يتم إبراز إجمالي التقييمات بالألوان بشكل خاص في المقالة. انتبه لهم انتباه خاص. قد تظهر هذه المعادلات في امتحان الدولة الموحدة.

يتصرف حمض الكبريتيك المخفف مثل الأحماض الأخرى، حيث يخفي قدراته التأكسدية:

وشيء آخر يجب أن نتذكره تمييع حمض الكبريتيك: هي لا يتفاعل مع الرصاص. تصبح قطعة الرصاص التي يتم إلقاؤها في H2SO4 المخفف مغطاة بطبقة من كبريتات الرصاص غير القابلة للذوبان (انظر جدول الذوبان) ويتوقف التفاعل على الفور.

الخصائص المؤكسدة لحمض الكبريتيك

– سائل زيتي ثقيل، غير متطاير، لا طعم له ولا رائحة

بسبب الكبريت في حالة الأكسدة +6 (أعلى)، يكتسب حمض الكبريتيك خصائص مؤكسدة قوية.

قاعدة المهمة 24 (A24 القديمة) عند تحضير محاليل حمض الكبريتيك يجب ألا تصب الماء فيه أبدًا. يجب سكب حامض الكبريتيك المركز في الماء بتيار رفيع مع التحريك باستمرار.

تفاعل حمض الكبريتيك المركز مع المعادن

يتم توحيد ردود الفعل هذه بشكل صارم وتتبع المخطط:

H2SO4 (conc.) + معدن → كبريتات معدنية + H2O + منتج كبريت مخفض.

هناك نوعان من الفروق الدقيقة:

1) الألومنيوم والحديدو الكروممع H2SO4 (conc) في الظروف العاديةلا تتفاعل بسبب التخميل. يحتاج إلى تسخين.

2) ج البلاتينو ذهب H2SO4 (conc) لا يتفاعل على الإطلاق.

الكبريتالخامس حامض الكبريتيك المركز- مؤكسد

• وهذا يعني أنها سوف تستعيد نفسها؛
• تعتمد درجة الأكسدة التي يتم تقليل الكبريت عليها على المعدن.

دعونا نفكر مخطط حالة أكسدة الكبريت:

• قبل -2 لا يمكن اختزال الكبريت إلا بواسطة معادن نشطة جدًا - في سلسلة من الفولتية ما يصل إلى بما في ذلك الألومنيوم.

وستكون ردود الفعل على النحو التالي:

8لي+5ح 2 لذا 4( conc. .) → 4لي 2 لذا 4 + 4 ساعات 2 يا+ح 2 س

4 ملغ + 5 ساعة 2 لذا 4( conc. .) → 4مجسو 4 + 4 ساعات 2 يا+ح 2 س

8 آل + 15 ح 2 لذا 4( conc. .) (ر) → 4Al 2 (لذا 4 ) 3 +12 ساعة 2 يا+3ح 2 س

• عند تفاعل H2SO4 (conc) مع المعادن في سلسلة من الفولتية بعد الألومنيوم، ولكن قبل الحديدأي أنه مع المعادن ذات النشاط المتوسط ​​يتم تقليل الكبريت إلى 0 :

3Mn + 4H 2 لذا 4( conc. .) → 3MnSO 4 + 4 ساعات 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 لذا 4( conc. .) (ر) → الكروم 2 (لذا 4 ) 3 + 4 ساعات 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 لذا 4( conc. .) → 3ZnSO 4 + 4 ساعات 2 O+S↓

• جميع المعادن الأخرى بدءا من الأجهزةفي عدد من الفولتية (بما في ذلك الفولتية بعد الهيدروجين، باستثناء الذهب والبلاتين، بالطبع)، يمكنهم فقط تقليل الكبريت إلى +4. نظرًا لأن هذه معادن منخفضة النشاط:

2 الحديد + 6 ح 2 لذا 4(متفق عليه) ( ر)→ الحديد 2 ( لذا 4 ) 3 + 6 ح 2 يا + 3 لذا 2

(لاحظ أن الحديد يتأكسد إلى +3، وهي أعلى حالة أكسدة ممكنة، لأنه عامل مؤكسد قوي)

النحاس + 2H 2 لذا 4( conc. .) → كوز 4 + 2 ساعة 2 س+سو 2

2Ag + 2H 2 لذا 4( conc. .) → حج 2 لذا 4 + 2 ساعة 2 س+سو 2

وبطبيعة الحال، كل شيء نسبي. يعتمد عمق التعافي على العديد من العوامل: تركيز الحمض (90%، 80%، 60%)، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك. لذلك، من المستحيل التنبؤ بالمنتجات بدقة تامة. يحتوي الجدول أعلاه أيضًا على نسبة تقريبية خاصة به، ولكن يمكنك استخدامه. من الضروري أيضًا أن نتذكر أنه في اختبار الدولة الموحدة، عندما لا يُشار إلى منتج الكبريت المخفض ولا يكون المعدن نشطًا بشكل خاص، فمن المرجح أن المترجمين يقصدون SO 2. أنت بحاجة إلى إلقاء نظرة على الموقف والبحث عن أدلة في الظروف.

