{,}74965-6{,}71464ln {298 over {it {{T}}}}-8{,}10161cdot 10^{4}{it {{T^{2}}-{{rm {9643{,}04}} over {it {{T}}}}-{rm {9{,}4577cdot 10^{{-3}}{it {{T}+{rm {2{,}19062cdot 10^{{-6}}{it {{T^{2}}.}}}}}}}}}}$

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:

${it {{d}={rm {1{,}8517-1{,}1cdot 10^{{-3}}{it {{t}+{rm {2cdot 10^{{-6}}{it {{t^{2}}.}}}}}}}}}}$

При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:

{rm {lambda =0{,}518+0{,}0016{it {{t}-{rm {(0{,}25+{it {{t}/{rm {{1293})cdot {it {{C}/{rm {100,}}}}}}}}}}}}}}

где С — концентрация серной кислоты, в %.

Химические свойства

Серная кислота в концентрированном виде при нагревании — довольно сильный окислитель.

Окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов.

Алхимикам XV века в известен был также способ получения серной кислоты из пирита — серного колчедана, более дешёвого 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.

Дополнительные сведения

Стандарты

Кислота серная техническая ГОСТ 2184—77
Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667—73
Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 14262—78
Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204—77

Источник

Серная кислота

Sulphuric acid 96 percent extra pure.jpg

Общие

Систематическое
наименование

Серная кислота

Традиционные названия

Серная кислота

Хим. формула

H₂SO₄

Рац. формула

H₂SO₄

Физические свойства

Состояние

Жидкость

Молярная масса

98,078 ± 0,006 г/моль

Плотность

1,8356 г/см³

Динамическая вязкость

21 мПа·с^[2]

Термические свойства

Температура

• плавления

+10,38 °C

• кипения

+337 °C

• разложения

+450 °C

Удельная теплота плавления

10,73 Дж/кг

Давление пара

0,001 ± 0,001 мм рт.ст.^[3]

Химические свойства

Константа диссоциации кислоты ${displaystyle pK_{a}}$

-3

Растворимость

• в воде

Растворима

Оптические свойства

Показатель преломления

1.397

Структура

Дипольный момент

2.72 Д

Классификация

Рег. номер CAS

7664-93-9

PubChem

1118

Рег. номер EINECS

231-639-5

SMILES

OS(O)(=O)=O

InChI

InChI=1S/H2O4S/c1-5(2,3)4/h(H2,1,2,3,4)

QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N

Кодекс Алиментариус

E513

RTECS

WS5600000

ChEBI

26836

Номер ООН

1830

ChemSpider

1086

Безопасность

Предельная концентрация

1 мг/м³

ЛД₅₀

100 мг/кг

Токсичность

2-й класс опасности^[1], общетоксическое действие.

Краткие характер. опасности (H)

H290, H314

Меры предостор. (P)

P280, P301+P330+P331, P303+P361+P353, P305+P351+P338, P308+P311

Сигнальное слово

опасно

Пиктограммы СГС

NFPA 704

W
OX

Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Медиафайлы на Викискладе

Се́рная кислота́ (химическая формула — H₂SO₄) — сильная неорганическая кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6).

При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с сильнокислым «медным» вкусом. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом SO₃. Если молярное отношение SO₃ : H₂O < 1, то это водный раствор серной кислоты, если > 1 — раствор SO₃ в серной кислоте (олеум). Токсична в больших дозах^[4], обладает исключительно сильной коррозионной активностью.

Название

В XVIII—XIX веках серу для пороха производили из серного колчедана (пирит) на купоросных заводах. Серную кислоту в то время называли «купоросным маслом»^[5]^[6], очевидно отсюда происхождение названия её солей (а точнее именно кристаллогидратов) — купоросы.

Исторические сведения

Серная кислота известна с древности, она встречается 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.

Схема получения серной кислоты из железного купороса — термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси^[7]

${displaystyle {mathsf {4FeSO_{4}xrightarrow {} 2Fe_{2}O_{3}+4SO_{2}uparrow +O_{2}uparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {2SO_{2}+2H_{2}O+O_{2}rightleftarrows 2H_{2}SO_{4}}}}$

Физические и физико-химические свойства

Серная кислота — это очень сильная двухосновная кислота, при 18^оС pK_a (1) = −2,8, pK_a (2) = 1,92 (К₂ 1,2 10⁻²); длины связей в молекуле S=O 0,143 нм, S—OH 0,154 нм, угол HOSOH 104°, OSO 119°; кипит, образуя азеотропную смесь (98,3 % H₂SO₄ и 1,7 % H₂О с температурой кипения 338,8^оС). Смешивается с водой и SO₃, во всех соотношениях. В водных растворах серная кислота практически полностью диссоциирует на H₃О⁺, HSO₃⁺, и 2НSO₄⁻. Образует гидраты H₂SO₄·nH₂O, где n = 1, 2, 3, 4 и 6,5.

