Väävelhape H2SO4, molaarmass 98,082; värvitu, õline, lõhnatu. Väga tugev kahealuseline hape, temperatuuril 18°C ​​p K a 1 - 2,8, K 2 1,2 10 -2, pK a 2 1,92; sideme pikkused S=O 0,143 nm, S-OH 0,154 nm, HOSOH nurk 104°, OSO 119°; keeb koos lagunemisega, moodustades (98,3% H 2 SO 4 ja 1,7% H 2 O keemistemperatuuriga 338,8 ° C; vt ka tabel 1). Väävelhape, mis vastab 100% H2SO4 sisaldusele, on koostisega (%): H2SO4 99,5%, HSO 4 - 0,18%, H3SO4 + 0,14%, H3O + 0,09%, H 2 S 2 O 7 0,04%, HS 2 O 7 0,05%. Segatakse kõigis vahekordades ja SO 3-ga. Vesilahustes väävelhape dissotsieerub peaaegu täielikult H +, HSO 4 - ja SO 4 2-. Moodustab H2SO4 n H 2 O, kus n=1, 2, 3, 4 ja 6,5.

SO 3 lahuseid väävelhappes nimetatakse oleumiks, need moodustavad kaks ühendit H 2 SO 4 · SO 3 ja H 2 SO 4 · 2SO 3. Oleum sisaldab ka püroväävelhapet, mis saadakse reaktsioonil: H 2 SO 4 + SO 3 = H 2 S 2 O 7.

Väävelhappe valmistamine

Tooraine hankimiseks väävelhape serveerida: S, metallisulfiidid, H 2 S, soojuselektrijaamade jäätmed, Fe, Ca sulfaadid jne. Tootmise peamised etapid väävelhape: 1) tooraine SO 2 tootmiseks; 2) SO 2 SO 3-ks (muundamine); 3) SO 3. Tööstuses kasutatakse saamiseks kahte meetodit väävelhape, mis erineb SO 2 oksüdatsiooni meetodi poolest - kontakti kasutades tahkeid katalüsaatoreid (kontakte) ja lämmastikoksiidiga - lämmastikoksiididega. Saamise eest väävelhape kontaktimeetod sisse lülitatud kaasaegsed tehased Kasutatakse vanaadiumkatalüsaatoreid, mis asendavad Pt ja Fe oksiide. Puhtal V 2 O 5 on nõrk katalüütiline aktiivsus, mis kohalolekul järsult suureneb leelismetallid, ja suurimat mõju avaldavad K-soolad Leelismetallide soodustav roll tuleneb madala sulamistemperatuuriga pürosulfonaatide (3K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, 2 K 2 S 2 O 7 V 2 O 5) moodustumisest. ja K 2 S 2 O 7 V 2 O 5, lagunedes vastavalt 315-330, 365-380 ja 400-405 °C juures). Katalüüsi tingimustes on aktiivne komponent sulas olekus.

SO2 oksüdatsiooniskeemi SO3-ks võib esitada järgmiselt:

Esimeses etapis saavutatakse tasakaal, teine ​​etapp on aeglane ja määrab protsessi kiiruse.

Tootmine väävelhape väävlist topeltkontakti ja topeltabsorptsiooni meetodil (joonis 1) koosneb järgmistest etappidest. Õhk juhitakse pärast tolmust puhastamist gaasipuhuriga kuivatustorni, kus see kuivatatakse 93-98%. väävelhape niiskusesisalduseni 0,01 mahuprotsenti. Kuivatatud õhk siseneb väävelahju pärast eelkuumutamist ühes kontaktseadme soojusvahetis. Ahjus põletatakse düüsidega tarnitavat väävlit: S + O 2 = SO 2 + 297,028 kJ. 10-14 mahuprotsenti SO 2 sisaldav gaas jahutatakse katlas ja pärast lahjendamist õhuga SO 2 sisalduseni 9-10 mahuprotsenti 420°C juures siseneb konversiooni esimeseks etapiks kontaktaparaati, mis toimub kolmel katalüsaatori kihil (SO 2 + V 2 O 2 = SO 3 + 96,296 kJ), misjärel gaas jahutatakse soojusvahetites. Seejärel siseneb gaas, mis sisaldab 8,5-9,5% SO 3 200°C juures, absorberisse esimesse absorptsioonifaasi, niisutatakse ja 98%. väävelhape: SO3 + H2O = H2SO4 + 130,56 kJ. Järgmisena läbib gaas pritsmepuhastuse väävelhape, kuumutatakse temperatuurini 420 °C ja läheb teise konversioonietappi, mis toimub kahel katalüsaatorikihil. Enne absorptsiooni teist etappi jahutatakse gaas ökonomaiseris ja suunatakse teise astme absorberisse, mida niisutatakse 98% väävelhape ja seejärel pärast pritsmete puhastamist atmosfääri.

1 - väävliahi; 2 - heitsoojuskatel; 3 - ökonomaiser; 4 - ahju käivitamine; 5, 6 - käivitusahju soojusvahetid; 7 - kontaktseade; 8 - soojusvahetid; 9 - oleumi absorbeerija; 10 - kuivatustorn; 11 ja 12 - vastavalt esimene ja teine ​​monohüdraadi absorbeerija; 13 - happekogud.

1 - kettasöötur; 2 - ahi; 3 - heitsoojuskatel; 4 - tsüklonid; 5 - elektrilised filtrid; 6 - pesutornid; 7 - märjad elektrostaatilised filtrid; 8 - väljapuhumistorn; 9 - kuivatustorn; 10 - pritsmepüüdur; 11 - esimene monohüdraadi absorbeerija; 12 - soojusvahetid; 13 - kontaktseade; 14 - oleumi absorbeerija; 15 - teine ​​monohüdraadi absorbeerija; 16 - külmikud; 17 - kollektsioonid.