لذا 2 - يعد هذا بشكل عام منتجًا شائعًا لـ ORR بمشاركة conc. حمض الكبريتيك.

H2SO4 (conc) يؤكسد بعض اللافلزات(التي تظهر خصائص الاختزال)، كقاعدة عامة، إلى الحد الأقصى - أعلى درجة من الأكسدة (يتم تشكيل أكسيد هذا غير المعدن). في هذه الحالة، يتم أيضًا تقليل الكبريت إلى SO 2:

ج+2ح 2 لذا 4( conc. .) → ثاني أكسيد الكربون 2 + 2 ساعة 2 يا+2سو 2

2 ف + 5 ح 2 لذا 4( conc. .) → ص 2 يا 5 +5 ساعات 2 يا+5سو 2

يتفاعل أكسيد الفوسفور (V) المتكون حديثًا مع الماء لإنتاج حمض الأرثوفوسفوريك. لذلك يتم تسجيل التفاعل على الفور:

2 ف + 5 ح 2 لذا 4( conc. ) → 2H 3 ص.ب. 4 + 2 ساعة 2 يا+5سو 2

نفس الشيء مع البورون، فهو يتحول إلى حمض الأرثوبوريك:

2ب+3ح 2 لذا 4( conc. ) → 2H 3 ب.و. 3 +3SO 2

إن تفاعل الكبريت مع حالة أكسدة +6 (في حمض الكبريتيك) مع الكبريت "الآخر" (الموجود في مركب مختلف) أمر مثير للاهتمام. في إطار امتحان الدولة الموحدة، يتم النظر في تفاعل H2SO4 (conc). مع الكبريت (مادة بسيطة) وكبريتيد الهيدروجين.

لنبدأ بالتفاعل الكبريت (مادة بسيطة) مع حامض الكبريتيك المركز. في المادة البسيطة تكون حالة الأكسدة 0، وفي الحمض تكون +6. في ORR هذا، الكبريت +6 سوف يؤكسد الكبريت 0. دعونا نلقي نظرة على الرسم البياني لحالات أكسدة الكبريت:

سوف يتأكسد الكبريت 0، وسيتم تقليل الكبريت +6، أي تقليل حالة الأكسدة. سيتم إطلاق ثاني أكسيد الكبريت:

2 ح 2 لذا 4(متفق عليه) + س → 3 لذا 2 + 2 ح 2 يا

لكن في حالة كبريتيد الهيدروجين:

ويتكون كل من الكبريت (مادة بسيطة) وثاني أكسيد الكبريت:

ح 2 لذا 4( conc. .) +ح 2 S → S↓ + SO 2 + 2 ساعة 2 يا

يمكن أن يساعد هذا المبدأ غالبًا في تحديد منتج ORR حيث يكون العامل المؤكسد وعامل الاختزال هو نفس العنصر، في حالات أكسدة مختلفة. العامل المؤكسد وعامل الاختزال "يلتقيان في منتصف الطريق" وفقًا لمخطط حالة الأكسدة.

H2SO4 (conc)، بطريقة أو بأخرى، يتفاعل مع الهاليدات. هنا فقط عليك أن تفهم أن الفلور والكلور "لهما شارب" و لا يحدث ORR مع الفلوريدات والكلوريدات، يخضع لعملية تبادل أيوني تقليدية يتم خلالها تكوين غاز هاليد الهيدروجين:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (ملخص) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (ملخص) → CaSO 4 + 2HF

لكن الهالوجينات الموجودة في تركيبة البروميدات واليوديدات (وكذلك في تركيبة هاليدات الهيدروجين المقابلة) تتأكسد إلى الهالوجينات الحرة. يتم اختزال الكبريت فقط بطرق مختلفة: فاليوديد هو عامل اختزال أقوى من البروميد. لذلك، يختزل اليوديد الكبريت إلى كبريتيد الهيدروجين، والبروميد إلى ثاني أكسيد الكبريت:

2 ح 2 لذا 4( conc. .) + 2NaBr → نا 2 لذا 4 + 2 ساعة 2 س+سو 2 + ر 2

ح 2 لذا 4( conc. .) + 2HBr → 2H 2 س+سو 2 + ر 2

5 ح 2 لذا 4( conc. .) + 8NaI → 4Na 2 لذا 4 + 4 ساعات 2 يا+ح 2 ق + 4 ط 2 ↓

ح 2 لذا 4( conc. .) + 8HI → 4H 2 يا+ح 2 ق + 4 ط 2 ↓

كلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين (وكذلك أملاحهما) مقاومان للعمل المؤكسد لـ H2SO4 (conc).

وأخيرًا، الأمر الأخير: هذا أمر فريد بالنسبة لحمض الكبريتيك المركز، ولا يستطيع أي شخص آخر القيام بذلك. انها لديها خاصية إزالة المياه.

