Меню

Раствор серной кислоты в воде проводит электрический ток

Серная кислота

Серная кислота

Строение молекулы и физические свойства

Серная кислота H2SO4 – это сильная кислота, двухосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде.

Растворение серной кислоты в воде сопровождается выделением значительного количества кислоты. Поэтому по правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Способы получения

1. Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов, сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита FeS2.

Основные стадии получения серной кислоты :

  • Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.
  • Очистка полученного газа от примесей.
  • Окисление сернистого газа в серный ангидрид.
  • Взаимодействие серного ангидрида с водой.

Рассмотрим основные аппараты, используемые при производстве серной кислоты из пирита (контактный метод):

В контактном аппарате производится окисление сернистого газа до серного ангидрида. Процесс является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3):

  • температура: оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным выходом SO3 является температура 400-500 о С. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор – оксид ванадия (V) V2O5.
  • давление: прямая реакция протекает с уменьшением объемов газов. Для смещения равновесия вправо процесс проводят при повышенном давлении.

Однако, если для поглощения оксида серы использовать воду, то образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты. Для того, чтобы не образовывался сернокислотный туман, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.

Общие научные принципы химического производства:

  1. Непрерывность.
  2. Противоток
  3. Катализ
  4. Увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ.
  5. Теплообмен
  6. Рациональное использование сырья

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота .

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в растворе по первой ступени:

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как кислота средней силы:

HSO4 – ⇄ H + + SO4 2–

2. Серная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии серной кислоты с гидроксидом калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты, сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей (кроме солей HBr и HI).

Например , серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Или с силикатом натрия:

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из твердых хлоридов, например , хлорида натрия:

4. Т акже серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

5. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат железа (II):

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем . При этом она обычно восстанавливается до сернистого газа SO2. С активными металлами может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н2S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная кислота восстанавливается до сернистого газа:

При взаимодействии с щелочноземельными металлами и магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная серная кислота восстанавливается до сероводорода:

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl

Видеоопыт взаимодействия хлорида бария и сульфата натрия в растворе (качественная реакция на сульфат-ион) можно посмотреть здесь.

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и при взаимодействии с неметаллами.

Например , концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод, серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота окисляет галогеноводороды и сероводород:

Источник

Электролиз в водном растворе серной кислоты

date image2015-10-22
views image4335

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

При электролизе в водном растворе серной кислоты с инертными (платиновыми, свинцовыми или графитовыми) электродами электрический ток переносится ионами H3O + и SO4 2- . Ионы SO4 2- из катодного пространства перемещаются к аноду, однако окисляются на аноде молекулы воды с выделением O2:

2H2O – 4e — ® O2 + 4H + . (21)

Ионы H3O + перемещаются к катоду и восстанавливаются на нем с выделением водорода:

Таким образом, при электролизе в водном растворе серной кислоты с инертными электродами происходит разложение воды и разрядка ионов H + .

В этом случае количество эквивалентов ионов SO4 2- в анодном и катодном пространствах изменяется только за счет переноса электричества.

Количество эквивалентов ионов водорода: в катодном пространстве – убывает из-за разрядки на электроде, но прибывает переносом электрического тока; в анодном пространстве прибывает за счет разложения воды при электролизе и убывает переносом электрического тока.

В результате количество эквивалентов H2SO4 у анода возрастает, а у катода происходит их уменьшение.

Число переноса аниона находят по отношению изменения количества эквивалентов кислоты у анода (или катода) к общему количеству эквивалентов разложившегося электролита:

Изменение состава раствора серной кислоты после электролиза представлено в таблице 3.

Читайте также:  Медь проводник токи характеристики

Таблица 3 – Изменение состава раствора серной кислоты

Источник

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

§ 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ

До сих пор мы рассматривали случаи, когда электрический ток проходит через металлические проводники. При этом прохождение электрического тока обусловлено упорядоченным движением свободных электронов. При прохождении электрического тока через металлические проводники переноса частиц вещества самого проводника не происходит. Такие проводники называются проводниками первого рода.

Рассмотрим теперь процесс прохождения тока через жидкости. Соберем схему, показанную на рис. 43. В сосуд 1 налита дистиллированная вода. В воду опущены два угольных стержня 2 (электроды). В цепь включена лампа накаливания 3. При подаче напряжения на зажимы цепи лампа гореть не будет. Значит чистая вода тока не проводит. Если бросить в воду щепотку поваренной соли, то лампа ярко загорится. Следовательно, раствор поваренной соли в воде хорошо проводит электрический ток. Водные растворы всех кислот, щелочей и солей проводят ток. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Соли и щелочи проводят ток не только в растворе, но и в расплавленном состоянии.

