Файл: Эпштейн Д.А. Химия в промышленности учеб. пособие по факультатив. курсу для учащихся X классов.pdf

Ч а с т ь п е р в а я

ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Г л а в а I . СЕРНАЯ КИСЛОТА § 1. Свойства серной кислоты

Вы много раз слышали, что серная кислота — фундамент химической промышленности. Это действительно так. Нет почти ни одной отрасли химического производства, в которой она бы ни применялась. Используют серную кислоту также при трав­ лении стали, нефтепереработке, для зарядки аккумуляторов и других целей.

Почему серная кислота получила такое разнообразное при­ менение? Чтобы получить ответ на этот вопрос, следует преж­ де всего рассмотреть ее свойства.

Безводная серная кислота при обыкновенной температуре — жидкость, она кристаллизуется при довольно высокой темпера­ туре (+10,31 °С). При температурах ниже 200°С она не разла­ гается, при более высоких температурах протекает эндотерми­ ческая обратимая реакция:

H 2 S 0 4 S0 3 + H 2 0 — Q

При температуре около 500 °С равновесие полностью смеща­ ется в сторону продуктов разложения. С водой серная кислота образует растворы любой концентрации. При смешивании сер­ ной кислоты с водой выделяется очень много тепла, поэтому при получении в лабораториях ее разбавленных растворов не­ обходимо применять особые меры предосторожности (какие?).

Не указывает ли сильная экзотермичность процесса на то, что растворение сопровождается химической реакцией, по-видимо­ му реакцией соединения серной кислоты с водой? Если гидраты серной кислоты образуются, то их можно обнаружить, исследуя

основании этих и других данных делается вывод, что серная

ответствующие той чил'И иной температуре), вы видите, что из водных растворов, содержащих менее -70% серной кислоты, ис­ паряется только вода. При кипении более концентрированных растворов испаряется также и серная кислота, но концентрация серной кислоты в паре меньше, чем в жидкости. Эта закономер­ ность наблюдается до образования 98,3-процентноп кислоты. При испарении этой кислоты образуется пар того же состава, что и жидкость. Такая смесь называется азеотропной.

Как получить в химической лаборатории 65-процентную серную кислоту из 40-процентной? Можно ли азеотропную смесь разделить посредством на_тревания? На диаграмме отсутствует точка кипения 100-процентной серной кислоты, почему?

В серной кислоте хорошо растворяется оксид серы (VI) . Об­ разующийся раствор называют олеумом. Например, раствор, со­ держащий 20% оксида серы (VI) в серной кислоте, называется 20-процентным олеумом.

Вы знаете, что серная кислота диссоциирует в воде и что степень диссоциации велика — это сильная кислота. Концентри­ рованная серная кислота проявляет окислительные свойства. Она реагирует со многими органическими соединениями с обра­ зованием сульфокислот. Особенно легко сульфируются аромати­ ческие соединения. Серная кислота обладает каталитическими свойствами; например, она ускоряет алкилирование изобутана олефннамн.

Таким образом, серная кислота обладает свойствами, кото­ рые открывают возможность ее разностороннего использования. Заметьте, что сырье для ее производства имеется в природе в больших количествах, добыча его не связана с какими-либо осо­ быми трудностями, способы производства кислоты сравнитель­ но несложны и поэтому себестоимость продукта невысока.

§ 2. Применение серной кислоты

Из обзора свойств серной кислоты видно, что серная кислота может служить для получения других кислот, например фтороводородной — из плавикового шпата, фосфорной — из фосфори­ тов, а также разнообразных сульфатов.

Составьте уравнения реакций и охарактеризуйте условия получения:

Каково значение серной кислоты для производства минеральных удобре­

ний*

Серную кислоту широко применяют как дегидратирующее ве­ щество, например для осушки газовых смесей. Дегидратирую­ щая способность концентрированной серной кислоты в соче­ тании с высокой температурой кипения позволяет использовать ее при нитровании органических веществ.

На свойстве серной кислоты сульфировать органические сое­ динения основано производство бензолсульфокислоты и других органических продуктов, служащих сырьем для синтеза краси­ телей, лекарственных веществ, ионитов и др.

Составьте уравнение реакции серной кислоты с бензолом.

Это свойство серной кислоты используют также в нефтепере­ рабатывающей промышленности для очистки бензина, керосина, масел от таких примесей, которые при хранении нефтепродук­ тов осмоляются и загрязняют их. Эти примеси реагируют с сер­ ной кислотой с образованием эф.иров кислоты и продуктов по­ лимеризации, нерастворимых в очищаемых материалах.

Так, при взаимодействии олефинов с серной кислотой обра­ зуются кислые эфиры:

Содержащиеся в нефтяных днстиллатах сульфидные соеди­ нения частично окисляются серной кислотой. Например, серово­ дород окисляется с образованием серы и ее оксида (IV) :

H 2 S - r H 2 S 0 4 = S + S0 2 + 2H2 0

Серная кислота — катализатор реакции алкилирования изобутана бутиленами и аналогичных, применяемых для производ­ ства высокооктановых компонентов бензина, например изооктанов.

Составьте уравнение реакции алкилирования изобутана.

На протяжении двухсот лет существования сернокислотной промышленности области применения серной кислоты менялись. Давно оставлен способ получения соляной кислоты и соды из поваренной соли через сульфат натрия. Уменьшается производ­ ство азотного удобрения — сульфата аммония. Даже в коксо­ химическом производстве, где посредством серной кислоты улав­ ливают содержащийся в коксовом газе аммиак, она вытесняет­ ся фосфорной кислотой (почему?). Большие количества серной кислоты потребляются на заводах простого суперфосфата, на это производство не расширяется. Уменьшается потребление серной кислоты для травления стали, ее начинают заменять со­ ляной кислотой. В нефтеперерабатывающей промышленности внедряются более совершенные методы очистки, не требующие серной кислоты.

Однако спрос на серную кислоту не только не падает, а не* прерывно растет, так как на смену старым потребителям при­ ходят новые. Во все возрастающих количествах она использу-