Серная кислота, отвечающая 100%-ному содержанию H₂SO₄, имеет состав (%):

	H₂SO₄	HSO₄⁻	H₃SO₄⁺	H₃O⁺	HS₂O₇⁻	H₂S₂O₇
состав, %	99,5	0,18	0,14	0,09	0,05	0,04

Олеум

Основная статья: Олеум

Олеум содержит также пиросерные кислоты, образующиеся по реакциям:

${mathsf {H_{2}SO_{4}+SO_{3}rightarrow H_{2}S_{2}O_{7}}};$

Сульфит

${mathsf {H_{2}SO_{4}+2SO_{3}rightarrow H_{2}S_{3}O_{{10}}}}.$

Свойства водных растворов серной кислоты и олеума

Содержание % по массе	Плотность при 20 °C, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C
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

С повышением температуры усиливается диссоциация:

${displaystyle {mathsf {H_{2}SO_{4}<=>SO_{3}+H_{2}O-Q}}.}$

Уравнение температурной зависимости константы равновесия:

$ln {{it {{K_{p}}}}}=14{,}74965-6{,}71464ln {298 over {it {{T}}}}-8{,}10161cdot 10^{4}{it {{T^{2}}-{{rm {9643{,}04}} over {it {{T}}}}-{rm {9{,}4577cdot 10^{{-3}}{it {{T}+{rm {2{,}19062cdot 10^{{-6}}{it {{T^{2}}.}}}}}}}}}}$

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:

${displaystyle d=1{,}8517-1{,}1cdot 10^{-3}t+2cdot 10^{-6}t^{2}.}$

При повышении концентрации и понижении температуры теплопроводность λ уменьшается:

{displaystyle lambda =0{,}518+0{,}0016t-(0{,}25+t/1293)cdot C/100,}

где С — концентрация серной кислоты, в %.

Максимальную вязкость имеет олеум H₂SO₄·SO₃, с повышением температуры η снижается. 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.

Зависимость плотности растворов H₂SO₄ от её массовой доли в водном растворе при 25 °C^[9]

ω, %	5	10	20	30	40	50	60	70	80	85	86	87	88	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100
ρ H₂SO₄, г/мл	1,03	1,064	1,1365	1,215	1,2991	1,3911	1,494	1,6059	1,7221	1,7732	1,7818	1,7897	1,7968	1,8033	1,8091	1,8142	1,8188	1,8227	1,826	1,8286	1,8305	1,8314	1,831	1,8292	1,8255

Химические свойства

Серная кислота в концентрированном виде при нагревании — довольно сильный окислитель.

1. Окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов:

${displaystyle {mathsf {8HI+H_{2}SO_{4}=4I_{2}downarrow +H_{2}Suparrow +4H_{2}O}}}$

ΔH° = −561.9 кДж/моль (экзотермическая)^[10] ΔG° = −305.4 кДж/моль (экзэргоническая)^[10]

${displaystyle {mathsf {2HBr+H_{2}SO_{4}=Br_{2}downarrow +SO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}$

ΔH° = 18.14 кДж/моль (эндотермическая)^[11] ΔS° = −14.95 Дж/моль (экзоэнтропическая)^[11] ΔG° = 22.5 кДж/моль (эндэргоническая)^[11]

Углерод до CO₂, серу — до SO₂.

${displaystyle {mathsf {C+2H_{2}SO_{4}=2SO_{2}uparrow +CO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}$

${displaystyle {mathsf {S+2H_{2}SO_{4}=3SO_{2}uparrow +2H_{2}O}}}$

2. Окисляет многие металлы (исключения: Au, Pt, Ir, Rh, Ta). При этом концентрированная серная кислота восстанавливается до диоксида серы, например^[12]:

${displaystyle {mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+2H_{2}O+SO_{2}uparrow }}}$

3. 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 серы и сероводорода. 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^[12].

4. Разбавленная H₂SO₄ взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением, например^[12]:

${mathsf {Fe+H_{2}SO_{4}=FeSO_{4}+H_{2}{uparrow }}}$

5. 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.