Чем же объясняется способность электролитов проводить электрический ток?
Рассмотрим пример с поваренной солью —- NaCI. В твердом виде атомы поваренной соли — натрий Na и хлор Сl — сильно притягиваются друг к другу и не могут свободно перемещаться.
Поэтому поваренная соль в твердом виде тока не проводит.

При растворении поваренной соли в воде силы взаимодействия между атомами соли ослабевают и молекула соли распадается на две заряженные частицы — ионы: положительно заряженный ной Na+ и отрицательно заряженный ион С1 — . Раствор становится электропроводным.

Рассмотрим второй пример. Твердые кристаллы щелочи — едкого натра NaOH — также не проводят тока. При растворении едкого натра в воде образуются положительные ионы Na+ и отрицательные ионы ОН.

И, наконец, третий пример. Чистые кислоты неэлектропроводны. Но при растворении в воде они становятся электролитами, т. е. начинают проводить ток. Так, например, соляная кислота НС1 в водном растворе образует положительные ионы Н+ и отрицательные ионы С1 — .

Распад электролита на ионы при растворении его в воде называется электролитической диссоциацией.

При растворении в воде сахара происходит только распад кристаллов, и ионов не образуется. Поэтому раствор сахара тока не проводит.

Нальем в сосуд электролит, опустим в него два угольных электрода и пропустим через раствор постоянный ток. Электрод, соединенный с положительным зажимом источника энергии, называется анодом (А), а электрод, соединенный с отрицательным зажимом — катодом (К) (рис. 44). Через некоторое время на электродах будут заметны оседающие продукты разложения электролита. Химический анализ показывает, что на электродах выделяются атомы вещества, растворенного в воде. Так, например, при пропускании тока через раствор медного купороса CuS04 на одном электроде будет выделяться медь Сu, а на другом электроде — сернокислотный остаток S04.

Как показывают опыты, на отрицательном электроде — катоде — всегда выделяются водород и металлы.

Процесс разложения электролита при пропускании через него электрического тока называется электролизом.

Разложение электролита под действием тока показывает, что внутри электролита происходит движение атомов или групп атомов, представляющее собой части молекулы растворенного вещества.

Как было указано выше, молекулы некоторых веществ при растворении распадаются на положительные и отрицательные ионы. До тех пор пока через электролит не проходит ток, ионы, а также молекулы раствора совершают хаотическое тепловое движение. При подаче напряжения на зажимы цепи между электродами, опущенными в электролит, возникает электрическое поле. Под действием поля возникает упорядоченное движение ионов различных знаков в противоположные стороны: положительных — к катоду (К), отрицательных — к аноду (Л). При соприкосновении с катодом положительные ионы получают недостающие им электроны и оседают на катоде в виде нейтральных атомов. Отрицательные ионы, подходя к аноду, отдают ему избыточные электроны и превращаются в нейтральные атомы.

Итак, электрический ток в электролитах представляет собой движение положительных и отрицательных ионов. В отличие от металлических проводников, которые не разлагаются током и называются проводниками первого рода, электролиты называются проводниками второго рода.

Источник



Все что необходимо знать о серной кислоте(H2SO4)

Характеристика

Обладает сильными свойствами и считается мощным окислителем. Поскольку на один моль SO3 приходится один моль Н2О, её принято относить к моногидратам. Она образовывает кислые (бисульфаты) и средние (сульфаты) соли. Для усиления действия и преобразования кислоты в двухосновную, в результате чего она получит два атома водорода, потребуется взаимодействие с водным раствором. А при реакции с простой водой в больших объёмах начнёт выделяться тепло.

Основное свойство H2SO4 – гигроскопичность, поэтому её часто используют для поглощения влаги из воздуха. В течение этого процесса также происходит выделение тепла. Температура кипения зависит от степени насыщенности. При 98%-ой концентрации, достигается максимум, который составляет 330 °C, при этом возникает распад на H2O и SO3. Температура плавления – 10,38 °C, плотность – 1,84 г/см3.

Состояние жидкости влияет на то, как она изменяет другие элементы при взаимодействии с ними. Все металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности, включая серебро, поддаются окислению при 100%-ой концентрации. Разбавленная H2SO4 окисляет все металлы, находящиеся в электрохимическом ряду активности левее водорода, однако платина и золото не состоят в этом списке.