وهذا يسمح باستخدام حمض الكبريتيك المركز بعدة طرق:

أولا، تجفيف المواد. يقوم حمض الكبريتيك المركز بإزالة الماء من المادة و"تصبح جافة".

ثانياً، محفز في التفاعلات التي يتم فيها التخلص من الماء (على سبيل المثال، الجفاف والأسترة):

H 3 C–COOH + HO–CH 3 (H 2 SO 4 (conc.)) → H 3 C–C(O)–O–CH 3 + H 2 O

H 3 C – CH 2 –OH (H 2 SO 4 (conc.)) → H 2 C = CH 2 + H 2 O

يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع في الاقتصاد الوطني وهو المنتج الرئيسي للقاعدة الصناعة الكيميائية. وفي هذا الصدد، هناك زيادة مستمرة في إنتاج حامض الكبريتيك. وهكذا، إذا كان الإنتاج العالمي من حمض الكبريتيك في عام 1900 بلغ 4.2 مليون طن، ففي عام 1937 تم إنتاج 18.8 مليون طن، وفي عام 1960 - أكثر من 47 مليون طن.
حالياً الاتحاد السوفياتيوهي تحتل المرتبة الثانية في العالم في إنتاج حامض الكبريتيك. في عام 1960، تم إنتاج 5.4 مليون جرام من حمض الكبريتيك في الاتحاد السوفييتي. وفي عام 1965، سوف يتضاعف إنتاج حمض الكبريتيك مقارنة بعام 1958.
ترجع مجالات تطبيق حامض الكبريتيك إلى خصائصه وتكلفته المنخفضة. حمض الكبريتيك هو حمض قوي وغير متطاير ومتين، وله في درجات الحرارة المعتدلة خصائص مؤكسدة ضعيفة للغاية وخصائص قوية لإزالة الماء.

المستهلك الرئيسي لحمض الكبريتيك هو إنتاج الأسمدة المعدنية - السوبر فوسفات وكبريتات الأمونيوم. على سبيل المثال، لإنتاج طن واحد فقط من السوبر فوسفات (من الفلوراباتيت)، الذي لا يحتوي على ماء استرطابي، يتم استهلاك 600 كجم من حمض الكبريتيك بنسبة 65%. يستهلك إنتاج الأسمدة المعدنية حوالي نصف إجمالي الأحماض المنتجة.
يتم استهلاك كمية كبيرة من حمض الكبريتيك أثناء معالجة الوقود السائل - لتنقية الكيروسين والبارافين وزيوت التشحيم من الكبريت والمركبات غير المشبعة، وأثناء معالجة قطران الفحم. كما أنه يستخدم في تنقية الزيوت والدهون المعدنية المختلفة.
يستخدم حمض الكبريتيك على نطاق واسع في العديد من التركيبات العضوية، على سبيل المثال في السلفنة مركبات العضوية— في إنتاج أحماض السلفونيك والأصباغ المختلفة والسكارين. ولهذا الغرض، يتم استخدام كل من الحمض المركز وحمض التبخير، وكذلك حمض الكلوروسلفونيك. يستخدم حمض الكبريتيك كعامل إزالة الماء في تفاعلات النترات - في إنتاج النيتروبنزين، النيتروسليلوز، النتروجليسرين، الخ.
كونه حمضًا غير متطاير، فإن حمض الكبريتيك قادر على إزاحة الأحماض المتطايرة من أملاحها، والذي يستخدم في إنتاج فلوريد الهيدروجين، وكلوريد الهيدروجين، وحمض البيركلوريك.
غالبًا ما يستخدم حمض الكبريتيك في معالجة (تحلل) بعض الخامات والمركزات، مثل التيتانيوم والزركونيوم والفاناديوم وأحيانًا النيوبيوم والليثيوم وبعض المعادن الأخرى. منذ حامض الكبريتيك المركز يغلي تماما درجة حرارة عاليةوليس له أي تأثير عمليًا على الحديد الزهر والصلب، ويمكن تنفيذ هذا التحلل بالكامل باستخدام معدات رخيصة مصنوعة من هذه المواد.
يذيب حامض الكبريتيك الساخن المخفف أكاسيد المعادن جيداً، ويستخدم فيما يسمى بنقش المعادن - تنظيفها< особенно железа, от окислов.
يعتبر حمض الكبريتيك عامل تجفيف جيد ولهذا الغرض يستخدم على نطاق واسع في المختبرات والصناعة. الرطوبة المتبقية عند استخدام 95٪ حمض الكبريتيك تساوي 0.003 ملغ من بخار الماء لكل 1 لتر من الغاز المجفف.

"لا يكاد يوجد أي مادة أخرى منتجة صناعياً تستخدم في كثير من الأحيان في التكنولوجيا مثل حمض الكبريتيك.