1 - denitreerimistorn; 2, 3 - esimene ja teine ​​tootmistorn; 4 - oksüdatsioonitorn; 5, 6, 7 - absorptsioonitornid; 8 - elektrilised filtrid.

Tootmine väävelhape metallisulfiididest (joon. 2) on palju keerulisem ja koosneb järgmistest toimingutest. FeS 2 põletatakse keevkihtahjus õhkpuhastusega: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 13476 kJ. Röstigaas SO 2 sisaldusega 13-14%, mille temperatuur on 900°C, siseneb boilerisse, kus see jahutatakse temperatuurini 450°C. Tolmu eemaldamine toimub tsüklonis ja elektrifiltris. Järgmisena läbib gaas kahte pesutorni, mida niisutatakse 40% ja 10% väävelhape. Sel juhul puhastatakse gaas lõpuks tolmust, fluorist ja arseenist. Gaasi puhastamiseks aerosoolist väävelhape pesutornides tekitatud, on ette nähtud kaheastmelised märgelektrostaatilised filtrid. Pärast kuivatamist kuivatustornis, enne mida lahjendatakse gaas 9% SO 2 sisalduseni, suunatakse see gaasipuhuri abil konversiooni esimesse etappi (3 kihti katalüsaatorit). Soojusvahetites soojendatakse gaas temperatuurini 420°C tänu muundamise esimesest etapist tuleva gaasi soojusele. SO 2, oksüdeeritud 92-95% SO 3-s, läheb esimesse absorptsioonietappi ooleumi ja monohüdraadi absorbeerijatesse, kus see vabaneb SO 3 -st. Järgmisena siseneb SO 2 ~ 0,5% sisaldav gaas teise konversioonietappi, mis toimub ühel või kahel katalüsaatori kihil. Gaas soojendatakse teises soojusvahetite rühmas temperatuurini 420 °C tänu katalüüsi teisest etapist tulevate gaaside soojusele. Pärast SO 3 eraldamist teises absorptsioonietapis lastakse gaas atmosfääri.

SO 2 konversiooni määr SO 3-ks kontaktmeetodil on 99,7%, SO 3 neeldumisaste 99,97%. Tootmine väävelhape viiakse läbi ühes katalüüsi etapis, samas kui SO 2 konversiooniaste SO 3 -ks ei ületa 98,5%. Enne atmosfääri paiskamist puhastatakse gaas ülejäänud SO 2 -st (vt.). Esitus kaasaegsed installatsioonid 1500-3100 t/ööpäevas.

Nitroosimeetodi (joonis 3) olemus seisneb selles, et röstimisgaas töödeldakse pärast jahutamist ja tolmust puhastamist nn nitroosiga - väävelhape, milles on lahustunud lämmastikoksiidid. SO 2 neeldub nitroosiga ja seejärel oksüdeerub: SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + NO. Saadud NO lahustub nitroosis halvasti ja eraldub sellest ning seejärel oksüdeerub osaliselt hapnikuga gaasifaasis NO 2 -ks. NO ja NO 2 segu reabsorbeeritakse väävelhape jne. Lämmastikoksiide ei tarbita lämmastikprotsessis ja need suunatakse tagasi tootmistsüklisse nende mittetäieliku imendumise tõttu väävelhape heitgaasid kannavad need osaliselt ära. Nitroosimeetodi eelised: mõõteriistade lihtsus, madalam hind (10-15% madalam kui kontakt), SO 2 100% ringlussevõtu võimalus.

Torni nitroosprotsessi riistvaraline disain on lihtne: SO 2 töödeldakse 7-8 vooderdatud keraamilise tihendiga tornis, üks tornidest (õõnes) on reguleeritava oksüdatsioonimahuga. Tornides on happekollektorid, külmikud ja pumbad, mis varustavad happega tornide kohal asuvaid survepaake. Kahe viimase torni ette on paigaldatud sabaventilaator. Gaasi puhastamiseks aerosoolist väävelhape toimib elektrifiltrina. Protsessi jaoks vajalikud lämmastikoksiidid saadakse HNO 3 -st. Lämmastikoksiidide atmosfääri paiskamise ja SO 2 100% ringlussevõtu vähendamiseks paigaldatakse tootmis- ja absorptsioonitsoonide vahele dilämmastikuvaba SO 2 töötlemise tsükkel koos lämmastikoksiidide süvapüüdmise vesi-happe meetodiga. Nitroosimeetodi puuduseks on toote madal kvaliteet: kontsentratsioon väävelhape 75%, lämmastikoksiidide, Fe ja muude lisandite olemasolu.

Et vähendada kristalliseerumise võimalust väävelhape kaubanduslike klasside standardid kehtestatakse transpordi ja ladustamise ajal väävelhape, mille kontsentratsioon vastab madalaimatelele. Sisu väävelhape tehnilistes klassides (%): torn (nitroos) 75, kontakt 92,5-98,0, ooleum 104,5, kõrge sisaldusega oleum 114,6, aku 92-94. Väävelhape ladustatud terasmahutites mahuga kuni 5000 m 3, nende kogumaht laos on ette nähtud kümnepäevase tootmisvõimsuse jaoks. Oleum ja väävelhape veetakse terasest raudteetsisternides. Kontsentreeritud ja aku väävelhape transporditakse happekindlast terasest valmistatud paakides. Mahutid oleumi transportimiseks kaetakse soojusisolatsiooniga ja ooleum kuumutatakse enne täitmist.

Defineeri väävelhape kolorimeetriliselt ja fotomeetriliselt, BaSO 4 suspensiooni kujul - fototurbidimeetriliselt, samuti kulomeetrilise meetodiga.