Наблюдаются изменения при взаимодействии с органическими соединениями и неметаллами, итогом которого становится преобразование некоторых из них в уголь. H2SO4 способна растворять SO3, образуя олеум.

Классификация

H2SO4 выше 40% называется концентрированной. Она известна как сильный окислитель и при контакте с серебром или палладием растворяет их. Во время нагревания демонстрирует окислительно-восстановительные качества. Концентрация разбавленных растворов не превышает 40%. Они отличаются меньшей активностью и способны взаимодействовать с медью и латунью.

Чтобы преобразовать концентрированную смесь в разбавленную, более тяжёлую жидкость нужно смешать с H2O. Важно добавлять именно кислоту в воду, соблюдая осторожность. Если сделать наоборот, образуется кипение и токсикологические брызги.

Технологии получения

Когда люди только начали самостоятельно обрабатывать купоросное масло, масштаб его потребления не превышал десятки литров. В настоящее время промышленные предприятия каждый год выпускают и потребляют несколько миллионов тонн этого продукта. Мировыми лидерами в современном мире являются Китай (60 млн т) и США (30 млн т).

Традиционными методами, используемыми в промышленности, выступают контактный и нитрозный.

Контактный метод

Широко применяется во многих государствах. Его популярность обеспечивают следующие преимущества:

  • Соответствие всем заявленным характеристикам, за счёт чего удовлетворяются требования потребителей.
  • Почти не наносит ущерба окружающей среде.

Основу представляет такое сырьё, как:

  • Пирит (колчедан).
  • Сера.
  • Оксид ванадия (катализатор).
  • Сероводород.
  • Сульфиды различных металлов.

Прежде чем приступить к работе, сырьё подвергают обработке. Пирит измельчается через устройства для дробления. За счёт измельчения рабочие добиваются увеличения скорости реакции, поскольку площадь соприкосновения частиц становится больше.

На следующей стадии колчедан очищают, погружая в чаны с водой и перемешивая. Пустая порода, земля и ненужные примеси поднимаются на поверхность, и их становится легче удалить. Работа проходит через несколько фаз:

  • Колчедан отправляется в печь и обжигается при 800 °C не более. В этот момент сырьё пребывает в подвешенном состоянии, поэтому снизу в камеру поступает воздух. На этом этапе выделяются водяные пары, О2 и SO2, лишние отходы уничтожаются.
  • Ванадиевый катализатор способствует выделению тепла. Процесс сопровождается давлением на компоненты. На этом шаге температура равняется 420°C — 550°C. Происходит каталитическое окисление, и диоксид серы преобразуется в ангидрид серной кислоты.
  • В поглотительной башне ангидрит поглощается, затем появляется олеум H2SO4, которую разливают в особые ёмкости.

В течение всей работы выделяется много тепла, которое принято использовать в качестве вспомогательного источника энергии. Стоит отметить, что эта технология подразумевает производство, не оставляющее отходов.

Нитрозный метод

Нитрозная технология бывает двух видов: камерная и башенная. Преимущества данного подхода состоят в том, что он не требует больших денежных затрат или сложного технологичного оборудования, а также гарантирует переработку диоксида серы.

Но имеются и минусы. В конечном итоге производитель получает 75%-ую концентрацию, которая заметно уступает по качеству тому, что выходит при контактном способе. В составе наблюдается содержание оксида азота, железа и иных примесей. Возврат оксидов азота осуществляется не полностью. Нитрозный способ вреден для экологии, поскольку допускает значительные выбросы токсинов в атмосферу. Тем не менее, этот подход всё равно остаётся довольно-таки популярным.

Исходный материал – сернистый газ. Его преобразование в H2SО4 осуществляется в процессе окислительной реакции с двуокисью серы и присоединения воды. Нитрозная техника не обходится без добавления окислов азота, поскольку двуокись серы не вступает в прямой контакт с кислородом. В течение данного процесса высшие окислы азота превращаются в окись азота NO. Позднее окись азота NO снов окисляется кислородом, преобразуясь в высшие окислы.

В каких отраслях находит применение

Ежегодно человечество потребляет около 200 миллионов тонн, в большинстве случаев для выпуска продукции химического происхождения и в сельском хозяйстве. Сегодня H2SO4 применяют для получения:

  • Минеральных удобрений, для этого она берётся в чистом 100%-ом виде.
  • Дымообразующих и взрывчатых веществ.
  • Медикаментозных средств.
  • Органических и неорганических соединений.
  • Красок.
  • Ненатуральных изделий.