حيث لا توجد مصانع لاستخراجها أمر لا يمكن تصوره إنتاج مربحالعديد من المواد الأخرى ذات الأهمية التقنية"

دي. مندليف

يستخدم حمض الكبريتيك في مجموعة متنوعة من الصناعات الكيميائية:

• الأسمدة المعدنية، البلاستيك، الأصباغ، الألياف الاصطناعية، الأحماض المعدنية، المنظفات؛
• في صناعة النفط والبتروكيماويات:

لتنقية النفط وإنتاج البارافينات.

• في المعادن غير الحديدية:

لإنتاج المعادن غير الحديدية - الزنك والنحاس والنيكل وغيرها.

• في علم المعادن الحديدية:

لنقش المعادن.

• في اللب والورق والصناعات الغذائية والخفيفة (لإنتاج النشا والدبس وتبييض الأقمشة) وما إلى ذلك.

إنتاج حمض الكبريتيك

حمض الكبريتيكفي الصناعة يتم إنتاجها بطريقتين: الاتصال والنيتروز.

طريقة الاتصال لإنتاج حامض الكبريتيك

يتم إنتاج حامض الكبريتيك بطريقة التلامس بكميات كبيرة في مصانع حامض الكبريتيك.

حاليا، الطريقة الرئيسية لإنتاج حامض الكبريتيك هي الاتصال، لأن هذه الطريقة لها مزايا على غيرها:

الحصول على المنتج على شكل حمض مركز نقي ومقبول لدى كافة المستهلكين؛

- الحد من انبعاثات المواد الضارة في الغلاف الجوي من خلال غازات العادم

ط - المواد الخام المستخدمة لإنتاج حامض الكبريتيك.

المواد الخام الرئيسية

الكبريت - س

بيريت الكبريت (البيريت) -فيس 2

كبريتيدات المعادن غير الحديدية -النحاس 2 S، ZnS، PbS

كبريتيد الهيدروجين – H2S

المواد المساعدة

محفز - أكسيد الفاناديوم - V2O5

ثانيا. تحضير المواد الخام.

دعونا نلقي نظرة على إنتاج حامض الكبريتيك من البايرايت FeS 2.

1) طحن البيريت. قبل الاستخدام، يتم سحق قطع كبيرة من البيريت في آلات التكسير. هل تعلم أنه عند سحق مادة ما فإن معدل التفاعل يزداد، لأن... تزداد مساحة سطح التلامس للمواد المتفاعلة.

2) تنقية البيريت. بعد سحق البيريت، يتم تنقيته من الشوائب (نفايات الصخور والأرض) عن طريق التعويم. وللقيام بذلك، يتم إنزال البيريت المسحوق في أوعية ضخمة من الماء، ويتم خلطها، وتطفو الصخور المهملة إلى الأعلى، ثم تتم إزالة الصخور المهملة.

ثالثا. العمليات الكيميائية الأساسية:

4 فيس 2 + 11 يا 2 ر = 800 درجةج→ 2 الحديد 2 يا 3 + 8 سو 2 + س أو حرق الكبريت S+O2 ر ° ج→ SO 2

2SO2 + O2 400-500 درجة مع,V2O5 , ص↔ 2SO 3 + س

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 + Q

رابعا . المبادئ التكنولوجية:

مبدأ الاستمرارية

مبدأ الاستخدام المتكامل للمواد الخاماستخدام النفايات من الإنتاج الآخر؛

مبدأ الإنتاج الخالي من النفايات؛

مبدأ نقل الحرارة.

مبدأ التدفق المعاكس ("الطبقة المميعة")؛

مبدأ أتمتة وميكنة عمليات الإنتاج.

الخامس . العمليات التكنولوجية:

مبدأ الاستمرارية: إطلاق البيريت في الفرن → توريد أكسيد الكبريت (رابعا ) والأكسجين في نظام التنظيف → في جهاز الاتصال → توريد أكسيد الكبريت (السادس ) في برج الامتصاص.

السادس . حماية البيئة:

1) ضيق خطوط الأنابيب والمعدات

2) مرشحات تنظيف الغاز

سابعا. كيمياء الإنتاج :

المرحلة الأولى - إطلاق البيريت في فرن "الطبقة المميعة".

للحصول على حمض الكبريتيك، يتم استخدامه بشكل رئيسي البيريت التعويم- مخلفات الإنتاج أثناء تخصيب خامات النحاس المحتوية على مخاليط مركبات الكبريت من النحاس والحديد. تتم عملية إثراء هذه الخامات في مصانع تركيز نوريلسك وتالناخ، وهما الموردان الرئيسيان للمواد الخام. هذه المادة الخام أكثر ربحية لأنها... يتم استخراج بيريت الكبريت بشكل رئيسي في جبال الأورال، وبطبيعة الحال، يمكن أن يكون توصيله مكلفًا للغاية. ممكن استخدامه الكبريتوالتي تتشكل أيضًا أثناء إثراء خامات المعادن غير الحديدية المستخرجة في المناجم.موردي الكبريت هم أيضًا Tallinn Concentrator و NOF. (المصانع المركزة).