Väävelhappe pealekandmine

Tootmisel kasutatakse väävelhapet mineraalväetised, pliiakude elektrolüüdina mitmesuguste mineraalhapete ja soolade tootmiseks, keemilised kiud, värvained, suitsu tekitavad ained ja lõhkeained, õli-, metalli-, tekstiili-, naha- ja muudes tööstusharudes. Seda kasutatakse tööstuslikus orgaanilises sünteesis dehüdratsiooni (dietüüleetri, estrite tootmine), hüdratsiooni (etüleenist etanooli), sulfoonimise (ja värvainete tootmise vaheproduktid), alküülimise (isooktaani, polüetüleenglükooli, kaprolaktaami tootmine) reaktsioonides. jne Suurim tarbija väävelhape- mineraalväetiste tootmine. 1 t P 2 O 5 fosforväetiste kohta kulub 2,2-3,4 tonni väävelhape, ja 1 t (NH 4) 2 SO 4 puhul - 0,75 t väävelhape. Seetõttu kipuvad nad rajama väävelhappetehaseid koos mineraalväetiste tootmise tehastega. Maailma toodang väävelhape 1987. aastal jõudis see 152 miljoni tonnini.

Väävelhape ja oleum - äärmiselt agressiivsed ained, mõjutavad hingamisteid, nahka, limaskesti, põhjustades hingamisraskusi, köha ja sageli larüngiiti, trahheiiti, bronhiiti jne. Väävelhappe aerosooli MPC õhus tööpiirkond 1,0 mg/m 3, atmosfääris 0,3 mg/m 3 (maksimaalselt ühekordne) ja 0,1 mg/m 3 (keskmiselt ööpäevas). Hämmastav aurukontsentratsioon väävelhape 0,008 mg/l (kokkupuude 60 min), surmav 0,18 mg/l (60 min). Ohuklass 2. Aerosool väävelhape võib atmosfääris tekkida S-oksiide sisaldavate keemia- ja metallurgiatööstuse heitkoguste tagajärjel ja langeda happevihmade kujul.

Happed on keemilised ühendid, mis koosnevad vesinikuaatomitest ja happelistest jääkidest, näiteks SO4, SO3, PO4 jne. Need on anorgaanilised ja orgaanilised. Esimesed hõlmavad vesinikkloriid-, fosfor-, sulfiid-, lämmastik- ja väävelhapet. Teised hõlmavad äädikhapet, palmitiinhapet, sipelghapet, steariinhapet jne.

Mis on väävelhape

See hape koosneb kahest vesinikuaatomist ja happelisest jäägist SO4. Selle valem on H2SO4.

Väävelhape või, nagu seda nimetatakse ka, sulfaathape, viitab anorgaanilistele hapnikku sisaldavatele kahealuselistele hapetele. Seda ainet peetakse üheks agressiivsemaks ja keemiliselt aktiivsemaks. Enamikus keemilistes reaktsioonides toimib see oksüdeeriva ainena. Seda hapet saab kasutada kontsentreeritud või lahjendatud kujul, sel juhul on sellel veidi erinevad keemilised omadused.

Füüsikalised omadused

Väävelhape on tavatingimustes vedel, selle keemistemperatuur on ligikaudu 279,6 kraadi Celsiuse järgi, külmumistemperatuur tahketeks kristallideks muutumisel on saja protsendi puhul umbes -10 kraadi ja 95 protsendi puhul umbes -20 kraadi.

Puhas 100% sulfaathape on õline vedel aine lõhnatu ja värvitu, mille tihedus on peaaegu kaks korda suurem kui vee tihedus - 1840 kg/m3.

Sulfaathappe keemilised omadused

Väävelhape reageerib metallide, nende oksiidide, hüdroksiidide ja sooladega. Erinevates vahekordades veega lahjendatuna võib see käituda erinevalt, seega vaatleme kontsentreeritud ja nõrkade väävelhappe lahuste omadusi eraldi.

Kontsentreeritud väävelhappe lahus

Lahust, mis sisaldab vähemalt 90 protsenti, loetakse kontsentreerituks. sulfaathape. Selline väävelhappe lahus on võimeline reageerima isegi madala aktiivsusega metallide, aga ka mittemetallide, hüdroksiidide, oksiidide ja sooladega. Sellise sulfaathappe lahuse omadused on sarnased kontsentreeritud nitraathappe omadega.

Koostoime metallidega

Sulfaathappe kontsentreeritud lahuse keemilisel reaktsioonil metallidega, mis asuvad vesinikust paremal metallide elektrokeemilises pingereas (st mitte kõige aktiivsematega), tekivad järgmised ained: metalli sulfaat, millega koos. interaktsioon toimub, vesi ja vääveldioksiid. Metallid, millega koostoimel loetletud ained tekivad, on vask (cuprum), elavhõbe, vismut, hõbe (argentum), plaatina ja kuld (aurum).

Koostoime mitteaktiivsete metallidega

Metallidega, mis on pingereas vesinikust vasakul, käitub kontsentreeritud väävelhape veidi teisiti. Selle keemilise reaktsiooni tulemusena tekivad järgmised ained: teatud metalli sulfaat, vesiniksulfiid või puhas väävel ja vesi. Metallid, millega sarnane reaktsioon toimub, on ka raud (ferum), magneesium, mangaan, berüllium, liitium, baarium, kaltsium ja kõik teised, mis on pingereas vesinikust vasakul, välja arvatud alumiinium, kroom, nikkel ja titaan - nendega kontsentreeritud sulfaathape ei interakteeru.

Koostoime mittemetallidega

See aine on tugev oksüdeerija, mistõttu on see võimeline osalema keemilistes redoksreaktsioonides mittemetallidega, nagu näiteks süsinik (süsinik) ja väävel. Selliste reaktsioonide tulemusena eraldub tingimata vett. Selle aine lisamisel süsinikule eraldub ka süsinikdioksiid ja vääveldioksiid. Ja kui lisate väävlile hapet, saate ainult vääveldioksiidi ja vett. Sellises keemilises reaktsioonis mängib sulfaathape oksüdeeriva aine rolli.