Помимо этого она помогает эффективно удалять окалину и ржавчину. Восстанавливает алюминий при изготовлении цветных металлов. Её наносят на металлические поверхности перед покрытием медью или хромом, удаляют нежелательные частицы и примеси из нефтепродуктов и обрабатывают скважины. Компонент приносит пользу, если возникает необходимость повысить детонационную стойкость бензина и моторных масел.

Это далеко не все области применения. Вещество выполняет функции эмульгатора при приготовлении пищевой продукции, помогает эффективно устранять отходы в воде. Считается действительно необходимым компонентом в индустрии, замену которой трудно найти. Говоря об этом продукте, Дмитрий Менделеев отмечал, как часто к его помощи прибегают в техническом производстве, и что без него невозможно и невыгодно заниматься приготовлением других веществ.

Соли серной кислоты и область их применения

История изучения

Начало исследований было заложено ещё в Древней Греции, когда учёные заинтересовались происхождением медного купороса и его особенностями. Купорос находил применение как в медицинской практике, так и в металлургии. Первые достижения датируются XIII веком. Согласно записям алхимиков того периода для этого прибегли к нагреванию алюмокалиевых квасцов. Изучив природу квасцов, в XV веке учёные смогли приступить к следующей стадии опытов. Чуть позже, во времена Средневековья в Европе, вещество было известно как «купоросное масло», однако название было изменено на привычную современным людям «кислоту».

На территории Руси масло появилось в 1600-х годах, чаще всего его ввозили торговцы из-за рубежа. В тот же временной период Иоганном Глаубером был изобретён совершенно иной подход к работе с материалами. Добиться желаемого Глауберу удалось в результате горения нитрата калия и самородной серы в присутствии водных паров. Аналогичный метод был также использован в первой половине 1700-х годов лондонским аптекарем Уордом Джошуа, который решил производить масло в больших масштабах. В то время в H2SО4 нуждались алхимики, фармацевты и специалисты по отделке редких металлов. В небольших объёмах её использовали для изготовления специальных спичек с содержанием хлората калия. .

Следом за Джошуа к производству приступил Джон Робак из Англии, несколько адаптировав технику. Вместо стеклянных резервуаров он взял освинцованные камеры крупного размера, поскольку они были дешевле. Нововведения Робака позволяли получить 65%-ный раствор. Приёмы англичанина сохраняли популярность в течение двухсот лет. 78%-ая концентрация появилась благодаря химикам из Англии и Франции Гловеру и Гей-Люссаку. В отличие от прошлого варианта этот оказался неподходящим для создания красителей.

Новые техники были разработаны в начале XIX века. На первых порах для этого брали азот, такой способ вскоре стал именоваться «нитрозным». Также для быстрого протекания реакции обращались к платине. Только в тридцатые годы XIX века Перегрином Филипсом был запатентован экономичный путь обработки оксида серы (VI) и концентрированного раствора. А в 1864 году был запущен выпуск природных фосфорных удобрений.

К концу 1800-х годов европейские страны наладили выпуск продукции в количестве до одного миллиона тонн, а лидирующие позиции в поставке заняли Англия и Германия. На их долю приходился 71% от общего объёма. В России корпорации подобного рода открылись после 1805 года в Москве.

Производство в России

Каждый год российские промышленные комбинаты вырабатывают около 10 миллионов тонн. Заводы, работающие в этом направлении, как правило, сами же и выступают в роли постоянных потребителей. К ним относятся компании, главным изделием которых выступают природные удобрения. Преимущественно на отечественном рынке занимаются выработкой следующих видов серной кислоты:

  • аккумуляторная;
  • отработанная;
  • техническая;
  • продукт особой чистоты;
  • олеум.

Среди крупнейших отечественных поставщиков можно выделить ОХК Щекиноазот, Славия, Святогор, Компонент-Реактив, ЗСС, Карабашмедь и другие. Особую роль играют горные предприятия, обрабатывающие твёрдые полезные ископаемые, поскольку они поставляют на рынок пирит. В России сырьё предоставляют Норильская и Талнахская обогатительные комбинаты.