${mathsf {H_{2}SO_{4}+2NaOH=Na_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}$

6. Серная кислота реагирует с основными оксидами, образуя сульфат металла и воду:

${mathsf {CuO+H_{2}SO_{4}=CuSO_{4}+H_{2}O}}$

7. 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:

${mathsf {Fe_{2}O_{3}+3H_{2}SO_{4}=Fe_{2}(SO_{4})_{3}+3H_{2}O}}$

8. Концентрированная H₂SO₄ превращает некоторые органические вещества в другие соединения углерода:

${displaystyle {mathsf {HCOOH+H_{2}SO_{4}(k)=COuparrow +H_{2}SO_{4}cdot nH_{2}O}}}$

9. Качественная реакция на серную кислоту и её растворимые соли — это их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например^[13]:

${displaystyle {mathsf {H_{2}SO_{4}+BaCl_{2}=BaSO_{4}{downarrow }+2HCl{uparrow }}}}$

Получение серной кислоты

Промышленный (контактный) способ

В промышленности серную кислоту получают окислением диоксида серы (сернистый газ, образующийся в процессе сжигания элементарной серы, серного колчедана или сероводород-содержащих газов, поступающих с установок гидроочистки и систем отпарки кислых стоков) до триоксида (серного ангидрида) на твёрдом ванадиевом катализаторе в четыре ступени (данная реакция экзотермична, поэтому применяется промежуточное охлаждение после первого слоя с помощью трубных пучков, через которые подаётся воздух, и после следующих двух ступеней — с помощью кольцевой трубы, имеющей большой диаметр, через которую подаётся воздух, над которой расположен дефлектор. Воздух нагнетается воздуходувками, часть горячего воздуха подаётся на горелочные устройства котлов, в которых производится сжигание сероводородсодержащих газов) последующим охлаждением и взаимодействием SO₃ с водой. Получаемую данным способом серную кислоту также называют «контактной» (концентрация 92-94 %).

${displaystyle {mathsf {2SO_{2}+O_{2}=2SO_{3}}}}$

$mathsf{H_2O + SO_3 = H_2SO_4}$

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.

${displaystyle {mathsf {SO_{2}+NO_{2}+H_{2}O=H_{2}SO_{4}+NOuparrow }}}$

Лабораторные методы

В лаборатории можно получить серную кислоту взаимодействием сероводорода, элементарной серы и диоксида серы с хлорной или бромной водой или пероксидом водорода:

${displaystyle {mathsf {H_{2}S+4Br_{2}+4H_{2}O=H_{2}SO_{4}+8HBruparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {S+3Br_{2}+4H_{2}O=H_{2}SO_{4}+6HBruparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {SO_{2}+Br_{2}+2H_{2}O=H_{2}SO_{4}+2HBruparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {H_{2}S+4Cl_{2}+4H_{2}O=H_{2}SO_{4}+8HCluparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {S+3Cl_{2}+4H_{2}O=H_{2}SO_{4}+6HCluparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {SO_{2}+Cl_{2}+2H_{2}O=H_{2}SO_{4}+2HCluparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {H_{2}S+4H_{2}O_{2}=H_{2}SO_{4}+4H_{2}O}}}$

${displaystyle {mathsf {S+3H_{2}O_{2}=H_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}$

${displaystyle {mathsf {SO_{2}+H_{2}O_{2}=H_{2}SO_{4}}}}$

Также её можно получить взаимодействием диоксида серы с кислородом и водой при +70°C под давлением в присутствии сульфата меди (II):

${displaystyle {mathsf {2SO_{2}+2H_{2}O+O_{2} xrightarrow {+70^{o}C,p,CuSO_{4}} 2H_{2}SO_{4}}}}$

Применение

Серную кислоту применяют:

в обработке руд, особенно при добыче редких элементов, в том числе урана, иридия, циркония, осмия и т. п.;
в производстве минеральных удобрений;
в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор);
в промышленном органическом синтезе в реакциях:
- дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
- гидратации (этанола из этилена);
- сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
- алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.;
- восстановления смол в фильтрах на производстве дистиллированной воды.

Мировое производство серной кислоты около 200 млн тонн в год^[14]. 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

Серная кислота и олеум — очень едкие вещества, поражающие все ткани организма. При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Попадание кислоты на глаза в высокой концентрации может привести как к конъюнктивиту, так и к полной потере зрения^[15].

Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин).

Серная кислота — токсичное вещество. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 серная кислота является токсичным высокоопасным веществом^[16] по воздействию на организм, 2-го класса опасности.

Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды серы и выпадать в виде кислотных дождей.

В России оборот серной кислоты концентрации 45 % и более — законодательно ограничен^[17].

Дополнительные сведения

Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь из-за высокого альбедо облаков серной кислоты, затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы, также затрудняющих доступ солнечному свету к планете) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (Полуостров Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже^[18]. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3⋅10⁷ тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994^[19].