معادلة رد الفعل المرحلة الأولى

4FeS 2 + 11O 2 ر = 800 درجة مئوية → 2Fe2O3 + 8SO2 + س

يتم سكب البيريت المسحوق والمنقى والرطب (بعد التعويم) من الأعلى في الفرن لإطلاق النار في "طبقة مميعة". يتم تمرير الهواء المخصب بالأكسجين من الأسفل (مبدأ التدفق المعاكس) من أجل إطلاق البيريت بشكل أكثر اكتمالا. تصل درجة الحرارة في فرن الحرق إلى 800 درجة مئوية. يصبح البيريت شديد السخونة ويكون في "حالة معلقة" بسبب الهواء المنفوخ من الأسفل. كل هذا يبدو وكأنه سائل أحمر حار يغلي. حتى أصغر جزيئات البيريت لا تتكتل في "الطبقة المميعة". لذلك، تتم عملية إطلاق النار بسرعة كبيرة. إذا كان إطلاق البيريت يستغرق في السابق من 5 إلى 6 ساعات، فقد أصبح الآن يستغرق بضع ثوانٍ فقط. علاوة على ذلك، في "الطبقة المميعة" من الممكن الحفاظ على درجة حرارة 800 درجة مئوية.

بسبب الحرارة المنبعثة نتيجة للتفاعل، يتم الحفاظ على درجة الحرارة في الفرن. تتم إزالة الحرارة الزائدة: تعمل أنابيب المياه حول محيط الفرن، والتي تسخن. الماء الساخنيتم استخدامها أيضًا للتدفئة المركزية للمباني المجاورة.

ولا يستخدم أكسيد الحديد الناتج Fe 2 O 3 (الجمرة) في إنتاج حمض الكبريتيك. ولكن يتم جمعها وإرسالها إلى مصنع المعادن، حيث يتم إنتاج معدن الحديد وسبائكه مع الكربون من أكسيد الحديد - الصلب (2٪ كربون C في السبيكة) والحديد الزهر (4٪ كربون C في السبيكة).

وبذلك يتم الوفاء مبدأ الإنتاج الكيميائي- إنتاج خالي من النفايات.

تخرج من الفرن غاز الفرن ، تكوينها هو: SO 2، O 2، وبخار الماء (كان البيريت رطبًا!) وجزيئات صغيرة من الرماد (أكسيد الحديد).يجب تنقية غاز الفرن هذا من شوائب الجزيئات الصلبة من الرماد وبخار الماء.

تتم تنقية غاز الفرن من جزيئات الرماد الصلبة على مرحلتين - في الإعصار (يتم استخدام قوة الطرد المركزي، وتضرب جزيئات الرماد الصلبة جدران الإعصار وتسقط). لإزالة الجزيئات الصغيرة، يتم إرسال الخليط إلى المرسبات الكهربائية، حيث تتم التنقية تحت تأثير التيار. الجهد العالي~ 60000 فولت (يتم استخدام الجذب الكهروستاتيكي، وتلتصق جزيئات الرماد بالألواح المكهربة للمرسب الكهروستاتيكي، مع تراكم كافٍ تحت وزنها تسقط)، ويستخدم حمض الكبريتيك لإزالة بخار الماء في غاز الفرن (تجفيف غاز الفرن) حمض مركزوهو مزيل رطوبة جيد جدًا لأنه يمتص الماء.

يتم تجفيف غاز الفرن في برج التجفيف- يرتفع غاز الفرن من الأسفل إلى الأعلى، ويصب حامض الكبريتيك المركز من الأعلى إلى الأسفل. ولزيادة سطح التلامس بين الغاز والسائل، يتم ملء البرج بحلقات من السيراميك.

عند الخروج من برج التجفيف بالفرن، لم يعد الغاز يحتوي على أي جسيمات أو بخار ماء. غاز الفرن الآن عبارة عن خليط من أكسيد الكبريت SO 2 والأكسجين O 2.

المرحلة الثانية - الأكسدة الحفزية لـ SO 2 إلى SO 3 بالأكسجين في جهاز اتصال.

معادلة التفاعل لهذه المرحلة هي:

2 سو 2 + يا 2 400-500 درجة مئوية، الخامس 2 يا 5 ، ص ↔ 2 سو 3 + س

يكمن تعقيد المرحلة الثانية في حقيقة أن عملية أكسدة أكسيد إلى آخر قابلة للعكس. لذلك، من الضروري اختيار الظروف المثلى للتفاعل المباشر (إنتاج SO 3).