Особенности транспортировки

При транзите следует соблюдать осторожность из-за резких ядовитых свойств продукта. Он взрывоопасен и относится к восьмому классу опасности, который включает ядовитые и коррозионные грузы. Допущение перевозчиком грубых ошибок при транспортировке, ставит под угрозу не только людей, но и экологию.

Перевозка происходит при соблюдении правил, гарантирующих безопасность населения. Требуется подобрать устойчивую ёмкость для транзита. Цистерны должны быть изготовлены из сплавов, которые не разрушатся под воздействием ядов. Для перевозки опасных токсинов подойдут сернокислотные химические резервуары. При необходимости поддерживать температуру, как с дымящейся жидкостью, подбираются цистерны-термосы. Для обычного груза подойдёт сернокислотная канистра.

Транспортировка допускается лишь на автомобилях со специальной маркировкой, предупреждающей об опасном грузе. Перевозить цистерны имеют право водители, получившие свидетельство АДР, подтверждающее их компетентность. Они не ограничены во времени при перевозке, поскольку обязаны соблюдать скоростной режим для исключения возможности попадания в аварию. Чтобы избежать ситуаций, создающих угрозу жизни населения, водитель должен ехать по специально-разработанному маршруту, исключающему места большого скопления людей и производственные объекты.

Вред для человеческого здоровья

Токсичная жидкость угрожает здоровью человека не только из-за риска попадания капель на кожные ткани, она может нанести вред внутренним органам поскольку в её состав входит не менее едкий сернистый газ. Ей характерна чрезвычайная агрессивность, а входящий в состав мышьяк усиливает признаки отравления. Безвредной дозой содержания H2SО4 в воздухе считается 0,3 мг на 1 кв. м.

При неосторожном обращении могут пострадать кожа, дыхательная система и слизистые оболочки. Нередко появляются бронхит, ларингит и трахеит. Полученные ожоги имеют ярко-выраженную симптоматику и долго заживают. Если своевременно не обратиться к врачу, поражение тканей может привести к смерти пострадавшего. Опасная доза, угрожающая жизни – 0,18 см на 1 лит, при попадании внутрь — 5 миллиграммов.

Признаки отравления

Первая помощь и лечение

При контакте с серной кислотой важно в первую очередь вызвать скорую помощь. До того как приедут врачи, пострадавший может самостоятельно облегчить своё состояние. Если химический продукт попал внутрь, нужно промыть желудок тёплой водой, а затем выпить 100 г оливкового или подсолнечного масла маленькими глотками. Для большей пользы можно проглотить немного льда или выпить молока. Это поможет снизить содержание H2SО4.

Если жидкость попала на слизистую оболочку глаз, необходимо промыть их проточной водой. До прибытия скорой помощи в глаза следует закапать раствор новокаина и дикаина. При отравлении парами постращавшему требуется срочно выйти на свежий воздух и промыть слизистые оболочки водой. Чтобы уменьшить площадь повреждения тканей, обожжённый участок кожи нужно промыть проточной водой и приложить повязку с содой.

Желательно проходить лечение в стационарных условиях, оставаясь под наблюдением врачей. Время на восстановление организма зависит от того, насколько сильно поражены кожные кожные покровы или органы. Как правило, лечение осуществляется с помощью антибиотиков, а в качестве обезболивающего назначается новокаин. .

Если у больного наблюдается желудочное кровотечение, ему необходимо переливание крови и также введение плазмы. В ряде случаев при кровотечении может понадобиться хирургическое вмешательство.

Интересные факты о серной кислоте

Хотя сегодня принято изготавливать серную кислоту на специальных предприятиях, она всё же встречается в природе, причём в 100%-ом виде. Например, в Италии на острове Сицилия можно увидеть, как со дна Мёртвого моря просачивается H2SО4. Это место принято называть Озером смерти, живые существа стараются не подходить слишком близко к нему. Выделение серной кислоты со дна происходит из-за содержания в земной коре пирита.

Серная кислота может выделяться и при сильных извержениях вулкана. Такие явления достаточно опасны для людей и окружающей среды. Одними из последствий попадания H2SО4 в атмосферу могут стать климатические изменения. Серная кислота считается главной причиной, по которой выпадают кислотные дожди, а выделяется она из-за попадания в воздух диоксида серы.

Как уже было ранее замечено, серная кислота эффективно поглощает воду из воздуха. Это качество позволяет использовать её для осушения газов. Раньше было принято наливать жидкость в небольшие ёмкости и оставлять между стёклами. Это помогало предотвратить запотевание окон в комнате.

Источник