Стандарты

Кислота серная техническая ГОСТ 2184—77
Кислота серная аккумуляторная. Технические условия ГОСТ 667—73
Кислота серная особой чистоты. Технические условия ГОСТ 14262—78
Реактивы. Кислота серная. Технические условия ГОСТ 4204—77

Примечания

↑ Кислота серная техническая ГОСТ 2184—77
↑ Encyclopedia of chemical technology (англ.) / R. E. Kirk, D. Othmer
↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0577.html
↑ name=https://docs.cntd.ru_Серная кислота
↑ Ушакова Н. Н., Фигурновский Н. А. Василий Михайлович Севергин: (1765—1826) / Ред. И. И. Шафрановский. М.: Наука, 1981. C. 59.
↑ См. также Каменное масло
↑ Эпштейн, 1979, с. 40.
↑ Эпштейн, 1979, с. 41.
↑ Density-Concentration Calculator (англ.). Дата обращения: 21 декабря 2021. Архивировано 21 декабря 2021 года.
↑ ¹ ² sulfuric acid hydrogen iodide -> iodine H2S water - Wolfram|Alpha (англ.). www.wolframalpha.com. Дата обращения: 19 мая 2022.
↑ ¹ ² ³ sulfuric acid hydrogen bromide -> bromine sulfur dioxide water - Wolfram|Alpha (англ.). www.wolframalpha.com. Дата обращения: 19 мая 2022.
↑ ¹ ² ³ Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глориозов П.А. § 91. Химические свойства серной кислоты // Неорганическая химия: Учебник для 7—8 классов средней школы. — 18-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 209—211. — 240 с. — 1 630 000 экз.
↑ Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глориозов П.А. § 92. Качественная реакция на серную кислоту и её соли // Неорганическая химия: Учебник для 7—8 классов средней школы. — 18-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 212. — 240 с. — 1 630 000 экз.
↑ Sulfuric acid (англ.) // «The Essential Chemical Industry — online»
↑ SULFURIC ACID | CAMEO Chemicals | NOAA. cameochemicals.noaa.gov. Дата обращения: 22 мая 2020.
↑ name=https://docs.cntd.ru_ГОСТ (недоступная ссылка) 12.1.007-76. ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования
↑ Постановление Правительства Российской Федерации от 3 июня 2010 года № 398. Дата обращения: 30 мая 2016. Архивировано из оригинала 30 июня 2016 года.
↑ см. статью «Вулканы и климат» Архивная копия от 28 сентября 2007 на Wayback Machine (рус.)
↑ Русский архипелаг — Виновато ли человечество в глобальном изменении климата? Архивная копия от 1 декабря 2007 на Wayback Machine (рус.)

Литература

Справочник сернокислотчика [Текст] / А. С. Ленский, П. А. Семенов, Г. А. Максудов; ред. К. М. Малин. — 2 изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1971. — 744 с. — Библиогр. в конце разд.- Предм. указ.: с. 723—744.
Эпштейн Д. А. Общая химическая технология. — М.: Химия, 1979. — 312 с.

Ссылки

Статья «Серная кислота» (Химическая энциклопедия)
Плотность и значение pH серной кислоты при t=20 °C

Эта страница в последний раз была отредактирована 18 января 2023 в 18:25.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Источник

What is Sulfuric Acid?

Properties of Sulfuric Acid (H2SO4)

Physical Properties of Sulfuric Acid

Chemical Properties of Sulfuric Acid

Structure of Sulphuric Acid

Preparation of Sulfuric Acid

Contact Process for manufacturing of Sulfuric Acid

Lead Chamber Process

Molecular Mass of Sulphuric Acid

Reactions of Sulfuric Acid

Uses of Sulfuric Acid

FAQs on Sulfuric Acid

Related Articles

What is Sulfuric Acid?

Properties of Sulfuric Acid (H2SO4)

Physical Properties of Sulfuric Acid

Chemical Properties of Sulfuric Acid

Structure of Sulphuric Acid

Preparation of Sulfuric Acid

Contact Process for manufacturing of Sulfuric Acid

Lead Chamber Process

Molecular Mass of Sulphuric Acid

Reactions of Sulfuric Acid

Uses of Sulfuric Acid

FAQs on Sulfuric Acid

Related Articles

Содержание

Название

Получение серной кислоты

Промышленный (контактный) способ

Нитрозный (башенный) способ

Другой способ

Физические и физико-химические свойства

Олеум

<img decoding="async" onError="javascript: wp_broken_images = window.wp_broken_images || function(){}; wp_broken_images(this);" alt="серная кислота" src="https://chem.ru/uploads/posts/2018-12/thumbs/1545341156_sernaja-kislota1.jpg" />

Химические свойства

Применение

Токсическое действие

Исторические сведения

Дополнительные сведения

Стандарты

Нитрозный (башенный) способ

Химические свойства

Дополнительные сведения

Стандарты

Название

Исторические сведения

Физические и физико-химические свойства

Олеум

Химические свойства

Получение серной кислоты

Промышленный (контактный) способ

Нитрозный (башенный) способ

Лабораторные методы

Применение

Токсическое действие

Дополнительные сведения

Стандарты

Примечания

Литература

Ссылки

Properties of Sulfuric Acid (H₂SO₄)

Properties of Sulfuric Acid (H₂SO₄)