Koostoime orgaaniliste ainetega

Väävelhappe reaktsioonidest orgaaniliste ainetega võib eristada söestumist. See protsess toimub siis, kui see aine põrkab kokku paberi, suhkru, kiudude, puiduga jne. Sellisel juhul eraldub süsinik igal juhul. Reaktsiooni käigus moodustunud süsinik võib liia korral osaliselt reageerida väävelhappega. Foto näitab suhkru reaktsiooni keskmise kontsentratsiooniga sulfaathappe lahusega.

Reaktsioonid sooladega

Samuti reageerib kontsentreeritud H2SO4 lahus kuivade sooladega. Sel juhul toimub standardne vahetusreaktsioon, mille käigus moodustub soola struktuuris olnud metallsulfaat ja soolas olnud hape koos jäägiga. Kontsentreeritud väävelhape ei reageeri aga soolalahustega.

Koostoimed teiste ainetega

Samuti võib see aine reageerida metallioksiidide ja nende hüdroksiididega, nendel juhtudel toimuvad vahetusreaktsioonid, millest esimeses eraldub metallsulfaat ja vesi, teises - sama.

Nõrga sulfaathappe lahuse keemilised omadused

Lahjendatud väävelhape reageerib paljude ainetega ja sellel on samad omadused nagu kõigil hapetel. Erinevalt kontsentreeritud metallist interakteerub see ainult aktiivsete metallidega, st nendega, mis on pingereas vesinikust vasakul. Sel juhul toimub sama asendusreaktsioon, mis iga happe puhul. See vabastab vesinikku. Samuti interakteerub selline happelahus soolalahustega, mille tulemuseks on vahetusreaktsioon, millest on juba eespool juttu, oksiididega - sama, mis kontsentreeritud, hüdroksiididega - samuti sama. Lisaks tavalistele sulfaatidele on olemas ka hüdrosulfaate, mis on hüdroksiidi ja väävelhappe koosmõju produkt.

Kuidas teha kindlaks, kas lahus sisaldab väävelhapet või sulfaate

Et teha kindlaks, kas need ained lahuses sisalduvad, kasutatakse spetsiaalset kvalitatiivset reaktsiooni sulfaadiioonidele, mis võimaldab välja selgitada. See koosneb baariumi või selle ühendite lisamisest lahusele. See võib põhjustada sademeid valge(baariumsulfaat), mis näitab sulfaatide või väävelhappe olemasolu.

Kuidas väävelhapet toodetakse?

Selle aine kõige levinum tööstusliku tootmise meetod on selle ekstraheerimine raudpüriidist. See protsess toimub kolmes etapis, millest igaüks hõlmab spetsiifilist keemilist reaktsiooni. Vaatame neid. Esiteks lisatakse püriidile hapnikku, mille tulemusena moodustub ferumoksiid ja vääveldioksiid, mida kasutatakse edasisteks reaktsioonideks. See interaktsioon toimub kõrgel temperatuuril. Järgmine on etapp, kus vääveltrioksiid saadakse hapniku lisamisega katalüsaatori, milleks on vanaadiumoksiid, juuresolekul. Nüüd, viimases etapis, lisatakse saadud ainele vesi ja saadakse sulfaathape. See on kõige levinum protsess sulfaathappe tööstuslikuks ekstraheerimiseks, seda kasutatakse kõige sagedamini, kuna püriit on kõige kättesaadavam tooraine, mis sobib käesolevas artiklis kirjeldatud aine sünteesiks. Selle protsessi käigus saadud väävelhapet kasutatakse erinevates tööstusharudes – nii keemias kui ka paljudes teistes, näiteks nafta rafineerimisel, maagi töötlemisel jne. Selle kasutamine on sageli ette nähtud ka paljude sünteetiliste kiudude tootmistehnoloogias. .

OVR-id on artiklis spetsiaalselt värviliselt esile tõstetud. Pöörake neile erilist tähelepanu. Need võrrandid võivad ilmuda ühtsel riigieksamil.

Lahjendatud väävelhape käitub nagu teised happed, varjates oma oksüdatsioonivõimet:

Ja veel üks asi, mida meeles pidada lahjendatud väävelhape: ta ei reageeri pliiga. Lahjendatud H2SO4-sse visatud pliitükk kaetakse lahustumatu (vt lahustuvuse tabeli) pliisulfaadi kihiga ja reaktsioon peatub kohe.

Väävelhappe oksüdeerivad omadused

– raske õline vedelik, mittelenduv, maitsetu ja lõhnatu

Tänu väävlile oksüdatsiooniastmes +6 (kõrgem) omandab väävelhape tugevad oksüdeerivad omadused.

Ülesande 24 (vana A24) reegel väävelhappe lahuste valmistamisel Te ei tohiks kunagi sinna vett valada. Kontsentreeritud väävelhape tuleks valada vette õhukese joana, pidevalt segades.

Kontsentreeritud väävelhappe reaktsioon metallidega

Need reaktsioonid on rangelt standardiseeritud ja järgivad järgmist skeemi:

H2SO4(konts.) + metall → metallsulfaat + H2O + redutseeritud väävlisisaldusega saadus.

On kaks nüanssi:

1) Alumiinium, raud Ja kroom Need ei reageeri H2SO4-ga (konts.) normaalsetes tingimustes passivatsiooni tõttu. Vajab soojendamist.

2) C plaatina Ja kullast H2SO4 (konts.) ei reageeri üldse.

Väävel V kontsentreeritud väävelhape- oksüdeerija

• See tähendab, et see taastub ise;
• oksüdatsiooniaste, milleni väävel redutseeritakse, sõltub metallist.

Mõelgem väävli oksüdatsiooni oleku diagramm:

• Enne -2 väävlit saab redutseerida ainult väga aktiivsete metallidega – pingereas kuni alumiinium (kaasa arvatud)..