ويترتب على المعادلة أن رد الفعل قابل للانعكاس، مما يعني أنه في هذه المرحلة من الضروري الحفاظ على مثل هذه الظروف حتى يتحول التوازن نحو الخروج SO 3 وإلا سيتم تعطيل العملية برمتها. لأن يحدث التفاعل مع انخفاض في الحجم (3الخامس ↔2 الخامس ) ، فمن الضروري زيادة الضغط. زيادة الضغط إلى 7-12 أجواء. التفاعل طارد للحرارة، لذلك، مع الأخذ في الاعتبار مبدأ لو شاتيليه، لا يمكن تنفيذ هذه العملية في درجات حرارة عالية، لأن سوف يتحول التوازن إلى اليسار. يبدأ التفاعل عند درجة حرارة 420 درجة، ولكن بفضل المحفز متعدد الطبقات (5 طبقات)، يمكننا زيادته إلى 550 درجة، مما يسرع العملية بشكل كبير. والمحفز المستخدم هو الفاناديوم (V2O5). أنها رخيصة الثمن، وتدوم لفترة طويلة (5-6 سنوات)، لأنها... الأكثر مقاومة للشوائب السامة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يساهم في تحول التوازن إلى اليمين.

يتم تسخين الخليط (SO 2 و O 2) في مبادل حراري ويتحرك عبر الأنابيب، ويمر بينها الخليط البارد في الاتجاه المعاكس ليتم تسخينه. ونتيجة لذلك، يحدث ذلك التبادل الحراري: يتم تسخين المواد الأولية وتبريد منتجات التفاعل إلى درجات الحرارة المطلوبة.

المرحلة الثالثة - امتصاص SO 3 بواسطة حامض الكبريتيك في برج الامتصاص.

لماذا أكسيد الكبريت SO 3 لا تمتص الماء؟ بعد كل شيء، سيكون من الممكن حل أكسيد الكبريت في الماء: SO 3 + ح 2 يا → ح 2 لذا 4 . لكن الحقيقة هي أنه إذا تم استخدام الماء لامتصاص أكسيد الكبريت، فإن حمض الكبريتيك يتشكل على شكل ضباب يتكون من قطيرات صغيرة من حمض الكبريتيك (يذوب أكسيد الكبريت في الماء، ويطلق كمية كبيرةبالحرارة، يسخن حامض الكبريتيك لدرجة أنه يغلي ويتحول إلى بخار). لمنع تكون ضباب حمض الكبريتيك، استخدم حمض الكبريتيك المركز بنسبة 98%. اثنان بالمائة من الماء قليل جدًا بحيث يكون تسخين السائل ضعيفًا وغير ضار. يذوب أكسيد الكبريت جيدًا في مثل هذا الحمض، مكونًا الزيت: H 2 سو 4 نسو 3 .

معادلة التفاعل لهذه العملية هي:

NSO 3 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 NSO 3

يُسكب الزيت الناتج في خزانات معدنية ويُرسل إلى المستودع. ثم يتم ملء الخزانات بالزيت وتشكيلها في قطارات وإرسالها إلى المستهلك.

حمض الكبريتيك هو سائل ثقيل إلى حد ما، وكثافته 1.84 جم / سم مكعب. له القدرة على سحب الماء من الغازات و. عندما يذوب حمض الكبريتيك في الماء، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، مما يؤدي إلى احتمال تناثر الحمض. وإذا لامس جلد الإنسان، ولو بكميات قليلة، فإنه يسبب حروقاً شديدة. لتجنب ذلك، تحتاج إلى إضافة حمض إلى الماء، وليس العكس.

تحضير حمض الكبريتيك

تسمى الطريقة التي يتم بها إنتاج حمض الكبريتيك على نطاق صناعي بالتلامس. أولا، يتم حرق الرطب (كبريتيد الحديدوز) في فرن خاص. ونتيجة لهذا التفاعل، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكبريت (ثاني أكسيد الكبريت) والأكسجين وبخار الماء، حيث تم استخدام البيريت الرطب. تدخل الغازات المنبعثة إلى حجرة التجفيف، حيث تتخلص من بخار الماء، وكذلك إلى جهاز طرد مركزي خاص لإزالة جميع الشوائب المحتملة للجزيئات الصلبة.

بعد ذلك، يتم إنتاج غاز الكبريت من أكسيد الكبريت (IV) باستخدام تفاعل الأكسدة. في هذه الحالة، يتم استخدام خماسي التكافؤ كمحفز. رد الفعل يمكن أن يذهب في كلا الاتجاهين ويمكن عكسه. ولضمان تدفقه في اتجاه واحد فقط، يتم إنشاء درجة حرارة وضغط معينين في المفاعل. يتم إذابة غاز الكبريت في حامض الكبريتيك المحضر مسبقًا لإنتاج الزيت، والذي يتم بعد ذلك إرساله إلى مستودع المنتج النهائي.

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتيك

يتمتع حمض الكبريتيك بالقدرة على قبول الإلكترونات وهو عامل مؤكسد قوي. حمض الكبريتيك المركز والمخفف له خصائص كيميائية مختلفة.

حمض الكبريتيك المخفف قادر على إذابة المعادن الموجودة على يسار الهيدروجين في سلسلة الجهد. ومنها: الزنك والمغنيسيوم والليثيوم وغيرها. يمكن لحمض الكبريتيك المركز أن يحلل بعض أحماض الهالوجين (باستثناء حمض الهيدروكلوريك، حيث أن حمض الكبريتيك غير قادر على تقليل أيون الكلور).

