Соли серной кислоты

Получение серной кислоты

Первые описания получения «купоросного масла» (т. е. концентрированной серной кислоты) дали итальянский учёный В. Бирингуччо в 1540 г. и немецкий алхимик, чьи труды были опубликованы под именем Василия Валентина в конце XVI - начале XVII вв. В 1690 г. французские химики Н. Лемери и Н. Лефевр положили начало первому промышленному способу получения серной кислоты, реализованному в Англии в 1740 г. По этому методу смесь серы и селитры сжигалась в ковше, подвешенном в стеклянном баллоне, содержавшем некоторое количество воды. Выделявшийся SO₃ реагировал с водой, образуя серную кислоту. В 1746 г. Дж. Робек в Бирмингеме заменил стеклянные баллоны камерами из листового свинца и положил начало камерному производству серной кислоты. Непрерывное совершенствование процесса получения серной кислоты в Великобритании и Франции привело к появлению в 1908 г. первой башенной системы.

Сырьём для получения серной кислоты могут служить сера, серный колчедан FeS₂, отходящие газы печей окислительного обжига сульфидных руд Си, Рb, Zn и других металлов, содержащие SO₂.

Серную кислоту получают из SO₂ двумя способами: нитрозным (башенным) и контактным. Переработка SO₂ в серную кислоту по нитрозному способу осуществляется в продукционных башнях – цилиндрических резервуарах (высотой 15 м и более), заполненных насадкой из керамических колец.

Серная кислота, получаемая нитрозным способом, имеет недостаточно высокую концентрацию и содержит вредные примеси (например, соединения мышьяка). Её производство сопровождается выбросом в атмосферу оксидов азота.

Принцип контактного способа производства серной кислоты был предложен в 1831 г. П. Филипсом (Великобритания). Первым катализатором была платина. В конце XIX – начале XX вв. было открыто ускорение окисления SO₂ в SO₃ ванадиевым ангидридом V₂O₅. Все ванадиевые катализаторы проявляют свою активность только при температуре не ниже ~ 420 °С. В контактном аппарате газ проходит обычно 4 или 5 слоев контактной массы.

Серная кислота образует два типа солей: сульфаты и гидросульфаты. Они проявляют все свойства солей.

Термическая устойчивость сульфатов определяется природой катиона, а состав продуктов разложения зависит от температуры процесса. Сульфаты щелочных и щелочно-земельных металлов плавятся без разложения выше 1000 °С. Сульфат свинца начинает разлагаться при 1170 °С, марганца (II) – при 850 °С, алюминия – при 770 °С, железа – при 600 °С. Главными продуктами разложения являются оксид металла и серный ангидрид, однако, чем выше температура разложения, тем в большей степени серный газ распадается на сернистый газ и кислород:

Fe₂(SO₄)₃ = Fe₂O₃ + 3SO₃.

Если нагревать сульфаты металлов в низшей степени окисления, то выделяющийся серный ангидрит окисляет металл:

3MnSO₄ = Mn₃O₄ + 3SO₂ + O₂;

2FeSO₄ = Fe₂O₃ + SO₂ + SO₃.

Качественной реакцией на сульфат-ион является образование белого осадка, нерастворимого в воде и кислотах, при приливании раствора соли бария:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓.

Гидросульфаты щелочных металлов при нагревании превращаются в сульфаты:

2NaHSO₄ = Na₂SO₄ + SO₃ + H₂O.

1.13. Применение серы и её соединений

Серу используют для производства серной кислоты, изготовления спичек, черного пороха, бенгальских огней, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лечения болезней, в производстве красителей, взрывчатых веществ, люминофоров.

Сероводород идет на производство серы, сульфитов, тиосульфатов и серной кислоты, в лабораторной практике – для осаждения сульфидов.

Оксид серы (IV) применяется в производстве серной кислоты, сульфитов, тиосульфатов, для отбеливания шелка, шерсти, как средство для дезинфекции, для консервирования фруктов и ягод.

Оксид серы (VI) применяется для получения серной кислоты и олеума, используется в производстве азотной кислоты.

Серная кислота – один из важнейших продуктов основной химической промышленности. Служит электролитом в свинцовых аккумуляторах. Применяется в производстве фосфорной, соляной, борной, плавиковой и др. кислот. Концентрированная серная кислота служит для очистки нефтепродуктов от сернистых и непредельных органических соединений. Разбавленная серная кислота применяется для удаления окалины с проволоки и листов перед лужением и оцинкованием, для травления металлических поверхностей перед покрытием хромом, никелем, медью и др. Серная кислота – необходимый компонент нитрующих смесей и сульфирующее средство при получении многих красителей и лекарственных веществ. Благодаря высокой гигроскопичности применяется для осушки газов, для концентрирования азотной кислоты.