Reaktsioonid lähevad järgmiselt:

8Li+5H 2 NII 4( konts. .) → 4Li 2 NII 4 + 4H 2 O+H 2 S

4Mg + 5H 2 NII 4( konts. .) → 4MgSO 4 + 4H 2 O+H 2 S

8Al + 15H 2 NII 4( konts. .) (t) → 4Al 2 (SO 4 ) 3 +12H 2 O+3H 2 S

• H2SO4 (konts.) interaktsioonil metallidega pingereas peale alumiiniumi, aga enne rauda st keskmise aktiivsusega metallidega redutseeritakse väävel kuni 0 :

3Mn + 4H 2 NII 4( konts. .) → 3MnSO 4 + 4H 2 O+S↓

2Cr + 4H 2 NII 4( konts. .) (t)→Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4H 2 O+S↓

3Zn + 4H 2 NII 4( konts. .) → 3ZnSO 4 + 4H 2 O+S↓

• kõik muud metallid alustades riistvarast paljudes pingetes (ka vesiniku järel, välja arvatud muidugi kuld ja plaatina) suudavad nad väävlit vähendada ainult +4-ni. Kuna need on madala aktiivsusega metallid:

2 Fe + 6 H 2 NII 4 (konts.) ( t)→ Fe 2 ( NII 4 ) 3 + 6 H 2 O + 3 NII 2

(pange tähele, et raud oksüdeerub kuni +3, mis on kõrgeim võimalik oksüdatsiooniaste, kuna see on tugev oksüdeerija)

Cu+2H 2 NII 4( konts. .) → CuSO 4 + 2H 2 O+SO 2

2Ag + 2H 2 NII 4( konts. .) → Ag 2 NII 4 + 2H 2 O+SO 2

Muidugi on kõik suhteline. Taastumise sügavus sõltub paljudest teguritest: happe kontsentratsioon (90%, 80%, 60%), temperatuur jne. Seetõttu on võimatu tooteid täiesti täpselt ennustada. Ülaltoodud tabelis on ka oma ligikaudne protsent, kuid saate seda kasutada. Samuti on vaja meeles pidada, et kui ühtse riigieksami puhul ei ole redutseeritud väävli produkti näidatud ja metall pole eriti aktiivne, siis tõenäoliselt peavad koostajad silmas SO 2. Peate vaatama olukorda ja otsima vihjeid tingimustest.

NII 2 - see on üldiselt ORR-i tavaline toode konts. väävelhape.

H2SO4 (konts.) oksüdeerib osa mittemetallid(millel on redutseerivad omadused) reeglina maksimaalselt - kõrgeim oksüdatsiooniaste (moodustub selle mittemetalli oksiid). Sel juhul redutseeritakse väävel ka SO 2-ks:

C+2H 2 NII 4( konts. .) → CO 2 + 2H 2 O+2SO 2

2P+5H 2 NII 4( konts. .) → P 2 O 5 +5H 2 O+5SO 2

Värskelt moodustunud fosforoksiid (V) reageerib veega, moodustades ortofosforhappe. Seetõttu registreeritakse reaktsioon kohe:

2P+5H 2 NII 4( konts. ) → 2H 3 P.O. 4 + 2H 2 O+5SO 2

Sama asi booriga, muutub see ortoboorhappeks:

2B+3H 2 NII 4( konts. ) → 2H 3 B.O. 3 +3SO 2

Väga huvitav on väävli koostoime oksüdatsiooniastmega +6 (väävelhappes) “teise” väävliga (asub erinevas ühendis). Ühtse riigieksami raames vaadeldakse H2SO4 (konts.) vastasmõju väävliga (lihtne aine) ja vesiniksulfiidiga.

Alustame suhtlemisest väävel (lihtne aine) kontsentreeritud väävelhappega. IN lihtne asi oksüdatsiooniaste 0, happes +6. Selles ORR-is oksüdeerib väävel +6 väävli 0. Vaatame väävli oksüdatsiooniastmete diagrammi:

Väävel 0 oksüdeerub ja väävel +6 väheneb, see tähendab, et oksüdatsiooniaste langeb. Vääveldioksiid vabaneb:

2 H 2 NII 4 (konts.) + S → 3 NII 2 + 2 H 2 O

Kuid vesiniksulfiidi puhul:

Tekivad nii väävel (lihtaine) kui ka vääveldioksiid:

H 2 NII 4( konts. .) +H 2 S → S↓ + SO 2 + 2H 2 O

See põhimõte võib sageli aidata tuvastada ORR-i toodet, kus oksüdeeriv aine ja redutseerija on erinevates oksüdatsiooniastmetes sama element. Oksüdeeriv aine ja redutseerija "lähevad üksteise poole" vastavalt oksüdatsiooni oleku diagrammile.

H2SO4 (konts.), ühel või teisel viisil, suhtleb halogeniididega. Ainult siin peate mõistma, et fluor ja kloor on "ise vuntsidega" ja ORR-i ei esine fluoriidide ja kloriidide puhul, läbib tavapärase ioonivahetusprotsessi, mille käigus moodustub gaasvesinikhalogeniid:

CaCl 2 + H 2 SO 4 (konts.) → CaSO 4 + 2HCl

CaF 2 + H 2 SO 4 (konts.) → CaSO 4 + 2HF

Kuid halogeenid bromiidide ja jodiidide koostises (nagu ka vastavate vesinikhalogeniidide koostises) oksüdeeritakse vabadeks halogeenideks. Ainult väävlit redutseeritakse erineval viisil: jodiid on tugevam redutseerija kui bromiid. Seetõttu redutseerib jodiid väävli vesiniksulfiidiks ja bromiid vääveldioksiidiks:

2H 2 NII 4( konts. .) + 2NaBr → Na 2 NII 4 + 2H 2 O+SO 2 +Br 2

H 2 NII 4( konts. .) + 2HBr → 2H 2 O+SO 2 +Br 2

5H 2 NII 4( konts. .) + 8NaI → 4Na 2 NII 4 + 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

H 2 NII 4( konts. .) + 8HI → 4H 2 O+H 2 S+4I 2 ↓

Vesinikkloriid ja vesinikfluoriid (nagu ka nende soolad) on vastupidavad H2SO4 (konts.) oksüdeerivale toimele.