تطبيق حامض الكبريتيك

نظرًا لقدرته الفريدة على سحب الماء، غالبًا ما يستخدم حمض الكبريتيك لتجفيف الغازات. يتم استخدامه لإنتاج الأصباغ والأسمدة المعدنية (الفوسفور والنيتروجين) والمواد المكونة للدخان والمواد الاصطناعية المختلفة المنظفات. وغالبا ما يستخدم كإلكتروليت، لأن حمض الكبريتيك لا يستطيع إذابة الرصاص.

الأحماض هي مركبات كيميائية تتكون من ذرات هيدروجين وبقايا حمضية، مثلاً SO4، SO3، PO4 وغيرها، وهي غير عضوية وعضوية. الأول يشمل حمض الهيدروكلوريك والفوسفوريك والكبريتيد والنيتريك وحمض الكبريتيك. والثاني يشمل حمض الأسيتيك، وحمض البالمتيك، وحمض الفورميك، وحامض دهني، وما إلى ذلك.

ما هو حمض الكبريتيك

يتكون هذا الحمض من ذرتي هيدروجين والبقايا الحمضية SO4. له الصيغة H2SO4.

يشير حمض الكبريتيك أو، كما يطلق عليه أيضًا، حمض الكبريتات، إلى أحماض ديباسيك غير عضوية تحتوي على الأكسجين. تعتبر هذه المادة من أكثر المواد عدوانية ونشاطًا كيميائيًا. في معظم التفاعلات الكيميائية يعمل كعامل مؤكسد. يمكن استخدام هذا الحمض بشكل مركز أو مخفف، وفي هذه الحالة يكون له خصائص كيميائية مختلفة قليلاً.

الخصائص الفيزيائية

حمض الكبريتيك في الظروف العادية يكون سائلاً، درجة غليانه تقارب 279.6 درجة مئوية، ونقطة التجمد عندما يتحول إلى بلورات صلبة تبلغ حوالي -10 درجة لمائة في المائة وحوالي -20 لـ 95 في المائة.

حمض الكبريتات النقي مائة بالمائة هو مادة سائلة زيتية عديمة الرائحة وعديمة اللون ولها ضعف كثافة الماء تقريبًا - 1840 كجم / م 3.

الخواص الكيميائية لحمض الكبريتات

يتفاعل حمض الكبريتيك مع المعادن وأكاسيدها وهيدروكسيداتها وأملاحها. يمكن أن يتصرف بشكل مختلف عند تخفيفه بالماء بنسب مختلفة، لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائص المحاليل المركزة والضعيفة لحمض الكبريتيك بشكل منفصل.

محلول حمض الكبريتيك المركز

يعتبر المحلول الذي يحتوي على 90 بالمائة على الأقل من حمض الكبريتات مركزًا. مثل هذا المحلول من حمض الكبريتيك قادر على التفاعل حتى مع المعادن منخفضة النشاط، وكذلك مع اللافلزات والهيدروكسيدات والأكاسيد والأملاح. تشبه خصائص هذا المحلول من حمض الكبريتات خصائص حمض النترات المركز.

التفاعل مع المعادن

أثناء التفاعل الكيميائي لمحلول حمض الكبريتات المركز مع المعادن الموجودة على يمين الهيدروجين في سلسلة الجهد الكهروكيميائي للمعادن (أي مع عدم وجود أكثرها نشاطًا) تتشكل المواد التالية: كبريتات المعدن التي بها يحدث التفاعل، الماء وثاني أكسيد الكبريت. المعادن، نتيجة للتفاعل الذي تتشكل فيه المواد المدرجة، تشمل النحاس (كبروم)، الزئبق، البزموت، الفضة (الأرجنتوم)، البلاتين والذهب (أوروم).

التفاعل مع المعادن غير النشطة

مع المعادن التي تقع على يسار الهيدروجين في سلسلة الجهد، يتصرف حمض الكبريتيك المركز بشكل مختلف قليلاً. ونتيجة لهذا التفاعل الكيميائي تتشكل المواد التالية: كبريتات معدن معين، كبريتيد الهيدروجين أو الكبريت النقي والماء. المعادن التي يحدث معها تفاعل مماثل تشمل أيضًا الحديد (السيرووم) والمغنيسيوم والمنغنيز والبريليوم والليثيوم والباريوم والكالسيوم وجميع المعادن الأخرى الموجودة في سلسلة الجهد على يسار الهيدروجين، باستثناء الألومنيوم والكروم والنيكل والتيتانيوم - معهم لا يتفاعل حمض الكبريتات المركز.