Ja lõpuks viimane asi: see on kontsentreeritud väävelhappe jaoks ainulaadne, keegi teine ​​ei saa seda teha. Tal on vett eemaldav vara.

See võimaldab kontsentreeritud väävelhapet kasutada mitmel viisil:

Esiteks ainete kuivatamine. Kontsentreeritud väävelhape eemaldab ainest vee ja see "muutub kuivaks".

Teiseks katalüsaator reaktsioonides, kus vesi elimineeritakse (näiteks dehüdratsioon ja esterdamine):

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

H3C–CH2–OH (H2SO4 (konts.)) → H2C =CH2 + H2O

Väävelhapet leiab kõige rohkem lai rakendus V rahvamajandus ja on peamise põhitoode keemiatööstus. Sellega seoses on väävelhappe tootmine pidevalt suurenenud. Seega, kui 1900. aastal toodeti maailmas väävelhapet 4,2 miljoni tonnini, siis 1937. aastal toodeti 18,8 miljonit tonni ja 1960. aastal üle 47 miljoni tonni.
Praegu Nõukogude Liit See on väävelhappe tootmises maailmas teisel kohal. 1960. aastal toodeti NSV Liidus 5,4 miljonit grammi väävelhapet 1965. aastal kahekordistatakse väävelhappe tootmist 1958. aastaga võrreldes.
Väävelhappe kasutusalad on tingitud selle omadustest ja madalast maksumusest. Väävelhape on tugev, mittelenduv ja vastupidav hape, millel on mõõdukatel temperatuuridel väga nõrgad oksüdeerivad ja tugevad vett eemaldavad omadused.

Väävelhappe peamine tarbija on mineraalväetiste - superfosfaadi ja ammooniumsulfaadi - tootmine. Näiteks ainult ühe tonni superfosfaadi (fluorapatiidist) tootmiseks, mis ei sisalda hügroskoopset vett, kulub 600 kg 65% väävelhapet. Mineraalväetiste tootmiseks kulub umbes pool kogu toodetud happest.
Märkimisväärne kogus väävelhapet kulub vedelkütuse töötlemisel - petrooleumi, parafiini, määrdeõlide puhastamiseks väävlist ja küllastumata ühenditest ning kivisöetõrva töötlemisel. Seda kasutatakse ka erinevate mineraalõlide ja rasvade puhastamisel.
Väävelhapet kasutatakse laialdaselt erinevates orgaanilistes sünteesides, näiteks orgaaniliste ühendite sulfoneerimiseks - sulfoonhapete, erinevate värvainete ja sahhariini tootmisel. Sel eesmärgil kasutatakse nii kontsentreeritud hapet kui ka suitsevat hapet, aga ka klorosulfoonhapet. Väävelhapet kasutatakse vett eemaldava ainena nitreerimisreaktsioonides - nitrobenseeni, nitrotselluloosi, nitroglütseriini jne tootmisel.
Kuna väävelhape on mittelenduv hape, on väävelhape võimeline lenduvaid happeid nende sooladest välja tõrjuma, mida kasutatakse vesinikfluoriidi, vesinikkloriidi ja perkloorhappe tootmisel.
Väävelhapet kasutatakse sageli teatud maakide ja kontsentraatide, näiteks titaani, tsirkooniumi, vanaadiumi ja mõnikord nioobiumi, liitiumi ja mõnede teiste metallide töötlemisel (lagundamisel). Kuna kontsentreeritud väävelhape keeb üsna kõrgel temperatuuril ega avalda praktiliselt mingit mõju malmile ja terasele, saab selle lagunemise üsna täielikult läbi viia, kasutades nendest materjalidest valmistatud odavaid seadmeid.
Lahjendatud kuum väävelhape lahustab hästi metallioksiide ja seda kasutatakse metallide nn söövitamiseks – nende puhastamiseks.< особенно железа, от окислов.
Väävelhape on hea kuivatusaine ja sellel eesmärgil kasutatakse laialdaselt laborites ja tööstuses. 95% väävelhappe kasutamisel on jääkniiskus 0,003 mg veeauru 1 liitri kuivatatud gaasi kohta.

(väävelhape, IUPAC - divesiniksulfaat, aegunud nimi - vitrioliõli)- väävliühend valemiga H 2 SO 4. Värvitu, õline, väga viskoosne ja hügroskoopne vedelik. Väävelhape on üks võimsamaid anorgaanilised happed ja väga söövitav ja ohtlik. See hape moodustab kaks soolade seeriat: sulfaadid ja vesiniksulfaadid, milles võrreldes väävelhappega on üks või kaks vesinikuaatomit asendatud metallikatioonidega. Väävelhape on üks tähtsamaid tehnilisi aineid maailmas ja juhib tootmist. Seda kasutatakse peamiselt vesilahuste kujul väetiste ja muude anorgaaniliste hapete tootmiseks.

Lugu

(või vana nimetus - vitrioliõli) on tuntud iidsetest aegadest. Selle esmamainimise võib leida 8. sajandi alkeemiku Jabir ibn Hayyani tekstidest. Võimalikud meetodid tootmist kirjeldavad Albertus Magnuse (1200-1280) ja Basil Valentine'i (1600) teosed. See meetod põhineb happe moodustamisel kalkaninti ja maarjaga. Vananenud nimi tuleneb mineraalide vananenud nimetusest, millest see saadi - vitriool. Esiteks Teaduslikud uuringud väävelhappe kasutamise viis läbi Johann Rudolf Glauber. Ta reageeris väävelhappe ja soola vahel ning sai vesinikkloriidhappe ja soola, mis sai tema järgi nime – Glauberi sool. Sulfaatide kasutamise meetodid olid väga keerulised ja kallid. Selle aine suurte koguste saamiseks töötati 18. sajandil välja protsess, mis hõlmas väävli ja salpetri põletamist klaasanumates. Sest klaasist anumad olid väga haprad, esimese reaktsiooni viis 1746. aastal läbi John Roebuck pliimahutites. John Roebucki meetodil loodud väävelhappe kontsentratsioon oli vaid 35-40%. Prantsuse keemiku Joseph Louis Gay-Lussaci ja inglase John Gloveri hilisemad täiustused andsid aine saagiseks 78% kontsentratsiooni. Küll aga mõnede värvainete ja teiste puhul keemilised ained nõuab kontsentreeritumat toodet. 18. sajandil toodeti väävelhapet mineraalide kuivdestilleerimisel, mis sarnanes algsete alkeemiliste protsessidega. Püriiti (rauddisulfiid, FeS2) kuumutati õhus, et saada raud(II)sulfaat FeSO4, mis edasisel kuumutamisel oksüdeerus raud(III)sulfaadiks Fe2(SO4)3, mis temperatuurini 480 °C kuumutamisel lagunes. raud(III)oksiid ja vääveltrioksiid, mida saab kasutada mis tahes kontsentratsioonis väävelhappe tootmiseks. 1831. aastal patenteeris Briti kaupmees Peregrine Phillips kontaktprotsessi, mis oli palju säästlikum. Tänapäeval toodetakse seda meetodit kasutades peaaegu kogu maailma väävelhape.

Looduses olemine

Maa

Vaba väävelhape on looduses väga haruldane. Atmosfääris tekib see vääveldioksiidist, mis tekib väävlit sisaldavate ainete põlemisel või vulkaanipursete käigus. Vääveldioksiid oksüdeeritakse hüdroksüülradikaalide ja hapniku toimel, moodustades vääveltrioksiidi, mis reageerib atmosfääri niiskusega ja moodustab happe. Happevihmade korral ilmub see lahjendatud kujul. Väikestes kogustes vaba väävelhapet võib leida ka mõnes vulkaanilises allikas, mida nimetatakse solfataredeks. Suurim kogus väävelhappe kogus maailmas sisaldab järve Ijeni mäe kraatris Indoneesias. Erinevalt vabast happest on selle soolad, eriti sulfaadid, looduses palju tavalisemad. Seal on palju erinevaid sulfaatmineraale. Nende hulgas on kõige kuulsamad ja olulisemad kips (CaSO 4 2 H 2 O), bariit (BaSO 4), kalkantiit (CuSO 4 5 H 2 O) ja Glauberi sool (Na 2 SO 4 10 H 2 O).

Maast lahti olemine

Väävelhapet leidub väljaspool Maad Veenuse atmosfääri ülakihtides. See moodustub vääveldioksiidi ja vee fotokeemiliste reaktsioonide tulemusena, mis moodustavad 80-85% happe tilgad. Sügavamates kihtides hape laguneb tänu kõrged temperatuurid taas vääveldioksiidiks ja veeks, mis ülespoole tõustes võib taas moodustada väävelhapet. Galileo saadud infrapunaspektrid näitavad Jupiteri kuul erinevat neeldumisastet, mis on omistatud ühte või enamat tüüpi väävelhappehüdraatidele.

Tootmine

Väävelhappe tootmise tooraineks on elementaarne väävel, mida saadakse nafta- ja gaasirafineerimistehaste tohututes mahutites vesiniksulfiidist, kasutades Clausi protsessina tuntud protsessi. Seejärel oksüdeerige väävel vääveldioksiidiks:

Väävli reaktsioon hapnikuga

Teine vääveldioksiidi allikas on väävlit sisaldavate maakide sulatamine. Näiteks vask, tsink ja pliisulfiidid. Vääveldioksiid tekib õhu hapnikuga röstimisel.

Reaktsioon tsinksulfiidi röstimisel

1999. aastal põletati Euroopas väävelhappe tootmiseks umbes 3 miljonit tonni püriiti. Aasias on see näitaja suurem, kuna selle varud on suuremad. Ressursivaeste riikide jaoks, kus pole ei väävli- ega sulfiidimaake, on Mülleri-Kühne protsess. Selles protsessis toodetakse vääveldioksiidi kipsi ja kivisöe põletamisel ahjus. Seda protsessi saab kasumlikuks muuta, lisades ahju liiva ja savi, et moodustada kõrvalsaadusena tsementi. Edasiseks tootmiseks on vaja väävelanhüdriidi. Kell madalad temperatuurid reaktsioon kulgeb aeglaselt, kuna see nõuab kolmekordseid kokkupõrkeid, mis on gaasifaasis suhteliselt haruldased, ja kõrgetel tasemetel nihkub tasakaal väävelanhüdriidi lagunemise suunas. Seetõttu on selle reaktsiooni läbiviimiseks vaja katalüsaatoreid. Algusaegadel kasutati plaatinat, hiljem mindi üle vanaadiumanhüdriidile V 2 O 5 või leelismetalli vanadaatidele KVO 3.

Vääveldioksiidi oksüdeerimine trioksiidiks

Vääveltrioksiid lahjendatakse koheselt vees: liiga ägeda esmase reaktsiooni tõttu veega kokkupuutel tekib väävelhappe udu kile, mis takistab edasisi reaktsioone. Esiteks viiakse see kontsentreeritud väävelhappesse, seda lahust nimetatakse oleumiks. Seejärel lahustatakse oleum vees, kuni moodustub väävelhape.

Väävelanhüdriidi lahustamine kontsentreeritud väävelhappes disulfaathappe saamiseks Disulfaathappe lahustamine vees

IN viimased aastad Väävelhappe tootmine suurenes peamiselt Hiinas, samas kui Euroopa riikides tootmine vähenes.