التفاعل مع غير المعادن

تعتبر هذه المادة عامل مؤكسد قوي، لذلك فهي قادرة على المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال الكيميائية مع اللافلزات، مثل، على سبيل المثال، الكربون (الكربون) والكبريت. نتيجة لمثل هذه التفاعلات، يتم إطلاق الماء بالضرورة. عند إضافة هذه المادة إلى الكربون، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت أيضًا. وإذا أضفت حمضًا إلى الكبريت، فلن تحصل إلا على ثاني أكسيد الكبريت والماء. في مثل هذا التفاعل الكيميائي، يلعب حمض الكبريتات دور عامل مؤكسد.

التفاعل مع المواد العضوية

من بين تفاعلات حامض الكبريتيك مع المواد العضوية يمكن تمييز التفحم. وتحدث هذه العملية عندما تصطدم هذه المادة بالورق والسكر والألياف والخشب وغيرها. وفي هذه الحالة يتم إطلاق الكربون في كل الأحوال. يمكن أن يتفاعل الكربون المتكون أثناء التفاعل جزئيًا مع حمض الكبريتيك إذا كان زائدًا. توضح الصورة تفاعل السكر مع محلول حامض الكبريتات ذو التركيز المتوسط.

ردود الفعل مع الأملاح

كما يتفاعل المحلول المركز من H2SO4 مع الأملاح الجافة. وفي هذه الحالة يحدث تفاعل تبادل قياسي، حيث تتشكل كبريتات المعدن التي كانت موجودة في بنية الملح والحمض مع البقايا التي كانت في الملح. ومع ذلك، حمض الكبريتيك المركز لا يتفاعل مع المحاليل الملحية.

التفاعل مع المواد الأخرى

أيضًا ، يمكن لهذه المادة أن تتفاعل مع أكاسيد المعادن وهيدروكسيداتها ، وفي هذه الحالات تحدث تفاعلات تبادلية ، في الحالة الأولى يتم إطلاق كبريتات المعدن والماء ، وفي الثانية - نفس الشيء.

الخواص الكيميائية لمحلول ضعيف من حامض الكبريتات

يتفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع العديد من المواد وله نفس خصائص جميع الأحماض. وهو، على عكس المعدن المركز، يتفاعل فقط مع المعادن النشطة، أي تلك الموجودة على يسار الهيدروجين في سلسلة الجهد. في هذه الحالة، يحدث نفس رد الفعل الاستبدال كما هو الحال في أي حمض. هذا يطلق الهيدروجين. أيضًا، يتفاعل هذا المحلول الحمضي مع المحاليل الملحية، مما يؤدي إلى تفاعل التبادل، الذي تمت مناقشته أعلاه، مع الأكاسيد - مثل الأكاسيد المركزة، مع الهيدروكسيدات - أيضًا نفس الشيء. بالإضافة إلى الكبريتات العادية، هناك أيضًا هيدروكبريتات، وهي نتاج تفاعل الهيدروكسيد وحمض الكبريتيك.

كيفية معرفة ما إذا كان المحلول يحتوي على حمض الكبريتيك أو الكبريتات

لتحديد ما إذا كانت هذه المواد موجودة في الحل، يتم استخدام رد فعل نوعي خاص لأيونات الكبريتات، مما يجعل من الممكن معرفة ذلك. يتكون من إضافة الباريوم أو مركباته إلى المحلول. وهذا قد يؤدي إلى هطول الأمطار أبيض(كبريتات الباريوم) مما يدل على وجود الكبريتات أو حمض الكبريتيك.

كيف يتم إنتاج حمض الكبريتيك؟

الطريقة الأكثر شيوعًا للإنتاج الصناعي لهذه المادة هي استخلاصها من بيريت الحديد. تتم هذه العملية على ثلاث مراحل، تتضمن كل منها تفاعلًا كيميائيًا محددًا. دعونا ننظر إليهم. أولاً، يتم إضافة الأكسجين إلى البيريت، مما يؤدي إلى تكوين أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت، والذي يستخدم لمزيد من التفاعلات. يحدث هذا التفاعل عند درجة حرارة عالية. وتأتي بعد ذلك المرحلة التي يتم فيها الحصول على ثالث أكسيد الكبريت بإضافة الأكسجين في وجود عامل محفز وهو أكسيد الفاناديوم. الآن، في المرحلة الأخيرة، يضاف الماء إلى المادة الناتجة، ويتم الحصول على حمض الكبريتات. هذه هي العملية الأكثر شيوعًا للاستخلاص الصناعي لحمض الكبريتات، ويتم استخدامها في أغلب الأحيان لأن البيريت هو المادة الخام الأكثر سهولة في الوصول إليها والمناسبة لتخليق المادة الموضحة في هذه المقالة. يتم استخدام حمض الكبريتيك الذي يتم الحصول عليه من خلال هذه العملية في مختلف مجالات الصناعة - سواء في المجال الكيميائي أو في العديد من المجالات الأخرى، على سبيل المثال، في تكرير النفط، وتلبيس الخام، وما إلى ذلك. وغالبًا ما يتم توفير استخدامه أيضًا في تكنولوجيا تصنيع العديد من الألياف الاصطناعية .