Kodustes tingimustes võib lahuse elektrolüüsil saada väikeses koguses lahjendatud väävelhapet vasksulfaat pliianoodiga (pinge peaks olema kõrgem kui 2 V hapniku eraldumise suure ülepinge tõttu pliidoksiidil, mis tekib anoodi pinnal, kuid mitte üle 5 V, et mitte üle kuumeneda).

Füüsikalised omadused

Peaaegu kogu 99% väävelhape kaotab keemisel SO 3, moodustades 98,3% hapet. 98% hape on säilivusstabiilne ja seda nimetatakse tavaliselt ka kontsentreeritud happeks. Teisi kontsentratsioone kasutatakse erinevatel eesmärkidel. Andmed erinevate kontsentratsioonide kohta:

Keemiliselt puhas väävelhape on raske värvitu õline vedelik. Reeglina müüvad nad 96,5% vesilahust tihedusega 1,84 g / cm 3 või niinimetatud "oleumit", see tähendab SO 3 lahust H 2 SO 4-s. H 2 SO 4 lahustub väga hästi vees (segub veega piiramatus koguses). Sel juhul eraldub soojust ja lahus muutub väga kuumaks (kuni vee keemiseni). Seetõttu pritsib kontsentreeritud väävelhappele vett lisades viimane vee kiire auruks muutumise tõttu. Seetõttu tuleb kontsentreeritud H 2 SO 4 lahjendamisel hape valada õhukese joana vette (ja mitte vastupidi!), samal ajal lahust põhjalikult klaaspulgaga segades. Kontsentreeritud väävelhappe moodi puhas vesi juhib voolu halvasti madala dissotsiatsiooni tõttu, elektri erijuhtivus 1,044 10 -2 S / cm

Keemilised omadused

Dissotsiatsioon vesilahuses toimub mitmes etapis:

Dissotsiatsiooni esimene etapp; K 2 = 2,4 x 6. oktoober (tugev hape)

Seda happesuse väärtust võetakse superhapete määramisel peamiseks.

dissotsiatsiooni teine ​​etapp; K 1 = 1,0 x 10 -2

Väävelhape hävitab ka palju orgaaniline aine, eelkõige süsivesikud – puit, paber, puuvillane riie, suhkur jms. Nende ainete hävimine on seletatav asjaoluga, et kontsentreeritud väävelhape eemaldab neist vee kujul vesiniku ja hapniku ning süsinik jääb poorse kivisöe kujule. Kui lahjendatud väävelhape mõjutab metalle, mis asuvad metallide elektrokeemilises aktiivsuses vesinikust vasakul, vabaneb vesinik. Kontsentreeritud väävelhappel on tugev oksüdeeriv toime ja see on võimeline kuumutamisel reageerima isegi väärismetallidega nagu vask, elavhõbe ja hõbe, kuigi see ei reageeri rauaga. Seetõttu kasutatakse kontsentreeritud väävelhappe transportimiseks raudpaake.

Vase reaktsioon kontsentreeritud väävelhappega

Rakendus

Väävelhape on keemiatööstuse väga oluline kaup ja on selle tööstusliku võimsuse näitaja. Maailma toodang 2004. aastal oli umbes 180 miljonit tonni järgmise geograafilise jaotusega: Aasia 35%. Põhja-Ameerika 24%, Aafrika 11%, Lääne-Euroopa 10%, Ida-Euroopa ja Venemaa 10%, Austraalia ja Okeaania 7%. Lõuna-Ameerika 7%. Suurem osa toodetud happest (~60%) kulub väetiste, ammooniumfosfaat superfosfaadi, sulfaatide, ammooniumsulfaadi tootmiseks. Umbes 20% kasutatakse keemiatööstuses tootmiseks pesuvahendid, sünteetilised vaigud, värvained, ravimid, insektitsiidid, antifriis, samuti erinevate tehniliste protsesside jaoks. Umbes 6% kasutatakse pigmentide, värvide, emailide ja trükivärvide tootmiseks. Kasutatakse ka gaasikuivatina.

Elektrolüüt

Väävelhape toimib pliiakudes elektrolüüdina:

Anoodil:

Pb + 3 SO2-4 ⇌ PbSO 4 + 2 e -

Katoodil:

PbO 2 + 4 H + + SO2-4 + 2 e - ⇌ PbSO 4 + 2 H 2 O

Pb + PbO 2 + 4 H + + 2 SO2-4 ⇌ 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

Katalüsaator

Väävelhapet kasutatakse keemiatööstuses ka muudel eesmärkidel. Näiteks on see happekatalüsaator tsükloheksanoonoksü muundamiseks kaprolaktaamiks, mida kasutatakse kaproni valmistamiseks. Seda kasutatakse valmistamiseks vesinikkloriidhappest soolast. Väävelhapet kasutatakse naftatöötlemistööstuses katalüsaatorina isobutaani ja isobutüleeni reaktsioonil isooktaaniks, ühend, millel on võrdlusoktaanarv ja mis sobib metallilisanditeta kõrge oktaanarvuga bensiini tootmiseks.

Ohutus

Väävelhape on söövitav, kuigi selle märkimisväärse viskoossuse tõttu võivad põletused tekkida piisavalt kaua, et hape saaks nahalt maha pesta. Selles mõttes on ohtlikumad oleum ja klorosulfoonhape, mis võivad kiiresti põhjustada tõsiseid põletusi. Oma söövitavate omaduste tõttu on see vähem ohtlik kui sool või lämmastikhape kuna see on tavatemperatuuril vähem lenduv ja mitte eriti aktiivne oksüdeerija. Kõige ohtlikum kokkupuude on avatud limaskestadel. Kokkupuude silmadega võib tekkida, kui proovite lahjendada kontsentreeritud hapet, lisades sellele vett (kontsentreeritud väävelhappe käitlemise reeglite otsene rikkumine), samal ajal kui vesi keeb ja pritsib koos happega. Mõjutatud piirkondi pestakse rohke veega ja 5% söögisooda lahusega.

Seotud pildid